Modelu hydrolegol

Afon Clwyd, Sir Ddinbych yn gorlifo dros ei glannau; 2004

New Orleans, Louisiana wedi chwip Corwynt Katrina yn Awst 2005.

Model analog, wrth raddfa o ddyfrhaenau

Defnyddio modelau (ffisegol, cyfrifiadurol neu fathemategol) i efelychu sefyllfaoedd lle mae dŵr yn bresennol yw modelu hydrolegol e.e. dŵr ar yr wyneb, gwlyptiroedd, aberoedd. Mae'n rhan o'r ddisgyblaeth ehangach a elwir yn hydroleg. Fe'i defnyddir i geisio rhagweld effaith dŵr mewn gwahanol amgylchiadau, ac yn rhan o reolaeth dŵr: ei gyfaint a'i burdeb yn ogystal â llif y dŵr.

Mae modelu hydroegol yn cynnwys modelu symudiad dŵr mewn afonydd, modelu llifogydd o afonydd ac ar draws gorlifdiroedd, neu fodelu tonnau'r môr a morgloddiau arfordirol. Gall hefyd gynnwys modelu prosiectau peirianyddol ar gyfer dylunio pontydd, ffyrdd ayb, neu gynllunio a dylunio strategaethau amddiffyn rhag llifogydd afonol neu arfordirol. Mae’r modelau yn ddull o ragfynegi effeithiau dyluniadau gwahanol. Enghraifft o hyn yw rhagfynegi effaith llifogydd o raddfeydd gwahanol ar dref lle mae lefel yr afon wedi codi’n uwch nag uchder yr amddiffynfa ac fe ddangosa’r model yr ardaloedd sydd dan fygythiad.

Hanes

Osborne Reynolds o Owen's College, Manceinion (a adnabyddir heddiw fel Victoria University of Manchester), oedd un o’r cynharaf i ddefnyddio modelau hydroegol drwy gynllunio a gweithredu model llanw a thrai i Ferswy Uchaf yn 1885. Yna ar ôl 1920 gwelwyd cynnydd cyflym mewn labordai ar gyfer astudio problemau peirianyddol hydroegol drwy ddefnyddio modelau yn ôl graddfa. Mae modelu hydroegol ar gyfer peirianyddion wedi datblygu llawer yn ystod y 10 mlynedd diwethaf a’r rheswm am hyn yw’r datblygiadau mewn modelu cyfrifiadurol.

Y broses wyddonol

Y prosesau ffisegol sy’n cyfrannu at y model yw disgyrchiant, ffrithiant, gwanhad, momentwm, tyrfedd a chroeswasgiad. Y rhai pwysicaf yw disgyrchiant a ffrithiant ond mae gwanhad yn bwysig mewn systemau storfeydd o waith dyn a rhannau hir o afon (dros 10 km gyda gorlifdir llydan). O ran afonydd, y cydrannau modelu hydroegol pwysig yw amcangyfrif llif, topograffi, cyfernodau (garwedd, pont, cored) a lefelau llanw/ymchwydd. Mae’r llif yn llifo i mewn ac allan o’r model drwy ffiniau’r model lle bydd llif yn cael ei nodi ar ffin i fyny’r afon, a lefel y dŵr ar ffin i lawr yr afon. Mae’n bwysig bod maint y model a lleoliadau ffiniau’r model yn berthnasol a bod y data gorau ar gael yma. Er mwyn i’r model fod yn realistig dylid cynnwys unrhyw amddiffynfeydd (argloddiau a waliau) ac effaith newid hinsawdd gan luosi’r paramedr (llif, glawiad, cyflymder gwynt alltraeth neu uchder ton) yn dibynnu ar ba gyfnod o flynyddoedd a fodelir (1990–2025, 2025–2055, 2055–2085, 2085–2115) a gwelir canllawiau am hyn yn nogfennau NTC 15 (TAN 15) a PPS 25.

Modelu ffisegol (analog)

Er bod modelau ffisegol yn fanwl gywir maent yn gostus iawn tra bo modelau cyfrifiadurol yn gymharol rad a gellir newid y model yn rhwydd sy’n golygu y gellir modelu amryw o sefyllfaoedd yn gyflym.

