Tên luận án:
NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN MÔ PHỎNG DÒNG CHẢY VÀ VẬN CHUYỂN BÙN CÁT TRÊN LƯU VỰC VỪA VÀ NHỎ
Ngành:
Thuỷ văn học (Mã số chuyên ngành: 62 44 90 01)
Tóm tắt nội dung tài liệu:
Luận án "Nghiên cứu xây dựng mô hình toán mô phỏng dòng chảy và vận chuyển bùn cát trên lưu vực vừa và nhỏ" tập trung giải quyết vấn đề xói mòn, vận chuyển bùn cát và thoái hóa đất nghiêm trọng tại Việt Nam, đặc biệt ở các vùng đất dốc, dưới tác động của các nhân tố tự nhiên và biến đổi khí hậu. Nhận thấy những hạn chế của các mô hình thương mại hiện có khi áp dụng vào điều kiện địa hình và khí hậu Việt Nam, nghiên cứu này hướng đến xây dựng một mô hình toán phù hợp và hiệu quả.
Mục tiêu chính của luận án là nghiên cứu cơ sở khoa học để xây dựng mô hình mô phỏng dòng chảy và vận chuyển bùn cát trên lưu vực, sau đó ứng dụng mô hình này cho một số lưu vực vừa và nhỏ. Phương pháp nghiên cứu bao gồm phân tích, tổng hợp tài liệu, kế thừa các nghiên cứu trước, ứng dụng viễn thám và GIS, sử dụng mô hình toán và tham vấn chuyên gia. Mô hình được phát triển dựa trên cơ sở lý thuyết về cơ chế xói mòn và vận chuyển bùn cát, sử dụng thuật toán sơ đồ sai phân hữu hạn Lax – Friedrichs có thêm trọng số thời gian và không gian để giải các phương trình dòng chảy và vận chuyển bùn cát, và được lập trình bằng ngôn ngữ C++.
Những đóng góp mới của luận án bao gồm việc xây dựng thành công mô hình mô phỏng vận chuyển bùn cát cho lưu vực vừa và nhỏ, cùng với việc phát triển các phương trình tương quan giữa xói mòn liên rãnh, xói mòn rãnh với cường độ mưa và độ dốc, giúp dự báo lượng bùn cát bị xói mòn và vận chuyển. Kết quả thử nghiệm trên hai lưu vực Nậm Sập và Phiêng Hiềng thuộc tỉnh Sơn La cho thấy sự phù hợp giữa kết quả tính toán và thực đo. Nghiên cứu chỉ ra mưa là yếu tố chính gây vận chuyển bùn cát, và độ dốc là nhân tố quan trọng ảnh hưởng đến xói mòn và dòng chảy mặt, với việc độ dốc lưu vực tăng 30% có thể làm tăng lượng bùn cát lên khoảng 12%.
Luận án cũng đề xuất các kiến nghị tiếp tục nghiên cứu tính toán xói mòn đáy và bờ, vận chuyển bùn cát không đồng nhất, ứng dụng mô hình cho các lưu vực khác và tích hợp công nghệ GIS để tăng cường độ chính xác.
Mục lục chi tiết:
- MỞ ĐẦU
- 1. Tính cấp thiết của luận án
- 2. Mục tiêu nghiên cứu
- 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- 4. Nội dung nghiên cứu
- 5. Phương pháp nghiên cứu
- 6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
- 7. Những đóng góp mới của luận án
- 8. Cấu trúc của luận án: Gồm 3 chương
- CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH TOÁN MÔ PHỎNG VẬN CHUYỂN BÙN CÁT TRÊN LƯU VỰC VỪA VÀ NHỎ
- 1.1 Tổng quan về xói mòn và vận chuyển bùn cát trên lưu vực
- 1.1.1 Một số khái niệm, thuật ngữ
- 1.1.1.1 Xói mòn lưu vực
- 1.1.1.2 Bùn cát và bồi lắng
- 1.1.2 Nguyên nhân chính gây xói mòn, ảnh hưởng đến xói mòn
- 1.1.2.1 Các yếu tố gây xói mòn
- 1.1.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến xói mòn
- 1.1.3 Phân loại xói mòn lưu vực
- 1.1.4 Vận chuyển bùn cát trên lưu vực
- 1.2 Các nghiên cứu trên thế giới
- 1.2.1 Nghiên cứu đánh giá chung về xói mòn
- 1.2.2 Nghiên cứu về các mô hình mô phỏng quá trình xói mòn và vận chuyển bùn cát
- 1.2.2.1 Mô hình kinh nghiệm
- 1.2.2.2 Mô hình nhận thức
