Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Cơ kỹ thuật: Một số đặc trưng thủy động lực học và môi trường vùng cửa sông Tây Nam Việt Nam

Chia sẻ: Na Na | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:26

Thêm vào BST

Báo xấu

84
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích của luận án là nghiên cứu các đặc trưng thủy động lực học và môi trường của vùng cửa sông Tây Nam Việt Nam để đưa ra các thông số đặc trưng nhằm xây dựng các công trình quốc phòng và dân sinh để bảo toàn lãnh thổ nước ta, phục vụ việc phát triển kinh tế bền vững của vùng, hạn chế việc ô nhiễm môi trường và các ảnh hưởng xấu khác tới con người.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Cơ kỹ thuật: Một số đặc trưng thủy động lực học và môi trường vùng cửa sông Tây Nam Việt Nam

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ --o0o-- NGUYỄN CHÍNH KIÊN MỘT SỐ ĐẶC TRƯNG THỦY ĐỘNG LỰC HỌC VÀ MÔI TRƯỜNG VÙNG CỬA SÔNG TÂY NAM VIỆT NAM Chuyên ngành: Cơ kỹ thuật Mã số : 62 52 01 01 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ CƠ KỸ THUẬT HÀ NỘI – 2016
Công trình được hoàn thành tại: Học viện Khoa học và Công nghệ - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ [1] Nguyễn Chính Kiên, Đinh Văn Mạnh, Nguyễn Thanh Cơ, Đánh giá sự lan truyền nước dâng do sóng dài vào trong hệ thống sông bằng mô hình kết nối 1-2D, tạp chí Khoa học và công nghệ Người hướng dẫn khoa học: Biển, T13(2013), số 1, Trang 95-104. 1. PGS.TS Đinh Văn Mạnh 2. PGS.TS Hoàng Văn Lai [2] Nguyễn Chính Kiên, Đinh Văn Mạnh và Hoàng Văn Lai, Đánh giá xâm nhập mặn vùng ven biển Tây Nam Việt Nam, tạp chí Khoa học và công nghệ Biển, T14(2014), số 4, Trang 299-309. Phản biện 1: ……………………………………………………… [3] Nguyễn Chính Kiên, Đinh Văn Mạnh và Hoàng Văn Lai, Evaluation of salinity intrusion in the Southwest coastal zone of Phản biện 2: ……………………………………………………… Vietnam, ICEMA3 2014, Trang 140-145. Phản biện 3: ……………………………………………………… [4] Nguyễn Tiế n Cường, Nguyễn Bá Hưng, Nguyễn Chiń h Kiên, Ứng dụng phương pháp lọc Kalman tuyế n tính để nâng cao chấ t lượng dự báo lũ của mô hình thủy văn phân bố , Tuyển tâ ̣p công triǹ h Hô ̣i nghi ̣khoa ho ̣c Thủy khí toàn quố c, 2010, Trang 109 - 116. Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án tiến sĩ, họp tại Học viện Khoa học và Công nghệ - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam vào hồi … giờ ..’, ngày … tháng … năm 2016. Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện Học viện Khoa học và Công nghệ - Thư viện Quốc gia Việt Nam
1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài luận án Vùng biển Tây Nam Việt Nam có tầm quan trọng đặc biệt trong sự phát triển kinh tế – xã hội và an ninh quốc phòng của nước ta, tuy nhiên mức độ nghiên cứu ở đây còn tương đối ít và riêng lẻ. Bên cạnh đó tại vùng cửa sông Tây Nam, số liệu đo đạc ít, không đầy đủ, liên tục. Vì vậy việc sử dụng mô hình số (trên cơ sở các số liệu đã có để hiệu chỉnh, kiểm tra) giúp ta có thể nghiên cứu chi tiết hơn cho vùng cụ thể này với chí phí ít tốn kém hơn. 2. Mục đích nghiên cứu của luận án Mục đích của luận án là nghiên cứu các đặc trưng thủy động lực học và môi trường của vùng cửa sông Tây Nam Việt Nam để đưa ra các thông số đặc trưng nhằm xây dựng các công trình quốc phòng và dân sinh để bảo toàn lãnh thổ nước ta, phục vụ việc phát triển kinh tế bền vững của vùng, hạn chế việc ô nhiễm môi trường và các ảnh hưởng xấu khác tới con người. 3. Đối tượng của luận án a. Nghiên cứu chế độ thủy động lực và môi trường vùng cửa sông Tây Nam Việt Nam, b. Phát triển phần mềm 1-2D áp dụng tính toán quá trình thủy động lực và các yếu tố môi trường vùng cửa sông Tây Nam Việt Nam. 4. Phạm vi nghiên cứu Vùng biển ven bờ Tây Nam, từ Cà Mau đến Kiên Giang và vùng Tứ Giác Long Xuyên. 5. Phương pháp nghiên cứu a. Thừa kế: Trên cơ sở phần mềm đã được xây dựng. b. Phân tích, thống kê và tính toán các tư liệu thu thập được.
