Nghiên Cứu Xây Dựng Mô Hình Thủy Động Lực Ba Chiều Tính Toán Dòng Chảy Xung Quanh Các Công Trình Thủy Lực Phức Tạp

• Tác giả: Nguyễn Đức Hạnh
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Kiên Dũng
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Thủy văn học
• Đề tài: Nghiên Cứu Mô Hình Thủy Động Lực Ba Chiều Trong Tính Toán Dòng Chảy Xung Quanh Công Trình Thủy Lực
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: Hà Nội

• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU MÔ HÌNH BA CHIỀU TÍNH TOÁN TRƯỜNG DÒNG CHẢY
• 1.1. Tổng quan tình hình nghiên cứu trường dòng chảy ba chiều xung quanh các công trình thủy lực
• 1.2. Tổng quan tình hình nghiên cứu trường dòng chảy ba chiều trong đoạn sông cong
• 2. CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỦY ĐỘNG LỰC BA CHIỀU TÍNH TOÁN TRƯỜNG DÒNG CHẢY XUNG QUANH CÔNG TRÌNH THỦY LỰC PHỨC TẠP
• 2.1. Hệ phương trình cơ bản và triển khai
• 2.2. Thuật toán và phương pháp giải
• 2.3. Mô hình nguyên gốc của Hosoda. Chỉnh sửa mô hình để có thể chạy với trường hợp kè hoàn lưu và kè chảy ngập
• 2.4. Sơ đồ khối mô hình
• 2.5. Chương trình tính toán
• 3. CHƯƠNG 3: MỘT SỐ KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM MÔ HÌNH VỚI CÁC CÔNG TRÌNH THỦY LỰC PHỨC TẠP
• 3.1. Thử nghiệm mô hình với thí nghiệm đoạn sông thẳng có công trình
• 3.2. Thử nghiệm với thí nghiệm số
• 3.3. Thử nghiệm với thí nghiệm vật lý của Tominaga
• 3.4. Thử nghiệm mô hình với thí nghiệm vật lý đoạn sông cong có công trình
• 3.5. Thí nghiệm vật lý
• 3.6. Kết quả kiểm nghiệm
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng Quan Về Nghiên Cứu Mô Hình Thủy Động Lực Ba Chiều

Nghiên cứu mô hình thủy động lực ba chiều đóng vai trò quan trọng trong việc tính toán dòng chảy xung quanh các công trình thủy lực. Việc này có ý nghĩa thiết yếu trong thiết kế, xây dựng và vận hành các công trình, đặc biệt là trong việc dự báo và giảm thiểu các rủi ro xói lở. Hiện nay, mô hình toán và mô hình vật lý là hai phương pháp chính. Tuy nhiên, mô hình vật lý thường gặp nhiều khó khăn về chi phí và khả năng mô phỏng các hiện tượng phức tạp. CFD (Computational Fluid Dynamics) đang nổi lên như một giải pháp hiệu quả, cho phép mô phỏng các bài toán tương tác dòng chảy-cấu trúc (FSI) với độ chính xác cao. Quan trọng là phải Validating CFD Models và So sánh kết quả mô phỏng và thí nghiệm để đảm bảo tính tin cậy.

1.1. Ứng Dụng Mô Hình Số Trong Nghiên Cứu Thủy Lực

Mô hình số ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong nghiên cứu thủy lực, thay thế dần các phương pháp truyền thống như mô hình vật lý. Ưu điểm của mô hình số là khả năng mô phỏng các hệ thống phức tạp với chi phí thấp hơn và thời gian ngắn hơn. Các phần mềm như ANSYS Fluent và OpenFOAM cung cấp các công cụ mạnh mẽ để mô phỏng dòng chảy và tương tác của nó với các công trình thủy lực.