- 1.2.3 Các thuật toán giải trong các mô hình mô phỏng vận chuyển bùn cát trên lưu vực
- 1.3 Các nghiên cứu trong nước
- 1.3.1 Nghiên cứu đánh giá chung về xói mòn
- 1.3.2 Các nghiên cứu ứng dụng các mô hình toán mô phỏng xói mòn và vận chuyển bùn cát
- 1.4 Những khoảng trống trong nghiên cứu xói mòn và vận chuyển bùn cát – Hướng nghiên cứu chính của luận án
- 1.4.1 Những khoảng trống trong nghiên cứu xói mòn và vận chuyển bùn cát
- 1.4.2 Định hướng nghiên cứu của luận án
- Kết luận chương 1
- CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU CƠ SỞ KHOA HỌC XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN MÔ PHỎNG VẬN CHUYỂN BÙN CÁT TRÊN LƯU VỰC VỪA VÀ NHỎ
- 2.1 Cơ sở lý thuyết – Nghiên cứu đề xuất thuật toán giải
- 2.1.1 Cơ sở lý thuyết
- 2.1.1.1 Phương trình thấm
- 2.1.1.2 Phương trình mô phỏng dòng chảy
- 2.1.1.3 Phương trình mô phỏng dòng chảy
- 2.1.2 Nghiên cứu đề xuất thuật toán giải
- 2.1.2.1 Thuật toán giải hệ phương trình mô phỏng dòng chảy trên bề mặt lưu vực
- 2.1.2.2 Thuật toán giải hệ phương trình mô phỏng dòng chảy trong kênh/sông:
- 2.1.2.3 Thuật toán giải phương trình mô phỏng xói mòn và vận chuyển bùn cát trên lưu vực
- 2.1.2.4 Thuật toán giải phương trình mô phỏng xói mòn và vận chuyển bùn cát trong kênh/sông
- 2.2 Xây dựng các thành phần của mô hình
- 2.2.1 Quá trình liên rãnh
- 2.2.1.1 Khả năng xói mòn liên rãnh
- 2.2.1.2 Vận chuyển bùn cát liên rãnh
- 2.2.2 Các quá trình xói mòn rãnh
- 2.2.2.1 Xói mòn rãnh
- 2.2.2.2 Vận chuyển bùn cát trong rãnh
- 2.2.3 Quá trình lòng kênh/sông
- 2.2.3.1 Sức tải bùn cát trong kênh/sông
- 2.2.3.2 Vận chuyển bùn cát trong kênh/sông
- 2.3 Phân tích lựa chọn ngôn ngữ xây dựng mô hình
- 2.4 Cấu trúc và chức năng của một số chương trình con
- 2.4.1 Cấu trúc và một số mô đun chính
- 2.4.1.1 Cấu trúc chương trình: Có hai thành phần cơ bản
- 2.4.1.2 Một số mô đun chính
- 2.4.2 Chức năng của một số chương trình con
- 2.5 Giao diện sử dụng chương trình
- Kết luận chương 2
- CHƯƠNG 3 THỬ NGHIỆM MÔ HÌNH ĐỂ MÔ PHỎNG DÒNG CHẢY VÀ VẬN CHUYỂN BÙN CÁT CHO MỘT SỐ LƯU VỰC VỪA VÀ NHỎ
- 3.1 Số liệu đầu vào cho mô hình
- 3.1.1 Tạo cơ sở dữ liệu
- 3.1.2 Chạy mô hình
- 3.2 Thử nghiệm mô hình để mô phỏng xói mòn và vận chuyển bùn cát
- 3.2.1 Lưu vực Nậm Sập
- 3.2.1.1 Vị trí địa lý
- 3.2.1.2 Đặc điểm địa hình
- 3.2.1.3 Đặc điểm thổ nhưỡng
- 3.2.1.4 Đặc điểm thảm phủ thực vật và hiện trạng sử dụng đất
- 3.2.1.5 Đặc điểm khí hậu
- 3.2.1.6 Đặc điểm khí tượng thủy văn
- 3.2.1.7 Yêu cầu số liệu đầu vào mô hình
- 3.2.1.8 Hiệu chỉnh, kiểm định mô hình
- 3.2.2 Lưu vực Phiêng Hiềng
- 3.2.2.1 Vị trí địa lý
- 3.2.2.2 Đặc điểm địa hình
- 3.2.2.3 Đặc điểm thổ nhưỡng
- 3.2.2.4 Đặc điểm thảm phủ thực vật và hiện trạng sử dụng đất
- 3.2.2.5 Đặc điểm khí hậu
- 3.2.2.6 Đặc điểm khí tượng thủy văn
- 3.2.2.7 Yêu cầu số liệu đầu vào
- 3.2.2.8 Hiệu chỉnh, kiểm định mô hình
- 3.2.3 Xây dựng phương trình tương quan
- 3.2.3.1 Phân tích độ nhạy của các thông số mô hình
- 3.2.3.2 Phân tích tương quan giữa xói mòn liên rãnh trên lưu vực với độ dốc và cường độ mưa
- 3.2.3.3 Phân tích tương quan giữa xói mòn rãnh trên lưu vực với độ dốc và cường độ mưa
- Kết luận chương 3
- KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
- Những đóng góp mới của luận án
- Kiến nghị
- DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