2 c. Mô hình hóa số trị tính toán thủy động lực học và môi trường bằng việc phát triển chương trình tính toán ngôn ngữ Fortran. 6. Bố cục của luận án Luận án gồm phần mở đầu, năm chương và phần kết luận với 113 trang, 75 hình vẽ và đồ thị. Chương I trình bày tổng quan tình hình nghiên cứu; đặc điểm vùng nghiên cứu. Chương II khái quát về các dữ liệu thu thập được và các phương pháp được sử dụng để phân tích, xử lý. Chương III trình bày về cơ sở khoa học, phương pháp giải cũng như các kỹ thuật xử lý; kiểm tra, thử nghiệm qua một số bài toán mẫu, bài toán giả định cũng như bài toán thực tế. Chương IV trình bày việc ứng dụng mô hình số trị cho vùng cửa sông Tây Nam Việt Nam. Chương V trình bày các kết quả tính toán số liệu thực đo cũng như thử nghiệm các bài toán giả định để đưa ra đặc trưng thủy động lực học, môi trường cũng như dự báo xu thế. Phần Kết luận trình bày các kết quả đã đạt được, điểm mới, điểm cần phát triển tiếp của Luận án. CHƯƠNG I. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÙNG CỬA SÔNG TÂY NAM VIỆT NAM 1.1 Nghiên cứu trong và ngoài nước về thủy động lực học và môi trường vùng cửa sông 1.1.1 Ngoài nước Trên thế giới, việc nghiên cứu thủy động lực và môi trường vùng cửa sông được tiến hành từ lâu (những năm đầu thế kỷ 19) và bằng nhiều phương pháp khác nhau như quan trắc, phân tích thống kê và gần đây nhất, nhờ sự phát triển của ngành khoa học máy tính với nhiều ưu điểm về mặt chi phí, phương pháp số trị đã được sử dụng rộng rãi và đạt nhiều kết quả. Các phần mềm thương mại mô phỏng thủy động lực, môi trường được sử dụng rộng rãi trên thế giới và
3 Việt Nam có thể kể đến: SOBEK, DUFLOW, ISIS, MIKE11, MOUSE, HYDROWORKS, CE-QUAL-W2, WAQUA, DUCHESS, TELEMAC, TIDEWAY, DELFT và TRIWAQ, … 1.1.2 Trong nước Đã có nhiiều công trình nghiên cứu trong lĩnh vực này của các nhóm, cơ quan nghiên cứu khác nhau, được thực hiện cho các vùng nghiên cứu như Biển Đông, vùng ven biển, vùng cửa sông, trong vịnh và trong sông. Có thể kể đến một số tác giả trong nước sau: Đinh Văn Ưu, Nguyễn Tất Đắc, Phạm Văn Ninh, ... hay các đơn vị Trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên, Viện Cơ học, Viện Quy hoạch Thủy Lợi, Viện Hải Dương học Nha Trang, … 1.1.3 Tình hình áp dụng mô hình số trị ứng dụng cho vùng nghiên cứu Các đề tài khác nhau áp dụng cho toàn dải ven bờ biển Việt Nam, trong đó có vùng nghiên cứu cửa sông Tây Nam, đã chỉ ra các đặc trưng chế độ về gió, dòng chảy các tầng, thủy triều, sóng như Đề tài KHCN.06.10 do GS.TSKH. Phạm Văn Ninh làm chủ nhiệm, Đề án “Điều tra địa chất và tìm kiếm khoáng sản rắn ven bờ Việt Nam” do TSKH. Nguyễn Biểu chủ nhiệm. Đặc biệt gần nhất là đề tài KC.09.02/06-10 “Nghiên cứu điều kiện tự nhiên và môi trường vùng biển Tây Nam, phục vụ phát triển kinh tế và bảo vệ an ninh chủ quyền quốc gia”, PGS. TS. Đỗ Ngọc Quỳnh đã có được cơ sở dữ liệu đầy đủ và tin cậy về chế độ khí tượng thủy văn, động lực, vận chuyển bùn cát, biển động địa hình đáy và bờ biển, môi trường, cấu trúc địa chất, trầm tích đáy, địa mạo và tài nguyên sinh vật của vùng biển Tây Nam cũng như đưa ra các đặc trưng chế độ của các quá trình nói trên. 1.2 Điều kiện tự nhiên của vùng cửa sông Tây Nam Việt Nam