Cyn dyfodiad modelau cyfrifiadurol, defnyddid modelau analog i efelychu systemau llif a chludiant. Yn wahanol i fodelau mathemategol sy'n defnyddio hafaliadau i ddisgrifio, rhagfynegi a rheoli systemau hydrologig, mae modelau analog yn defnyddio dulliau nad ydynt yn fathemategol i ddisgrifio'r hydroleg sydd ar waith.

Modelu cyfrifiadurol

Mae modelau cyfrifiadurol yn gyfuniad o fodel mathemategol (set o hafaliadau algebraidd a differol sy’n cynrychioli’r rhyngweithiad rhwng y llif a newidyn proses mewn gofod ac amser) a model rhifiadol (defnyddio trefniadaeth rifiadol i ddarganfod ymddygiad y model dros gyfnod penodol). Yn syml, defnyddir hafaliadau i amcangyfrif ymddygiad llif dros gyfnod penodol yn y dyfodol.

Modelu 1D

Mae’r math o fodel a ddefnyddir yn dibynnu ar y sefyllfa a fodelir. Modelau 1D (dimensiwn) (e.e. HEC-RAS, ISIS, MIKE-11) sy’n cael eu defnyddio gan fwyaf, oherwydd mai’r rhain sydd orau ar gyfer llif o fewn y glannau a modelu adeileddau. Tybiaeth model 1D yw bod lefel dŵr yn llorweddol dros orlifdir ac ystumiau ond nid yw hyn yn wir bob amser.

Modelu 2D

Modelau 2D (JFLOW, LISFLOOD, TUFLOW, ISIS2D, MIKE-21) sydd orau ar gyfer llif dros ben y glannau ac maent yn gallu adnabod llwybr y llif ar draws y gorlifdir drwy ddefnyddio Modelau Tir Digidol (Digital Terrain Models) felly mae safon y data yn effeithio ar y canlyniadau. Defnyddir modelau 2D mewn afonydd, llynnoedd, aberoedd ac mewn trefi. Gellir defnyddio modelau 1D/2D (ESTRY + TUFLOW, ISIS + TUFLOW, MIKE-11 + MIKE-21) sy’n gyfuniad o’r ddau fath o fodelu drwy ddefnyddio’r model 1D o fewn y glannau a’r model 2D dros ben y glannau. Mae modelau 3D (openFOAM) ar gael ond defnyddir y rhain yn bennaf ar gyfer gwaith ymchwil i waddod neu ansawdd dŵr.

• Adeiladu Cynllun Llifogydd Llanelwy
• Cynllun lliniaru llifogydd Gwepre, Cei Connah, Sir y Fflint
• Sicrhau fod 4 cronfa ddŵr ardal Gwydir, Dyffryn Conwy, yn ddiogel

Defnydd mewn diwydiant

Un o'r defnydd amlaf o fodelu hydroegol yw model afonydd. Yn ol deddfwriaeth ddiweddar, ni cheir adeiladu ar ddarn o dir sydd wedi'i leoli mewn ardal sydd â siawns canolig (siawns o lifogi yn fwy na 1 mewn 100) neu uchel (siawns o lifogi yn fwy na 1 mewn 30) o ddioddef o lifogydd o afonydd neu'r môr yn ôl map llifogydd Cyfoeth Naturiol Cymru.

Llyfryddiaeth

• Llywodraeth Cynulliad Cymru. (2004) Nodyn Cyngor Technegol 15: Datblygu a Pherygl o Lifogydd, Gorffennaf 2004 (NCT 15) Archifwyd 2012-04-08 yn y Peiriant Wayback. Agorwyd ddiwethaf 11eg Ion 2011, Technical Advice Note 15: Development and Flood Risk Planning Policy Wales, July 2004 (TAN 15). Agorwyd diwethaf 11eg Ion 2011.
• Department for Communities and Local Government. (2010) Planning Policy Statement 25: Development and Flood Risk (PPS 25), The Stationery Office, Llundain.
• Estrela, T. (1999) Hydraulic Modelling of the Tous Dam Break. Fourth CADAM (Concerted Action in Dam Break Modelling) Workshop, Zaragoza, Sbaen.
• Novak, P., Guinot, V., Jeffrey, A., a Reeve, D. E. (2010) Hydaulic Modelling - An Introduction: Principles, Methods and Applications. Spon Press, Rhydychen.