Mô hình thủy động lực học quasi 2D của vùng lũ do nước tràn vào từ việc vỡ đê trên sông Elbe
Tóm tắt
Tóm tắt. Trong mô hình lũ lụt, nhiều mô hình kết hợp 1D và 2D cũng như các mô hình 2D được sử dụng để mô phỏng sự chuyển hướng của nước từ các con sông qua các điểm vỡ đê vào vùng nội địa trong các sự kiện lũ lụt cực đoan. Tuy nhiên, những mô hình này đòi hỏi rất nhiều dữ liệu và tài nguyên tính toán, điều này là một yếu tố quan trọng khi phân tích độ không chắc chắn bằng các kỹ thuật Monte Carlo được sử dụng để bổ sung cho quá trình mô hình hóa. Mục tiêu của bài báo này là trình bày sự phát triển của một phương pháp mô hình hóa quasi-2D, mà vẫn tính toán sóng động trong 1D nhưng việc phân rã các đơn vị tính toán lại ở dạng 2D, cho phép đại diện không gian tốt hơn về dòng chảy trong nội địa do sự vỡ đê mà không cần đầu tư lớn thêm về xử lý dữ liệu và thời gian tính toán. Một đại diện 2D của dòng chảy và các trường vận tốc là cần thiết để mô hình hóa sự vận chuyển trầm tích và chất ô nhiễm vi mô. Mô hình DYNHYD (thủy động lực học 1D) từ gói mô hình WASP5 đã được sử dụng làm cơ sở cho các mô phỏng. Mô hình này đã được mở rộng để kết hợp phương pháp quasi-2D và một phân tích Monte Carlo đã được sử dụng để thực hiện phân tích độ nhạy lũ lụt nhằm xác định độ nhạy của các tham số và điều kiện biên đối với dòng nước kết quả. Một sự kiện lũ lụt cực đoan trên sông Elbe, Đức, với một khu vực có khả năng bị vỡ đê đã được sử dụng làm trường hợp thử nghiệm. Kết quả cho thấy sự tương đồng tốt với những dữ liệu thu được từ một nghiên cứu mô hình hóa 1D/2D khác.
Từ khóa
Tài liệu tham khảo
Ambrose, R. B., Wool, T. A., and Martin, J. L.: The Water Quality Simulation Program, WASP5: model theory, user's manual, and programmer's guide, U.S. Environmental Protection Agency, Athens, GA, http://www.epa.gov/ceampubl/swater/wasp/, 1993.
Apel, H., Thieken, A., Merz, B., and Blöschl, G.: Flood risk assessment and associated uncertainty, Nat. Hazards Earth Syst. Sci., 4, 295–308, 2004.
Aureli, A., Maranzoni, A., Mignosa, P., and Ziveri, C.: Flood hazard mapping by means of filly-2D and quasi-2D numerical modeling: a case study, in: Floods, from defence to management, edited by: van Alphen, J., van Beek, E., and Taal, M., 3rd Iinternational Symposium on Flood Defence, Nijmegen, Netherlands, Taylor & Francis/Balkema, ISBN 0415391199. Blain, pp 373–382, 2006.
Bates, P. D. and De Roo, A. P. J.: A simple raster-based model for flood inumdation simulation, J. Hydrol., 236(1–2), 54–77, 2000.
Chua, L., Merting, F., and Holz, K. P.: River inundation modelling for risk analysis, 1st International Conference on River Basin Management, edited by: Falconer, R. A. and Blain, W. R., pp 373–382, 2001.
D'alpaos, L., Defina, A., and Mattichio, B.: 2D finite element modeling of flooding due to river bank collapse, Proc. Modeling of Flood Propagation Over Initially Dry Areas, American Society of Civil Engineers (ASCE), edited by: Molinaro, P. and Natale, L., 60–71, 1994.
Han, K. Y., Lee, J. T., and Park, J. H.: Flood inundation analysis resulting from levee break, Journal of Hydraulic Research, International Association for Hydraulic Research (IAHR), 36(5), 747–759, 1998.
Herschy, R. W.: Streamflow measurement, 2nd edition, E & FN Spon, an imprint of Chapman & Hall, UK, 1995.
Huang, S., Rauberg, J., Apel, H., and Lindenschmidt, K.-E.: The effectiveness of polder systems on peak discharge capping of floods along the middle reaches of the Elbe River in Germany, Hydrol. Earth Syst. Sci. Discuss., 4, 211–241, 2007.
Lindenschmidt, K.-E., Rauberg, J., and Hesser, F.: Extending uncertainty analysis of a hydrodynamic – water quality modeling system using High Level Architecture (HLA), Water Quality Research Journal of Canada, 40(1), 59–70, 2005.
Lindenschmidt, K.-E., Rauberg, J., and Hohmann, R.: Stofftransport im Fluss- und Auenbereich bei Hochwasser: Quasi-2D hydrodynamische Simulation und Unsicherheitsanalyse, Gas- und Wasserfach: Wasser und Abwasser, 147(11), 720–729, 2006.
Saltelli, A., Chan, K., and Scott, E. M.: Sensitivity analysis, John Wiley & Sons, Ltd., pp 10, 2000.
Vorogushyn, S., Apel, H., Lindenschmidt, K.-E., and Merz, B.: Coupling 1D hydrodynamic, dike beach and inundation models for large-scale flood risk assessment along the Elbe River, Proceedings for 7th International Conference on Hydroinformatics HIC 2006, Nice, France, 4–8 September 2006, Research Publishing Services, ISBN: 81-903170-2-4, pp 481–488, 2007.