4 1.2.1 Đặc điểm địa hình Vùng biển Tây Nam là một phần của Biển Đông, nơi đây nằm giáp với Vịnh Thái Lan. Biển Tây tương đối cạn, độ sâu trung bình là 45m và sâu nhất là 80m. Hai tỉnh giáp Biển Tây Việt Nam là Kiên Giang và Cà Mau với hàng trăm hòn đảo trải rộng trên một diện tích hàng chục nghìn km2 biển. Vùng Tứ Giác Long Xuyên là một vùng đất hình tứ giác, trên địa phận của ba tỉnh Kiên Giang, An Giang và Cần Thơ, có diện tích tự nhiên khoảng 489,000 Ha, địa hình trũng, tương đối bằng phẳng với độ cao từ 0.4 đến 2m trên mực nước biển. 1.2.2 Đặc trưng thủy văn và hải văn Tổng hợp các đặc trưng về gió, nhiệt độ, bão, độ ẩm không khí, mưa, sương mù, độ mặn, nồng độ ôxy hòa tan. 1.2.3 Đặc điểm động lực học Tổng hợp các đặc trưng về chế độ thủy triều, chế độ dòng chảy, chế độ sóng, chế độ vận chuyển bùn cát của vùng biển Tây Nam; đặc trưng dòng chảy kênh sông của vùng Tứ Giác Long Xuyên. 1.2.4 Đặc trưng về môi trường Tổng hợp các đặc trưng về độ mặn trên kênh sông vùng Tứ Giác Long Xuyên cùng như vùng ven bờ Tây Nam Việt Nam: chịu sự ảnh hưởng của thủy triều và khả năng tải nước của hệ thống sông. Kết luận chương I Trong chương I đã trình bày tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước về thủy động lực học và môi trường vùng cửa sông cũng như tình hình áp dụng mô hình số trị cho vùng cửa sông Tây Nam Việt Nam. Bên cạnh đó, cũng đã đưa ra các nét chung về đặc điểm địa hình, thủy văn, hải văn và môi trường vùng nghiên cứu. CHƯƠNG II. THU THẬP, PHÂN TÍCH VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU
5 2.1 Số liệu thu thập được 2.1.1 Số liệu địa hình Đối với vùng đất liền, thu thập thông tin về số lượng các kênh sông, tọa độ của chúng với các mối liên kết, cũng như lòng dẫn (mặt cắt ngang) và khoảng cách trắc dọc. Các thông tin này được sử dụng để xây dựng mạng sông 1 chiều. Đã thu thập bản đồ độ sâu đáy biển vùng Tây Nam từ các nguồn tài liệu khác nhau. 2.1.2 Số liệu thủy văn, hải văn a. Số liệu thủy văn Các trạm đo lưu lượng và mực nước có trong vùng Tứ Giác Long Xuyên được tổng hợp để làm điều kiện biên và đối chiếu (hiệu chỉnh và kiểm định). Tuy nhiên không phải tất cả các trạm này có đầy đủ số liệu đo cũng như các chuỗi thời gian đo là khác nhau. b. Số liệu hải văn Các số liệu hải văn thu thập được của vùng biển Tây Nam chủ yếu được lấy từ đề tài KC.09.02. 2.1.3 Số liệu môi trường a. Độ mặn Các trạm đo mặn có trong vùng Tứ Giác Long Xuyên rất ít nên số liệu thu thập được cũng hạn chế, chỉ có 02 trạm có số liệu là Rạch Giá và Kiên Lương. Đối với các yếu tố môi trường trên vùng biển Tây Nam, cũng như số liệu về hải văn, các số liệu chủ yếu có được qua Đề tài KC.09.02/06-10. 2.2 Phương pháp phân tích, xử lý số liệu 2.2.1 Phương pháp phân tích điều hòa Từ độ cao mực nước thủy triều sử dụng phương pháp phân tích