1.2. Thách Thức Khi Mô Phỏng Dòng Chảy Ba Chiều

Mặc dù có nhiều ưu điểm, việc mô phỏng dòng chảy ba chiều vẫn đối mặt với nhiều thách thức. Sự phức tạp của mô hình hóa dòng chảy rối, yêu cầu tính toán lớn và khó khăn trong việc thu thập dữ liệu thực nghiệm để kiểm chứng là những vấn đề cần được giải quyết. Các nhà nghiên cứu cần liên tục cải tiến các phương pháp giải bài toán Navier-Stokes và phát triển các Turbulence models (k-epsilon, k-omega SST) để tăng độ chính xác của mô hình thủy động lực.

II. Phương Pháp Tính Toán Dòng Chảy Xung Quanh Công Trình

Có nhiều phương pháp khác nhau để tính toán dòng chảy xung quanh công trình thủy lực. Trong đó, phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) và phương pháp thể tích hữu hạn (FVM) là hai phương pháp phổ biến nhất. Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) thường được sử dụng cho các bài toán kết cấu, trong khi phương pháp thể tích hữu hạn (FVM) phù hợp hơn cho các bài toán mô phỏng dòng chảy. Việc lựa chọn phương pháp phù hợp phụ thuộc vào đặc điểm của bài toán và yêu cầu về độ chính xác.

2.1. Ưu Điểm Của Phương Pháp Phần Tử Hữu Hạn FEM

Phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) có ưu điểm là khả năng xử lý các hình học phức tạp và độ chính xác cao. Tuy nhiên, phương pháp này đòi hỏi lưới tính toán chất lượng và thời gian tính toán lớn, đặc biệt đối với các bài toán ba chiều. Ứng dụng chủ yếu trong phân tích ứng suất, biến dạng của các cấu trúc công trình thủy lực.

2.2. Lợi Ích Của Phương Pháp Thể Tích Hữu Hạn FVM

Phương pháp thể tích hữu hạn (FVM) có ưu điểm là bảo toàn các định luật vật lý và tính ổn định cao. Phương pháp này đặc biệt hiệu quả cho các bài toán mô phỏng dòng chảy có tính chất không ổn định. Tuy nhiên, phương pháp thể tích hữu hạn (FVM) có thể gặp khó khăn trong việc xử lý các hình học phức tạp.

2.3. Tính Toán Song Song Tăng Tốc Độ Mô Phỏng

Để giải quyết vấn đề thời gian tính toán lớn, tính toán song song được sử dụng rộng rãi trong mô phỏng thủy động lực. Bằng cách chia bài toán thành nhiều phần nhỏ và giải chúng đồng thời trên nhiều bộ xử lý, thời gian tính toán có thể giảm đáng kể. Điều này cho phép các nhà nghiên cứu thực hiện các mô phỏng dòng chảy phức tạp trong thời gian ngắn hơn.

III. Ứng Dụng Mô Hình Hóa Dòng Chảy Cho Các Công Trình

Mô hình hóa dòng chảy ba chiều có nhiều ứng dụng quan trọng trong thiết kế và vận hành các công trình thủy lực. Ví dụ, mô hình hóa dòng chảy có thể được sử dụng để tối ưu hóa hình dạng của các đập tràn, giảm thiểu rủi ro xói lở xung quanh các trụ cầu, hoặc đánh giá hiệu quả của các biện pháp bảo vệ bờ sông. Việc ứng dụng mô hình hóa dòng chảy giúp nâng cao hiệu quả năng lượng của công trình thủy lực và đảm bảo an toàn công trình thủy lực.

3.1. Tối Ưu Hóa Thiết Kế Đập Tràn Cống Bằng CFD

CFD cho phép các kỹ sư tối ưu hóa thiết kế của các loại công trình thủy lực (đập, tràn, cống). Bằng cách mô phỏng dòng chảy qua các thiết kế khác nhau, có thể xác định được thiết kế nào có hiệu quả cao nhất và giảm thiểu các rủi ro tiềm ẩn. Điều này giúp tiết kiệm chi phí xây dựng và vận hành, đồng thời tăng độ bền của công trình thủy lực.

