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 -----------------------------

NGUYỄN CHÍNH KIÊN

MỘT SỐ ĐẶC TRƯNG THỦY ĐỘNG LỰC HỌC

VÀ MÔI TRƯỜNG

VÙNG CỬA SÔNG TÂY NAM VIỆT NAM

LUẬN ÁN TIẾN SĨ CƠ KỸ THUẬT

HÀ NỘI – 2016

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 ngành: 62 52 01 01

LUẬN ÁN TIẾN SĨ CƠ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

1. PGS.TS Đinh Văn Mạnh

2. PGS.TS Hoàng Văn Lai

HÀ NỘI – 2016

LỜI CAM ĐOAN

Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của chính tác giả. Các kết quả

nghiên cứu và các kết luận trong luận án này là trung thực, không sao chép từ bất kỳ

nguồn nào và dưới bất kỳ hình thức nào. Các nguồn tài liệu tham khảo (nếu có) được

trích dẫn và ghi rõ nguồn tài liệu tham khảo theo đúng quy định.

Tác giả luận án

Nguyễn Chính Kiên

LỜI CẢM ƠN

Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc nhất đến PGS. TS. Đinh Văn Mạnh và

PGS. TS. Hoàng Văn Lai, là những người thầy đã tận tình chỉ bảo, định hướng khoa học

và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi trong suốt thời gian thực hiện luận án, cũng như đã

cung cấp các tài liệu và ý tưởng cho luận án này.

Trong quá trình thu thập dữ liệu cho luận án, tôi đã nhận được sự trợ giúp về tài liệu

và số liệu từPGS. TS Đỗ Ngọc Quỳnh, PGS. TS Nguyễn Thị Việt Liên (Viện Cơ học),

GS.TS Nguyễn Tất Đắc (Viện Quy Hoạch Thủy Lợi miền Nam), tôi xin cảm ơn những

giúp đỡ nhiệt tình của các thầy cô.

Tôi xin gửi lời cảm ơn đến Bộ phận Đào tạo sau Đại học – Viện Cơ học vì đã tạo

điều kiện giúp đỡ và tổ chức những hoạt động học tập và nghiên cứu một cách tận tình.

Tôi xin chân thành cảm ơn thầy cô, anh chị đồng nghiệp tại Viện Cơ học đã cung cấp cho

tôi những kiến thức chuyên môn quí báu, những lời khuyên hữu ích và hơn hết là niềm

say mê nghiên cứu khoa học.

Luận án này không thể thực hiện được nếu thiếu nguồn giúp đỡ và động viên vô

cùng to lớn từ gia đình tôi, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn to lớn đến những người thân yêu

trong gia đình.

Cuối cùng, đối với bạn bè, đồng nghiệp của tôi ở đơn vị công tác và những nơi

khác, tôi xin ghi lòng những góp ý hữu ích trong chuyên môn và những chia sẻ trong

cuộc sống.

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT THƯỜNG SỬ DỤNG .................................... iii

DANH MỤC CÁC BẢNG ...................................................................................................... iv

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ ........................................................................... v

MỞ ĐẦU ................................................................................................................................... 1

I. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÙNG CỬA SÔNG TÂY NAM VIỆT NAM .................. 4

1.1 Nghiên cứu trong và ngoài nước về thủy động học và môi trường cửa sông, áp

dụng mô hình số trị cho vùng nghiên cứu ......................................................................... 4

1.2 Điều kiện tự nhiên của vùng cửa sông Tây Nam Việt Nam ..................................... 11

II. THU THẬP, PHÂN TÍCH VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU ........................................................ 19

2.1 Số liệu thu thập được ................................................................................................ 19

2.1.1 Số liệu địa hình ....................................................................................................... 19

2.1.2 Số liệu thủy văn, hải văn ........................................................................................ 20

2.1.3 Số liệu môi trường .................................................................................................. 23

2.2 Phương pháp phân tích, xử lý số liệu ........................................................................ 24

2.3 Kết quả phân tích, xử lý số liệu ................................................................................. 26

III. PHÁT TRIỂN MÔ HÌNH 1-2 CHIỀU THỦY ĐỘNG LỰC HỌC VÙNG CỬA

SÔNG ...................................................................................................................................... 28

3.1 Cơ sở toán học của mô hình ...................................................................................... 28

3.2 Phương pháp giải ...................................................................................................... 36

3.3 Kỹ thuật ghép nối lưới tính ....................................................................................... 42

3.4 Kỹ thuật tính toán song song và đồ họa .................................................................... 46

3.5 Xây dựng chương trình 1-2D tính toán thủy lực và các yếu tố môi trường .............. 52

3.6 Tính toán kiểm tra qua một số bài toán mẫu ............................................................. 55

IV. ỨNG DỤNG MÔ HÌNH SỐ TRỊ CHO VÙNG CỬA SÔNG TÂY NAM VIỆT

NAM ........................................................................................................................................ 64

4.1 Thiết lập mô hình số trị ............................................................................................. 64

4.2 Hiệu chỉnh mô hình số trị cho vùng nghiên cứu ....................................................... 66

4.3 Kiểm định mô hình số trị .......................................................................................... 75

V. MỘT SỐ KẾT QUẢ ỨNG DỤNG CHO VÙNG CỬA SÔNG TÂY NAM VIỆT

NAM ........................................................................................................................................ 87

5.1 Kết quả tính toán một số đặc trưng thủy động lực học ............................................. 87

5.2 Kết quả tính toán một số đặc trưng môi trường ........................................................ 93

5.3 Dự báo xu thế .......................................................................................................... 102

KẾT LUẬN ........................................................................................................................... 106

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ .............................. 109

TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................... 110

PHỤ LỤC .............................................................................................................................. 114

iii

DANH MỤC KÝ HIỆU,

CHỮ VIẾT TẮT THƯỜNG SỬ DỤNG

NCS Nghiên cứu sinh

GIS Hệ thống thông tin địa lý

KC Chương trình quốc gia về khoa học công nghệ

KHCN Khoa học công nghệ

TT Trung tâm

TGLX Tứ Giác Long Xuyên

MC Mặt cắt

1D 1 chiều

2D 2 chiều

ĐBSCL Đồng bằng sông Cửu Long

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Số cơn bão xuất hiện trong vùng biển Tây Nam theo cấp bão trong thời gian

1951-2007 ................................................................................................................................ 14

Bảng 2.1 Danh sách trạm khí tượng Thủy văn Nam Bộ .......................................................... 20

Bảng 2.2 Mẫu số liệu độ mặn thu thập được tại Rạch Giá năm 2008 ..................................... 24

Bảng 3.1 Đánh giá mức độ chính xác của kết quả mô hình theo các chỉ số NSE theo bước

thời gian tháng. ........................................................................................................................ 42

Bảng 3.2 Kết quả tính toán tại các nút theo thời gian. ............................................................. 56

Bảng 3.3 Kết quả tính trường hợp 1 của bài toán mẫu số 2 .................................................... 58

Bảng 3.4 Kết quả tính trường hợp 2 của bài toán mẫu số 2 .................................................... 58

Bảng 4.1 Các khoảng thời gian lựa chọn để hiệu chỉnh mô hình. ........................................... 68

Bảng 4.2 So sánh kết quả tính toán hằng số điều hoà của 4 sóng chính với thực đo tại

trạm Hà Tiên. ........................................................................................................................... 71

Bảng 4.3 So sánh kết quả tính toán hằng số điều hoà của 4 sóng chính với thực đo tại

trạm Rạch Giá .......................................................................................................................... 74

Bảng 4.4 Các khoảng thời gian lựa chọn để kiểm định mô hình. ............................................ 75

Bảng 4.5 Chỉ số NSE đánh giá mực nước tính toán ................................................................ 85

Bảng 4.6 Chỉ số NSE đánh giá độ mặn tính toán .................................................................... 85

Bảng 5.1 Các phương án tính................................................................................................... 87

Bảng 5.2 Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước mặt (trích) .................................. 94

Bảng 5.3 Giá trị giới hạn của các thông số trong nước biển ven bờ ........................................ 94

Bảng 5.4 So sánh diện tích ảnh hưởng mặn > 4‰ giữa các phương án. ................................. 96

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Vùng biển Tây Nam .................................................................................................. 12

Hình 1.2 Vùng Tứ Giác Long Xuyên ...................................................................................... 13

Hình 2.1 Độ sâu vùng biển Tây Nam. ..................................................................................... 20

Hình 2.2 Vị trí các trạm đo vùng 1 chiều................................................................................. 21

Hình 2.3 Sơ đồ các trạm đo liên tục và mặt rộng đợt khảo sát Tây Nam KC.09.02. .............. 23

Hình 2.4 Trắc ngang mặt cắt sông.. ......................................................................................... 26

Hình 3.1 Điểm hợp lưu. ........................................................................................................... 29

Hình 3.2 Sơ đồ sai phân 4 điểm Preissman. ............................................................................ 36

Hình 3.3 Sơ đồ các nhánh tại nút. ............................................................................................ 38

Hình 3.4 Sơ đồ sai phân tính 2 chiều. ...................................................................................... 39

Hình 3.5 Sơ đồ ghép 2 lưới.. .................................................................................................... 43

Hình 3.6 Sơ đồ điểm sai phân không đều.. .............................................................................. 44

Hình 3.7 Sơ đồ ghép lưới 1D - 2D. .......................................................................................... 46

Hình 3.8 Sơ đồ đơn giản hóa hệ ghép nối 1D-2D.................................................................... 46

Hình 3.9 Mô hình Fork-Join. ................................................................................................... 48

Hình 3.10 So sánh thời gian (s) tính tuần tự và song song của của phương án tính 10h......... 50

Hình 3.11 So sánh thời gian (s) tính tuần tự và song song của của phương án tính 20h......... 50

Hình 3.12 So sánh thời gian (s) tính tuần tự và song song của của phương án tính 30h......... 50

Hình 3.13 Sơ đồ khối của chương trình tính.. .......................................................................... 53

Hình 3.14 Sơ đồ khối của module tính truyền tải khuếch tán.. ............................................... 54

Hình 3.15 Bài toán phân lưu. ................................................................................................... 57

Hình 3.16 Bài toán kênh chữ nhật phẳng.. ............................................................................... 59

Hình 3.17 So sánh kết quả tính toán của chương trình và DUFLOW tại các điểm A, B và

C, bài toán kênh chữ nhật phẳng.. ............................................................................................ 60

Hình 3.18 Kết quả tính toán mực nước tại điểm A (trên) và B (dưới) theo phương án lưới

đều (đường liền) và ghép lưới.. ................................................................................................ 61

Hình 3.19 Hệ thống sông được mô hình hóa và vùng biển tính.. ............................................ 62

Hình 3.20 Biểu đồ so sánh độ cao thủy triều tại các trạm kiểm tra. ........................................ 63

Hình 4.1. Hệ thống kênh sông 1 chiều của mô hình. ............................................................... 65

Hình 4.2 Ba lưới tính chồng nhau trong miền 2 chiều của mô hình. ....................................... 66

Hình 4.3 Giá trị mực nước (m) tính và thực đo tại trạm Rạch Giá mùa khô triều cường

2005 theo diễn biến thời gian.. ................................................................................................. 68

Hình 4.4 Giá trị mực nước (m) tính và thực đo tại trạm Rạch Giá mùa khô triều kiệt 2005

theo diễn biến thời gian.. .......................................................................................................... 69

Hình 4.5 Giá trị mực nước (m) tính và thực đo tại trạm Rạch Giá mùa khô triều cường

2008 theo diễn biến thời gian.. ................................................................................................. 69

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.. .......................................................................................................... 70

Hình 4.7 So sánh kết quả tính toán dòng triều của 4 sóng chính với thực đo tại trạm LT1.. .. 72

Hình 4.8 So sánh kết quả tính toán dòng triều của 4 sóng chính với thực đo tại trạm LT2.. .. 73

Hình 4.9 Giá trị mặn ‰ tính và thực đo tại trạm Rạch Giá mùa khô triều cường 2008. ........ 75

Hình 4.10 Giá trị mực nước (m) tính và thực đo tại trạm Rạch Giá mùa khô triều cường

2010.. ........................................................................................................................................ 76

Hình 4.11 Giá trị mực nước (m) tính và thực đo tại trạm Long Xuyên mùa khô triều

cường 2010 theo diễn biến thời gian.. ..................................................................................... 76

Hình 4.12 Giá trị mực nước (m) tính và thực đo tại trạm Châu Đốc mùa khô triều cường

2010 theo diễn biến thời gian.. ................................................................................................. 77

Hình 4.13 Giá trị mực nước (m) tính và thực đo tại trạm Rạch Giá mùa khô triều kiệt

2010 theo diễn biến thời gian.. ................................................................................................. 77

Hình 4.14 Giá trị mực nước (m) tính và thực đo tại trạm Long Xuyên mùa khô triều kiệt

2010 theo diễn biến thời gian.. ................................................................................................. 78

Hình 4.15 Giá trị mực nước (m) tính và thực đo tại trạm Châu Đốc mùa khô triều kiệt

2010 theo diễn biến thời gian.. ................................................................................................. 78

Hình 4.16 Giá trị mực nước (m) tính và thực đo tại trạm Rạch Giá mùa lũ triều cường

2010 theo diễn biến thời gian.. ................................................................................................. 79

Hình 4.17 Giá trị mực nước (m) tính và thực đo tại trạm Rạch Giá mùa lũ triều kiệt 2010

theo diễn biến thời gian.. .......................................................................................................... 79

Hình 4.18 Giá trị mực nước (m) tính và thực đo tại trạm Rạch Giá mùa khô triều cường

2011 theo diễn biến thời gian.. ................................................................................................. 80

Hình 4.19 Giá trị mực nước (m) tính và thực đo tại trạm Long Xuyên mùa khô triều

cường 2011 theo diễn biến thời gian.. ..................................................................................... 80

vii

Hình 4.20 Giá trị mực nước (m) tính và thực đo tại trạm Châu Đốc mùa khô triều cường

2011 theo diễn biến thời gian.. ................................................................................................. 81

Hình 4.21 Giá trị mực nước (m) tính và thực đo tại trạm Rạch Giá mùa khô triều kiệt

2011 theo diễn biến thời gian.. ................................................................................................. 81

Hình 4.22 Giá trị mực nước (m) tính và thực đo tại trạm Long Xuyên mùa khô triều kiệt

2011 theo diễn biến thời gian.. ................................................................................................. 82

Hình 4.23 Giá trị mực nước (m) tính và thực đo tại trạm Châu Đốc mùa khô triều kiệt

2011 theo diễn biến thời gian.. ................................................................................................. 82

Hình 4.24 Giá trị mực nước (m) tính và thực đo tại trạm Rạch Giá mùa lũ triều cường

2011 theo diễn biến thời gian.. ................................................................................................. 83

Hình 4.25 Giá trị mực nước (m) tính và thực đo tại trạm Rạch Giá mùa lũ triều kiệt 2011

theo diễn biến thời gian.. .......................................................................................................... 83

Hình 4.26 Giá trị mặn ‰ tính và thực đo tại trạm Rạch Giá mùa khô triều cường 2005. ...... 84

Hình 4.27 Giá trị mặn ‰ tính và thực đo tại trạm Rạch Giá mùa khô triều cường 2011. ...... 84

Hình 5.1 Biên độ dao động mực nước cực trị trên kênh Tri Tôn – Hòn Sóc.. ........................ 88

Hình 5.2 Biên độ dao động mực nước cực trị trên kênh Rạch Giá – Long Xuyên.. ............... 88

Hình 5.3 Biên độ dao động mực nước cực trị trên kênh Cái Sắn.. .......................................... 89

Hình 5.4 Mực nước cực đại trên kênh Tri Tôn – Hòn Sóc trong phương án có và không

có ảnh hưởng của gió.. ............................................................................................................. 90

Hình 5.5 Mực nước cực đại trên kênh Rạch Giá – Long Xuyên trong phương án có và

không có ảnh hưởng của gió.. .................................................................................................. 91

Hình 5.6 Mực nước cực đại trên kênh Cái Sắn trong phương án có và không có ảnh

hưởng của gió.. ......................................................................................................................... 91

Hình 5.7 Trường vận tốc trên toàn vùng 2D. ........................................................................... 92

Hình 5.8 Trường vận tốc tại cửa sông tại Hòn Đất.. ................................................................ 92

Hình 5.9 Vận tốc dòng chảy tại điểm cửa sông Rạch Giá trong các thử nghiệm số.. ............. 93

Hình 5.10 Phân bố độ mặn tại thời điểm đỉnh triều.. ............................................................... 95

Hình 5.11 Phân bố độ mặn tại thời điểm chân triều.. .............................................................. 95

Hình 5.12 Vùng ảnh hưởng bởi nước mặn >4‰ với kịch bản triều cường.. ........................... 97

Hình 5.13 Vùng ảnh hưởng bởi nước mặn >4‰ với kịch bản triều kiệt.. ............................... 97

Hình 5.14 Mực nước (m), vận tốc (m/s) và độ mặn (‰) tính toán tại Rạch Giá.. .................. 98

Hình 5.15 Giá trị mặn tại một số điểm quan sát trên kênh Tri Tôn – Hòn Sóc.. ..................... 99

viii

Hình 5.16 Giá trị BOD cực đại trên hệ thống sông theo phương án mức xả năm 2008. ...... 100

Hình 5.17 Giá trị DO cực đại trên hệ thống sông theo phương án mức xả năm 2008. ......... 101

Hình 5.18 Giá trị BOD trên vùng 2D theo phương án mức xả năm 2008. ............................ 101

Hình 5.19 Giá trị DO trên vùng 2D theo phương án mức xả năm 2008. .............................. 102

Hình 5.20 Giá trị BOD cực đại trên hệ thống sông trong phương án tính xả dự báo. ........... 103

Hình 5.21 Giá trị DO cực đại trên hệ thống sông trong phương án tính xả dự báo. ............. 103

Hình 5.22 Giá trị BOD trên vùng 2 chiều trong phương án tính xả dự báo. ......................... 104

MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài luận án

Vùng biển Tây Nam Việt Nam từ Mũi Cà Mau đến biên giới Campuchia bao

gồm cả các đảo Phú Quốc và Thổ Chu có tầm quan trọng đặc biệt trong sự phát triển

kinh tế – xã hội và an ninh quốc phòng của nước ta. Vùng biển này cũng như toàn bộ

Vịnh Thái Lan nói chung đã được chú ý nghiên cứu từ khá sớm nhằm thu thập những

tư liệu phục vụ cho việc khai thác, sử dụng nguồn lợi, phát triển kinh tế biển, phát triển

kinh tế – xã hội trong vùng và đảm bảo an ninh quốc phòng.

Để thực hiện các mục tiêu trên đòi hỏi phải có những khảo sát kỹ về các điều

kiện tự nhiên như địa chất địa mạo, các điều kiện về khí tượng, thủy văn, hải văn, các

chế độ thủy triều, ... của khu vực. Trên cơ sở đó cần thiết có những nghiên cứu tổng

thể về các đặc trưng thủy động lực học và môi trường của khu vực phục vụ việc xây

dựng các công trình ven biển (bến cảng, luồng lạch, sân bay, ...), phục vụ công tác

thăm dò và khai thác dầu khí và đặc biệt là phục vụ công tác quy hoạch phát triển

vùng. Mặc dù vậy, so với các vùng biển khác của nước ta nói riêng và Biển Đông nói

chung mức độ nghiên cứu ở đây còn tương đối ít và riêng lẻ. Mức độ chi tiết và những

biến động theo không gian và thời gian của các đặc trưng động lực học và môi trường

cần phải được tiếp tục nghiên cứu tỉ mỉ hơn để phục vụ các yêu cầu thực tế ngày càng

cao tại từng vùng cụ thể.

Theo đánh giá của Bộ Tài nguyên và Môi trường cũng như đánh giá của các tổ

chức quốc tế thì Việt Nam là một trong số các nước chịu ảnh hưởng nặng nề nhất của

tình trạng biến đổi khí hậu toàn cầu. Trong đó Khu vực Tứ Giác Long Xuyên và vùng

biển Tây Nam Việt Nam là một trong những vùng trọng điểm chịu sự ảnh hưởng này.

Đây là khu vực có địa hình thấp nên sẽ chịu ảnh hưởng nặng nề của tình trạng nước

biển dâng. Bên cạnh đó, do hệ thống kênh sông và địa hình khu vực có độ dốc nhỏ nên

khi có lũ lụt thì khả năng thoát nước của khu vực là rất chậm. Ngược lại, vào mùa khô

hạn thì khu vực này lại chịu ảnh hưởng nặng nề của tình trạng xâm nhập mặn. Chính

vì vậy cần phải có những nghiên cứu sâu và cụ thể về các đặc trưng thủy động lực học

và môi trường của vùng cửa sông ven biển Tây Nam Việt Nam để làm cơ sở cho việc

ứng phó với tình trạng biến đổi khí hậu toàn cầu và phục vụ công tác phòng tránh,

giảm nhẹ thiên tai và bảo vệ môi trường của vùng.

Trước các nhu cầu và thực trạng như trên của khu vực Tứ Giác Long Xuyên và

vùng biển Tây Nam Việt Nam thì việc phát triển một mô hình số cho phép nghiên cứu

chi tiết các đặc trưng thủy động lực học và môi trường vùng cửa sông khu vực Tây

Nam Việt Nam là vô cùng cần thiết và cấp bách. Đặc biệt, tại vùng cửa sông Tây Nam,

số liệu đo đạc ít, không đầy đủ, liên tục. Muốn có số liệu thì cần một khoảng thời gian

dài và chi phí rất cao. 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

 Nghiên cứu chế độ thủy động lực và môi trường vùng cửa sông Tây Nam Việt

Nam,

 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

 Thừa kế: Trên cơ sở phần mềm đã được xây dựng.

 Phân tích, thống kê và tính toán các tư liệu thu thập được.