6 điều hòa xác định được pha và biên độ của các phân triều. 2.2.2 Khái toán mặt cắt Chia mặt cắt theo các đường song song với trục thẳng đứng z (yi = const), từ các giá trị đo của mặt cắt ngang sẽ tính ra các thông số địa hình khác. 2.3 Kết quả phân tích, xử lý số liệu 2.3.1 Số liệu vùng biển Tây Nam Các mảnh bản đồ giấy được quét thành file ảnh, gắn tọa độ, dùng ArcGis để số hóa thành các lớp (đường bờ, các bãi, đường đẳng sâu, điểm độ sâu) và được chuyển đổi sang khuôn dạng của phần mềm Surfer để xử lý tạo file độ sâu cho mô hình. Từ số liệu đo của hai trạm hải văn Cà Mau và Chandaburi, sử dụng phương pháp phân tích điều hòa ta có được các giá trị hằng số điều hòa, kết hợp với số liệu các hằng số điều hòa từ vệ tinh, sử dụng phép nội suy sẽ cho ta các giá trị tại các điểm trên biên của miền tính. 2.3.2 Số liệu sông Với các dữ liệu về mặt cắt ngang của sông, sử dụng module khái toán mặt cắt, có được các cặp giá trị độ rộng lòng, diện tích theo 13 cấp của từng mặt cắt; kết hợp với các giá trị về khoảng cách trắc dọc, thu được số liệu nhánh sông đã được xử lý để làm đầu vào cho mô hình số trị. Kết luận chương II Chương II khái quát về các nguồn dữ liệu được thu thập, số lượng theo không gian và thời gian cũng như các phương pháp được sử dụng để phân tích, xử lý dữ liệu để làm đầu vào cho mô hình tính sau này. CHƯƠNG III. PHÁT TRIỂN MÔ HÌNH 1-2 CHIỀU THỦY ĐỘNG LỰC HỌC VÙNG CỬA SÔNG
7 3.1 Cơ sở toán học của mô hình 3.1.1 Hệ phương trình 1D Hệ phương trình Saint Venant 1D mô tả quá trình thủy lực: H Q B  q (3.1) t x Q   Q 2   H       gA Sf   0 (3.2) t x  A   x  Trong đó: t - thời gian; A - diện tích ướt mặt cắt ngang của sông; B - chiều rộng của mặt cắt; H - cao trình mực nước, H=z+h, với z là cao trình đáy, h là độ sâu của sông; Q - lưu lượng của dòng chảy; β- hệ số hiệu chỉnh động lượng (β≈1); q - lưu lượng bổ sung hoặc mất đi trên một đơn vị độ dài; R - bán kính thủy lực. Sf - độ dốc ma sát: Sf = g|Q|Q/C2R. 3.1.2 Hệ phương trình 2D Hệ phương trình sử dụng trong mô hình 2D tính toán thủy động lực có dạng:       ud    vd   0 (3.5)  t  x  y u u u  u u 2  v2    2u  2u  u v  g  f  v  x  Dh  2  2  (3.6) t x y x d d  x  y  v v v  v u 2  v2    2v  2v  u v  g f  u  y  Dh  2  2  (3.7) t x y y d d  x  y  3.1.3 Lan truyền chất 3.1.3.1 Phương trình 1D Phương trình khuếch tán mô tả quá trình lan truyền mặn 1 chiều có dạng:
8 ∂At C ∂QC ∂ ∂C + = ( 𝐴𝑡 𝐷 ) + 𝐺(𝐶) ∂t ∂x ∂x ∂x 3.1.3.2 Phương trình 2D Phân bố nồng độ và sự lan truyền của một số chất hoà tan có thể được mô tả bằng phương trình bảo toàn vật chất 2 chiều ngang như sau:  (d C)   udC    vdC    t x y (3.9)   C   C  dDs   dDn   dFD (C )  G (C ) s  s  n  n  3.2 Phương pháp giải số 3.2.1 Đối với hệ phương trình 1 chiều Phương pháp sai phân hệ phương trình 1D: Sử dụng sơ đồ sai phân ẩn 4 điểm của Preissman. 3.2.2 Đối với hệ phương trình 2 chiều Phương pháp sai phân hệ phương trình 2D: Sơ đồ sai phân hiện leap-frog, lưới sai phân xen kẽ, áp dụng kỹ thuật ghép lưới. 3.2.2 Phương pháp đánh giá độ tin cậy của mô hình Để phân tích và đánh giá độ chính xác từ các kết quả của mô hình toán với các số liệu thực đo, NCS sử dụng chỉ số hiệu quả Nash- Sutcliffe (NSE). v 3.3 Kỹ thuật ghép nối lưới tính u  3.3.1 Ghép lưới miền 2 chiều Trong nghiên cứu này sẽ áp dụng phương pháp ghép lưới theo sơ đồ trong Hình 3.5. Tất cả các giá trị của u và v nằm trên đường giới hạn của lưới mịn sẽ được xác Hình 3.5 Sơ đồ ghép 2 lưới.