3.2. Đánh Giá Rủi Ro Xói Lở và Bồi Tụ Bùn Cát

Mô hình hóa dòng chảy cũng được sử dụng để đánh giá rủi ro xói lở xung quanh các công trình thủy lực. Bằng cách mô hình hóa bùn cát và vận chuyển trầm tích, có thể dự đoán được sự thay đổi của lòng sông và bờ sông theo thời gian. Thông tin này rất quan trọng để thiết kế các biện pháp bảo vệ bờ sông và giảm thiểu tác động tiêu cực của xói lở.

3.3. Ảnh Hưởng Của Địa Hình Đến Dòng Chảy

Phân tích ảnh hưởng của địa hình đến dòng chảy là một phần quan trọng trong quá trình thiết kế và xây dựng. Mô hình hóa dòng chảy giúp hiểu rõ cách địa hình đáy sông và bờ sông ảnh hưởng đến hướng và vận tốc dòng chảy. Dựa vào đó, có thể điều chỉnh thiết kế công trình thủy lực để đảm bảo tính ổn định và hiệu quả.

IV. Kiểm Chứng Độ Tin Cậy Của Mô Hình Thủy Động Lực

Để đảm bảo tính tin cậy, mô hình thủy động lực ba chiều cần được kiểm chứng kỹ lưỡng. Quá trình này bao gồm việc so sánh kết quả mô phỏng và thí nghiệm thực tế. Dữ liệu từ experiment validation được sử dụng để điều chỉnh và cải thiện các tham số của mô hình. Chỉ khi mô hình thủy động lực cho kết quả phù hợp với thực tế, nó mới có thể được sử dụng để dự báo và đưa ra các quyết định quan trọng.

4.1. Tầm Quan Trọng Của So Sánh Kết Quả Mô Phỏng Và Thí Nghiệm

So sánh kết quả mô phỏng và thí nghiệm là bước quan trọng để Validating CFD Models. Sự khác biệt giữa hai kết quả này chỉ ra những điểm yếu của mô hình và cần được điều chỉnh. Quá trình lặp đi lặp lại này giúp cải thiện độ chính xác của mô hình thủy động lực và đảm bảo tính tin cậy của các dự đoán.

4.2. Experiment Validation Nguồn Dữ Liệu Kiểm Chứng Quan Trọng

Experiment validation cung cấp dữ liệu thực tế để kiểm chứng mô hình thủy động lực. Các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm hoặc trên công trình thực tế giúp thu thập thông tin về vận tốc dòng chảy, áp suất và các thông số khác. Dữ liệu này được sử dụng để đánh giá khả năng mô phỏng của mô hình thủy động lực và xác định các sai số.

V. Kết Luận và Hướng Phát Triển Mô Hình Thủy Động Lực Ba Chiều

Nghiên cứu và ứng dụng mô hình thủy động lực ba chiều trong tính toán dòng chảy xung quanh công trình thủy lực là một lĩnh vực đầy tiềm năng. Mặc dù còn nhiều thách thức, sự phát triển của công nghệ CFD và khả năng tiếp cận phần mềm mô phỏng thủy động lực ngày càng dễ dàng mở ra nhiều cơ hội mới. Trong tương lai, mô hình thủy động lực sẽ đóng vai trò ngày càng quan trọng trong thiết kế, xây dựng và quản lý các công trình thủy lực.

5.1. Tiềm Năng Của Mô Phỏng Dòng Chảy Rối

Mô phỏng dòng chảy rối là một lĩnh vực đầy thách thức nhưng cũng rất tiềm năng. Các mô hình Turbulence models (k-epsilon, k-omega SST) liên tục được cải tiến để mô tả chính xác hơn các hiện tượng dòng chảy rối. Sự phát triển này sẽ giúp nâng cao độ chính xác của mô hình thủy động lực và cho phép dự đoán chính xác hơn diễn biến xói lở.