 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. Cấu trúc của luận án

Gồm phần Mở đầu, 5 chương và phần Kết luận:

Chương I 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; đưa ra các nét chung về đặc điểm địa hình, thủy

văn, hải văn và môi trường vùng nghiên cứu.

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.

Chương III trình bày về cơ sở khoa học, phương pháp giải cũng như các kỹ thuật xử lý

của mô hình 1-2 chiều thể hiện qua sơ đồ khối làm việc, danh sách đầu vào, đầu ra của

mô hình, các giải pháp nâng cao việc tính toán – song song hóa, hay cho việc hiển thị

trực quan – liên kết bản đồ GIS, cũng như giao diện tương tác đồ họa cũng được áp

dụng. 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 bao gồm các bước là Thiết lập mô hình và Hiệu chỉnh, kiểm định mô hình. Mô

hình đã được thiết lập bao gồm hệ thống kênh sông 1 chiều kết nối với mô hình 03

lưới 2 chiều trên biển qua hơn 20 điểm nối; hiệu chỉnh bằng cách thay đổi các hệ số

nhám, hệ số khuếch tán,…; kiểm định thực hiện với nhiều điểm đo tại nhiều thời điểm.

Chương V trình bày các kết quả tính toán đưa ra các đặc trưng thủy động lực cũng như

thử nghiệm các bài toán giả định: Đưa ra được đặc trưng về biên độ dao động mực

nước cực trị dọc theo một số tuyến kênh, ảnh hướng của gió mùa ngoài biển tác động

làm cho mực nước cực trị trong sông, một số đặc trưng xâm nhập mặn, đưa ra một số

kết quả về bức tranh lan truyền chất trong khu vực cũng như dự báo xu thế khi mức

phát thải tăng dựa trên các chỉ số tăng dự kiến về kinh tế, xã hội.

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

Môi trường cửa sông là vùng nước lợ nơi các dòng sông đổ ra biển, tùy vào

từng đặc điểm tự nhiên mà các nhà khoa học đã phân loại các vùng cửa sông theo các

tiêu chí khác nhau. Việc nghiên cứu môi trường cửa sông được tiến hành bằng nhiều

phương pháp khác nhau như quan trắc, thống kê và phương pháp số,... trong đó

phương pháp số, nhờ sự phát triển của ngành khoa học máy tính, đã được tập trung

nghiên cứu. Do tính chất đặc biệt của vùng cửa sông nên ngoài nghiên cứu mặt thủy

động lực học thì các yếu tố môi trường cũng được quan tâm nhằm hạn chế tác động

xấu, tăng cường khả năng khai thác thủy hải sản và môi trường bền vững.

Việt Nam có hệ thống 392 sông lớn đổ ra biển qua 114 cửa sông, lạch kéo dài từ

Bắc tới Nam nên cứ trung bình 23km lại có một cửa sông. Ở các vùng cửa sông ven

biển, các hoạt động kinh tế, du lịch,... diễn ra rất sôi động. Tuy nhiên các quá trình

thủy động lực và môi trường lại diễn ra ở đây rất phức tạp, phụ thuộc vào chế độ thủy

văn lưu vực sông và chế độ hải văn biển. Ảnh hưởng của sông được thể hiện qua chế

độ dòng nước và bùn cát, ảnh hưởng của biển được thể hiện qua sự dao động của mực

nước (thủy triều và nước dâng do gió, bão) gây dồn ứ nước sông, tạo thành dòng chảy

ngược vào sông trong mùa kiệt và kéo theo quá trình truyền mặn vào sâu trong sông.

Đặc trưng của vùng cửa sông còn là sự biến động rất lớn về độ mặn, mùa kiệt mặn

xâm nhập vào sông sâu hơn; khi triều lên độ mặn cũng cao hơn khi triều rút hay nói

cách khác sự biến động của độ mặn phụ thuộc vào mùa trong năm, pha triều và hình

dạng cửa sông, lòng sông.

1.1.1 Ngoài nước

Trên thế giới, nghiên cứu thủy động lực học đã có nhiều thành tựu và được

phân theo các hướng như bán kinh nghiệm, thực nghiệm, mô hình, ... Các mô hình

thủy động lực được đặt cơ sở trên việc sơ đồ hóa một hay nhiều chiều.

Trong lĩnh vực mô hình hóa, ngay từ những năm 1930, các nhà khoa học đã cố

gắng tìm hiểu mối quan hệ giữa yếu tố vật chất trong quá trình chuyển động đã thành

công với những nghiên cứu của Bagnold và sau đó được phát triển bởi Einstein. Một

trong những công trình nghiên cứu đầu tiên liên quan đến mô hình vận chuyển vật

chất trong chất lỏng được Eistein và Chien xây dựng năm 1955.

Đối với khu vực cửa sông bị ảnh hưởng triều, các nghiên cứu liên quan đến quá

trình vận chuyển vật chất bằng mô hình một chiều có thể kể đến như De Vires cùng

cộng sự hay Smith và Kirby.

Theo một hướng khác, nhiều mô hình thương mại mô phỏng thủy động lực học

môi trường trên cơ sở kết hợp giữa mô hình thủy động lực và mô hình vận chuyển và

khuếch tán vật chất đã được xây dựng. Các mô hình một chiều hiện nay thường dùng

bao gồm: SOBEK, DUFLOW, ISIS, MIKE11, MOUSE và HYDROWORKS. Các mô

hình hai chiều như MIKE21, CE-QUAL-W2, WAQUA và DUCHESS, TELEMAC,

TIDEWAY và các mô hình ba chiều đang được sử dụng hiện nay là Delft3D, MIKE3

và TRIWAQ. Có thể điểm qua một số tính năng mô hình thủy động lực học sau:

 Mô hình DELFT3D do viện nghiên cứu thủy lực WL | Delft Hydraulics của Hà

Lan phát triển, là một hệ thống thống nhất mô hình hai hay ba chiều, mô hình hóa

các vấn đề về dòng chảy, vận chuyển bùn cát, lan truyền sóng, diễn biến hình

thái, chất lượng nước và sinh thái trong sông, cửa sông, vùng ven biển, thềm lục

địa và Đại dương.

 Mô hình MIKE3D là một hệ thống mô hình số trị phi thủy tĩnh tổng quát được

phát triển bởi DHI (Viện Thủy lực Đan Mạch) với một loạt các ứng dụng cho Đại

dương, vùng ven biển, cửa sông và hồ. Nó cũng mô phỏng được dòng ba chiều

không đều và đưa vào các biến thiên mật độ, địa hình đáy, và các ngoại lực tác

động như khí tượng, biến động mực nước (dao động của thủy triều), dòng chảy

và các điều kiện thủy văn khác. Ngoài ứng dụng cho Đại dương, MIKE

(MIKE11) còn là một phần mềm kỹ thuật chuyên dụng mô phỏng lưu lượng, chất

lượng nước và vận chuyển bùn cát ở cửa sông, sông, hệ thống tưới, kênh dẫn và

các hệ thống dẫn nước khác (dự báo lũ, vận hành hồ chứa, mô phỏng kiểm soát

lũ, nghiên cứu sóng triều và dòng chảy do mưa ở sông và cửa sông)

 Mô hình NAM là một hệ thống mô hình hóa hoàn lưu Đại dương ba chiều mô tả

các trường vận tốc, dao động bề mặt tự do, độ mặn và nhiệt độ trong Đại dương.

Mô hình bao gồm chương trình tạo lưới và cách đóng kín có tính đến sóng vỡ bề

mặt, các chương trình xử lý số liệu cho phép áp dụng Nam trong dự báo.

 Mô hình BHS được thiết kế cho biển Bắc và Bắc Baltic, được xây dựng và phát

triển bởi Viện Khí tượng và Thủy văn Thụy Điển chủ yếu để dự báo mực nước

(bao gồm cả cảnh báo nước dâng do bão).

 Mô hình HAMSOM là mô hình hoàn lưu đại dương 3 chiều xây dựng bởi

Institute fur Meereskunde (Hamburg) và Clima Marítimo, để mô phỏng các quá

trình động lực của đại dương và các vùng biển thềm lục địa ven bờ, tính toán

dòng triều, gió áp suất khí quyển, thông lượng nhiệt và sự nghiêng áp trong đại

dương.

 Mô hình ESCOMO dựa trên cơ sở của HAMSOM, được phát triển tại Viện Địa

Vật lý đại học Bergen Nauy. Nó được phát triển hơn nữa từ mô hình thủy động

lực học HAMSOM và modun sinh học thành mô hình thủy động lực học – băng

– sinh học 3 chiều (mô hình thủy động lực học và sinh thái).

 Mô hình IMR dựa trên phương trình nguyên thủy 3 chiều, phụ thuộc vào thời

gian, gió và sự truyền mật độ của Blumberg, Mellor và O’Connor. Đây là mô

hình cặp đôi giữa vật lý, hóa học và hệ sinh học sử dụng để nghiên cứu các tính

chất hóa lý cơ bản của độ phân tán các phần tử hạt (ô nhiễm).

 Mô hình UCL/ULG là mô hình phát triển bởi đại học Liege Bỉ, áp dụng cho các

vùng biển có quy mô trung bình, mô tả thủy động lực học các thềm lục địa quy

mô thời gian theo mùa, dự đoán chính xác dao động mực nước biển, dòng triều,

nghiên cứu ô nhiễm, động lực học của chất dinh dưỡng.

 Mô hình POM được Blumberg và Mellor [28] xây dựng cho cửa sông, ven Đại

dương và Đại dương cho kết quả tốt về dòng chảy, mực nước và xâm nhập mặn

vào cửa sông.

 Mô hình ROMS là mô hình mang tính cộng đồng được sử dụng với nhiều qui mô

không gian và thời gian khác nhau: từ dải ven bờ đến các Đại dương, từ vài ngày,

vài tháng tới hàng chục năm.

Ngoài ra còn kể đến các cách tiếp cận, các ứng dụng cũng như phát triển mô hình

của các tác giả như: Arakawa, A. and V. R. Lamb (1997) [26], Beckers, JM (1991)

[27], Dahlmann, G and Muller – Navarra, S (1997) [29], Deleersnijder, E, Norro, A

and Wolanski, E (1992) [30], …

Một số dự án nghiên cứu về vùng cửa sông như: Russian River Estuary

Management Project; Sonoma County Water Agency USA; Thames Estuary 2100 –

The UK Environment Agency; các hội thảo Cửa sông Quốc tế tại Nhật Bản được tổ

chức thường niên từ năm 1994 cũng đã mở rộng ra các nước khác như Hàn Quốc,

Indonesia, Việt Nam;…

Tình trạng biến đổi khí hậu, sự nóng lên của Trái Đất, nước biển dâng đang đặt

ra các bài toán mới cho vùng cửa sông nên vào tháng 06/2010 Quỹ Bảo tồn thiên

nhiên thế giới đã ra mắt Liên minh các vùng cửa sông thế giới (WEA) nhằm nghiên

cứu một trong những hệ sinh thái quan trọng nhất của thế giới.

1.1.2 Trong nước

Một số công trình nghiên cứu của các tác giả trong nước khác nhau, đã thực hiện

cho các vùng nghiên cứu cụ thể như Biển Đông, vùng ven biển, vùng cửa sông, trong

vịnh và trong sông.

Các mô hình đã được xây dựng và áp dụng trên các vùng sông biển Việt Nam

có thể kể đến như: SOGREAH, MASTER MODEL, MEKSAL, VRSAP, SAL, KODI,

HYDROGIS, DELTA, TSIM2001,... Điểm qua một số tác giả với mô hình thủy động

lực học trong nước sau:

 Đinh Văn Ưu [25] sử dụng và phát triển mô hình GHER (Geohydrodynamics and

Environment Research Laboratory) tính toán cấu trúc dòng chảy và sự biến thiên

trường nhiệt – mối theo mùa của khu vực biển Đông với mạng lưới hai lớp, bảy

tầng sigma cho lớp trên và mười tầng cho lớp nước sâu và phát triển mô hình

(3D) thủy nhiệt động lực học nước nông ven bờ cho vùng Quảng Ninh. Ngoài ra,

Đinh Văn Ưu và cộng sự còn nghiên cứu các đặc trưng rối lớp biên sóng – dòng

sát đáy vùng biển ven bờ, cũng như sự biến động mùa nhiều năm của trường

nhiệt độ mặt nước biển và sự hoạt động của bão tại khu vực biển Đông.

1 2⁄ để tính kích

 Dương Hồng Sơn [22] áp dụng và phát triển mô hình ROMS cho vùng biển

Đông trong hệ tọa độ trực giao và sơ đồ Mellor – Yamada bậc 2

thước rối. Hệ thống dòng chảy được xem như là tổng của hai thành phần đồng áp

và nghiêng áp.

 Nguyễn Thọ Sáo [21] sử dụng mô hình Delft 3D để dự báo nước dâng do bão

ven biển Việt Nam. Tác giả sử dụng kết quả dự báo các trường khí tượng, áp suất

khí quyển và vận tốc gió từ mô hình khí tượng RAMS, nhằm xây dựng một quy

trình dự báo liên hoàn, nhanh chóng và hiệu quả, phục vụ cho phòng chống và

giảm nhẹ thiên tai. Trong nghiên cứu này, tác giả sử dụng đồng thời hai phương

pháp nghiên cứu là sử dụng công thức bán thực nghiệm và sử dụng mô hình toán

(RAMS, DELFT3D) để nghiên cứu áp dụng cho miền nghiên cứ có kinh độ từ 99

- 1210E, 1 - 250N, cho kết quả khả quan.

 Lê Trọng Đào [5] tự xây dựng chương trình để tính toán nước dâng do bão theo

phương pháp phần tử hữu hạn, ngoài ra tác giả còn chỉ ra các thuật toán biến đổi

ma trận nhằm rút gọn thời gian tính toán.

 Nguyễn Minh Huấn [32] tập trung nghiên cứu và xây dựng mô hình số trị bài

toán thủy động lực ba chiều quy mô vừa để mô phỏng trường dòng chảy không

dừng và quá trình lưu khuếch tán dưới tác động tổng hợp của các quá trình thủy

triều, khí hậu - khí tượng, biến động của mật độ nước do hiện tượng bất đồng

nhất của nhiệt độ, độ mặn và một số tác động của sóng bề mặt trong vùng bước

nông ven bờ.

 Đinh Văn Mạnh, Tetsuo Yanagi [34] áp dụng mô hình 3D dựa trên hệ phương

trình Saint Vernant ba chiều, tính toán dòng triều và dòng dư cho vùng biển vịnh

Bắc Bộ. Mô hình được triển khai trên lưới có độ phân giải ngang 18 km và theo

chiều thẳng đứng được chia thành 6 lớp khác nhau. Sau này các tác giả áp dụng

mô hình 3D với tọa độ Sigma, phân giải theo độ sâu là 25 lớp, tính toán mô

phỏng trường dòng chảy dư vào mùa Hè và mùa Đông cho vùng vịnh Bắc Bộ.

 Nguyễn Thị Bảy, Nguyễn Kỳ Phùng [1] nghiên cứu hiện tượng nước dâng do bão

bằng phương pháp số trị dựa trên phương trình thủy động lực học 3 chiều trong

hệ tọa độ cầu ở biển Đông khi có áp thấp đi qua mà không sử dụng các phương

trình nước nông cổ điển.

 Võ Thanh Tân [23] sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn 3D tính toán dòng

chảy vùng biển – nước nông ven bờ ở Nam Bộ, trong đó áp dụng phương pháp

tách miền không gian để tính dòng chảy ba chiều như sau: Bài toán ba chiều

được tách thành các bài toán một chiều theo phương thẳng đứng và bài toán hai

chiều theo phương nằm ngang một cách riêng rẽ; như vậy dòng chảy ba chiều sẽ

được thực hiện qua năm bước tính: Bước thứ nhất là giải bài toán một chiều

thẳng đứng với các phương trình bảo toàn động lượng để tìm các thành phần vận

tốc nằm ngang do các lực tác động để tìm các thành phần các vận tốc nằm ngang

do các lực tác động thẳng đứng u2 và v2. Bước hai giải bài toán hai chiều. Bước

ba, giải bài toán tổng hợp để tìm các thành phần nằm ngang của dòng chảy. Bước

bốn, giải phương trình liên tục để tìm các thành phần thẳng đứng của dòng chảy.

Bước năm, sử dụng các điều kiện biên động học trên bề mặt biển để tính mực

nước.

 Lê Song Giang, Nguyễn Thị Phương, Trần Mạnh Vũ [7], cũng áp dụng các

phương pháp số trị để tính toán dòng chảy gió cho biển Đông cho kết quả khả

quan.

 Nguyễn Tất Đắc, Lương Quang Xô [3, 4], xây dựng mô hình tính toán dòng chảy

và chất lượng nước cho hệ thống kênh sông toàn Đồng bằng sông Cửu Long, có

ghép nối với vùng biển 2 chiều.

1.1.3 Tình hình áp dụng mô hình số trị ứng dụng cho vùng nghiên cứu

Các công trình nghiên cứu động lực học hải dương riêng cho vịnh Thái Lan có

rất ít, thường là những công trình tính toán chung cho cả Biển Đông trong đó vịnh

Thái Lan như là một bộ phận cấu thành. Có thể kể đến các công trình tính toán thủy

triều và hoàn lưu gió của K. Wyrtki (1961); Các công trình tính toán phân bố các sóng

triều chính của K.T. Bogdanov (1963), U.N. Xecgayev (1964), Edward Brinton and

William A.Newman(1974) [31], Robinson (1983), J.J Nihoul and B.M. Jamart(1987)

[33], T. Yanagi và Takao (1997); Công trình tính toán về hoàn lưu của T. Pohlmann

(1987). Ngoài ra còn phải kể đến hàng loạt các công trình của các tác giả Việt Nam đã

được thực hiện ở nước ngoài trong khuôn khổ các luận án tiến sỹ về thủy triều, dòng

chảy, sóng và nước dâng bão trong Biển Đông. Có thể kể tên một số tác giả này như:

Nguyễn Ngọc Thụy (1969), Nguyễn Đức Lưu (1970), Phan Văn Hoặc (1974), Đặng

Công Minh (1975), Hoàng Xuân Nhuận (1982), Đỗ Ngọc Quỳnh (1982), Đinh Văn Ưu

(1984), Nguyễn Thọ Sáo (1988),… Các công trình chỉ tính riêng cho vịnh Thái Lan rất

hiếm. Ở đây có thể chỉ ra công trình của A. Siripong (1985) tính toán hoàn lưu theo

các mùa cho vịnh Thái Lan. Công trình T. Yanagi và Takao (1998) [37] tính toán thủy

triều cho vịnh Thái Lan đã chỉ ra cơ chế dịch chuyển pha của các sóng bán nhật triều

trái với quy luật chung.

Các điều kiện về khí tượng, thủy văn, động lực là những đối tượng được quan

tâm đầu tiên. Trước hết là việc lập ra các trạm quan trắc khí tượng thủy văn cố định

nhằm đo đạc liên tục nhiều năm các yếu tố khí tượng thủy hải văn vùng ven biển. Đó

là các trạm đặt tại Hà Tiên, Rạch Giá, Phú Quốc và Cà Mau. Độ dài thời gian hoạt

động của từng trạm có khác nhau, trong đó có những trạm đã hoạt động liên tục trên

20 năm. Ở đây đã tiến hành đo đạc gió, các yếu tố khí tượng (nhiệt độ không khí, độ

ẩm, khí áp, lượng mưa ...), dao động mực nước biển, quan trắc sóng và tình trạng mặt

biển... Ngoài ra, còn thu nhận được các quan trắc Obship trên các tàu đánh cá, tàu

buôn, tàu vận tải, tàu khai thác, thăm dò dầu khí,... hoạt động trên vùng biển. Những tư

liệu này thường do Tổng Cục Khí tượng Thủy văn, Bộ Thủy sản, Tổng Cục Dầu khí

thu nhận và quản lý.

Đề tài KHCN.06.10 “Cơ sở khoa học và các đặc trưng kỹ thuật đới bờ phục vụ

xây dựng công trình biển ven bờ” (1996-2000) do GS.TSKH. Phạm Văn Ninh [15]

làm chủ nhiệm đã tiến hành nghiên cứu cho toàn dải biển ven bờ nước ta từ Móng Cái

đến Hà Tiên trên cơ sở tổng hợp tư liệu đã có, tiến hành điều tra khảo sát bổ sung và

tính toán mô phỏng theo mô hình toán học để đưa ra các thông số đặc trưng cho chế độ

khí tượng, thủy văn, động lực học biển, địa chất, địa mạo cho từng vùng phục vụ cho

xây dựng công trình. Với vùng biển Tây Nam, đề tài này đã tiến hành điều tra khảo sát

chuyên đề thủy động lực học và vận chuyển bùn cát ở các cửa sông và trên 2 mặt cắt ra

biển, sau đó tiến hành tính toán các thông số đặc trưng về chế độ cho vùng biển ven bờ

này theo yêu cầu của công tác xây dựng công trình ven biển. Những kết quả của đề tài

đã cung cấp những hiểu biết chung nhất về điều kiện tự nhiên, môi trường của vùng

biển, phục vụ tốt cho việc xây dựng các dự án tiền khả thi. Tuy nhiên, mức độ chi tiết

và những biến động theo không gian và thời gian thì cần phải tiếp tục nghiên cứu tỷ

mỷ hơn để phục vụ các yêu cầu thực tế ngày càng cao tại từng vùng cụ thể.

Trong khuôn khổ Đề án “Điều tra địa chất và tìm kiếm khoáng sản rắn ven bờ

Việt Nam” (1991-2000) của Bộ Công nghiệp Nặng do TSKH. Nguyễn Biểu chủ

nhiệm, chuyên đề “Lập bản đồ thủy động lực học vùng biển ven bờ Hà Tiên - Cà

Mau” (1995) đã được Viện Cơ học chủ trì thực hiện [18] bằng cách tiến hành điều tra

đo đạc các yếu tố gió, dòng chảy, sóng trên một mạng lưới trạm vị từ bờ ra khơi tới độ

sâu 30m nước kết hợp với các phương pháp tính toán mô hình số trị đã thành lập bản

đồ thủy động lực, trong đó đã chỉ ra các đặc trưng chế độ về gió, dòng chảy các tầng,

thủy triều, sóng.