9 định bằng phép nội suy. Đường lưới thứ 2 kể từ biên vào của lưới mịn sẽ trùng với đường lưới của lưới thô. Trên các đường lưới này cần phải xác định u (nếu đường lưới song song với trục x) và v (nếu song song với trục y). 3.3.2 Kết nối 1-2D Tại điểm ghép lưới các điều kiện bảo toàn về động lượng và liên tục về mực nước được đảm bảo. 3.4 Kỹ thuật tính toán song song và đồ họa 3.3.1 Kỹ thuật tính toán song song NCS lựa chọn kỹ thuật song song sử dụng OpenMP cho vùng 2D tại một số vòng lặp chính và thử nghiệm trên 2 loại CPU: Intel Atom Z3740 4 lõi với tốc độ 1.8GHz và Intel Core i7 3770 4 lõi với tốc độ 4.2GHz. Kết quả mọi bước tính của phương pháp song song phải đảm bảo không có sai khác với phương pháp tính tuần tự. Việc song song Hình 3.12 So sánh thời gian (s) tính tuần tự và song song của của phương án tính 30h. phần mềm tính toán để tận dụng tất cả các lõi của 01 CPU cũng mang lại hiệu quả đáng kể như Hình 3.12, giảm thời gian tính xuống chỉ còn 60% - 70%. 3.4.2 Liên kết bản đồ GIS Để hỗ trợ người dùng đánh giá các kết quả tính và đưa ra các quyết định điều chỉnh kịp thời, NCS lựa chọn MapWindow là một hệ mã nguồn mở cho GIS trên nền hệ điều hành Windows cho phép xử lý, phân tích và hiển thị dữ liệu và các thuộc tính của dữ liệu theo
10 chuẩn định dạng của GIS để ứng dụng vào mô hình. 3.5 Xây dựng chương trình 1-2D tính toán thủy lực và các yếu tố môi trường Hình 3.14 Sơ đồ khối của module tính truyền tải khuếch tán. Hình 3.13 Sơ đồ khối của chương trình tính. 3.6 Tính toán kiểm tra qua một số bài toán mẫu Chương trình được kiểm định qua các bài toán mẫu 1D, bài toán 2D có ghép lưới cũng như áp dụng tính cho cửa biển vùng Cửa Ba Lạt (miền bao gồm hệ thống sông Hồng – Thái Bình kết nối với vịnh Bắc Bộ). Kết quả thu nhận được phù hợp cả về mặt định tính và định lượng, khá trùng với các phần mềm thương mại khác. Kết luận chương III
11 Chương III trình bày về cơ sở khoa học, phương pháp giải cũng như các kỹ thuật xử lý, sơ đồ khối chương trình tính của mô hình 1-2 chiều được NCS phát triển. Áp dụng các giải pháp tính toán song song, liên kết bản đồ GIS, giao diện tương tác đồ họa. Mô hình đã được kiểm tra, thử nghiệm qua một số bài toán mẫu, bài toán giả định cũng như bài toán thực tế, cho kết quả tốt về mặt định tính và định lượng, đủ độ tin cậy để áp dụng tính cho vùng nghiên cứu. CHƯƠNG IV. ỨNG DỤNG MÔ HÌNH SỐ TRỊ CHO VÙNG CỬA SÔNG TÂY NAM VIỆT NAM 4.1 Thiết lập mô hình số trị Hệ thống sông 1D bao gồm các sông, kênh của vùng tứ giác Long Xuyên (giới hạn bởi 4 điểm Châu Đốc, Hà Tiên, Rạch Giá, Long Xuyên) với 1368 mắt cắt thuộc 425 nhánh sông giao nhau tại 233 nút. Số biên trên là 3 bao gồm biên tại Châu Đốc, Vàm Nao Hình 4.1 Hệ thống sông 1D và Cần Thơ (sông Hậu). của mô hình Vùng biển tính 2D của mô hình gồm 3 lưới chồng nhau có kích thước: Lưới 1 (lưới mịn nhất): bao gồm 739 x 649 ô lưới với mỗi ô kích thước 132m x 132m bao phủ vùng ven biển Tây Nam từ Hà Tiên đến Rạch Giá. Lưới 2: bao gồm 151 x 118 ô lưới Hình 4.2 Ba lưới tính chồng với mỗi ô kích thước 1.188m x 1.188m nhau trên miền 2D của mô bao gồm toàn bộ Vịnh Rạch Giá và đảo hình Phú Quốc.