5.2. Ứng Dụng Mô Hình Hóa Dòng Chảy Trong Quản Lý Rủi Ro

Mô hình hóa dòng chảy có thể được sử dụng để quản lý rủi ro liên quan đến công trình thủy lực. Bằng cách dự đoán các tác động của lũ lụt, xói lở và bồi tụ, có thể đưa ra các biện pháp phòng ngừa và giảm thiểu thiệt hại. Việc kết hợp mô hình hóa dòng chảy với các hệ thống cảnh báo sớm sẽ giúp bảo vệ cộng đồng và tài sản.

Tổng quan nghiên cứu

Giao thông đường thủy tại các hệ thống sông lớn ở Việt Nam đóng vai trò thiết yếu trong vận chuyển hàng hóa, đặc biệt tại các vùng đồng bằng. Theo ước tính, việc duy trì sự ổn định của luồng chính trên các sông lớn là yếu tố quyết định để đảm bảo an toàn và hiệu quả giao thông thủy. Tuy nhiên, dòng chảy sông chịu ảnh hưởng phức tạp bởi lưu lượng, độ sâu và địa hình đáy sông, đặc biệt khi có sự xuất hiện của các công trình thủy lực như kè mỏ hàn, kè hoàn lưu hay mố trụ cầu. Những công trình này nhằm điều khiển dòng chảy, ổn định luồng chính và bảo vệ bờ sông khỏi xói lở, nhưng cũng gây ra hiện tượng xói cục bộ tại chân công trình, đe dọa an toàn kết cấu.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là xây dựng và phát triển mô hình thủy động lực ba chiều để tính toán trường dòng chảy xung quanh các công trình thủy lực phức tạp, đặc biệt là các dạng kè mỏ hàn ngập và kè hoàn lưu, phù hợp với điều kiện thực tế tại Việt Nam. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào các đoạn sông thẳng và cong, với các thí nghiệm vật lý và số được thực hiện trong khoảng thời gian gần đây, nhằm kiểm nghiệm và đánh giá độ chính xác của mô hình.

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc dự báo diễn biến bồi xói, từ đó góp phần nâng cao an toàn công trình thủy lực, giảm thiểu thiệt hại do xói lở và hỗ trợ thiết kế tối ưu các công trình chỉnh trị sông. Các chỉ số đánh giá hiệu quả mô hình bao gồm độ chính xác trong mô phỏng vận tốc dòng chảy, cấu trúc xoáy và phân bố áp suất quanh công trình, với sai số chấp nhận được so với số liệu thực nghiệm.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hệ phương trình Navier-Stokes ba chiều viết dưới dạng trung bình Reynolds (RANS) để mô phỏng dòng chảy phức tạp xung quanh công trình thủy lực. Mô hình sử dụng hệ tọa độ khớp biên di động, cho phép mô tả chính xác địa hình phức tạp và biến đổi mực nước. Để khép kín hệ phương trình, mô hình áp dụng mô hình rối phi tuyến k-ε với các hàm thực nghiệm, giúp mô phỏng các xoáy lớn và dòng chảy rối không đẳng hướng.

Các khái niệm chính bao gồm:

• Trường dòng chảy ba chiều: mô tả vận tốc và áp suất trong không gian 3D, phản ánh các hiện tượng xoáy, dòng hoàn lưu và phân bố vận tốc theo chiều dọc và ngang.
• Mô hình rối k-ε phi tuyến: cải tiến so với mô hình chuẩn, cho phép mô phỏng chính xác hơn các đặc tính rối trong dòng chảy quanh công trình.
• Hệ tọa độ khớp biên di động: cho phép mô hình thích ứng với biến đổi địa hình đáy và mặt nước tự do.
• Điều kiện biên tường cứng: mô phỏng ảnh hưởng của công trình kè hoàn lưu và kè mỏ hàn trong các trạng thái chảy ngập và không ngập.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu nghiên cứu bao gồm các thí nghiệm vật lý trong phòng thí nghiệm (ví dụ thí nghiệm của Munita và Shimizu, Tominaga và cộng sự) và các thí nghiệm số mô phỏng trường dòng chảy ba chiều. Cỡ mẫu lưới tính toán dao động từ 75x45x13 đến 321x61x17 nút lưới, với độ phân giải cao tại khu vực công trình để đảm bảo độ chính xác.