Ngoài ra, trong khuôn khổ các hợp đồng nghiên cứu khoa học với các ngành và

địa phương để giải quyết các vấn đề về đánh giá hiện trạng và dự báo xu thế biến đổi

của các điều kiện thủy thạch động lực và môi trường cho từng khu vực cụ thể phục vụ

việc xây dựng, duy tu các công trình như bến cảng, luồng lạch, sân bay... mà tập thể

các cán bộ nghiên cứu của Viện Cơ học đã tiến hành hàng loạt các nghiên cứu ứng

dụng như “Khảo sát và chỉnh lý số liệu biển phục vụ xây dựng cảng cá và cơ sở hậu

cần nghề cá tại đảo Thổ Chu, Kiên Giang” (1994), “Khí tượng thủy văn phục vụ thiết

kế cảng và luồng vào cảng Bình Trị, Kiên Giang” (1995), “Khảo sát các yếu tố động

lực, tính toán sa bồi khu vực cảng nhà máy xi măng Sao Mai - Kiên Giang” (1999),

“Tính toán chế độ dòng chảy, sóng và vận chuyển bùn cát vùng ven bờ Tây Nam Việt

Nam” (2003),...

Đề tài KC.09.02/06-10 (2007-2009) “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” [20] do Viện Cơ học chủ trì, PGS. TS. Đỗ Ngọc Quỳnh đã tập hợp lại những

nguồn tài liệu đã có về các mặt, kết hợp với điều tra nghiên cứu bổ sung để 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, phục vụ cho nhu cầu nghiên cứu

khoa học và phát triển kinh tế - xã hội. Đồng thời, trên cơ sở dữ liệu đó, đã tiến hành

phân tích, tính toán để có được những kết quả nghiên cứu khoa học về các đặc trưng

chế độ của các quá trình nói trên.

1.2 Điều kiện tự nhiên vùng cửa sông Tây Nam Việt Nam [8,9,14,20]

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 mức nước biển sâu

nhất là 80m. Vì nước ấm nhiệt đới, nên Biển Tây có nhiều rạng san hô và nhiều thắng

cảnh. Hai tỉnh giáp Biển Tây Việt Nam là Kiên Giang và Cà Mau. Kiên Giang có 200

km bờ biển, Cà Mau có 147 km bờ biển với hàng trăm hòn đảo với vô số hình dạng

trải rộng trên một diện tích hàng chục nghìn km2 biển. Chúng gom lại thành những

quần đảo như: Phú Quốc, Nam Du, Thổ Chu,….

Hình 1.1 Vùng biển Tây Nam

Phần đất liền từ mũi Cà Mau đến Hà Tiên được quốc lộ 80 từ Rạch Giá đi Long

Xuyên chia làm 2 tiểu vùng: Tứ Giác Long Xuyên và bán đảo Cà Mau. Tứ Giác Long

Xuyên là một vùng đất hình tứ giác, trên địa phận của ba tỉnh Kiên Giang, An Giang

và Cần Thơ. Bốn cạnh của tứ giác này là biên giới Việt Nam - Campuchia, vịnh Thái

Lan, kênh Cái Sắn và sông Hậu. Vùng Tứ Giác Long Xuyên 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.

Hình 1.2 Vùng Tứ Giác Long Xuyên

1.2.2 Đặc trưng thủy văn và hải văn

Gió: Gió vùng biển Tây Nam biến đổ i theo hai mù a rõ rê ̣t: mùa gió đông bắc và

mùa gió tây nam. Trong mù a gió đông bắ c (từ tháng XI đến tháng III năm sau), hướng

gió thịnh hành ở đây là hướng đông, cườ ng đô ̣ gió khá yếu, chỉ bằng khoảng một nửa

so với vịnh Bắc Bộ. Vào mùa gió tây nam (từ tháng V tớ i tháng IX), hướ ng gió thi ̣nh

hành là hướ ng tây, vớ i tố c độ ma ̣nh hơn nhiều so vớ i mù a gió đông bắ c.

Nhiệt độ: Khu vực nghiên cứu nằm ở vĩ độ thấp, nhận được nhiều bức xạ mặt

trời, có nền nhiệt độ cao, biến đổi trong năm nhỏ. Ngoài khơi, nhiệt độ không khí

trung bình năm là 27,2°C. Các tháng III, IV, V là thời kỳ nóng nhất trong năm, nhiệt

độ không khí trung bình tới 28,6°C. Nhiệt độ không khí cao nhất đã quan trắc được

vào tháng III là 38,1°C. Tháng có nhiệt độ không khí thấp nhất là tháng I, trung bình

25,9°C. Nhiệt độ nước biển khu vực này rất cao, trung bình năm là 29,2°C, tháng có

nhiệt độ cao nhất đạt tới 30,9°C (tháng IV), thấp nhất 27,8°C (tháng XII). Như vậy,

nhiệt độ mặt nước biển luôn luôn lớn hơn nhiệt độ không khí. Điều đó dẫn tới lớp biên

sát bề mặt biển bất ổn định, tạo điều kiện thuận lợi cho dông phát triển. Trong những

tháng gió mùa đông bắc, từ khoảng tháng XI đến tháng III năm sau, khi trường gió

đông bắc ổn định và phát triển tới tận phía nam biển Đông, nhiệt độ của nước xâm

nhập từ ngoài biển Đông vào vịnh Thái Lan. Giá trị nhiệt độ tăng dần theo hướng tiến

vào vịnh, tới khoảng giữa vịnh. Chênh lệch nhiệt độ giữa cận nam mũi Cà Mau và đảo

Phú Quốc có thể tới khoảng trên dưới 1oC. Trong các tháng gió mùa tây nam, từ tháng

V đến tháng IX, nhiệt độ tăng dần từ phía bờ Việt Nam - Thái Lan tới bờ Malaysia.

Bão: vùng biển Tây Nam rất ít bão, có thể coi mùa bão ở đây bắt đầu từ tháng X

đến tháng XII hàng năm. Bão tập trung chủ yếu vào tháng XI, trung bình cứ 5 năm

xảy ra một cơn bão. Các tháng khác (tháng X, XII) khoảng 25 năm xảy ra một cơn

bão. Nếu tính trung bình năm thì 3 năm xảy ra một cơn bão. Cũng do ở vĩ độ thấp, bão

ở đây nhìn chung là không lớn (Bảng 1.1).

Bảng 1.1 Số cơn bão xuất hiện trong vùng biển Tây Nam theo cấp bão trong thời gian

1951-2007

Tổng

6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 >17 cộng Cấp bão

Số cơn bão hoạt động

trong vịnh Thái Lan 1 2 6 2 4 1 1 17

Tổng số cơn bão hoạt

động trên vùng biển

Việt Nam 4 3 32 94 44 32 52 50 18 3 8 1 2 343

Độ ẩm không khí: đặc trưng cho mức độ ẩm ướt của khí quyển. Tại khu vực

đảo Phú Quốc, độ ẩm trung bình năm là 80,9%. Vào mùa mưa, độ ẩm lên rất cao, đến

89,3% (tháng IX), trong mùa khô trung bình khoảng 72-76%. Đặc biệt, vào mùa khô

độ ẩm có thể xuống thấp tới 24%, thời tiết rất khô. Độ ẩm ngoài biển khơi và sát bờ có

sự khác biệt, ngoài biển ẩm ướt hơn

Mưa: Khu vực này có đảo Phú Quốc là trung tâm mưa lớn của Việt Nam, lượng

mưa đạt tới 3.200 mm/năm. Mùa mưa từ tháng IV đến tháng XI, lượng mưa trong

mùa mưa chiếm 93.4% lượng mưa cả năm, trung bình mỗi tháng có từ 10-22 ngày

mưa.

Sương mù: Ngoài khơi vùng biển nghiên cứu không quan sát thấy sương mù,

tầm nhìn xa rất tốt, đều lớn hơn cấp 5 (lớn hơn hoặc bằng 5km). Riêng dải sát bờ,

quan sát thấy sương mù bức xạ. Số ngày có sương mù rất nhỏ, trung bình năm có 1,54

ngày, chủ yếu xảy ra vào mùa khô.

Độ mặn: Cả trong hai mùa gió, độ mặn trong vịnh Thái Lan nói chung cao, trên

30‰. Như vậy, nước vịnh được trao đổi mạnh với nước ngoài khơi biển Đông. Phần

vịnh với nước mặt từ ngoài khơi biển Đông vào chiếm hơn nửa diện tích bề mặt vịnh. Phân bố độ muối trong vịnh thay đổ i theo mù a rất rõ rê ̣t. Trong mùa gió đông bắc, độ

mặn giảm theo hướng từ cửa vịnh vào trong vịnh tới khoảng quá giữa vịnh. Dòng toàn

phần vận chuyển nước trong gió mùa đông bắc ổn định hướng từ ngoài cửa vào trong

vịnh quyết định bức tranh phân bố độ mặn. Tại vị trí cửa vịnh, độ mặn trên 33‰,

thuộc loại cao tương đương với độ mặn của nước mặt ngoài khơi biển Đông. Trong

mùa gió tây nam, phân bố độ mặn trong vịnh Thái Lan chủ yếu do quá trình sắp xếp

lại nước của vịnh và nước từ lục địa trong vịnh quyết định. Quá trình này bắt đầu có

biểu hiện từ tháng VI và phát triển nhất ở tháng VIII và IX. Chỉ trong những tháng

này, phân bố độ mặn của vịnh hoàn toàn theo quy luật tăng dần từ bờ ra khơi.

Nồng độ ôxy hòa tan: Do đặc điểm trao đổi nước mạnh giữa vịnh và vùng khơi

biển Đông nên nền ôxy hòa tan trong nước biển vịnh Thái Lan cao như nước biển

khơi. Quy luật phân bố nổi rõ nhất là nồng độ ôxy hòa tan tăng từ phía đỉnh vịnh nước

nông ra cửa vịnh giáp với biển khơi. Theo độ sâu, nồng độ ôxy hòa tan giảm từ bề mặt

tới đáy. Giá trị nồng độ ôxy cao nhất trong mùa gió đông bắc (tại cửa vịnh tới 4,8

ml/l) và thấp nhất trong thời kỳ mùa gió tây nam.

1.2.3 Đặc điểm động lực học [17,18,19]

Chế độ thủy triều: ở đây các sóng nhật triều đóng vai trò chính, chế độ thủy

triều mang tính chất chủ yếu là nhật triều không đều. Độ lớn thủy triều vùng này

không lớn, trung bình khoảng trên dưới 1m, thủy triều cực đại có thể đạt 1,5 m ở ven

bờ Việt Nam.

Chế độ dòng chảy: dòng triều luôn chiếm ưu thế, đóng vai trò chính trong việc

hình thành bức tranh dòng chảy tổng hợp. Dòng gió biến đổi theo mùa rõ rệt. Vào mùa

gió tây nam, dòng chảy gió trong cả vịnh Thái Lan hình thành một hoàn lưu xoáy

nghịch lớn (theo chiều kim đồng hồ), nghĩa là ở vùng biển Tây Nam của Việt Nam

dòng chảy có hướng đi từ bắc xuống nam (theo hướng từ Hà Tiên xuống Cà Mau).

Vào mùa gió đông bắc, dòng chảy gió có xu hướng ngược lại, tức là hình thành hoàn

lưu xoáy thuận lớn (ngược chiều kim đồng hồ) trong toàn vịnh, và dòng chảy vùng

biển ven bờ Tây Nam Việt Nam có hướng đi từ nam lên bắc.

Chế độ sóng: sóng trong vùng nghiên cứu thuộc loại sóng vừa và sóng yếu. So

với các vùng ven bờ khác của nước ta, đây là vùng động lực sóng yếu nhất. Sóng trong

mùa gió tây nam luôn mạnh hơn trong mùa gió đông bắc và chỉ có sóng trong mùa gió

tây nam mới đóng vai trò động lực quan trọng trong vùng này. Độ cao sóng hữu hiệu

cực đại năm khoảng 2.5-3m với hai hướng sóng nguy hiểm là hướng tây nam và tây

bắc. Tháng có sóng lớn nhất trong năm là tháng 7 và tháng 8, độ cao ở vùng ven bờ

khoảng 1,25m. Tần suất các sóng trong khoảng giữa hướng nam và tây chiếm 39% và

theo các hướng giữa tây tây bắc và bắc chiếm 19%, còn lại 42% tổng số trường hợp là

lặng sóng. Phân bố hai chiều trung bình năm giữa độ cao và chu kỳ sóng là 0.5-0.75m

và 3-5s. Tần suất sóng bão tại khu vực này rất hiếm và độ cao sóng trong bão cũng

không lớn. Độ cao sóng hữu hiệu với chu kỳ lặp 20 năm 1 lần tại vùng biển Tây Nam

là 4.5m và chu kỳ sóng 10s.

Chế độ vận chuyển bùn cát: xu thế chung trong năm là dòng vận chuyển bùn

cát tịnh đi từ hướng bắc xuống nam và xảy ra chủ yếu vào mùa gió tây nam, khi xuất

hiện trường sóng mạnh từ ngoài khơi truyền vào bờ. Như vậy khu vực mũi Cà Mau là

nơi hội tụ của hai nguồn vận chuyển bùn cát tịnh: từ bờ phía đông và từ bờ phía tây.

Chính vì thế khu vực quanh mũi Cà Mau được bồi rất mạnh và một phần bùn cát đã

được tải ra khơi tạo ra khu vực bãi cạn khá rộng xa bờ.

Đặc điểm của vùng đất liền Tứ Giác Long Xuyên [11] là có hệ thống kênh rạch

chằng chịt đổ ra biển qua nhiều kênh và cửa sông. Trong mùa lũ, vùng này thường

ngập nước với độ sâu từ 0.5 đến 2.5 m, tương đối dễ thoát nước. Vào mùa khô, vùng

này thường khô hạn và bị nước mặn thâm nhập. Qua theo dõi đo đạc trong 2 trận lũ

lịch sử năm 2000 và 2001 (hai trong 4¸ 5 trận lũ lớn nhất thời kỳ 1961-2004 về tổng

lượng lũ và đỉnh lũ), lượng lũ thoát từ Tứ Giác Long Xuyên ra Vịnh Thái Lan chiếm

78%, phần thoát ra vùng Tây sông Hậu khoảng 22%. Tình trạng tiêu thoát vùng Tứ

Giác Long Xuyên đã được cải thiện nhiều nhờ chương trình thủy lợi thoát lũ qua biển

Tây của Chính phủ đã phần nào giải quyết tình trạng ngập lũ và đất bị nhiễm mặn của

vùng. Trên vùng này, vai trò của các kênh dọc dẫn nước trong, ít phù sa từ biên giới

thoát ra Biển Tây tăng lên nhiều (lớn nhất kênh T5, Trà Sư, Tha La, sau đó là kênh

T6, T4, T3, ...). Cùng với quá trình đó là sự gia tăng lượng nước sông Hậu nhiều phù

sa theo các kênh trên đoạn Châu Đốc về Long Xuyên vào trong đồng với hướng chảy

thống trị trong thời kỳ lũ lên từ cuối tháng VIII đến đầu tháng X (lượng nước lớn nhất

truyền theo các kênh Tri Tôn, Ba Thê và các kênh từ kênh Đào đến kênh Năng Gù).

1.2.4 Đặc trưng về môi trường [8]

Vùng ĐBSCL có 3 khu vực nhiễm mặn đáng chú ý, đó là: vùng mặn sông Vàm

Cỏ, vùng Bán đảo Cà Mau, vùng ven biển phía Tây của Tứ Giác Long Xuyên.

Tứ Giác Long Xuyên là vùng nằm dọc theo kênh Rạch Giá - Hà Tiên, bị ảnh

hưởng trực tiếp của nước mặn phía biển Tây. Vùng này có các kênh tiếp nước đều

xuất phát từ miền nước ngọt của sông Hậu, độ mặn ở đây được quyết định chủ yếu bởi

khả năng tải nước của các kênh dẫn và lượng nước đã dùng trên dọc các tuyến kênh

đó.

Theo kết quả phân tích mới nhất của Trung tâm Quan trắc cảnh báo môi trường

và phòng ngừa dịch bệnh thủy sản khu vực Nam bộ về chất lượng nước cuối năm

2005, đầu năm 2006: Chất lượng nước có chiều hướng giảm dần từ thượng nguồn

xuống hạ nguồn vào tháng đỉnh điểm lũ năm 2005. Các chất chỉ thị ô nhiễm hay tình

trạng phú dưỡng như sulfite, nitrat và sắt II đều tăng dần khi xuống hạ nguồn và vượt

quá yêu cầu chất lượng nước cho nuôi cá nước ngọt.

Đối với vùng biển Tây, hiện tại đã có biểu hiện ô nhiễm môi trường nước và

trầm tích vùng ven bờ do các hoạt động từ đất liền. Hàm lượng một số thông số chất

lượng môi trường thường xuyên vượt tiêu chuẩn: chất rắn lơ lửng, COD, coliform,

silicat, dầu mỡ, amoniac, dieldrin. Hàm lượng dầu cũng vượt quá tiêu chuẩn cho phép

theo mức độ nuôi trồng thủy sản.

Vùng ven biển Kiên Giang, từ vịnh Rạch Giá đến Hà Tiên chịu nhiều ảnh hưởng

của dòng nước kênh sông chảy qua vùng Tứ Giác Long Xuyên nên có độ mặn thấp,

kém ổn định, độ pH thấp nghiêng về tính axit, hàm lượng các kim loại nặng (Fe, Zn,

Mn …) và các muối dinh dưỡng cao, đặc biệt ở vùng vịnh Rạch Giá.

Thời gian gần đây, trong bối cảnh phát triển kinh tế-xã hội mạnh mẽ ở vùng

đồng bằng Nam Bộ, có những công trình xây dựng lớn như hệ thống kênh thoát lũ ra

biển Tây Nam, quai đê lấn biển ở Rạch Giá. Các công trình này đã mang lại những ích

lợi kinh tế-xã hội rõ nét. Tuy nhiên, trong quá trình hoàn thành và sử dụng, các công

trình này cũng mang theo những hệ quả môi trường và qua đó, tác động tới môi

trường sống và hệ sinh thái cửa sông và ven bờ.

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.

Phần tổng quan tình hình nghiên cứu môi trường vùng cửa sông cũng như tình

hình áp dụng mô hình số trị đã liệt kê các phần mềm, các nhóm nghiên cứu, các đề tài,

dự án đã triển khai cùng với việc đánh giá khái quát ưu nhược điểm cũng như các kết

quả đạt được.

Phần đặc điểm tự nhiên vùng nghiên cứu đã cung cấp ngắn gọn các thông tin cơ

bản về địa hình, đặc trưng thủy văn, hải văn và môi trường của vùng nghiên cứu của

luận án, từ đó có thể định hướng các nghiên cứu tiếp theo cho phù hợp thực tế của luận

án.

CHƯƠNG II

THU THẬP, PHÂN TÍCH VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU

Để thiết lập mô hình số trị cho vùng nghiên cứu cụ thể cần rất nhiều loại dữ liệu,

số liệu khác nhau như: địa hình, đường bờ, cấu hình lòng dẫn, độ dốc kênh,…

Một số dạng dữ liệu có thể sử dụng trực tiếp nhưng một số dạng khác lại cần phải

phân tích, xử lý để nhận được các đặc trưng sau đó được chuẩn hóa thành dữ liệu đầu

vào của mô hình tính toán.

Cụ thể trong nghiên cứu này, thiết lập mô hình tính toán 1-2D thủy động lực học

và môi trường cho vùng cửa sông Tây Nam, đã thu thập được các loại số liệu sau:

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, trong đó chủ yếu từ [20]:

- Bản đồ độ sâu tỷ lệ 1/3.500.000 do Cục Thủy văn, Cơ quan Đảm bảo Hàng hải

Nhật Bản xuất bản năm 1987; - Bản đồ độ sâu tỷ lệ 1/1.000.000 do Ngành Hải đồ Hải

quân Biển, Hải quân Nhân dân Việt Nam, Bộ Tổng Tham mưu xuất bản năm 1977;

- Bản đồ độ sâu tỷ lệ 1/100.000 do Ngành Hải đồ Hải quân Biển, Hải quân Nhân

dân Việt Nam, Bộ Tổng Tham mưu xuất bản năm 1982;

- Bản đồ độ sâu tỷ lệ khác nhau vùng cửa sông: 1/5.000, 1/10.000, 1/1/20.000,

1/25.000 do Ngành Hải đồ Hải quân Biển, Hải quân Nhân dân Việt Nam, Bộ Tổng

Tham mưu xuất bản năm 2000;

- Bản đồ độ sâu UTM tỷ lệ 1/50.000 do Quân đội Mỹ xuất bản năm 1965.

Các bản đồ này đã được số hóa bằng công nghệ GIS, kết quả được trình bày

trong Hình 2.1.

Hình 2.1 Độ sâu vùng biển Tây Nam.

2.1.2 Số liệu thủy văn, hải văn

a. Số liệu thủy văn

Các trạm đo có trong vùng Tứ Giác Long Xuyên bao gồm các trạm là Châu Đốc,

Vàm Nao, Long Xuyên, Cần Thơ, Rạch Giá, Tân Hiệp, Tri Tôn, Tịnh Biên, Vị Thanh,

Xuân Tô, Hà Tiên, Kiên Lương. 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.