12 Lưới 3: bao gồm 105 x 119 ô lưới với mỗi ô kích thước 3.564m x 3.564m bao gồm vùng có hình chữ nhật với 2 trạm hải văn Cà Mau, Chandaburi nằm trên 2 cạnh (để xác định các giá trị HSĐH trên biên lỏng miền 2 chiều). Mạng sông 1D kết nối với vùng biển 2D tại 20 điểm cửa sông. 4.2 Hiệu chỉnh mô hình số trị cho vùng nghiên cứu Thay đổi các tham số khi tính toán là quá trình Thử-Sai lặp đi lặp lại cho đến khi sai số giữa các kết quả tính toán và số liệu thực đo là chấp nhận được trong cùng một điều kiện. Sử dụng số liệu mực nước thực đo tại Rạch Giá để xác định các thời điểm triều cường, triều kiệt, rút ra được các khoảng thời gian cần tính trong Bảng 4.1. Bảng 4.1 Các khoảng thời gian lựa chọn để hiệu chỉnh mô hình. Năm Mùa Triều tại Rạch Giá Bắt đầu Kết thúc 2005 Mùa khô Triều cường 1/3/2005 10/3/2005 Triều kiệt 16/4/2005 25/4/2005 2008 Mùa khô Triều cường 3/5/2008 12/5/2008 Triều kiệt 13/4/2008 22/4/2008 Ví dụ một kết quả hiệu chỉnh tại Rạch Giá trong Hình 4.6. 0.4 m 0.2 0 4/18/2008 4/20/2008 4/12/2008 4/14/2008 4/16/2008 4/22/2008 4/24/2008 -0.2 -0.4 -0.6 Rạch Giá tính Rạch Giá thực đo Hình 4.6 Giá trị mực nước (m) tính và thực đo tại trạm Rạch Giá mùa khô triều kiệt 2008 theo diễn biến thời gian.