Phương pháp phân tích sử dụng phương pháp thể tích hữu hạn, rời rạc hóa hệ phương trình Navier-Stokes bằng sơ đồ sai phân, kết hợp thuật toán HSMAC để tính áp suất và vận tốc đồng thời. Thuật toán đối lưu sử dụng sơ đồ QUICK bậc hai, khuếch tán rời rạc bằng sơ đồ trung tâm. Mô hình được chỉnh sửa để mô phỏng các trường hợp kè chảy ngập và kè hoàn lưu, phù hợp với điều kiện thực tế Việt Nam.

Timeline nghiên cứu bao gồm: tổng quan lý thuyết và mô hình (2012-2013), xây dựng và chỉnh sửa mô hình (2013), thử nghiệm mô hình với các thí nghiệm vật lý và số (2013), đánh giá và hoàn thiện mô hình (cuối 2013).

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Mô hình mô phỏng chính xác trường dòng chảy ba chiều quanh công trình kè mỏ hàn không ngập: Kết quả mô phỏng cho thấy dòng chảy hướng xuống tại mặt kè, tạo thành các xoáy gần đáy với vận tốc lõi xoáy rất nhỏ, phù hợp với số liệu thí nghiệm Munita và Shimizu (1994). Sai số vận tốc trung bình dưới 10% tại các mặt cắt ngang.

2. Ảnh hưởng của kè chảy ngập đến cấu trúc dòng chảy: Khi tăng lưu lượng và mực nước, mô hình tái hiện được sự thay đổi dòng chảy với các xoáy lớn hơn và phân bố vận tốc phức tạp hơn, phù hợp với các quan sát thực nghiệm. Vận tốc tại các vùng xoáy tăng lên khoảng 15-20% so với trường hợp không ngập.

3. Mô phỏng thành công dòng chảy quanh kè hoàn lưu dạng bản mỏng: Mô hình tái hiện được các dòng hoàn lưu thượng và hạ lưu, các xoáy vòng quanh công trình, phù hợp với thí nghiệm số trong kênh thẳng. Vận tốc tại chân kè hạ lưu tăng khoảng 12% so với vùng không có công trình.

4. Kiểm nghiệm với thí nghiệm vật lý của Tominaga và cộng sự: Mô hình mô phỏng chính xác các xoáy quy mô lớn theo phương thẳng đứng và các xoáy ngang tại khu vực giữa hai kè, với sự phù hợp vận tốc trung bình đạt trên 85% so với số liệu thực nghiệm. Các đặc trưng dòng chảy như dòng nghịch gần bờ và dòng hướng xuống trước mũi kè được tái hiện rõ ràng.

5. Thử nghiệm mô hình với đoạn sông cong có công trình hướng dòng: Mô hình tái hiện được sự thay đổi mực nước và phân bố vận tốc do tác động của công trình, trong đó vận tốc tại bờ trong tăng lên đáng kể so với bờ ngoài. Tuy nhiên, sự phù hợp định lượng giữa mô phỏng và thí nghiệm vật lý còn hạn chế, sai số vận tốc có thể lên đến 20-25%, cho thấy cần cải tiến thêm.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân của các kết quả phù hợp là do mô hình sử dụng hệ phương trình Navier-Stokes RANS ba chiều đầy đủ, kết hợp mô hình rối phi tuyến k-ε và hệ tọa độ khớp biên di động, cho phép mô phỏng chính xác các đặc trưng phức tạp của dòng chảy quanh công trình. Việc chỉnh sửa mã nguồn để mô phỏng kè chảy ngập và kè hoàn lưu giúp mô hình phù hợp hơn với điều kiện thực tế Việt Nam.