Bảng 2.1 Danh sách trạm khí tượng Thủy văn Nam Bộ

DANH SÁCH TRẠM KTTV NAM BỘ

TT TÊN TRẠM KINH ĐỘ VĨ ĐỘ TÊN SÔNG Tỉnh

1 Cần Thơ 105.47 10.02 Hậu Cần Thơ

2 Châu Đốc 105.07 10.42 Hậu An Giang

3 Long Xuyên 105.26.5,2'' 10.23.35,2 Hậu An Giang

4 Vàm Nao 105.21 10.34 Vàm Nao An Giang

5 Xuân Tô 104.56.39,8'' 10.36.22,6 Kênh Vĩnh Tế An Giang

6 Tri Tôn 105.03.20 10.26.11 Kênh Tri Tôn An Giang

7 Rạch Giá 105.05.2,7'' 10.00.44,3'' Kiên Kiên Giang

8 Tân Hiệp 105.15.51,3'' 10.05.47'' Kênh Cái Sắn Kiên Giang

Hình 2.2 Vị trí các trạm đo vùng 1 chiều.

Mực nước:

Tại các trạm đo, các giá trị mực nước có thể thu thập được với tần suất 1 số

liệu/h theo các khoảng thời gian là: Châu Đốc (01/2/2005-31/5/2005, 01/01/2008-

30/6/2008, 01/01/2010-30/12/2010, 01/01/2011-30/12/2011); Vàm Nao (01/2/2005 -

31/5/2005, 01/01/2008 - 30/6/2008, 01/01/2010 - 30/12/2010, 01/01/2011 -

30/12/2011); Cần Thơ (01/2/2005 - 31/5/2005, 01/01/2008 - 30/6/2008, 01/01/2010 -

30/12/2010, 01/01/2011 - 30/12/2011); Rạch Giá (01/2/2005 - 31/5/2005, 01/01/2008 -

30/6/2008, 01/01/2010 - 30/12/2010, 01/01/2011 - 30/12/2011); Long Xuyên

(01/01/2008 - 30/6/2008, 01/01/2010 - 30/12/2010, 01/01/2011 - 30/12/2011); Tân

Hiệp (01/01/2008 - 30/6/2008, 01/01/2010 - 30/12/2010, 01/01/2011 - 30/12/2011),

Tịnh Biên (01/01/2008 - 30/6/2008), Tri Tôn (01/01/2008 - 30/6/2008), Vị Thanh

(01/01/2008 - 30/6/2008), Xuân Tô (01/01/2008 - 30/6/2008).

Lưu lượng:

Tương ứng với các giá trị mực nước, các giá trị lưu lượng: Châu Đốc (01/2/2005

- 31/5/2005, 01/01/2008 - 30/6/2008, 01/01/2010-30/12/2010, 01/01/2011 -

30/12/2011); Vàm Nao (01/2/2005 - 31/5/2005, 01/01/2008 - 30/6/2008, 01/01/2010 -

30/12/2010, 01/01/2011 - 30/12/2011); Cần Thơ (01/2/2005 - 31/5/2005, 01/01/2008 -

30/6/2008, 01/01/2010 - 30/12/2010, 01/01/2011 - 30/12/2011). Ngoài ra, tại Vàm Nao

và Châu Đốc các năm khác: 1996-2006 có số liệu lưu lượng tần suất 1 ngày/số liệu;

lưu lượng Cần Thơ các năm 1998,1999,2000,2001 với ngày tháng không cố định. Các

trạm Tân Châu, Châu Đốc, T5, Ba Thê, Tân Hiệp, Giồng Riềng tần suất 2h trong

khoảng 01/06/2013 đến 30/11/2013.

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 [20] với các trạm đo như trong Hình 2.3, chi tiết như sau:

Dòng chảy

 Dòng chảy đo liên tục trong suốt thời gian khảo sát bằng máy tự ghi DNC 15

phút 1 số liệu và máy Sontek 60 phút 1 số liệu, tầng giữa và đáy tại các trạm: LT-

21, LT-43, LT-38, LT-37, LT-14.

 Dòng chảy tức thời đo tại 39 trạm mặt rộng.

Mực nước

Mực nước đo trong suốt thời gian khảo sát tại các trạm: LT-21, LT-43, LT-38,

LT-37, LT-14 và trạm ven bờ bằng các máy tự ghi và máy điện tử hiện số

Số liệu hằng số điều hòa

 Số liệu hằng số điều hòa 8 sóng triều (K1, O1, M2, S2, N2, K2, P1, Q1) được

phân tích từ chuỗi số liệu mực nước 5 năm (2004-2008) tại các trạm hải văn Ông

Đốc, Xẻo Rô, Rạch Giá, Phú Quốc (Đề tài KC.09.02/06-10 [20]).

 Bên cạnh đó, số liệu hằng số điều hòa của 10 sóng triều chính (K1, O1, M2, S2,

SA, Q1, P1, K2, N2, Ssa) lấy từ vệ tinh cũng như số liệu hằng số điều hòa 4 sóng

triều chính (K1, O1, M2, S2) của Đề tài cấp Nhà nước KT.03.03: “Thủy triều

Biển Đông và sự dâng lên của mực nước biển ven bờ Việt Nam” [24]. Các hằng

số điều hoà của các sóng triều chính tại trạm LT1(tọa độ: 10o12’33’’N,

104o35’E), LT2(tọa độ:10o15’N, 104o20’E).

Hình 2.3Sơ đồ các trạm đo liên tục và mặt rộng đợt khảo sát Tây Nam KC.09.02

2.1.3 Số liệu môi trường

Các trạm đo mặn có trong vùng Tứ Giác Long Xuyên rất ít nên số liệu thu thập

được cũng hạn chế. Có 02 trạm có số liệu là Rạch Giá và Kiên Lương trong đó:

 Trạm Rạch Giá: 02/01/2005 đến 30/5/2005: 2h/số liệu (‰); 03/02/2008 đến

30/7/2008 tần suất 2h/số liệu. Số liệu thu thập có dạng như Bảng 2.1

 Trạm Kiên Lương: 03/02/2008 đến 30/7/2008 tần suất 2h/số liệu.

BIỂU GHI ĐỘ MẶN GIỜ THỰC ĐO

Trạm: Rạch Giá

Tỉnh: Kiên Giang

Năm: 2008

Sông:

Ngày/

13 15 17

giờ

7.2

6.7

5.5

4.1

2.9 1.6 0.3 0.3 0.2

1.8 5.3

0.1

03/02

4.7

5.1

6.3

5.9

5.0 2.1 1.9 1.0 0.3

4.5 9.3

0.3

04/02

11.7 12.6 13.5 12.1

9.6 4.5 4.2 3.6 3.0

1.9 2.9

1.9

05/02

8.1

9.2 11.2 10.9

8.1 6.3 3.3 2.5 3.6

2.6 0.9

4.7

09/02

3.5

8.1 10.2 11.0

7.2 6.3 2.6 1.6 6.3 12.9 10.6 8.1

10/02

7.0

8.0 10.9 11.7

8.1 4.5 2.9 5.4 8.3 12.4 10.0 6.3

11/02

13.7 13.9 13.2 12.7 11.0 7.0 4.5 4.5 3.1

4.8 8.1

1.1

17/02

13.0 13.2 12.8 12.1

5.9 4.5 3.9 3.1 1.3

1.1 4.0

0.7

18/02

9.2

9.4 12.0 11.5

7.3 5.6 2.5 1.0 0.6

0.4 0.5

0.4

19/02

3.0

6.2 10.3 10.1

5.7 2.5 0.6 2.0 3.0

0.2 0.3

3.2

23/02

1.7

4.4

8.0

7.1

5.4 0.3 0.4 1.3 2.4

1.6 1.0

2.1

24/02

0.8

0.2

0.5

0.3 0.1 0.1 0.3 2.0

4.4 4.7

4.0

25/02

Bảng 2.2 Mẫu số liệu độ mặn thu thập được tại Rạch Giá năm 2008

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 [20] tại 47 trạm trong 2

đợt: 9/2007 và (11/3 đến 17/3/2009).

- Các yếu tố chất lượng nước bao gồm: BOD, COD, NO2, NO3, NH3, PO4,

SiO2..., tại 39 trạm.

- Các yếu tố thủy lý bao gồm: nhiệt độ, độ pH, độ đục, độ dẫn, độ mặn, hàm lượng

oxy hòa tan,... tại tất cả các trạm của đợt khảo sát.

2.2 Phương pháp phân tích, xử lý số liệu

2.2.1 Phương pháp phân tích điều hòa

Độ cao mực nước thủy triều tại thời gian bất kỳ là tổng của các dao động triều

thành phần (gọi là các phân triều hay các sóng triều):

𝑟

𝑖=1

(2.1)

𝑧𝑡 = 𝐴0 + ∑ 𝑓𝑖𝐻𝑖cos [𝑞𝑖𝑡 + (𝑉0 + 𝑢)𝑖 − 𝑔𝑖]

trong đó:

A0 - độ cao mực nước trung bình,

fi - hệ số suy biến biên độ của phân triều,

Hi- hằng số điều hòa biên độ của phân triều i,

qi - tốc độ góc không đổi của phân triều i,

(V0+u)i - những phần pha thiên văn của phân triều biểu diễn các góc giờ của

những tinh tú giả định tại thời điểm t,

gi - hằng số điều hòa về pha của phân triều, r - số lượng các phân triều.

Ta có fivà (V0+u)i phụ thuộc thời gian t. Khi có độ cao mực nước quan trắc zt,

nhiệm vụ của phân tích thủy triều là xác định bộ gồm r că ̣p hằng số điều hòa không đổi

H và g cho từng phân triều của trạm nghiên cứu. Để thuận tiện áp dụng phương pháp

𝑟

bình phương nhỏ nhất, người ta thường biến đổi phương trình (2.1) thành

𝑖=1

𝑧𝑡 = 𝐴0 + ∑(𝐴𝑖 cos𝑞𝑖𝑡 + 𝐵𝑖 sin𝑞𝑖𝑡) (2.2)

trong đó

𝐴𝑖 = 𝑓𝑖𝐻𝑖 cos[𝑔𝑖 − (𝑉0 + 𝑢)𝑖]

(2.3) 𝐵𝑖 = 𝑓𝑖𝐻𝑖 sin[𝑔𝑖 − (𝑉0 + 𝑢)𝑖]

Biết mực nước tại n giờ, người ta có phương trình đại số dạng (2.2) đối với các

ẩn số Ai và Bi để giải bằng phương pháp bình phương nhỏ nhất. Từ mỗi că ̣p ẩn Ai và

Bi tìm được sẽ tính ra :

2 + 𝐵𝑖 2 𝑓𝑖

√𝐴𝑖 𝐻𝑖 =

𝑔𝑖 = 𝑎𝑟𝑐𝑡𝑔 + (𝑉0 + 𝑢)𝑖 𝐵𝑖 𝐴𝑖

2.2.2 Khái toán mặt cắt.

Vì địa hình mặt cắt trong hệ thống sông phức tạp nên việc đưa mặt cắt về dạng

hình thang đối xứng sẽ gây ra sai số lớn.

Để tính toán các đặc trưng địa hình mặt cắt sông, mô hình chia mặt cắt theo các

đường song song với trục thẳng đứng z (yi = const)

Hình 2.4 Trắc ngang mặt cắt sông.

Các thông số địa hình của mặt cắt ngang được tính toán theo các công thức sau:

Chiều rộng của mặt cắt:

Diện tích mặt cắt:

Môđul lưu lượng:

Bán kính thủy lực:

Trong đó : i – chu vi ướt.

2.3 Kết quả phân tích, xử lý số liệu

2.3.1 Số liệu vùng biển Tây Nam

Đối với dữ liệu địa hình vùng biển: mảnh bản đồ giấy thành các file dạng ảnh

(*.jpg) để phục vụ cho việc số hóa các lớp bản đồ. Các mảnh bản đồ sau khi quét xong

sẽ được gắn tọa độ. Sử dụng phần mềm ArcGis để số hóa các lớp bản đồ và kết quả là

đã xây dựng hệ thông tin địa lý GIS cho các lớp dữ liệu bản đồ vềđộ sâu biển:

- Đường bờ (đường);

- Các bãi (vùng);

- Đường đẳng sâu (đường);

- Điểm độ sâu (điểm).

Các lớp bản đồ địa hình đáy biển được chuyển đổi sang khuôn dạng của phần

mềm Surfer để xử lý tạo file độ sâu cho mô hình.

Vùng tính được xác định là hình chữ nhật có hai trạm hải văn Cà Mau và

Chandaburi. Từ số liệu đo của hai trạm hải văn này, 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 khai toán mặt cắt

(xem phụ lục 2), có được các cặp giá trị b (độ rộng lòng), A (diện tích lòng) 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.

Các nguồn dữ liệu bao gồm các dữ liệu địa hình, thủy văn, hải văn và môi

trường được tổng hợp từ nhiều nguồn có tính chính quy, có độ tin cậy cao, phù hợp với

mục tiêu nghiên cứu của luận án.

Các phương pháp xử lý: trình bày khái quát về nguyên tắc các xử lý dữ liệu thu

thập được thành dữ liệu đầu vào của mô hình bằng các phương pháp có tính khoa học,

sử dụng các công cụ có độ tin cậy cao.

Các phương pháp này đã được đưa vào chương trình qua các module Khái toán

mặt cắt; Module phân tích điều hòa,…

CHƯƠNG III

PHÁT TRIỂN MÔ HÌNH 1-2 CHIỀU THỦY ĐỘNG LỰC HỌC

VÙNG CỬA SÔNG

3.1 Cơ sở toán học của mô hình

3.1.1 Hệ phương trình 1 chiều

Xét dòng chảy với những giả thiết như sau:

- Dòng chảy là một chiều, nghĩa là góc giữa véc tơ vận tốc trên một thiết diện

ngang so với véc tơ vận tốc trung bình trên thiết diện là nhỏ.

- Độ cong của đường dòng nhỏ để bỏ qua gia tốc hướng tâm; không tính đến gia

tốc thẳng đứng của chất lỏng (áp lực trong dòng chảy là thủy tĩnh).

- Độ dốc của đáy nhỏ.

- Luật cản ở đáy và mặt giống luật cản đối với dòng dừng.

Hệ phương trình Saint Venant một chiều mô tả quá trình thủy lực [6]:

(3.1)

(3.2)

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;

, Sf- độ dốc ma sát:

R - bán kính thủy lực.

Điều kiện biên

Tại biên sử dụng một điều kiện, thường là mực nước hoặc lưu lượng. Nghĩa là,

tại x=0 và x=L thì cho điều kiện biên là H(0,t), H(0,L) hoặc Q(0,t), Q(0,L). Trong các

tính toán, tại thượng lưu (x=0) thường cho Q(0,t) còn tại hạ lưu (x=L) thường cho biến

trình H(L,t).

Điều kiện ban đầu

Tại t=0 (𝑥 ∈ [0, 𝐿]) điều kiện ban đầu phải cho hai điều kiện, thông thường cho

Q(x,0) và H(x,0).

Điều kiện tương hợp tại các điểm hợp lưu và phân lưu

Trong bài toán thủy lực, tại các điểm hợp lưu và phân lưu (nút), người ta thường

sử dụng các điều kiện sau:

 Tổng lưu lượng vào ra của hợp lưu mà ta đang xét nào đó bằng 0 :

(3.3)

Trong đó:

𝑖 ∈ [1, 𝑛], n – Tổng số nhánh nối với hợp lưu

Qi – Lưu lượng nhánh “i” vào (ra) hợp lưu

Đây có thể được hiểu là định luật bảo toàn khối lượng

 Cân bằng mực nước tại nút:

(3.4)

Hình 3.1 Điểm hợp lưu

3.1.2 Hệ phương trình 2D

Hệ phương trình sử dụng trong mô hình 2 chiều tính toán thủy động lực có dạng

[13,16]:

(3.5)

(3.6)

(3.7)

Trong đó:

 -mực nước so với mực nước tĩnh (m),

u,v -vận tốc trung bình chiều sâu theo phương x và phương y tương ứng (m/s),

z - Độ sâu đáy biển so với độ sâu chuẩn (m),

d = z + , Chiều cao cột nước (m),

Ω - tham số Coriolis (s-1), do sự quay của trái đất và phụ thuộc vào vĩ độ của

vùng nghiên cứu,

g - gia tốc trọng trường (m2/s),

x,y-các thành phần ứng suất gió theo trục x và trục y tương ứng và được xác

định bởi:⃗(𝜏𝑥, 𝜏𝑦) = 𝜌𝑎𝐶𝑑𝑊⃗⃗⃗⃗|𝑊⃗⃗⃗⃗| (với𝑊⃗⃗⃗⃗ là véc tơ vận tốc gió ở độ cao 10m so

với mực nước biển trung bình (m/s), Cd là hệ số kéo của gió, a là mật độ

không khí (kg/m3) .

f-hệ số ma sát đáy,

Dh-hệ số nhớt rối ngang (m2/s)

Điều kiện đầu:

Tại thời điểm ban đầu t = 0 cho u = 0, v = 0,  = 0.

Điều kiện biên:

Tại biên cứng: Sử dụng điều kiện dính tức là u = v = 0.

Tại biên lỏng: Cho trước dao động mực nước hoặc lưu lượng (vận tốc).

3.1.3 Lan truyền chất

3.1.3.1 Phương trình 1D

∂QC

∂

∂C

Phương trình khuếch tán mô tả quá trình lan truyền mặn 1 chiều có dạng [4]:

) + 𝐺(𝐶)

(𝐴𝑡𝐷

∂AtC ∂t

∂x

(3.8) + =

Trong đó ký hiệu G(Cα) là nguồn bổ sung hoặc mất đi thành phần α do các

nguyên nhân khác nhau.

 Đối với chất lan truyền muối ký hiệu là C, nếu q là nguồn bổ sung nước mặn có

nồng độ Cq (q> 0) và không có quá trình chuyển hóa mặn nào thì G(C) = qCq;

nếu q là nguồn nước lấy đi dọc dòng chảy (q < 0) thì: G(C) = qC

 Đối với chất lan truyền BOD với nồng độ CB và nguồn bổ sung với lưu lượng q

có nồng độ Cq thì:

G(CB) = - ( K1 + K3) A.CB + A.L + qCq

Với K1, K3 là hằng số liên quan tới quá trình chuyển hóa; L là tốc độ thải BOD

dọc dòng chảy, A là diện tích mặt cắt ngang dòng chảy.

 Với chất lan truyền DO với nồng độ CD, nguồn bổ sung lưu lượng q có nồng độ

Cq; Ca là nồng độ ôxy bão hòa; Da là tốc độ chuyển hóa ôxy và K2 là hằng số liên

quan tới quá trình chuyển hóa ôxy (quá trình thấm ôxy từ không khí) thì:

G(CD) = -K1.A.CD + K2.A(Ca – CD) – Da.A + qCq

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 [12]:

(3.9)

Trong đó:

C - nồng độ trung bình theo chiều sâu của chất hoà tan nào đó (kg/m3),

FD(C) - biểu diễn các quá trình sinh hoá và tốc độ phân huỷ của C, (chẳng hạn,

FD(C) = -kC; k là hệ số phân huỷ (s-1)),

G(C) - lượng chất hoà tan đổ vào một đơn vị diện tích của thuỷ vực (kg/m2/s),

Ds = hệ số khuếch tán rối dọc theo dòng chảy (m2/s),

Dn = hệ số khuếch tán rối dọc vuông góc với dòng chảy (m2/s),

(s,n) là hệ tọa độ địa phương, tương ứng dọc theo và vuông góc với dòng chảy

(m),

Để có thể xác định được nồng độ C từ phương trình (3.9) cần phải sử dụng điều

kiện đầu và các điều kiện biên thích hợp, chẳng hạn như sau:

Điều kiện đầu:

 Tại thời điểm ban đầu t = 0 cho C = C* (C* - giá trị nồng độ ban đầu của chất

hoà tan)

Điều kiện biên:

 Tại biên cứng: C/n =0 (n véc tơ đơn vị vuông góc với biên)

 Tại biên lỏng: cho trước giá trị nồng độ C nếu dòng chảy vào và tính từ phương

trình (3.9) nếu dòng chảy ra, hoặc điều kiện C/n =0.

Mô hình tính toán chất lượng nước

Mô hình tính toán chất lượng nước ở đây xét đến 6 yếu tố được quan tâm đó là:

hàm lượng ôxy hoà tan DO, nhu cầu ôxy sinh học BOD, phốt phát PO4, amoniac NH3,

nitrat NO3 và coliform tổng CT. Sự biến đổi của các yếu tố này có tác động qua lại lẫn

nhau do các quá trình sinh hoá như quang hợp, hô hấp, phân huỷ, nitrat hoá, v.v... và

chúng có thể được mô tả bởi một hệ gồm 6 phương trình tương tự như (3.9) với các

hàm FD (C) tương ứng như sau [35]:

(3.10) FD (DO) = k2(DOS-DO) -k3.BOD -Y1.k4.NH3+Po– Ro

(3.11) FD (BOD) = - k3.BOD

(3.12) FD (PO4) = Y2.k3.BOD - Y4.(Po-Ro)

(3.13) FD (NH3) = Y3.k3.BOD - k4.NH3- Y5.(Po- Ro) - Y6. k3.BOD

(3.14) FD (NO3) = k4.NH3- k5.NO3

(3.15) FD (CT) = - k6.CT

Trong đó:

k2 =hệ số hoà tan ôxy qua mặt nước,

k3 =hệ số phân huỷ của BOD,

k4 = tốc độ nitrat hoá,

k5 = tốc độ phản nitrat hoá,

k6 = hệ số phân huỷ của coliform,

Y1 = hiệu suất dùng ôxy trong quá trình nitrat,

Y2 = hàm lượng phốt pho trong hợp chất hữu cơ,

Y3 = hàm lượng nitơ trong hợp chất hữu cơ,

Y4 = hệ số hấp thụ phốt phát bởi thực vật,

Y5 = hệ số hấp thụ amoniac bởi thực vật

Y6 = hệ số hấp thụ amoniac bởi vi sinh vật,

Po = sản lượng ôxy sinh ra do quang hợp (kg/m3/s),

Ro = tốc độ hô hấp ôxy của vi sinh vật và sinh vật (kg/m3/s),,

DOS = hàm lượng ôxy bão hoà.