13 Vùng biển tính 2D: Hiệu chỉnh hằng số điều hòa của 4 sóng chính tại 2 trạm đo là Hà Tiên và Rạch Giá. Kết quả hiệu chỉnh với sai số tại các trạm trong khoảng chấp nhận được cả về pha và biên độ. Hiệu chỉnh xâm nhập mặn Kết quả thực hiện hiệu chỉnh độ mặn tại trạm Rạch Giá trong phương án mùa khô triều cường năm 2008 và so sánh với giá trị thực đo được biểu thị trong Hình 4.9 với chỉ số Nash-Sutcliffe đạt mức độ chính xác tốt (NSE > 0.9). 30 ‰ Rạch Giá tính 20 10 0 5/6/2008 5/6/2008 5/7/2008 5/7/2008 Hình 4.9 Giá trị mặn ‰ tính và thực đo tại trạm Rạch Giá mùa khô 5/8/2008 triều cường 2008 4.3 Kiểm định mô hình số trị a. Đối với thủy lực Bảng 4.4 Các khoảng thời gian lựa chọn để kiểm định mô hình. Năm Mùa Triều tại Rạch Giá Bắt đầu Kết thúc 2010 Mùa khô Triều cường 8/2/2010 17/2/2010 Triều kiệt 7/4/2010 16/4/2010 Mùa lũ Triều cường 4/10/2010 13/10/2010 Triều kiệt 11/11/2010 20/11/2010 2011 Mùa khô Triều cường 20/3/2011 29/3/2011 Triều kiệt 25/4/2011 4/5/2011 Mùa lũ Triều cường 26/10/2011 4/11/2011 Triều kiệt 10/9/2011 19/9/2011
14 0.6 m Rạch Giá tính Rạch Giá thực đo 0.4 0.2 0 2/11/2010 2/13/2010 2/15/2010 2/17/2010 2/19/2010 2/7/2010 2/9/2010 -0.2 -0.4 Hình 4.10 Giá trị mực nước (m) tính và thực đo tại trạm Rạch Giá mùa khô triều cường 2010. So sánh kết quả tính toán 8 phương án tại 3 trạm Rạch Giá, Long Xuyên, Châu Đốc với số liệu thực đo cho thấy kết quả kiểm định tương đối tốt, các chỉ số NSE đều đạt mức cao cỡ 0.85, đủ độ tin cậy để sử dụng bộ số liệu này áp dụng cho các phương án tính các năm khác. b. Đối với xâm nhập mặn Hiện tại trong vùng Tứ Giác Long Xuyên, trạm đo giá trị độ mặn mà NCS thu thập chỉ có tại Rạch Giá, các giá trị đo cũng bị ngắt quãng nên chỉ thực hiện một số kiểm định tại trạm này theo một số khoảng thời gian được chọn trong các năm có số liệu đo. 30 ‰ Rạch Giá tính Rạch Giá thực đo 20 10 0 3/6/2005 3/6/2005 3/7/2005 3/7/2005 3/8/2005 Hình 4.26 Giá trị mặn ‰ tính và thực đo tại trạm Rạch Giá mùa khô triều cường 2005
15 30 ‰ Rạch Giá tính Rạch Giá thực đo 20 10 0 3/23/2011 3/23/2011 3/24/2011 3/24/2011 3/25/2011 3/25/2011 Hình 4.27 Giá trị mặn ‰ tính và thực đo tại trạm Rạch Giá mùa khô triều cường 2011 Kết luận chương IV Chương IV trình bày việc ứng dụng mô hình số trị cho vùng cửa sông Tây Nam Việt Nam bằng bộ phần mềm CHB14. Qua nhiều phương án tính với phép Thử-Sai để hiệu chỉnh, đã rút ra được bộ tham số đủ tốt để áp dụng tính kiểm định. Việc kiểm định cũng được thực hiện với nhiều phương án tính tại nhiều điểm đo. Các kết quả thủy lực nhận được đều có mức độ chính xác tốt, phần lớn chỉ số Nash-Sutcliffe đều > 0.9, còn một số ít trạm cho kết quả trung bình. Bên cạnh đó, kết quả về chất lượng nước (ở đây chỉ có số liệu độ mặn để so sánh) khi kiểm định chỉ ở mức trung bình. CHƯƠNG V. MỘT SỐ KẾT QUẢ ỨNG DỤNG CHO VÙNG CỬA SÔNG TÂY NAM VIỆT NAM 5.1 Kết quả tính toán một số đặc trưng thủy động lực học 5.1.1 Ảnh hưởng của thủy triều vào hệ thống sông Các khoảng thời gian của các phương án tính được lựa chọn như trong phần hiệu chỉnh và kiểm định mô hình. Bảng 5.1 Các phương án tính PA Năm Mùa Triều Bắt đầu Kết thúc PA01 2005 Mùa khô Triều cường 1/3/2005 10/3/2005 PA02 2005 Mùa khô Triều kiệt 16/4/2005 25/4/2005