So sánh với các nghiên cứu trước đây cho thấy mô hình vượt trội hơn các mô hình hai chiều hoặc mô hình ba chiều sử dụng giả thiết áp suất thủy tĩnh, đặc biệt trong việc mô phỏng các xoáy gần đáy và dòng chảy rối không đẳng hướng. Tuy nhiên, sự khác biệt về sai số định lượng trong đoạn sông cong cho thấy mô hình cần được cải tiến thêm về mô hình rối và mô phỏng biến đổi địa hình phức tạp.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ véc-tơ vận tốc tại các mặt cắt dọc và ngang, biểu đồ so sánh vận tốc mô phỏng và thực đo, cũng như bản đồ phân bố mực nước và vận tốc trên mặt bằng đoạn sông cong.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Cải tiến mô hình rối phi tuyến: Nâng cao mô hình rối bằng cách tích hợp các mô hình rối không cân bằng hoặc mô hình LES để mô phỏng chính xác hơn các xoáy quy mô nhỏ và dòng chảy rối quanh công trình, nhằm giảm sai số vận tốc xuống dưới 10%. Thời gian thực hiện dự kiến 1-2 năm, do nhóm nghiên cứu thủy văn học và kỹ thuật thủy lực đảm nhiệm.

2. Phát triển hệ lưới tính toán thích ứng: Áp dụng hệ lưới cong trực giao và không trực giao kết hợp lưới di động để mô phỏng chính xác địa hình phức tạp và biến đổi lòng sông trong các đoạn sông cong, nâng cao khả năng ứng dụng mô hình cho các công trình thực tế. Thời gian triển khai 1 năm, phối hợp với chuyên gia công nghệ tính toán.

3. Mở rộng kiểm nghiệm mô hình với dữ liệu thực địa: Thu thập và sử dụng số liệu vận tốc, mực nước và bồi xói thực tế tại các công trình thủy lực ở Việt Nam để đánh giá và hiệu chỉnh mô hình, đảm bảo tính ứng dụng thực tiễn. Kế hoạch thực hiện trong 2 năm, phối hợp với các cơ quan quản lý thủy lợi và giao thông thủy.

4. Xây dựng phần mềm ứng dụng thân thiện: Phát triển giao diện người dùng và công cụ hỗ trợ mô phỏng, giúp các kỹ sư thiết kế công trình thủy lực dễ dàng áp dụng mô hình trong thực tế, rút ngắn thời gian tính toán và phân tích. Thời gian dự kiến 1 năm, do nhóm phát triển phần mềm và kỹ thuật thủy lực phối hợp thực hiện.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà nghiên cứu thủy văn học và thủy lực công trình: Luận văn cung cấp cơ sở lý thuyết và mô hình số tiên tiến để nghiên cứu dòng chảy phức tạp quanh công trình, hỗ trợ phát triển các nghiên cứu tiếp theo về bồi xói và ổn định luồng.

2. Kỹ sư thiết kế công trình thủy lợi và giao thông thủy: Các kết quả mô hình giúp đánh giá tác động của công trình lên dòng chảy và bồi xói, từ đó tối ưu thiết kế kè, mố trụ cầu, đảm bảo an toàn và hiệu quả vận hành.

3. Cơ quan quản lý tài nguyên nước và môi trường: Thông tin về ảnh hưởng dòng chảy và bồi xói hỗ trợ hoạch định chính sách bảo vệ bờ sông, phòng chống xói lở và duy trì hệ sinh thái ven sông.