Các hệ số k3, k4, k5, k6 là hàm phụ thuộc vào nhiệt độ nước biển T, ngoài ra

k6còn phụ thuộc vào độ mặn S, cường độ ánh sáng I và chúng có thể được xác định

như sau:

(T-20) ; k4 = k404

(T-20) ; k5 = k505

(T-20) ; k6 = k606

(T-20)S

SI

k3 = k303

Ở đây, k30, ..., k60 là các hệ số tương ứng được xác định ở nhiệt độ 20oC. 3,

...,6 là các hằng số thực nghiệm, có giá trị trong khoảng (1,02 - 1,09).

(T-20).

Tương tự như vậy, tốc độ hô hấp của vi sinh vật và sinh vật R cũng được xác

định qua hàm : R= R20R

Sản lượng ôxy sinh ra do quang hợp được xác định qua hàm của thời gian:

Trong đó, Pmax là sản lượng cực đại lúc 12 giờ trưa;  là thời gian so với lúc 12

giờ trưa; up và down là thời gian mặt trời mọc và lặn;  là độ dài của ngày.

Điều kiện ánh sáng trong nước là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến các

quá trình sinh hoá như quang hợp, phân huỷ và có thể xác định cường độ ánh sáng

biến đổi theo chiều sâu cột nước theo định luật Beer: Iz=I0.e-z, ở đây Iz là cường độ

ánh sáng tại độ sâu z, I0 là cường độ ánh sáng trên mặt biển,  là hệ số dập tắt. Ảnh

hưởng của ánh sáng I sẽ được tích phân theo chiều sâu của cột nước.

Khi cần xét đến sự biến đổi của nhiệt độ nước biển ta có thể áp dụng phương

trình đối với T như sau:

FD(T)=-(T-Ta)/(Stc.d)

Trong đó: - hệ số trao đổi nhiệt qua bề mặt,

Ta- nhiệt độ không khí,

Stc- nhiệt dung riêng của nước biển.

Mô hình chu trình dinh dưỡng

Chu trình chất dinh dưỡng có thể được mô hình hoá toán học bằng hệ các phương

trình tương tự như (3.9). Trong đó C sẽ được thay bằng các đại lượng sau: Nitơ vô cơ

hoà tan DIN, phốt pho vô cơ hoà tan DIP, thực vật phù du (Phytoplankton) PHY, động

vật phù du (Zooplankton) ZOO, mùn bã hữu cơ DET và oxi hoà tan DO. Tương ứng

các quá trình sinh hoá và phân huỷ sẽ được mô hình hoá như sau [12]:

(3.16) FD(PHY)=A1PHY-A2PHY-A3ZOO

(3.17) FD(ZOO) = A3ZOO - A4ZOO - A5ZOO-A6ZOO

(3.18) FD(DIN) = -A1R1NPHY + A6R2NZOO + A7R5NDET

(3.19) FD(DIP) = -A1R1PPHY + A6R2PZOO + A7R5PDET

(3.20) FD(DET) = A2PHY + A4ZOO + A5ZOO-A7DET

(3.21) FD(DO) = B1PHY - B2PHY - B3ZOO - B4DET + k2(DOS-DO)

Các quá trình sinh hoá A1, A2,... A7 trong hệ phương trình (3.16)-(3.21) được xác

định như sau:

(3.22) Tốc độ phát triển của thực vật phù du được xác định bởi: A1 = VmMin{V1(DIN),V1(DIP)} V2(I) V3(T) V4(S)

(3.23)

Trong đó: ,

Vm chỉ tốc độ quang hợp cực đại của thực vật phù du, KDIN và KDIP là hằng số nửa

bão hoà đối với sự hấp thụ DIN và DIP tương ứng.

(3.24)

Tốc độ phát triển của thực vật phù du phụ thuộc vào nhiệt độ và độ mặn của

nước biển và được biểu diễn bởi hệ thức sau, trên cơ sở thí nghiệm của Yamaguchi

(1991):

(3.25)

Trong đó:

T và S là nhiệt độ và độ mặn nước biển, Topt và Sopt tương ứng là nhiệt độ và độ

mặn tối ưu cho sự phát triển của thực vật phù du.

A2 biểu thị tốc độ chết tự nhiên của thực vật phù du.

Mức độ tiêu thụ thực vật phù du của động vật phù du A3 được xác định bởi:

(3.26) A3 = Rmax {1-exp[λ(P* - PHY)]}

Với Rmax biểu thị tốc độ tiêu thụ cực đại,  là hằng số Ivlev, P* là ngưỡng giới

hạn nồng độ thực vật phù du mà động vật phù du có thể ăn được, khi P*

A4 biểu thị tốc độ chết tự nhiên của động vật phù du. Tốc độ bài tiết thể rắn A5

được cho dưới dạng:

(3.27) A5 = lRmax {1-exp[λ(P* - PHY)]}

Ở đây, l là hệ số bài tiết rắn (tỷ lệ giữa lượng thải rắn và lượng thực vật phù du bị

ăn).

Tốc độ bài tiết dạng lỏng của động vật phù du A6 được xác định bởi:

(3.28) A6 = χ Rmax

với  là tỷ lệ giữa lượng thải lỏng và tốc độ ăn cực đại của động vật phù du.

Quá trình phân huỷ mùn bã hữu cơ bởi sinh vật được biểu thị qua A7.

Tốc độ sản sinh ra ôxy do quá trình quang hợp B1 được biểu diễn dưới dạng:

(3.29) B1 = 0.276A1Oatm / Patm

với Oatm, Patm tương ứng là nguyên tử lượng của ôxy (= 16) và phốt pho (= 31).

Quá trình hô hấp của thực vật phù du và động vật phù du được biểu diễn qua B2

và B3 như sau:

(3.30)

(3.31)

(3.32) B1 = 0.276νVmOatm / Patm B3 = 0.24 O2m / O2v / Wexp(R) R = 0.0444T - 0.333 + 0.713logWZ

Trong đó,

- hệ số liên quan tới sự hô hấp của thực vật phù du,

O2m- phân tử lượng của oxy,

O2- thể tích khí ôxy.

R- tốc độ hô hấp của động vật phù du tính bằng l/cá thể/giờ,

WZ- trọng lượng khô của động vật phù du tính bằng gC/cá thể,

Lượng tiêu thụ ôxy do quá trình phân huỷ mùn bã hữu cơ được xác định bởi: B1 = 0.276A7Oatm / Patm

R1N, R2N và R5N là tỷ lệ hàm lượng nitơ trong thực vật phù du, động vật phù du và

mùn bã hữu cơ. Còn R1P, R2P và R5P là tỷ lệ hàm lượng phốt pho trong thực vật phù du,

động vật phù du và mùn bã hữu cơ.

Ngoài ra cần phải chú ý đến lượng nitơ và phốt pho bổ sung từ khí quyển và đáy

biển, chúng có thể được đánh giá trên cơ sở các quan trắc và (hoặc) trên các thí

nghiệm.

3.2 Phương pháp giải số

3.2.1 Đối với hệ phương trình 1 chiều

Chia mặt phẳng (x,t) bằng các lưới theo không gian i và thời gian n. Sử dụng sơ

đồ sai phân ẩn 4 điểm của Preissman [6].

(3.33)

Trong đó:

F - cao trình mực nước H hoặc lưu lượng Q;

 - trọng số ổn định, nằm trong khoảng từ 0.5 đến 1 (trong thực hành tính toán,

người ta thường lấy  = 2/3);

Hình 3.2 Sơ đồ sai phân 4 điểm Preissman

Sau khi sai phân hệ phương trình (3.1), (3.2) ta nhận được hệ phương trình sai

phân cho phép tính toán mực nước và lưu lượng của nhánh sông:

(3.34)

Với:

; ;

Như vậy, với sông đơn gồm N mặt cắt ta sẽ có 2N-2 phương trình dạng (3.34)

cho 2N ẩn Hi và Qi. Bổ sung mỗi đầu nhánh một điều kiện (biên hoặc hợp lưu) ta sẽ có

2N phương trình cho 2N ẩn và do vậy ta sẽ khép kín được hệ phương trình.

Người ta thường sử dụng công thức truy đuổi sau đây để tính Hi và Qi tại các mặt cắt

qua giá trị mực nước tại các nút HJ1, HJN :

(3.35)

hoặc:

(3.36)

trong đó: p, q, r, t, v, z, s, p', q', r', t', v', z', s' là các hệ số truy toán; J1và JN là chỉ số

của mặt cắt thứ nhất và mặt cắt cuối cùng của nhánh sông;

Trong các hệ thống sông, các nhánh được chia thành 3 loại như sau:

 Loại thứ nhất: Mực nước ở một đầu nhánh được xem như là điều kiện biên và

đầu còn lại của nhánh được nối với điểm nút trong.

 Loại thứ hai: Tương tự như loại thứ nhất nhưng điều kiện biên mực nước được

thay thế bằng biên lưu lượng.

 Loại thứ ba: Hai đầu của nhánh nối với hai nút.

Nếu xác định được các giá trị mực nước và lưu lượng tại các nút, bài toán hệ

sông sẽ được chuyển thành bài toán cho từng nhánh sông riêng lẻ. Ta sẽ xây

dựng hệ phương trình đại số có ẩn là mực nước tại các nút: Để nhận được hệ

phương trình đại số cho các nút, chúng ta sử dụng các phương trình (3.35),

(3.36)và điều kiện:

 Đối với nhánh sông loại 1 với mực nước là BH ở nút J ta có:

(3.37)

 Đối với nhánh sông loại 2, cho trước lưu lượng ở nút J:

(3.38)

 Đối với nhánh trong loại 3 nối các nút I và J ta có:

(3.39)

(3.40)

Đối với nhánh trong nối hai nút I bất kỳ (Hình 3.3):

Hình 3.3 Sơ đồ các nhánh tại nút

 JV: nhánh trong có hướng dương tới nút I.

 JR: nhánh trong có hướng dương xuất phát từ nút I.

 MQ: nhánh biên nối với nút I, tại đầu biên cho lưu lượng.

 MH: nhánh biên nối với nút I, tại đầu biên cho mực nước.

Phương trình đối với nút I có dạng như sau:

(3.41)

Đây là phương trình quan trọng cuối cùng chúng ta rút ra được, kết hợp các giá

trị mực nước tính được ở các nút với điều kiện biên chúng ta sẽ tính được các giá trị H

và Q ở tất cả các mặt cắt cho toàn bộ hệ thống sông.

3.2.2 Đối với hệ phương trình 2 chiều

Các số hạng bậc 2 đối với các thành phần vận tốc được tuyến tính hóa như sau [13]:

; ; ; ;

Với uo, vo lớp thời gian trước đã biết.

Thay vào các phương trình bảo toàn động lượng ta được:

+ 𝑢 = −𝑔 − 𝑓 + 𝛺𝑣 + + 𝐷ℎ ( 𝜕 𝜕𝑥 𝜕𝑢 𝜕𝑡 𝜕𝑢0 𝜕𝑥 + 𝑣0 𝜕𝑢0 𝜕𝑦 𝑢√𝑢02 + 𝑣02 𝑑 𝜕2𝑢0 𝜕𝑥2 + 𝜕2𝑢0 𝜕𝑦2 ) 𝜏𝑥 𝜌𝑑

+ 𝑣 = −𝑔 − 𝑓 − 𝛺𝑢 + + 𝐷ℎ ( 𝜕 𝜕𝑦 𝜕𝑣 𝜕𝑡 + 𝑢0 𝜕𝑣0 𝜕𝑥 𝜕𝑣0 𝜕𝑦 𝑣√𝑢02 + 𝑣02 𝑑 𝜕2𝑣0 𝜕𝑥2 + 𝜕2𝑣0 𝜕𝑦2 ) 𝜏𝑦 𝜌𝑑

Xét các ô lưới hình chữ nhật có các chiều tương ứng theo trục x và y là ∆x, ∆x.

Tại ô lưới bất kỳ được đánh số i, j theo hai chiều không gian, ta cần tìm quan hệ các

đại lượng cần biết uij, vij, ζij theo các đại lượng đã biết ở bước thời gian trước (-∆t): uij

o, ζ ij

vij

Sai phân:

;

Hình 3.4 Sơ đồ sai phân tính 2 chiều.

;

Thay tiếp vào các phương trình trên ta có:

Suy ra:

Với :

trong đó:

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, chỉ số hiệu quả Nash-Sutcliffe (NSE) [36] đã được NCS sử dụng.

Nash-Sutcliffe Efficiency (NSE)

Chỉ số NSE là một thông số thống kê xác định giá trị tương đối của phương sai

NSE = 1 −

sim)2 obs − Yi obs − Ymean)2

N ∑ (Yi i=1 N ∑ (Yi i=1

dư so với phương sai của chuỗi thực đo, được tính toán như sau:

(3.42)

Trong đó

𝑜𝑏𝑠: là giá trị đo đạc tại thời điểm i,

NSE: Chỉ số Nash-Sutcliffe,

𝑠𝑖𝑚 : là giá trị kết quả từ mô hình tại thời điểm i;

𝑌𝑖

𝑌𝑖 𝑌𝑚𝑒𝑎𝑛 : là giá trị đo đạc trung bình trong chuỗi số liệu;

N: chiều dài của chuỗi số liệu.

Đặc điểm của chỉ số Nash-Sutcliffe:

 Đo mức độ phù hợp giữa số liệu mô phỏng với số liệu quan trắc trên đường 1:1.

 Khoảng giá trị: −∞→ 1.

Bảng phân cấp đánh giá chỉ số Nash-Sutcliffe

Căn cứ để đánh giá mức độ chính xác của mô hình theo hai chỉ số nói trên được

Moriasi và nnk [36] tổng hợp từ các nghiên cứu trước và được trình bày trong Bảng

3.1

Bảng 3.1 Đánh giá mức độ chính xác của kết quả mô hình theo các chỉ số NSE theo

bước thời gian tháng.

Độ chính xác của mô hình NSE

Rất tốt 0.75 < NSE ≤ 1.00

Tốt 0.65 < NSE ≤ 0.75

Trung bình 0.50 < NSE ≤ 0.65

Dưới trung bình NSE ≤ 0.50

3.3 Kỹ thuật ghép nối lưới tính

3.3.1 Ghép lưới miền 2 chiều

Cũng như lịch sử phát triển của phương pháp sai phân hữu hạn, kỹ thuật ghép

lưới (patching) trong phương pháp sai phân hữu hạn đã xuất hiện từ lâu. Có rất nhiều

tài liệu đề cập đến vấn đề này, trong số này có thể kể đến công trình của Ramming và

Kowalik (1987), của HR Wallingford (1991).

Việc ghép lưới (sử dụng đồng thời 2 hay nhiều lưới có kích cỡ khác nhau) nhằm

tăng cường độ chính xác hay chi tiết hơn vùng cần quan tâm đặc biệt và giảm khối

lượng tính toán ở vùng ít quan tâm hơn. Việc ghép lưới cần phải đảm bảo sự liên tục

(bảo toàn), độ chính xác (bậc xấp xỉ) tại nơi tiếp giáp của 2 lưới (thô hơn và mịn hơn).

Sự thay đổi kích thước bước lưới không gian tại nơi tiếp giáp của 2 lưới đòi hỏi việc

sử dụng các công thức sai phân phù hợp hơn để đảm bảo có được cùng bậc xấp xỉ như

các điểm tính khác trong miền được xem xét. Đồng thời, việc xuất hiện nhiễu tính toán

do bước lưới không gian không đều cùng cần được chú ý.

Với sơ đồ lưới tính như đã chỉ ra trong mô hình sai phân 2D, thuận lợi nhất là sử

dụng phép chia lẻ khi ghép lưới, nghĩa là với một lưới thô có kích thước Dx ta có thể

tiến hành ghép với một lưới mịn hơn có kích thước là Dx/(2n+1), với n là số nguyên.

Việc chia lẻ sẽ đảm bảo được sự trùng hợp hoàn toàn vị trí nút tính của lưới thô và một

số các nút lưới mịn hơn tương ứng, như chỉ ra trên Hình 3.5.

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

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). Để đảm bảo tính bảo toàn, tổng

lưu lượng đi qua cạnh ô lưới tiếp giáp đối với lưới thô sẽ phải bằng tổng (tích phân)

lưu lượng qua tất cả các cạnh ô lưới tinh nằm trong đó. Tất nhiên, ta còn phải sử dụng

điều kiện liên tục về mực nước trong khu vực tiếp giáp giữa 2 lưới.

Hình 3.5 Sơ đồ ghép 2 lưới.

Rõ ràng là khi xấp xỉ hệ 3 phương trình 2 chiều bằng các công thức sai phân tại

những điểm cần giá trị hàm thuộc cả 2 lưới, ta không nên dùng công thức sai phân

trung tâm thông thường vì như vậy sẽ làm giảm bậc xấp xỉ hàm xuống còn bậc nhất.

Để khắc phục nhược điểm này, ta sẽ sử dụng công thức sai phân theo không gian cho

lưới không đều như sau (để đơn giản ta viết công thức theo phương x, theo phương y

hoàn toàn tương tự):

Giả sử ta cần xấp xỉ đạo hàm của hàm F nào đó tại điểm x2 qua các giá trị của

hàm đó tại các điểm cách nhau không đều x1, x2 và x3, như chỉ ra dưới đây.

Hình 3.6 Sơ đồ điểm sai phân không đều.

Khi đó, sử dụng khai triển Taylor ta sẽ có:

Kết hợp lại ta sẽ có biểu thức xác định đạo hàm bậc nhất tại x2:

Trong trường hợp∆𝑥1 ≠ ∆𝑥2 nếu bỏ qua số hạng chứa đạo hàm bậc 2, khi đó ta

thu được công thức xấp xỉ bậc 1, còn nếu sử dụng công thức sai phân cho đạo hàm bậc

2 tại x2 ta sẽ nhận được công thức xấp xỉ bậc 2:

(3.43)

Áp dụng công thức (3.43) cho tất cả các số hạng đạo hàm bậc nhất theo không

gian tại các nút tiếp giáp 2 lưới, ta thu được các công thức xác định u, v và z với độ

chính xác bậc 2.

Các giá trị cần thiết ở lớp thời gian trước, nếu chưa biết sẽ được tính bằng cách

nội suy. Có nhiều phương pháp nội suy có thể sử dụng, đơn giản nhất đó là phương

pháp nội suy tuyến tính, tuy nhiên, phương pháp sẽ làm giảm bậc xấp xỉ của mô hình.

Một phương pháp hay được áp dụng khác đó là dùng hàm nội suy splines bậc 3.

Đối với mỗi khu vực được nghiên cứu, việc chọn vị trí ghép lưới cũng rất quan

trọng, nó quyết định việc đảm bảo sự ổn định, giảm thiểu nhiễu số khi tính toán.

Thông thường, ta nên tiến hành ghép lưới ở những nơi ít có sự biến động về địa hình,

trường dòng chảy không quá phức tạp.

Như ta đã biết, sơ đồ sai phân chỉ ổn định có điều kiện, chẳng hạn với sơ đồ sai

phân hiện, người ta thường sử dụng điều kiện CFL để chọn bước thời gian Dt. Đối với

sơ đồ sai phân ẩn quét luân hướng, có thể lấy bước thời gian lớn gấp 5 lần số Courant.

Như vậy, việc sử dụng nhiều lưới tính toán với bước lưới khác nhau dẫn đến việc cần

xem xét việc sử dụng giá trị Dt khác nhau cho mỗi lưới. Trong nghiên cứu này, đã thử

áp dụng quy tắc “nhân đôi” về bước thời gian khi tính toán với nhiều lưới như sau:

chọn Dt trên cơ sở phù hợp với lưới mịn nhất (có bước lưới không gian nhỏ nhất), tiếp

theo với lưới thô hơn, bước thời gian sẽ được lấy bằng 2Dt của lưới mịn tiếp giáp với

nó. Quy tắc nhân đôi sẽ đảm bảo điều kiện ổn định cho tất cả các lưới, vì lưới thô sẽ có

bước lưới ít nhất là 3 lần lớn hơn. Hơn nữa, quy tắc nhân đôi giúp việc nội suy theo

thời gian tại nơi tiếp giáp của 2 lưới dễ dàng hơn.

Lưu lượng và dao động mực nước tại biên ghép lưới được tính theo nguyên tắc:

 Lưu lượng tại ô lưới trên lưới có kích thước nhỏ nằm trong vùng lưới có kích

thước lớn được tính bằng cách nội suy từ lưu lượng đã tính được tại vùng lưới có

kích thước lớn

 Dao động mực nước tại vùng có kích thước ô lưới lớn nằm trong vùng lưới có

kích thước nhỏ được nội suy từ dao động mực nước tại vùng kích thước ô lưới

nhỏ

3.3.2 Kết nối 1-2D

Như đã nói ở phần điều kiện ghép nối 1–2D, tại điểm ghép lưới các điều kiện sau

phải được đảm bảo:

 Bảo toàn về động lượng:

(3.44)

 Sự liên tục về mực nước:

(3.45)

Trong đó:

Q - lưu lượng nước tại cửa sông;

un- thành phần pháp tuyến của dòng chảy tại cửa sông;

- dao động mực nước tại điểm ghép lưới, các chỉ số 1 và 2 biểu thị đại

lượng ở lưới 1D và 2D tương ứng.

Giả sử trong lưới tính 1D chúng ta có K điểm nút trong và L điểm ghép nối với

lưới 2D; nhánh sông IJ có N mặt cắt và J là điểm ghép nối với lưới 2D (Hình 3.7). Sử

dụng (3.39) và (3.40) ta có:

(3.46)

hay :

(3.47)

Hình 3.7Sơ đồ ghép lưới 1D -2D

Trong đó: l, un1, h2 là bề rộng sông, vận tốc pháp tuyến của dòng chảy sông và độ

sâu của biển tại điểm ghép lưới tương ứng.