16 PA03 2008 Mùa khô Triều cường 3/5/2008 12/5/2008 PA04 2008 Mùa khô Triều kiệt 13/4/2008 22/4/2008 PA05 2010 Mùa khô Triều cường 8/2/2010 17/2/2010 PA06 2010 Mùa khô Triều kiệt 7/4/2010 16/4/2010 PA07 2010 Mùa lũ Triều cường 4/10/2010 13/10/2010 PA08 2010 Mùa lũ Triều kiệt 11/11/2010 20/11/2010 PA09 2011 Mùa khô Triều cường 20/3/2011 29/3/2011 PA10 2011 Mùa khô Triều kiệt 25/4/2011 4/5/2011 PA11 2011 Mùa lũ Triều cường 26/10/2011 4/11/2011 PA12 2011 Mùa lũ Triều kiệt 10/9/2011 19/9/2011 2 m Kênh Rạch Giá - Long Xuyên 0 m 0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 PA01 PA02 PA03 PA04 PA05 PA06 PA07 PA08 PA09 PA10 PA11 PA12 Hình 5.2 Biên độ dao động mực nước cực trị trên kênh Rạch Giá - Long Xuyên. Đánh giá biên độ dao động mực nước cực trị: Do đặc điểm địa hình vùng, đầu kênh chịu ảnh hưởng của dao động mực nước sông Hậu cuối các kênh ảnh hưởng bởi dao động mực nước biển Tây nên tại hai đầu kênh có biên độ dao động là lớn hơn tại giữa kênh. Qua 12 phương án tính tại 03 kênh (Tri Tôn-Hòn Sóc; Rạch Giá-Long Xuyên; Cái Sắn), rút ra đặc trưng: Biên độ dao động mực nước tại cửa sông giảm tới giá trị nhỏ nhất khi vào sâu trong đất liền khoảng 20km (thời điểm triều cường, vị trí này tiến sâu hơn triều kiệt khoảng 10km), sau đó lại tăng dần do ảnh hưởng của biên thượng lưu.
17 5.1.2 Ảnh hưởng của gió 1 m 0.5 0 m 0 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 80000 Không tính gió Có tính gió Hình 5.6 Mực nước cực đại trên kênh Cái Sắn trong phương án có và không có ảnh hưởng của gió. Nhận xét: Ảnh hướng của gió tác động làm cho mực nước cực trị trong sông dâng cao khoảng 0,1m tại cửa biển và giảm dần khi vào sâu trong đất liền. Qua tính toán tại 3 kênh được xét (Tri Tôn-Hòn Sóc; Rạch Giá-Long Xuyên; Cái Sắn), giá trị chênh lệch này gần như không đáng kể tại vị trí cách cửa biển 60-70km ví dụ như trong Hình 5.6 tại Cái Sắn cũng như các kênh khác. Xét tại điểm thuộc miền 2D nối với cửa sông tại Rạch Giá, thử nghiệm 3 phương án: Chỉ có tác động của thủy triều; Có tác động của thủy triều và gió; Có tác động của thủy triều, của gió và của dòng chảy từ sông. Hình 5.9 Vận tốc dòng chảy tại điểm cửa sông Rạch Giá trong các thử nghiệm số.
18 Kết quả tính toán thử nghiệm số cho thấy: dòng chảy do gió có đóng góp đáng kể đến trường dòng chảy chung khu vực cửa sông, có những thời điểm dòng chảy gió chiếm đến 20-25% giá trị vận tốc dòng chảy (xem Hình 5.9). Trong khi đó, dòng chảy từ sông đổ ra khá nhỏ nên ảnh hưởng không đáng kể đến bức tranh dòng chảy chung ở khu vực cửa sông. 5.2 Kết quả tính toán một số đặc trưng môi trường 5.2.1 Đánh giá mức độ xâm nhập mặn Để đánh giá xâm nhập mặn theo pha triều: lựa chọn kết quả tại các thời điểm: đỉnh triều, triều rút, chân triều, triều dâng của phương án tính triều cường mùa khô năm 2008. Hình 5.10 Phân bố độ mặn tại thời Hình 5.11 Phân bố độ mặn tại điểm đỉnh triều. thời điểm chân triều. Kết quả tính toán diện tích ảnh hưởng bởi độ mặn >4‰ cho thấy, tại thời điểm đỉnh triều là 133,346 Ha, tại thời điểm triều rút là 117.471 Ha, tại thời điểm chân triều là 103.425 Ha và tại thời điểm triều dâng là 116.320 Ha. Để đánh giá ảnh hưởng lớn nhất của triều với việc xâm nhập mặn, 2 kịch bản được đưa ra: Lưu lượng biên trên được lấy vào mùa khô năm 2008, tại cùng thời điểm với mực nước tại cửa biển tương ứng với thời gian triều cường; Lưu lượng biên trên giống với trường hợp 1, mực nước tại biển tương ứng với thời gian triều kiệt.