CHƯƠNG 4 MÔ HÌNH TOÁN NƯỚC NGẦM
1.12 Tổng quan về mô hình hệ thống nước ngầm
1.12.2 Các bước tiến hành mô hình
Khi mô hình số được lựa chọn và mục đích của bài toán đã được xác định rõ ràng, các bước mô hình được đưa ra trong Hình 4.1 theo trình tự như sau:
1. Xác định mục đích của bài toán. Trên cơ sở mục đích này sẽ xác định được phương trình cơ bản cuả bài toán nghiên cứu và từ đó chương trình hay phần mềm thích hợp sẽ được lựa chọn.
2. Xây dựng mô hình khái niệm. Xác định các tầng chứa nước và biên của chúng. Các số liệu cần thiết bao gồm các thông tin về cân bằng nước, các số liệu cần thiết về giá trị thông số của tầng chứa nước và các đặc điểm địa chất thủy văn (mực nước, lưu lượng) tại các biên và một số vị trí trong vùng nghiên cứu. Trong giai đoạn này, khảo sát thực địa sẽ giúp cho người xây dựng mô hình hiểu biết thực tế và giúp cho việc đưa ra các quyết định trong quá trình chạy mô hình.
3. Lựa chọn phương trình cơ bản và chương trình máy tính. Chương trình máy tính gồm các thuật toán để giải phương trình cơ bản bằng phương pháp số.
Việc kiểm tra phương trình cơ bản chính là việc kiểm tra khả năng mô tả chính xác các quá trình vật lý xảy ra trong môi trường lỗ rỗng. Thiết lập độ tin cậy của phương trình cơ bản bằng việc so sánh với các kết quả thí nghiệm trong phòng và các số liệu hiện trường. Vì vậy, kiểm tra phương trình cơ bản có thể được thực hiện bằng việc áp dụng một mô hình với các bài toán thực tế. Kiểm tra chương trình là sự so sánh lời giải số từ mô hình với một hoặc nhiều nghiệm giải tích hoặc với các lời giải số khác. Kiểm tra chương trình đảm bảo rằng chương trình máy tính giải chính xác các phương trình trong mô hình số.
4. Thiết kế mô hình. Thiết kế mô hình là việc đơn giản hoá bài toán thực tế bằng cách tạo ra một định dạng phù hợp để mô phỏng bài toán. Bước này bao gồm thiết kế ô lưới, lựa chọn bước thời gian, xác định các điều kiện biên, điều kiện ban đầu và lựa chọn sơ bộ các giá trị của thông số tầng chứa nước và đại lượng thuỷ văn khác.
5. Hiệu chỉnh mô hình. Mục đích của bước này là xác định xem kết quả của mô hình có với kết quả đo thực tế hay không.Trong quá trình chạy bài toán hiệu chỉnh, giá trị các thông số tầng chứa nước và các đại lượng khác được xác định. Hiệu chỉnh mô hình được tiến hành bằng việc điều chỉnh thông số theo phương pháp thử dần hoặc chương trình hiệu chỉnh thông số tự động.
Hiệu chỉnh mô hình thường được tiến hành bằng cách thực hiện bài toán ngược ổn định và không ổn định.
6. Phân tích độ nhậy của bài toán hiệu chỉnh. Việc hiệu chỉnh mô hình liên quan đến độ tin cậy do không thể xác định được sự phân bố theo không gian (và thời gian) của các thông số cũng như trong việc xác định chính xác các điều kiện biên và các đại lượng khác trong vùng nghiên cứu. Vì vậy, sự phân tích về độ nhậy được thực hiện để xem xét ảnh hưởng của mức độ tin cậy đối với hiệu chỉnh mô hình.
Hình 4.1. Các bước trong nghiên cứu mô hình (theo Anderson và Woessner, 2002) 7. Xác nhận mô hình. Mục đích của việc xác nhận mô hình là tạo nên độ tin
cậy thêm cho mô hình bằng việc tái tạo lại số liệu thực đo khác bằng việc sử dụng các giá trị thông số và đại lượng khác đã được hiệu chỉnh ở bước 6.
8. Dự báo. Xác định sự thay đổi của hệ thống khi có các điều kiện hoặc các sự kiện thay đổi trong tương lai. Mô hình chạy với giá trị các thông số và các đại lượng khác đã được hiệu chỉnh, trừ những đại lượng sẽ thay đổi trong tương lai. Mức độ tin cậy của mô hình dự báo phụ thuôc vào độ tin cậy của mô hình đã được hiệu chỉnh cũng như một số điều kiện biến đổi của mô hình trong tương lai.
9. Phân tích độ nhậy. Phân tích độ nhậy được tiến hành để xác định ảnh hưởng của mức độ tin cậy của các thông số trong dự báo. Đồng thời để kiểm tra sự ảnh hưởng về độ lớn sai số của các đại lượng thuỷ văn đến kết quả dự báo của mô hình.
10. Biểu diễn kết quả mô hình. Việc biểu diễn kết quả tính toán một cách rõ ràng dưới dạng sơ đồ và biểu đồ là cần thiết cho việc trình bày hiệu quả các kết quả của mô hình.
11. Kiểm tra sau khi xây dựng mô hình. Bước này được thực hiện sau một vài năm kể từ khi nghiên cứu mô hình hoàn thành. Các số liệu hiện trường mới
Xác định mục đích
Mô hình khái niệm
So sánh với số liệu thực đo
Số liệu thực đo
Mô hình toán
Lựa chọn chương trình/phần mềm
Xây dựng mô hình
Hiệu chỉnh mô hình
Xác nhận mô hình
Dự báo
Biểu diễn kết quả
Kiểm tra sau khi xây dựng mô hình
Số liệu thực đo Số liệu thực đo
sẽ được thu thập để xác định xem dự báo của mô hình có đúng không. Nếu dự báo là chính xác, mô hình được đánh giá là áp dụng tốt cho vùng cụ thể đó. Do mỗi vùng có các đặc thù riêng, mô hình cần phải được đánh giá cho từng vùng cụ thể. Kiểm tra sau khi xây dựng mô hình cần phải tiến hành sau thời gian đủ dài kể từ khi dự báo được thực hiện để đảm bảo rằng có đủ thời gian để các thay đổi đáng kể có thể xảy ra.
12. Thiết kế lại mô hình. Đánh giá lại mô hình sẽ cho chúng ta một sự hiểu biết sâu sắc hơn về hoạt động của hệ thống. Từ đó, có thể dẫn đến các thay đổi cho phù hợp hơn về mô hình hệ thống hay về giá trị của các thông số của mô hình.
Trong thực tế khi nghiên cứu mô hình, không phải tất cả các bước nêu trên đều phải thực hiện. Nhưng tất cả nghiên cứu mô hình cần phải tiến hành ít nhất tới bước 6 ví dụ như cho các nghiên cứu tổng quan hệ thổng và nghiên cứu mô phỏng. Trong trường hợp không có bộ số liệu thứ hai thì sẽ không có bước xác nhận mô hình (bước 7). Hậu đánh giá mô hình (bước 11) không được xem là một phần thông thường của qui trình nghiên cứu mô hình, nhưng các kết quả có được từ một vài hậu đánh giá cho thấy rõ ràng là bước này cần phải là một phần trong qui trình nghiên cứu mô hình.