4. Sinh viên và học viên cao học ngành thủy văn học, kỹ thuật thủy lợi: Luận văn là tài liệu tham khảo quý giá về mô hình thủy động lực số, phương pháp giải và ứng dụng thực tế, giúp nâng cao kiến thức và kỹ năng nghiên cứu.

Câu hỏi thường gặp

1. Mô hình thủy động lực ba chiều có ưu điểm gì so với mô hình hai chiều?
   Mô hình ba chiều mô phỏng được cấu trúc dòng chảy phức tạp, bao gồm các xoáy theo phương thẳng đứng và dòng hoàn lưu, giúp dự báo chính xác hơn hiện tượng bồi xói và phân bố vận tốc quanh công trình, điều mà mô hình hai chiều không thể làm được.

2. Tại sao cần chỉnh sửa mô hình để mô phỏng kè chảy ngập và kè hoàn lưu?
   Trong thực tế Việt Nam, nhiều công trình kè thường bị ngập trong mùa lũ, gây thay đổi đáng kể cấu trúc dòng chảy. Mô hình gốc chỉ áp dụng cho kè không ngập, nên việc chỉnh sửa giúp mô hình phản ánh đúng điều kiện vận hành thực tế, nâng cao độ tin cậy.

3. Phương pháp kiểm nghiệm mô hình được thực hiện như thế nào?
   Mô hình được kiểm nghiệm bằng cách so sánh kết quả mô phỏng với số liệu vận tốc, mực nước và cấu trúc xoáy thu thập từ các thí nghiệm vật lý trong phòng thí nghiệm và thí nghiệm số, đảm bảo mô hình tái hiện chính xác các đặc trưng dòng chảy.

4. Mô hình có thể áp dụng cho các đoạn sông cong phức tạp không?
   Mô hình đã được thử nghiệm với đoạn sông cong có công trình hướng dòng, tái hiện được các hiện tượng dòng chảy cơ bản. Tuy nhiên, sự phù hợp định lượng còn hạn chế, cần cải tiến thêm để ứng dụng rộng rãi cho các đoạn sông cong phức tạp.

5. Làm thế nào để giảm thời gian tính toán khi sử dụng mô hình này?
   Sử dụng hệ lưới vuông góc biến đổi với độ phân giải cao tại khu vực công trình và thô hơn ở vùng xa giúp tiết kiệm thời gian tính toán. Ngoài ra, phát triển phần mềm với thuật toán tối ưu và khả năng tính toán song song cũng góp phần giảm thời gian xử lý.

Kết luận

• Đã xây dựng và chỉnh sửa thành công mô hình thủy động lực ba chiều dựa trên mô hình của GS. Hosoda, phù hợp với điều kiện kè chảy ngập và kè hoàn lưu tại Việt Nam.
• Mô hình mô phỏng chính xác các đặc trưng dòng chảy ba chiều quanh công trình kè mỏ hàn và kè hoàn lưu trong kênh thẳng và đoạn sông cong.
• Kết quả kiểm nghiệm với thí nghiệm vật lý và số cho thấy sự phù hợp cao về cấu trúc xoáy, vận tốc và phân bố mực nước, tuy nhiên cần cải tiến để nâng cao độ chính xác định lượng.
• Đề xuất các giải pháp cải tiến mô hình rối, hệ lưới tính toán và mở rộng kiểm nghiệm thực địa nhằm nâng cao tính ứng dụng thực tế.
• Khuyến nghị các nhà nghiên cứu, kỹ sư và cơ quan quản lý sử dụng mô hình như một công cụ hỗ trợ thiết kế và đánh giá công trình thủy lực.

Hành động tiếp theo: Áp dụng mô hình trong các dự án chỉnh trị sông thực tế, phối hợp thu thập số liệu thực địa để hiệu chỉnh và hoàn thiện mô hình, đồng thời phát triển phần mềm ứng dụng thân thiện cho người dùng.