Hệ 2 chiều sử dụng sơ đồ sai phân hiện tính được các giá trị tại điểm nối 1-2D

dựa theo bước thời gian trước, trả vào hệ 1chiều giải ẩn, sau đó lại truyền ngược giá trị

mực nước và lưu lượng từ một chiều vào hệ 2 chiều để đồng bộ hóa.

Hình 3.8 Sơ đồ đơn giản hóa hệ ghép nối 1D-2D

3.4 Kỹ thuật tính toán song song và đồ họa

3.3.1 Kỹ thuật tính toán song song

Theo truyền thống, phần mềm máy tính được viết cho tính toán tuần tự. Để giải

quyết một vấn đề, một thuật toán được xây dựng và thực thi tuần tự theo các dòng

lệnh. Những câu lệnh này lại được chạy trên một đơn vị xử lý trung tâm (CPU) của

chiếc máy tính, chỉ có một câu lệnh được chạy trong một khoảng thời gian, sau khi câu

lệnh đó kết thúc, câu tiếp theo mới được thực hiện. Tính toán song song lại sử dụng

đồng thời các bộ đa xử lý để giải quyết một vấn đề. Việc này được hoàn thành bằng

cách tách vấn đề thành nhiều phần độc lập sau đó mỗi bộ xử lý có thể chạy thuật toán

của nó đồng thời với những cái khác. Các bộ phận xử lý có thể khác nhau và bao gồm

các dạng tài nguyên như: một máy tính đơn gồm nhiều bộ đa xử lý, nhiều máy tính

được kết nối mạng, phần cứng chuyên biệt, hoặc có thể là sự kết hợp của những dạng

trên. Thuật toán song song khó viết hơn so với những thuật toán tuần tự, vì sự tương

tranh tạo ra nhiều lỗi phần mềm, trong đó lỗi điều kiện ganh đua là phổ biến nhất.

Quản lý việc giao tiếp và đồng bộ giữa các luồng xử lý là một trong những trở ngại lớn

nhất để tạo ra một chương trình song song tốt. Khả năng tăng tốc cao nhất có thể đạt

được của một chương trình khi được song song hóa tuân theo định luật Amdahl [38].

Giao diện lập trình ứng dụng

Việc song song hóa một bài toán phụ thuộc vào điều kiện về phần cứng và phần

mềm để từ đó lựa chọn phương pháp tối ưu cho bài toán đó. Các phương pháp song

song thường dựa trên kiến trúc bộ nhớ cơ bản - bộ nhớ chia sẻ, bộ nhớ phân tán, hay

hỗn hợp. Các ngôn ngữ lập trình chia sẻ bộ nhớ giao tiếp bằng cách điều khiển các

biến chia sẻ bộ nhớ, bộ nhớ phân tán sử dụng phương pháp truyền tin trong đó

OpenMP là API phổ biến nhất sử dụng bộ nhớ chia sẻ, trong khi Giao diện truyền tin

MPI là API sử dụng hệ thống truyền tin nổi bật nhất.

Dựa trên phần mã nguồn đã được xây dựng bằng ngôn ngữ Visual Fortran trên

nền hệ điều hành Windows, với mong muốn dễ dàng ứng dụng và phát triển tiếp trên

các máy tính thông thường với các CPU đa lõi, phương án dựa trên sử dụng kiến trúc

bộ nhớ chia sẻ được lựa chọn, bên cạnh đó bộ công cụ lập trình Visual Fortran cũng đã

hỗ trợ phương thức này.

OpenMP được coi như một giao diện lập trình ứng dụng API (Application

Program Interface) chuẩn dành cho lập trình với bộ nhớ chia sẻ. OpenMP là sự kết hợp

của các chỉ thị biên dịch, các hàm thư viện, và các biến môi trường được sử dụng để

xác định phần thực hiện song song trên bộ nhớ chia sẻ trong lập trình Fortran hoặc

C/C++. OpenMP đưa ra một mô hình lập trình song song có tính khả chuyển đối với

những kiến trúc bộ nhớ chia sẻ đối với các nhà cung cấp khác nhau.

Hệ thống bộ nhớ chia sẻ bao gồm nhiều bộ xử lý CPU, mỗi bộ xử lý truy cập tới

bộ nhớ chung thông qua các siêu kết nối hoặc các đường bus. Việc sử dụng không gian

địa chỉ đơn làm cho mỗi bộ xử lý đều có một cái nhìn giống nhau về bộ nhớ được sử

dụng. Truyền thông trong hệ thống bộ nhớ chia sẻ thông qua cách đọc và ghi dữ liệu

giữa các bộ xử lý với nhau lên bộ nhớ. Với cách này, thời gian truy cập tới các phần

dữ liệu là như nhau, vì tất cả các quá trình truyền thông đều thông qua đường bus.

Ưu điểm của kiến trúc này là dễ dàng lập trình, bởi vì không yêu cầu sự truyền

thông giữa các bộ xử lý với nhau, chúng chỉ đơn giản là truy cập tới bộ nhớ chung. Sau

đây là một số điểm nổi bật của OpenMP :

 Cung cấp giao diện chuẩn: OpenMP đưa ra một giao diện chuẩn cho các hệ thống

máy tính bộ nhớ chia sẻ.

 Tính đơn giản: bao gồm tập các chỉ thị đơn giản và dễ sử dụng cho lập trình trên

hệ thống máy tính bộ nhớ chia sẻ. Một chương trình song song hóa có thể chỉ cần

sử dụng 3 hoặc 4 chỉ thị biên dịch.

 Tính dễ sử dụng:

+ Khả năng để thực hiện song song cho các chương trình tuần tự.

+ Khả năng thực hiện song song hóa ở mức thô sơ, hoặc mức chi tiết.

 Tính khả chuyển: hỗ trợ Fortran, C, C++

OpenMP dựa trên việc sử dụng số lượng các luồng hiện có trong lập trình song

song bộ nhớ chia sẻ. Đó là một mô hình lập trình chính tắc, cung cấp đầy đủ các điều

khiển cho người lập trình.

Có thể xem mô hình lập trình OpenMP như là một mô hình Fork-Join, Hình 3.9.

Hình 3.9 Mô hình Fork-Join

Trong mô hình Fork-Join, tất cả các chương trình OpenMP đều bắt đầu bởi một

tiến trình đơn. Đó là master thread (luồng chính), luồng chính này được thực hiện tuần

tự cho đến khi gặp chỉ thị khai báo vùng cần song song hóa.

Fork: sau khi gặp chỉ thị khai báo song song, master thread sẽ tạo ra một nhóm

các luồng song song. Khi đó, các câu lệnh trong vùng được khai báo song song sẽ

được thực hiện song song hóa trên nhóm các luồng vừa được tạo.

Join: khi các luồng đã thực hiện xong nhiệm vụ của mình, chúng sẽ tiến hành quá

trình đồng bộ hóa, ngắt luồng, và chỉ để lại 1 luồng duy nhất là master thread.

Phương pháp phân rã

Việc lựa chọn phân rã theo miền hay phân rã điều khiển tùy chọn vào đặc điểm

của bài toán cần song song. Với phương pháp phân rã theo miền, ưu tiên lựa chọn đó

là các miền tách biệt nhau và tương đồng về số lượng phần tử mỗi miền. Tuy nhiên,

với mỗi vùng nghiên cứu khác nhau, số lượng lưới chia để tính toán thường khác nhau

(ví dụ bài toán vùng biển Tây Nam sử dụng 3 lưới, bài toán vùng biển miền Trung sử

dụng 2 lưới), và số lượng phần tử của mỗi miền cũng không tương đồng (ví dụ số

lượng phần tử lưới lớn và lưới tinh khác nhau tùy thuộc vào cách chia lưới). Do đó để

phần mềm có thể ứng dụng tính song song mà không tùy thuộc vào việc chia miền tính

của từng bài toán khác nhau, NCS lựa chọn phương pháp phân rã điều khiển vì có thể

phân chia số lượng phép tính gần như đồng đều cho các lõi. Hiểu đơn giản cách làm

này nghĩa là can thiệp vào vòng lặp tính toán để có thể chia khối lượng phép tính của

mỗi vòng lặp đều cho các lõi.

Cách thức thực hiện :

Do khối lượng tính toán vùng 2D lớn hơn gấp rất nhiều lần vùng 1D nên tập

trung xử lý song song phần tính 2D. Khi vào vòng lặp chính trong mỗi bước xử lý theo

thời gian, luồng chính bắt đầu chia nhỏ các nhiệm vụ cho các lõi tính toán và sau khi

kết thúc một vòng tính đó thì các biến được cập nhật đồng bộ và tiếp tục để luồng

chính xử lý. Các phương án tính toán được thử nghiệm trên 2 loại CPU: Intel Atom

Z3740 4 lõi với tốc độ 1.8GHz và Intel Core i7 3770 4 lõi thực (8 lõi logic dùng công

nghệ HyperThreading của Intel) với tốc độ 4.2GHz [39].

Yêu cầu kết quả mọi bước tính của phương pháp song song phải đảm bảo không

có sai khác với phương pháp tính tuần tự (các giá trị kết quả cuối cùng giữa các tính

tuần tự và song song giống nhau hoàn toàn).

NCS thử nghiệm tính 2 phương pháp với cùng một bộ số liệu đầu vào cụ thể, đã

so sánh các giá trị tính là như nhau (các giá trị đầu ra được lưu trong các file trích xuất

là giống nhau). Về mặt thời gian thực để CPU tính, kết quả được chỉ ra trong các Hình

3.10, 3.11, 3.12.

Hình 3.10 So sánh thời gian (s) tính tuần tự và song song của của phương án tính 10h

Hình 3.11 So sánh thời gian (s) tính tuần tự và song song của của phương án tính 20h

Hình 3.12 So sánh thời gian (s) tính tuần tự và song song của của phương án tính 30h

Như vậy, việc song song phần mềm tính toán để tận dụng tất cả các lõi của CPU

cũng mang lại hiệu quả đáng kể, giảm thời gian tính xuống chỉ còn 60% - 70% và có

xu hướng giảm dần khi thời gian cần tính toán tăng. Việc song song mới chỉ thực hiện

ở vòng lặp tính toán chính (bỏ qua các vòng lặp nhỏ) nên hiệu suất chưa đạt tối đa

(đúng như theo công thức tính của Amdahl's law).

3.4.2 Liên kết bản đồ GIS

Để hỗ trợ người dùng trong việc đánh giá các kết quả tính được từ mô hình, nhất

là đối với bài toán tính vùng ảnh hưởng, số liệu cần được hiển thị trên bản đồ GIS. Khi

đó, người dùng dễ dàng đánh giá, đưa ra các quyết định điều chỉnh kịp thời. Tuy nhiên

các phần mềm thương mại thường chỉ cho phép hiển thị các bản đồ này qua việc đọc

dữ liệu của mô hình sau khi tính toán xong và phải nhập thủ công các kết quả được

trích xuất từ mô hình tính. Do đó, nhu cầu xây dựng module hiển thị kết quả trên bản

đồ GIS theo thời gian thực (tính đến đâu hiển thị kết quả đến đó) là cần thiết. Để làm

được điều này, module cần phải tích hợp được vào phần mềm, tương ứng với nền tảng

mà phần mềm chính đang hoạt động. Module này cần có các tính năng cơ bản giúp

tăng tính tương tác giữa bản đồ và người dùng, cho phép tạo ra các công cụ cho ứng

dụng như phóng to, thu nhỏ, đo đạc, đổ màu...

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 ở một số chuẩn định dạng của GIS, trong nghiên cứu của luận án thì shapefile -

một cấu trúc dữ liệu GIS được đưa ra bởi ESRI (hãng xây dựng bộ phần mềm ArcGis

nổi tiếng), một chuẩn dữ liệu định dạng vector quen thuộc, được sử dụng.

MapWindow là công cụ vẽ bản đồ, là hệ thống mô hình và là một ứng dụng GIS cung

cấp các giao diện lập trình (API). MapWindow bao gồm nhiều phần, trong đó đa số

dành cho việc xây dựng các ứng dụng GIS (lập trình).

Điểm lưu ý là MapWindow sử dụng giấy phép mã nguồn mở MPL 1.1, có thể sử

dụng trong các ứng dụng thương mại và phi thương mại, nghĩa là ngoài việc không

mất phí sử dụng mà còn có thể tích hợp vào bộ đóng gói phần mềm CHB14 để chuyển

giao cho các đơn vị sử dụng.

Có nhiều phương án để xây dựng ứng dụng dựa trên MapWindow, từ cách đơn

giản nhất là cài đặt và sử dụng (nghĩa là không cần phải lập trình), hay sử dụng các

Plug-in có sẵn, cho đến sử dụng mã để lập trình (nghĩa là sử dụng MapWindow ở mức

thấp nhất).

Do không chỉ đơn thuần là đọc và hiển thị dữ liệu bản đồ hay cung cấp các thao

tác cơ bản để xem bản đồ nên luận án đã tiếp cận theo cách xây dựng ứng dụng từ đầu

và sử dụng ActiveX MapWinGIS (lõi của mã nguồn mở MapWindow) để thao tác với

dữ liệu GIS. Với cách tiếp cận này chúng ta hoàn toàn có thể tùy biến giao diện cũng

như truy vấn, ví dụ có thể tắt hoặc tùy biến bảng chú giải (legend), vùng quản lý lớp,

bản đồ nhỏ, hay tắt các plug-in hỗ trợ,...

MapWinGIS cung cấp các lớp và Enumeration để thao tác với các dữ liệu bản đồ

(như thao tác với shapefile, điều khiển việc hiển thị nhãn trên bản đồ, làm việc với lưới

bản đồ,...). Trong đó, hai lớp quan trọng là lớp Shapefile (chứa các hàm để thao tác

trên một lớp bản đồ, cả dữ liệu không gian lẫn dữ liệu phi không gian) và lớp Map

(thành phần chính trong ứng dụng MapWindow GIS, biểu diễn lưới, ảnh và các

shapefile).

Khi các module tính toán thủy lực và môi trường có kết quả sau mỗi bước xuất

kết quả, chúng lập tức được cập nhật để hiển thị trên module có sử dụng MapWinGIS

để hiển thị kết quả tương ứng với số liệu đó.

3.5 Xây dựng mô hình 1-2D tính toán thủy lực và các yếu tố môi trường

Chương trình tính toán được xây dựng trên cơ sở áp dụng phương pháp sai phân

ẩn 4 điểm của Preissman để giải hệ phương trình (3.1) - (3.2); phương pháp sai phân

hữu hạn để giải hệ phương trình (3.5) – (3.7), áp dụng kỹ thuật ghép lưới.

Danh sách các file số liệu đầu vào:

 File số liệu 1 chiều: số liệu về mạng sông 1 chiều (thông tin mặt cắt, khoảng

cách, liên kết,…), giá trị tại các biên theo thời gian.

 File số liệu 2 chiều: số liệu địa hình 2 chiều theo các lưới, số liệu biên

 File chứa các tham số chạy mô hình như thời gian tính, bước thời gian,…

 File các số liệu lực ngoài: bão, gió,… (số liệu đầu vào có thể cho dưới nhiều

dạng ví dụ như có thể giá trị trường gió theo thời điểm, hoặc trường gió đồng

nhất hoặc hàm giá trị theo tọa độ và thời gian …)

 File các số liệu ban đầu và bổ sung theo thời gian: lưu lượng, mực nước, yếu tố

môi trường.

Danh sách các file được kết xuất:

 File kết quả số liệu 1 chiều: các giá trị thủy lực và yếu tố môi trường theo toàn bộ

các mặt cắt và theo toàn bộ thời gian.

 File kết quả số liệu 2 chiều: các giá trị thủy lực và yếu tố môi trường theo toàn bộ

các ô lưới và theo toàn bộ thời gian.

 Các file kết quả đặc biệt: kết xuất các giá trị khác như giá trị hằng số điều hòa tại

điểm cần quan tâm, các giá trị lớn nhất, nhỏ nhất của các đại lượng quan tâm,…

Bắt đầu

Nhập số liệu: lưới tính 1-2 chiều, điều kiện biên, điều kiện đầu, các tham số môi trường.

Tính giá trị miền hai chiều theo các lưới từ lưới thô đến lưới mịn tại lớp thời gian ti

Truyền các giá trị 2 chiều tại điểm nối sang mô hình 1 chiều

Xác định giá trị tại điểm nối 1-2 chiều và trả về 2 chiều để đồng bộ.

Tính thủy lực xong, giải các phương trình truyền tải khuếch tán

In kết quả

Tính mô hình 1 chiều với bước thời gian phù hợp

Điều kiện dừng ti< Tmax

Sai

Đúng

Kết thúc

Hình 3.13 Sơ đồ khối của chương trình tính.

Bắt đầu

Nhận các giá trị từ mô hình thủy lực

Đúng Sai

Điều kiện hướng dòng chảy từ 1D sang 2D

Tính 2D chất lượng nước: S,DO, BOD, PO4, NH3, NO3, Ct Tính 1D chất lượng nước: S,DO, BOD, PO4, NH3, NO3, Ct

và chu trình dinh dưỡng: PHY, ZOO, DIN, DIP, DET, DO và chu trình dinh dưỡng: PHY, ZOO, DIN, DIP, DET, DO

Tính 2D chất lượng nước: S,DO, BOD, PO4, NH3, NO3, Ct Tính 1D chất lượng nước: S,DO, BOD, PO4, NH3, NO3, Ct

và chu trình dinh dưỡng: PHY, ZOO, DIN, DIP, DET, DO và chu trình dinh dưỡng: PHY, ZOO, DIN, DIP, DET, DO

In kết quả

Kết thúc

Hình 3.14 Sơ đồ khối của module tính truyền tải khuếch tán.

Với tên gọi là CHB14, phần mềm đã được phát triển trên ngôn ngữ Fortran bằng

bộ công cụ lập trình Intel Visual Fortran 2013 có giao diện Winform với các hộp thoại

để người dùng dễ dàng tương tác cũng như khả năng hiển thị trực tiếp các kết quả tính

qua các module đồ họa. Giao diện của phần mềm được trình bày trong phụ lục 1. Tính

linh hoạt của phần mềm được thể hiện ở các điểm sau:

 Khả năng tùy chọn phương án tính: phần mềm có khả năng lựa chọn các phương

án tính khác nhau như: đối với phần tính thủy lực (có thể tính ghép nối 1 chiều

kết hợp 2 chiều hoặc tính 1 chiều độc lập hoặc tính 2 chiều độc lập); tính các yếu

tố môi trường (có thể tính chất lượng nước các đại lượng: S, BO, DO, PO4, NH3,

NO4, Coliform tổng; tính chu trình dinh dưỡng các đại lượng: PHY, ZOO, DIN,

DIP, DET, DO; hoặc bỏ qua không tính đối với các bài toán chỉ quan tâm đến

thủy lực).

 Khả năng kết xuất các giá trị tính tốt: phần mềm có thể kết xuất các giá trị thủy

lực và môi trường theo thời gian các điểm 1 chiều (dọc theo chuỗi các nhánh

sông liên tiếp cần quan tâm) hoặc 2 chiều cũng như kết xuất các giá trị thủy lực

và môi trường theo không gian các điểm tại cùng bước thời gian (1 phần hoặc

toàn bộ miền tính).

3.6 Tính toán kiểm tra, thử nghiệm qua một số bài toán

3.6.1 Bài toán 1D

Bộ chương trình tính toán đã được kiểm định theo các bài toán kiểm định mẫu là:

Bài toán mẫu số 1: Dòng chảy đều có lưu lượng phụ; Bài toán mẫu số 2: Phân lưu. Kết

quả kiểm định chỉ ra rằng bộ chương trình tính toán thủy lực đã vượt qua các bài toán

mẫu kiểm định do các Phòng thí nghiệm thủy lực của Châu Âu đề nghị.

3.6.1.1 Bài toán mẫu số 1: Dòng chảy đều có lưu lượng phụ

Mục đích của bài toán kiểm định mẫu:

 Thử các thành phần lưu lượng bổsungtrong phương trình Saint-Venant.

Mô tả bài toán kiểm định mẫu:

Xét dòng chảy trong kênh có lưu lượng phụ đổ vào:

 Dòng chính chảy trong kênh hình chữ nhật, độ dốc không đổi I=0.0005, chiều dài

5.000 m

 Cứ 1.000 m lại có một lưu lượng phụ bổsungtrên một đoạn 10m.

 Nhánh sông mang các lưu lượng phụ có độ dài 1.000 m và hoàn toàn đồng dạng

với nhánh chính (trừ chiều rộng).

 Các giá trị khác như lưu lượng, chiều rộng của tất cả các nhánh (chính và phụ)

được lựa chọn sao cho cột nước là đồng nhất trên mọi nhánh và mọi điểm, nghĩa

là sao cho

 Tại đoạn nhập lưu:

+ Không có độ dốc, I=0

+ Không có ma sát, k=9999

+ Không có tổn thất áp.

 Tại các biên trên (thượng lưu) biên dưới (hạ lưu) dòng chảy thỏa mãn các điều

kiện:

+ Tại thượng lưu: Cho lưu lượng vào nhánh chính và nhánh phụ.

+ Tại hạ lưu: Cho chiều cao cột nước tương ứng với trường hợp dòng

chảy đều.

Đã kiểm định cho được trường hợp hệ thống trên là một mạng sông gồm một

nhánh chính và 4 nhánh phụ. Cao độ đáy thượng lưu là 10 mét. Cao độ đáy hạ lưu là

7.5mét. Biên lưu lượng ở thượng lưu nhánh chính là 600 m3/giây. Biên lưu lượng ở

thượng lưu các nhánh phụ là 100 m3/giây. Biên mực nước ở hạ du là 12.5 mét (độ sâu

cột nước ở đây là 5 mét). Theo các số liệu trong phương án kiểm tra thì bài toán sẽ có

nghiệm dừng đều với chiều sâu cột nước trên toàn hệ thống là 5 mét. Kết quả tính toán

thu được ổn định và gần như trùng với nghiệm chính xác (xem Bảng 3.2).

Bảng 3.2 Kết quả tính toán tại các nút theo thời gian..

nút 1 nút 2 nút 3 nút 4 nút 5 nút 6 t(h) (x=0m) (x=1000m) (x=2000m) (x=3000m) (x=4000m) (x=5000m)

475 5.001 5.001 5.001 5 5 5

476 5.001 5.001 5.001 5 5 5

477 5.001 5.001 5.001 5 5 5

478 5.001 5.001 5.001 5 5 5

479 5.001 5.001 5.001 5 5 5

480 5.001 5.001 5.001 5 5 5

481 5 5 5 5 5 5

482 5 5 5 5 5 5

483 5 5 5 5 5 5

484 5 5 5 5 5 5

485 5 5 5 5 5 5

500 5 5 5 5 5 5

3.6.1.2 Bài toán mẫu số 2: Phân lưu

Mục đích:

 Thử sơ đồ.

 Thử kiểm tra sự phân bố lưu lượng tại phân lưu.

Mô tả:

Hình học:

 Thượng du: có 1 nhánh sông hình chữ nhật đều nhau.

 Hạ du: Có 2 nhánh với hình học thay đổi (Hình 3.15).

L 1

L 3 L 2

H H Hình 3.15 Bài toán phân lưu 3 2

 Trong trường hợp cơ sở: hình học cơ sở của hệ đều nhau và sao cho nếu

gộp cả 2 nhánh ở hạ lưu lại thì hoàn toàn giống với nhánh ở thượng du

(cùng chiều rộng, cùng độ dốc).

 Cho ma sát đáy.

Điều kiện biên:

 Thượng du: cho lưu lượng.

 Hạ du: cho mực nước chuẩn trong trường hợp chảy đều.

Đánh giá định tính:

 Trường hợp cơ sở: Do dòng chảy đều, phân bố lưu lượng sẽ tỉ lệ thuận với chiều

rộng đoạn sông.

 Trường hợp thay đổi hình học: 2 nhánh hạ du sẽ làm thay đổi phân bố lưu lượng

có thể định tính trước.

Số liệu:

Trường hợp cơ sở:

B2 = 150 m L1 = 2.000 m

B3 = 50 m L2 = L3 = 3.000 m

K = 45 I = 10-4

H01 = 1 m Zf = 10 m

H02 = 5,41 m Q1 = 90 m3/s

Dt = 60 s Q2 = 1.500 m3/s

Dx = 100 m B1 = 200 m

Trường hợp thay đổi:

 Phương án 1: Giảm tuyến tính chiều rộng của nhánh 3 từ 50m xuống 25m tại

điểm x=500m, sau đó lại tăng tuyến tính trở về 50m ở cuối nhánh.

 Phương án 2: Tại nhánh 3 cho độ dốc I=0, chiều cao đáy là 9,8m.

 Phương án 3: Giảm chiều rộng của nhánh 2 từ 150m xuống 50m tại hạ du.

Kết quả kiểm định :

Kết quả tính toán các phương án bằng bộ chương trình thể hiện trên Bảng 3.3 khi

Q1=90m3/s, H01=1 m (trường hợp1) và Bảng 3.4 khi Q2=1.500m3/s, H02=5,41m

(trường hợp 2).

Bảng 3.3 Kết quả tính trường hợp 1 của bài toán mẫu số 2

Lưu lượng Lưu lượng Cột nước tại Cột nước tại

nhánh 2 nhánh 3 hợp lưu thượng du

Trường hợp cơ sở 67.5 22.5 1.003 1.001

Phương án 1 73.504 16.496 1.004 1.033

Phương án 2 70.394 19.606 1.017 1.007

Phương án 3 57.042 32.958 1.082 1.154

Bảng 3.4 Kết quả tính trường hợp 2 của bài toán mẫu số 2

Lưu lượng Lưu lượng Cột nước tại Cột nước tại

nhánh 2 nhánh 3 hợp lưu thượng du

5.416 5.413 Trường hợp cơ sở 1125 375

5.456 5.464 Phương án 1 1219.195 280.805

5.425 5.421 Phương án 2 1142.578 357.422

5.916 5.971 Phương án 3 829.352 670.648

Qua kết quả trên ta có những nhận xét sau:

 Ở trường hợp cơ sở, nghiệm chính xác là dòng đều. Ta thấy kết quả tính bằng là

phù hợp cả về định tính lẫn định lượng.

 Ở các phương án 1-3, kết quả tính bằng chương trình phù hợp về định tính: chiều

cao cột nước tăng lên ở đoạn có mặt cắt mở rộng và giảm ở đoạn có mặt cắt thu

hẹp.

3.6.2 Bài toán 2D

3.6.2.1 Bài toán số 1: Bài toán kênh chữ nhật phẳng

Miền tính toán trong trường hợp này là 1 kênh chữ nhật phẳng có chiều dài

4500m, rộng 420m, độ sâu không thay đổi h = 5m. Biên phía tây (thượng lưu) cho lưu

lượng, biến đổi tuyến tính từ 0 đến 1050m3 sau 2 giờ, và giữ nguyên giá trị này cho

đến khi kết thúc. Biên phía đông (hạ lưu) cho mực nước  = 0. Thời gian mô phỏng là

6 giờ. Vị trí các điểm dùng để so sánh các kết quả là A (500,200), B (2000,200) và

C(4000,200), xem Hình 3.16. Tại thời điểm ban đầu, u = v = ζ = 0.

Hình 3.16 Bài toán kênh chữ nhật phẳng.

1) Trường hợp lưới đều: Sử dụng lưới vuông kích thước Dx = Dy = 30m, tương ứng

miền tính toán bao gồm 151 cột và 15 hàng. So sánh kết quả tính toán của chương

trình với kết quả tính toán của chương trình thương mại DUFLOW được chỉ ra trong

Hình 3.17. DUFLOW là chương trình 1 chiều, tuy nhiên, trong trường hợp kênh chữ

nhật này kết quả tính toán của nó hoàn toàn có thể so sánh với mô hình 2 chiều. Kết

quả so sánh cho thấy chương trình đã mô tả sự biến thiên của mực nước khá trùng với

kết quả của DUFLOW, cả về định tính lẫn định lượng. Cũng cần nói thêm rằng,

DUFLOW và chương trình sử dụng 2 công thức ma sát đáy khác nhau. Ở đây trình bày

kết quả trong trường hợp chương trình sử dụng hệ số ma sát đáy f=0.005 (tương ứng

với đáy cát mịn). Các khảo sát số cho thấy sự thay đổi giá trị hệ số ma sát dẫn đến thay

đổi đáng kể giá trị mực nước, tuy nhiên dáng điệu biến thiên của mực nước vẫn tương

đối giống nhau. Vì trong quá trình phát triển chương trình (cho một lưới), chương trình

đã được kiểm tra tương đối kỹ lưỡng với các bài toán mẫu và thực tế. Ở đây, việc so

sánh với kết quả của DUFLOW chỉ nhằm để kiểm tra khẳng định: quá trình hoàn thiện

chương trình đã không làm “hỏng” chương trình. Hơn nữa, kết quả tính toán trong

trường hợp này của chương trình sẽ được sử dụng để kiểm tra chương trình khi có sử

dụng ghép lưới.

Hình 3.17 So sánh kết quả tính toán của chương trình và DUFLOW tại các điểm A, B

và C, bài toán kênh chữ nhật phẳng.

2) Trường hợp ghép 2 lưới: Trong phương án này, ta sẽ ghép một lưới mịn hơn (Dx =

Dy = 10m) vào vị trí cột từ 15 đến 70, hàng từ 5 đến 10 của lưới tính đã dùng trong

phương án thứ nhất. Với vị trí ghép lưới này, ta có thể kiểm tra tính đúng đắn của

chương trình ở cả bốn biên ghép (đông, tây, nam và bắc).

Các kết quả tính trong trường hợp này so sánh với kết quả tương ứng trong trường hợp

lưới đều được trình bày trong Hình (3.18). Về mực nước, sự sai lệch giữa 2 phương án

là không đáng kể, còn đối với trường vận tốc, không thấy có sự thay đổi đáng kể nào

khi chuyển từ lưới nọ sang lưới kia.

Hình 3.18 Kết quả tính toán mực nước tại điểm A (trên) và B (dưới) theo phương án

lưới đều (đường liền) và ghép lưới.

3.6.3 Ghép nối 1-2D

Để thử nghiệm mô hình ghép nối 1-2D, NCS áp dụng tính vùng cửa biển vùng

Cửa Ba Lạt. Chi tiết của bài toán thử nghiệm mô hình này được trình bày trong phụ

lục 3.

Xây dựng mô hình số trị: Phần mềm CHB14 được áp dụng tính cho miền bao

gồm hệ thống sông Hồng – Thái Bình kết nối với vịnh Bắc Bộ qua 5 cửa biển (Ba Lạt,

Trà Lý, Thái Bình, Văn Úc và cửa Cấm). Hệ thống sông gồm 81 mặt cắt của 14 nhánh

thuộc hệ thống sông Hồng và sông Thái Bình, 7 điểm hợp lưu (nút). Miền 2D, vịnh

Bắc Bộ được giới hạn như Hình 3.19, sử dụng hệ thống 3 lưới ghép chồng.

Hình 3.19 Hệ thống sông được mô hình hóa và vùng biển tính.

Hiệu chỉnh mô hình: Do thiếu số liệu dòng chảy thực đo để so sánh nên hiệu

chỉnh mô hình chỉ được thực hiện với mực nước. Sự hiệu chỉnh được thực hiện bằng

cách so sánh kết quả tính toán hằng số điều hòa của từng sóng chính là các sóng M2,

S2, K1 và O1 với các hằng số điều hòa tại các trạm hải văn Hòn Dấu, Văn Lý và Ba

Lạt nhận được từ phân tích các chuỗi số liệu quan trắc nhiều năm. Qua hiệu chỉnh cho

thấy: kết quả tính toán các sóng chính nhật triều của mô hình là khá phù hợp với kết

quả phân tích từ chuỗi số liệu thực đo còn các sóng bán nhật triều ít phù hợp hơn.

Kiểm tra mô hình: So sánh kết quả tính toán mực nước của 4 sóng triều chính sau

khi hiệu chỉnh trong khoảng thời gian 10 ngày từ 5 đến 15/7/2006 (5 ngày đầu dùng để

loại bỏ ảnh hưởng của điều kiện ban đầu) với kết quả mực nước tính được từ các hằng

số điều hòa của 3 trạm hải văn với kinh-vĩ độ là: Hòn Nẹ (105.98o, 19.91o), Lạch

Trào(105.91o,19.78o) và Hòn Gai (107.06o,20.95o).

Hình 3.20 Biểu đồ so sánh độ cao thủy triều tại các trạm kiểm tra

Kết quả so sánh độ cao triều trong Hình 3.20 tại 3 trạm kiểm tra cho thấy mô

hình cho kết quả tính khá tốt cả về pha và biên độ, sai số trong khoảng chấp nhận

được.

Thử nghiệm tiếp với 3 phương án tính: ảnh hưởng của thủy triều; ảnh hưởng của

nước dâng do bão; ảnh hưởng tổng hợp của đồng thời thủy triều và nước dâng do bão.

Kết quả thu nhận được phù hợp cả về mặt định tính và định lượng (được NCS công bố

trên tạp chí Khoa học và công nghệ biển T13.2013) cho thấy mô hình thực hiện tốt

việc ghép nối 1-2D cũng như ghép lưới.

KẾT LUẬN CHƯƠNG III

Chương III trình bày về cơ sở khoa học, phương pháp giải cũng như các kỹ thuật

xử lý của mô hình 1-2 chiều đã được Phòng Cơ học Biển – Viện Cơ học xây dựng và

được NCS tiếp tục phát triển. Sơ đồ khối làm việc, danh sách đầu vào, đầu ra của mô

hình được xác định rõ ràng để nâng cao khả năng tùy chọn tính toán của mô hình. Các

giải pháp nâng cao việc tính toán – tính toán song song, hay cho việc hiển thị trực

quan – liên kết bản đồ GIS, cũng như giao diện tương tác đồ họa cũng được áp dụng.

Mô hình sau khi được phát triển 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

Sau khi phát triển thêm một số tính năng như kỹ thuật ghép lưới, tính toán song

song,… bộ chương trình CHB14 được sử dụng để thiết lập mô hình số trị tính toán

thủy động lực và một số yếu tố môi trường cho vùng cửa sông Tây Nam việt nam.

4.1 Thiết lập mô hình số trị

4.1.1 Hệ thống sông 1 chiều

Hệ thống mạng sông 1 chiều được mô hình hóa theo Hình 4.1. Từ dữ liệu đã xử

lý ở chương II, NCS mô hình hóa thành mạng sông bao gồm 1368 mặt cắt thuộc 425

nhánh sông với 233 điểm nút hợp lưu. Mạng sông kết nối với vùng 2 chiều tại 20

điểm. Số biên trên là 3 bao gồm biên tại Châu Đốc, Vàm Nao và Cần Thơ (sông Hậu).

Mỗi nhánh sông sẽ được mô tả bởi các mặt cắt thuộc nhánh, bởi liên hệ với các nhánh

sông khác hay liên hệ với các điểm biên vào ra tùy theo dạng của nhánh. Các nhánh

sông được đánh số tăng dần theo các hướng định trước nhằm dễ theo dõi, trong mô

hình này là hướng từ trên xuống dưới, từ trái qua phải.

Trong mỗi mặt cắt sông bao gồm các thông số như độ rộng, diện tích được chia

theo nhiều cấp, độ nhám của mặt cắt đại diện cho đoạn nối mặt cắt đó với mặt cắt liền

sau, khoảng cách nối giữa các mặt cắt …

Số lượng mặt cắt, nhánh sống, các nút, các điểm biên, các điểm kết nối 1-2 chiều

được kiểm tra để đảm bảo tính đóng của mô hình.

Danh sách các điểm (mặt cắt) nối với miền 2 chiều cũng được đánh số với các

chi tiết như vị trí nút lưới 2 chiều, số hiệu lưới tính … để CHB14 nhận dạng khi tính

toán.

Hình 4.1. Hệ thống kênh sông 1 chiều của mô hình

4.1.2 Miền tính 2 chiều

Thiết lập miền tính, lưới tính

Khu vực biển Tây Nam Việt Nam được mô hình hóa bằng sơ đồ ghép 3 lưới

chồng nhau như Hình 4.2:

 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 với mỗi ô kích thước 1.188m x 1.188m bao

gồm toàn bộ Vịnh Rạch Giá và đảo Phú Quốc.

 Lưới 3: bao gồm 105 x 119 ô lưới với mỗi ô kích thước 3.564m x 3.564mbao

gồm vùng có hình chữ nhật với 2 trạm hải văn Cà Mau, Chandaburi nằm trên 2

cạnh.

Hình 4.2 Ba lưới tính chồng nhau trong miền 2 chiều của mô hình

Trên lưới 3 có 2 biên lỏng mà tại đó các giá trị dao động mực nước được xác

định từ các hằng số điều hòa, được nội suy từ giá trị của các trạm hải văn trên biên và

từ số liệu vệ tinh.

Các điểm ghép nối của mô hình 1 chiều với 2 chiều nằm hoàn toàn trong lưới 1.

4.2 Hiệu chỉnh mô hình số trị cho vùng nghiên cứu

Sau khi thiết lập xong mô hình số trị, cần phải lựa chọn các tham số của mô hình

sao cho kết quả tính của mô hình phù hợp với kết quả thực đo trong cùng một điều

kiện. Việc 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.

4.2.1 Mục tiêu hiệu chỉnh

 Đối với hệ thống sông 1D: Thay đổi giá trị các hệ số nhám để giá trị tính toán

gần đúng với thực đo cả về pha và giá trị (trong khoảng sai số chấp nhận được,

tương đương với các nghiên cứu khác).

 Đối với vùng biển 2D: Thay đổi các hệ số (ma sát đáy, nhớt rối,…) để sao cho

kết quả hằng số điều hòa nhận được tại các trạm đo có trong vùng là phù hợp với

số liệu thực đo ghi nhận được.

4.2.2 Qui trình – cách thức hiệu chỉnh

 Đối với hệ thống sông 1D: Cần ít nhất hai chuỗi số liệu biên đầu vào và giá trị

mực nước thực đo tại các trạm phía trong miền tính toán. Với hệ số nhám ban

đầu là giá trị mặc định, đánh giá mực nước tính được với giá trị thực mực nước

tại các trạm đo. Từ đó hiệu chỉnh hệ số nhám của các đoạn sông liền kề với

nhánh có trạm đo theo nguyên tắc vật lý để giá trị mực nước tính toán gần đúng

nhất với các giá trị đo.

 Đối với vùng biển 2D: sau khi có những hiệu chỉnh trong phạm vi cho phép các

giá trị Hằng số điều hòa (H,G) tại biên, do các giá trị này được nội suy từ một số

ít giá trị thực đo, giá trị của hệ số ma sát đáy sẽ được điều chỉnh để có thể nhận

được kết quả tính toán phù hợp với số liệu thực đo.

4.2.3 Tiêu chuẩn hiệu chỉnh

 Đối với hệ thống sông 1D: So sánh độ cao mực nước tại trạm đo, hình dạng của

đồ thị mực nước theo thời gian để đảm bảo sai số chấp nhận được về giá trị cũng

như giữ đúng dạng của biểu đồ.

 Đối với vùng biển 2D: So sánh kết quả tính toán biên độ và pha của từng sóng

với giá trị tại trạm hải văn đảm bảo sai số cho phép, các giá trị HSĐH phải đảm

bảo được tính tương đồng tại mọi trạm.

4.2.4 Số liệu hiệu chỉnh

NCS sử dụng bộ số liệu năm 2005 và 2008 làm năm để hiệu chỉnh mô hình vì

đây là các năm có số liệu biên và số liệu các trạm đo nhiều nhất trên toàn miền tính.

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

4.2.5 Kết quả hiệu chỉnh

Dựa vào một số trạm đo trong vùng Tứ Giác Long Xuyên mà NCS đã thu thập

được số liệu dùng để làm số liệu đầu vào và hiệu chỉnh: Châu Đốc, Vàm Nao, Cần

Thơ, Rạch Giá, Long Xuyên. NCS hiệu chỉnh hệ số nhám tại một số mặt cắt gần với

trạm đo để giá trị mực nước và lưu lượng, sau nhiều lần chọn với nhiều giá trị khác

nhau, kết quả thu được thể hiện trong các Hình 4.3 đến 4.6.

m

0.8

0.6

0.4

0.2

-0.2

5 0 0 2 / 6 / 3

5 0 0 2 / 1 / 3

5 0 0 2 / 2 / 3

5 0 0 2 / 3 / 3

5 0 0 2 / 4 / 3

5 0 0 2 / 5 / 3

5 0 0 2 / 7 / 3

5 0 0 2 / 8 / 3

5 0 0 2 / 9 / 3

5 0 0 2 / 0 1 / 3

-0.4

-0.6

Rạch Giá tính

Rạch Giá thực đo

Hình 4.3 Giá trị mực nước (m) tính và thực đo tại trạm Rạch Giá mùa khô triều cường

2005 theo diễn biến thời gian.

m

0.3

0.2

0.1

-0.1

5 0 0 2 / 4 1 / 4

5 0 0 2 / 6 1 / 4

5 0 0 2 / 8 1 / 4

5 0 0 2 / 0 2 / 4

5 0 0 2 / 2 2 / 4

5 0 0 2 / 4 2 / 4

5 0 0 2 / 6 2 / 4

5 0 0 2 / 8 2 / 4

-0.2

-0.3

-0.4

-0.5

Rạch Giá tính

Rạch Giá thực đo

Hình 4.4 Giá trị mực nước (m) tính và thực đo tại trạm Rạch Giá mùa khô triều kiệt

2005 theo diễn biến thời gian.

m

0.8

0.6

0.4

0.2

8 0 0 2 / 2 / 5

8 0 0 2 / 4 / 5

8 0 0 2 / 6 / 5

8 0 0 2 / 8 / 5

-0.2

8 0 0 2 / 4 1 / 5

8 0 0 2 / 0 1 / 5

8 0 0 2 / 2 1 / 5

-0.4

-0.6

Rạch Giá tính

Rạch Giá thực đo

Hình 4.5 Giá trị mực nước (m) tính và thực đo tại trạm Rạch Giá mùa khô triều cường

2008 theo diễn biến thời gian.

m

0.4

0.3

0.2

0.1

-0.1

8 0 0 2 / 2 1 / 4

8 0 0 2 / 4 1 / 4

8 0 0 2 / 6 1 / 4

8 0 0 2 / 8 1 / 4

8 0 0 2 / 0 2 / 4

8 0 0 2 / 2 2 / 4

8 0 0 2 / 4 2 / 4

-0.2

-0.3

-0.4

-0.5

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.

Để mô phỏng quá trình truyền triều trong khu vực, ở đây, đã sử dụng điều kiện

biên cho trước dao động triều dọc theo biên lỏng của miền tính thô. Các hằng số điều

hoà tại các điểm tính  dọc theo biên lỏng này được lấy từ các trạm hải văn và từ vệ

tinh. Để hiệu chỉnh các giá trị thủy lực trong miền tính 2 chiều, trước hết chương trình

được hiệu chỉnh đối với 4 sóng triều chính M2, S2, K1 và O1. Tiếp theo sẽ hiệu chỉnh

hệ số nhám để có thể nhận được kết quả tính toán phù hợp với số liệu đo. So sánh giữa

các kết quả tính toán biên độ và pha của 4 sóng triều chính với các hằng số điều hoà đo

đạc tương ứng tại trạm Hà Tiên được trình bày trong Bảng 4.2. Kết quả so sánh chỉ ra

rằng mô hình đã mô tả khá tốt các đặc trưng về dao động thuỷ triều trong khu vực, đối

với từng sóng, sai số không quá 2cm về biên độ và không quá 2 độ về pha.

Số liệu đo đạc dòng chảy được phân tích thành 2 thành phần u, v theo phương

trục x, y, sau đó tiến hành phân tích điều hoà để nhận được giá trị biên độ và pha dòng

chảy của từng sóng thành phần. Các giá trị này sẽ được sử dụng để so sánh với các giá

trị tính toán tương ứng. Kết quả phân tích số liệu cho thấy có sự khác biệt khá lớn về

giá trị dòng triều giữa các lần đo, nhưng nhìn chung cho thấy dòng triều trong khu vực

tương đối nhỏ. Để hiệu chỉnh và kiểm tra mô hình trong việc tính dòng triều đã sử

dụng các chuỗi số liệu đo 7 ngày (3/1994) và 3 ngày (9/1994) do Trung tâm Khảo sát

Nghiên cứu Môi trường Biển, Viện Cơ học tiến hành. Kết quả tính toán (hiệu chỉnh

mô hình) elip dòng triều so với số liệu đo đạc được trình bày trong các Hình 4.7 và

4.8. Có thể thấy rằng kết quả tính toán cho tốc độ dòng chảy cùng bậc đại lượng với số

liệu đo đạc. Tham khảo với các số liệu đo đạc khác, có thể kết luận kết quả tích toán so

với số liệu đo đạc là chấp nhận được. Cũng cần lưu ý rằng ở đây ta đã tiến hành so

sánh đối với từng sóng thành phần. Như vậy, nếu bỏ qua tương tác phi tuyến của các

sóng, dòng triều ở thời gian bất kỳ có thể mô tả bằng tổ hợp của các sóng, có xét đến

các hằng số thiên văn tại thời điểm được xét.

Bảng 4.2 So sánh kết quả tính toán hằng số điều hoà của 4 sóng chính

và thực đo tại trạm Hà Tiên.

Tên sóng Biên độ (cm) Pha (độ)

tính toán thực đo tính toán thực đo

M2 10,8 9,6 108,3 108,4

S2 5,3 3,0 153,7 153,3

K1 21,8 21,2 76,8 74,9

O1 14,8 13,7 65,4 64,9

Hình 4.7 So sánh kết quả tính toán dòng triều của 4 sóng chính với thực đo

tại trạm LT1.

Hình 4.8 So sánh kết quả tính toán dòng triều của 4 sóng chính với thực đo

tại trạm LT2.

So sánh giá trị tính toán và thực đo hằng số điều hòa của 4 sóng chính tại trạm đo

Rạch Giá được trình bày trong Bảng 4.3. Kết quả với sai số tại các trạm trong khoảng

chấp nhận được cả về pha và biên độ (hầu hết sai số tuyệt đối < 2 cm).

Bảng 4.3 So sánh kết quả tính toán hằng số điều hoà của 4 sóng chính

với thực đo tại trạm Rạch Giá

H G

TĐ TT TĐ TT Sóng M2

Rạch Giá 14.21 14.2 96.23 98.6

H G

TĐ TĐ TT TT Sóng S2

Rạch Giá 2.46 145.88 150 2.6

H G

TĐ TT TĐ TT Sóng K1

Rạch Giá 17.01 16.6 73.08 74.7

H G

TĐ TT TĐ TT Sóng O1

Rạch Giá 9.7 9.2 44.76 48.5

(TT: tính toán; TĐ: Thực đo)

Hiệu chỉnh xâm nhập mặn

Tương tự với cách hiệu chỉnh các giá trị thủy lực, bằng cách thay đổi các thông

số trong mô hình tính lan truyền chất (hệ số khuếch tán). Việc chọn thông số mô hình

được thực hiện bằng phương pháp thử sai cho đến khi kết quả mô hình được đánh giá

là phù hợp với kết quả thực đo trong điều kiện tương ứng. 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).

‰

8 0 0 2 / 6 / 5

8 0 0 2 / 7 / 5

8 0 0 2 / 8 / 5

Rạch Giá tính

Rạch Giá thực đo

Hình 4.9 Giá trị mặn ‰ tính và thực đo tại trạm Rạch Giá mùa khô triều cường 2008

4.3 Kiểm định mô hình số trị

a. Đối với thủy lực

Với các tham số đã chọn được ở bước hiệu chỉnh, dùng bộ số liệu đầu vào khác,

áp dụng tính và so sánh các kết quả nhận được với số liệu thực đo. Nếu sai số là chấp

nhận được chứng tỏ mô hình làm việc tốt với các tham số trên, nếu không cần thực

hiện lại bước hiệu chỉnh để tìm bộ tham số khác.

Sử dụng bộ số liệu hiệu chỉnh các phương án năm 2005 và 2008 để kiểm tra lại

mô hình với dữ liệu năm 2010 và 2011.

Tương tự với các lựa chọn khoảng thời gian chuỗi dữ liệu để hiệu chỉnh mô hình,

các khoảng thời gian trong Bảng 4.4 cũng được lựa chọn để kiểm định mô hình, kết

quả được hiển thị trong các Hình 4.10 đến Hình 4.25.

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

m

0.6

0.5

0.4

0.3

0.2

0.1

-0.1

0 1 0 2 / 7 / 2

0 1 0 2 / 9 / 2

0 1 0 2 / 1 1 / 2

0 1 0 2 / 3 1 / 2

0 1 0 2 / 5 1 / 2

0 1 0 2 / 7 1 / 2

0 1 0 2 / 9 1 / 2

-0.2

-0.3

-0.4

Rạch Giá tính

Rạch Giá thực đo

Hình 4.10 Giá trị mực nước (m) tính và thực đo tại trạm Rạch Giá mùa khô triều

cường 2010.

m

1.6

1.4

1.2

0.8

0.6

0.4

0.2

-0.2

0 1 0 2 / 7 / 2

0 1 0 2 / 9 / 2

0 1 0 2 / 3 1 / 2

0 1 0 2 / 1 1 / 2

0 1 0 2 / 5 1 / 2

0 1 0 2 / 7 1 / 2

0 1 0 2 / 9 1 / 2

-0.4

-0.6

Long Xuyên tính

Long Xuyên thực đo

Hình 4.11 Giá trị mực nước (m) tính và thực đo tại trạm Long Xuyên mùa khô triều

cường 2010 theo diễn biến thời gian.

m

1.6

1.4

1.2

0.8

0.6

0.4

0.2

-0.2

0 1 0 2 / 7 / 2

0 1 0 2 / 9 / 2

0 1 0 2 / 1 1 / 2

0 1 0 2 / 3 1 / 2

0 1 0 2 / 5 1 / 2

0 1 0 2 / 7 1 / 2

0 1 0 2 / 9 1 / 2

-0.4

Châu Đốc tính

Châu Đốc thực đo

Hình 4.12 Giá trị mực nước (m) tính và thực đo tại trạm Châu Đốc mùa khô triều

cường 2010 theo diễn biến thời gian.

m

0.4

0.3

0.2

0.1

-0.1

0 1 0 2 / 6 / 4

0 1 0 2 / 8 / 4

0 1 0 2 / 8 1 / 4

0 1 0 2 / 0 1 / 4

0 1 0 2 / 2 1 / 4

0 1 0 2 / 4 1 / 4

0 1 0 2 / 6 1 / 4

-0.2

-0.3

-0.4

Rạch Giá tính

Rạch Giá thực đo

Hình 4.13 Giá trị mực nước (m) tính và thực đo tại trạm Rạch Giá mùa khô triều kiệt

2010 theo diễn biến thời gian.

m

1.5

0.5

0 1 0 2 / 6 / 4

0 1 0 2 / 8 / 4

0 1 0 2 / 0 1 / 4

0 1 0 2 / 2 1 / 4

0 1 0 2 / 4 1 / 4

0 1 0 2 / 6 1 / 4

0 1 0 2 / 8 1 / 4

-0.5

-1

Long Xuyên tính

Long Xuyên thực đo

Hình 4.14 Giá trị mực nước (m) tính và thực đo tại trạm Long Xuyên mùa khô triều

kiệt 2010 theo diễn biến thời gian.

m

1.4

1.2

0.8

0.6

0.4

0.2

-0.2

0 1 0 2 / 6 / 4

0 1 0 2 / 8 / 4

0 1 0 2 / 0 1 / 4

0 1 0 2 / 2 1 / 4

0 1 0 2 / 4 1 / 4

0 1 0 2 / 6 1 / 4

0 1 0 2 / 8 1 / 4

-0.4

-0.6

-0.8

Châu Đốc tính

Châu Đốc thực đo

Hình 4.15 Giá trị mực nước (m) tính và thực đo tại trạm Châu Đốc mùa khô triều kiệt

2010 theo diễn biến thời gian.

m

0.4

0.2

-0.2

0 1 0 2 / 3 / 0 1

0 1 0 2 / 4 / 0 1

0 1 0 2 / 5 / 0 1

0 1 0 2 / 6 / 0 1

0 1 0 2 / 7 / 0 1

0 1 0 2 / 8 / 0 1

0 1 0 2 / 9 / 0 1

0 1 0 2 / 3 1 / 0 1

0 1 0 2 / 0 1 / 0 1

0 1 0 2 / 1 1 / 0 1

0 1 0 2 / 2 1 / 0 1

-0.4

-0.6

-0.8

-1

Rạch Giá tính

Rạch Giá thực đo

Hình 4.16 Giá trị mực nước (m) tính và thực đo tại trạm Rạch Giá mùa lũ triều cường

2010 theo diễn biến thời gian.

m

0.2

0.1

-0.1

-0.2

0 1 0 2 / 2 1 / 1 1

0 1 0 2 / 4 1 / 1 1

0 1 0 2 / 6 1 / 1 1

0 1 0 2 / 8 1 / 1 1

0 1 0 2 / 0 2 / 1 1

0 1 0 2 / 2 2 / 1 1

0 1 0 2 / 0 1 / 1 1

-0.3

-0.4

-0.5

-0.6

-0.7

-0.8

-0.9

Rạch Giá tính

Rạch Giá thực đo

Hình 4.17 Giá trị mực nước (m) tính và thực đo tại trạm Rạch Giá mùa lũ triều kiệt

2010 theo diễn biến thời gian.

m

0.8

0.6

0.4

0.2

1 1 0 2 / 1 / 4

-0.2

1 1 0 2 / 0 2 / 3

1 1 0 2 / 2 2 / 3

1 1 0 2 / 4 2 / 3

1 1 0 2 / 6 2 / 3

1 1 0 2 / 8 2 / 3

1 1 0 2 / 0 3 / 3

1 1 0 2 / 8 1 / 3

-0.4

Rạch Giá tính

Rạch Giá thực đo

Hình 4.18 Giá trị mực nước (m) tính và thực đo tại trạm Rạch Giá mùa khô triều

cường 2011 theo diễn biến thời gian.

m

1.8

1.6

1.4

1.2

0.8

0.6

0.4

0.2

-0.2

1 1 0 2 / 1 / 4

1 1 0 2 / 4 2 / 3

1 1 0 2 / 8 1 / 3

1 1 0 2 / 0 2 / 3

1 1 0 2 / 2 2 / 3

1 1 0 2 / 6 2 / 3

1 1 0 2 / 8 2 / 3

1 1 0 2 / 0 3 / 3

-0.4

Long Xuyên tính

Long Xuyên thực đo

Hình 4.19 Giá trị mực nước (m) tính và thực đo tại trạm Long Xuyên mùa khô triều

cường 2011 theo diễn biến thời gian.

m

1.6

1.4

1.2

0.8

0.6

0.4

0.2

1 1 0 2 / 1 / 4

1 1 0 2 / 0 2 / 3

1 1 0 2 / 2 2 / 3

1 1 0 2 / 4 2 / 3

1 1 0 2 / 6 2 / 3

1 1 0 2 / 8 2 / 3

1 1 0 2 / 0 3 / 3

1 1 0 2 / 8 1 / 3

Châu Đốc tính

Châu Đốc thực đo

Hình 4.20 Giá trị mực nước (m) tính và thực đo tại trạm Châu Đốc mùa khô triều

cường 2011 theo diễn biến thời gian.

m

0.4

0.3

0.2

0.1

-0.1

1 1 0 2 / 3 / 5

1 1 0 2 / 1 / 5

1 1 0 2 / 5 / 5

1 1 0 2 / 7 / 5

1 1 0 2 / 3 2 / 4

1 1 0 2 / 5 2 / 4

1 1 0 2 / 7 2 / 4

1 1 0 2 / 9 2 / 4

-0.2

-0.3

-0.4

-0.5

Rạch Giá tính

Rạch Giá thực đo

Hình 4.21 Giá trị mực nước (m) tính và thực đo tại trạm Rạch Giá mùa khô triều kiệt

2011 theo diễn biến thời gian.

m

1.4

1.2

0.8

0.6

0.4

0.2

-0.2

1 1 0 2 / 1 / 5

1 1 0 2 / 3 / 5

1 1 0 2 / 5 / 5

1 1 0 2 / 7 / 5

-0.4

1 1 0 2 / 5 2 / 4

1 1 0 2 / 7 2 / 4

1 1 0 2 / 9 2 / 4

1 1 0 2 / 3 2 / 4

-0.6

-0.8

Long Xuyên tính

Long Xuyên thực đo

Hình 4.22 Giá trị mực nước (m) tính và thực đo tại trạm Long Xuyên mùa khô triều

kiệt 2011 theo diễn biến thời gian.

m

1.4

1.2

0.8

0.6

0.4

0.2

-0.2

1 1 0 2 / 1 / 5

1 1 0 2 / 3 / 5

1 1 0 2 / 5 / 5

1 1 0 2 / 7 / 5

1 1 0 2 / 3 2 / 4

1 1 0 2 / 5 2 / 4

1 1 0 2 / 7 2 / 4

1 1 0 2 / 9 2 / 4

-0.4

-0.6

Châu Đốc tính

Châu Đốc thực đo

Hình 4.23 Giá trị mực nước (m) tính và thực đo tại trạm Châu Đốc mùa khô triều kiệt

2011 theo diễn biến thời gian.

m

1.2

0.8

0.6

0.4

0.2

-0.2

1 1 0 2 / 5 / 1 1

1 1 0 2 / 1 / 1 1

1 1 0 2 / 3 / 1 1

1 1 0 2 / 7 / 1 1

1 1 0 2 / 4 2 / 0 1

1 1 0 2 / 6 2 / 0 1

1 1 0 2 / 8 2 / 0 1

1 1 0 2 / 0 3 / 0 1

Rạch Giá tính

Rạch Giá thực đo

Hình 4.24 Giá trị mực nước (m) tính và thực đo tại trạm Rạch Giá mùa lũ triều cường

2011 theo diễn biến thời gian.

m

0.9

0.8

0.7

0.6

0.5

0.4

0.3

0.2

0.1

-0.1

1 1 0 2 / 8 / 9

1 1 0 2 / 0 2 / 9

1 1 0 2 / 0 1 / 9

1 1 0 2 / 2 1 / 9

1 1 0 2 / 4 1 / 9

1 1 0 2 / 6 1 / 9

1 1 0 2 / 8 1 / 9

1 1 0 2 / 2 2 / 9

Rạch Giá tính

Rạch Giá thực đo

Hình 4.25 Giá trị mực nước (m) tính và thực đo tại trạm Rạch Giá mùa lũ triều kiệt

2011 theo diễn biến thời gian.

So sánh kết quả tính toán với số liệu thực đo cho thấy việc kiểm tra mô hình với

năm 2010 và 2011 cho kết quả tương đối tốt, 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.

‰

5 0 0 2 / 8 / 3

5 0 0 2 / 6 / 3

5 0 0 2 / 7 / 3

5 0 0 2 / 7 / 3 Rạch Giá tính

Rạch Giá thực đo

Hình 4.26 Giá trị mặn ‰ tính và thực đo tại trạm Rạch Giá mùa khô triều cường 2005

‰

1 1 0 2 / 3 2 / 3

1 1 0 2 / 4 2 / 3

1 1 0 2 / 5 2 / 3

1 1 0 2 / 3 2 / 3

1 1 0 2 / 4 2 / 3

1 1 0 2 / 5 2 / 3

Rạch Giá tính

Rạch Giá thực đo

Hình 4.27 Giá trị mặn ‰ tính và thực đo tại trạm Rạch Giá mùa khô triều cường 2011

Từ các Hình 4.26 và Hình 4.27 cho thấy kết quả so sánh giá trị độ mặn giữa tính

toán và thực đo tại hai phương án chỉ ở mức độ tương đối, nhưng do không có nhiều

số liệu đo (số liệu đo độ mặn ít và chuỗi ngắn, thường không liên tục) nên chấp nhận

sai số ở mức này.

Tổng hợp kết quả:

Bảng 4.5 Chỉ số NSE đánh giá mực nước tính toán

Năm Mùa Triều Trạm NSE Phương án tính toán

2005 Mùa khô Triều cường Rạch Giá 0.96 Hiệu chỉnh

2005 Mùa khô Triều kiệt Rạch Giá 0.97 Hiệu chỉnh

2008 Mùa khô Triều cường Rạch Giá 0.97 Hiệu chỉnh

2008 Mùa khô Triều kiệt Rạch Giá 0.96 Hiệu chỉnh

Rạch Giá 0.95 Kiểm định

Long Xuyên 0.89 Kiểm định

2010 Mùa khô Triều cường Châu Đốc 0.80 Kiểm định

Rạch Giá 0.96 Kiểm định

Long Xuyên 0.86 Kiểm định

2010 Mùa khô Triều kiệt Châu Đốc 0.82 Kiểm định

2010 Mùa lũ Triều cường Rạch Giá 0.65 Kiểm định

2010 Mùa lũ Triều kiệt Rạch Giá 0.74 Kiểm định

Rạch Giá 0.95 Kiểm định

Long Xuyên 0.75 Kiểm định

2011 Mùa khô Triều cường Châu Đốc 0.86 Kiểm định

Rạch Giá 0.95 Kiểm định

Long Xuyên 0.83 Kiểm định

2011 Mùa khô Triều kiệt Châu Đốc 0.88 Kiểm định

2011 Mùa lũ Triều cường Rạch Giá 0.9 Kiểm định

2011 Mùa lũ Triều kiệt Rạch Giá 0.98 Kiểm định

Bảng 4.6 Chỉ số NSE đánh giá độ mặn tính toán

Năm Mùa Triều Trạm NSE Phương án tính toán

0.96 Hiệu chỉnh 2008 Mùa khô Triều cường Rạch Giá

0.52 Kiểm định 2005 Mùa khô Triều cường Rạch Giá

0.61 Kiểm định 2011 Mùa khô Triều cường Rạch Giá

KẾT LUẬN CHƯƠNG IV

Chương IV trình bày việc ứng dụng mô hình số trị cho vùng nghiên cứu là vùng

cửa sông Tây Nam Việt Nam bằng bộ phần mềm đã được phát triển trong chương III,

trong đó bao gồm các bước là: Thiết lập mô hình và Hiệu chỉnh, kiểm định mô hình.

Mô hình đã được thiết lập bao gồm hệ thống kênh sông 1 chiều kết nối với mô hình 03

lưới 2 chiều trên biển qua 20 điểm nối. Việc hiệu chỉnh mô hình được thực hiện bằng

việc thay đổi các hệ số nhám, hệ số khuếch tán, … và so sánh với giá trị thực đo. Qua

nhiều phương án tính với phép Thử-Sai, rút ra được bộ tham số đủ tốt để có thể áp

dụng tính kiểm định. Việc kiểm định mô hình 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 (chỉ số Nash-Sutcliffe chỉ trong khoảng

0.5

theo cách chia thang đánh giá mức độ chính xác chỉ số NSE theo bước thời gian

tháng).

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

NCS lựa chọn 3 kênh lớn trong vùng Tứ Giác Long Xuyên: Kênh Tri Tôn – Hòn

Sóc, kênh Rạch Giá - Long Xuyên, kênh Cái Sắn, nối từ sông Hậu ra biển Tây Nam để

đánh giá các đặc trưng thủy động lực học dọc theo các kênh này. Đặc điểm của 3 kênh

này như sau:

 Kênh Tri Tôn – Hòn Sóc: Nối từ Châu Phú đến Hòn Đất, dài khoảng 90 km.

 Kênh Rạch Giá – Long Xuyên: Nối từ Long Xuyên đến Rạch Giá, dài khoảng 65

km.

 Kênh Cái Sắn: chạy dọc quốc lộ 80, là một cạnh của Tứ Giác Long Xuyên, dài

khoảng 70km.

Các khoảng thời gian của các phương án tính được lựa chọn như trong phần hiệu

chỉnh và kiểm định mô hình và được thống kê trong Bảng 5.1 dưới đây.

Bảng 5.1 Các phương án tính

Phương án 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

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

2011 Mùa lũ Triều kiệt 10/9/2011 19/9/2011

PA12

Kết quả tính biên độ dao động tại các điểm được xác định như sau:

Giá trị biên độ dao động mực nước = Hiệu số giữa giá trị mực nước lớn nhất

Hmax- giá trị mực nước nhỏ nhất Hmintrên toàn khoảng thời gian tính.

Giá trị biên độ dao động mực nước tại các mặt cắt dọc theo 3 kênh được hiển thị

để đánh giá như trong các Hình 5.1, 5.2 và 5.3.

Kênh Tri Tôn - Hòn Sóc

m

1.4

1.2

0.8

0.6

0.4

0.2

m

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

80000

90000

PA01

PA02

PA03

PA04

PA05

PA06

PA07

PA08

PA09

PA10

PA11

PA12

Hình 5.1 Biên độ dao động mực nước cực trị trên kênh Tri Tôn – Hòn Sóc.

Kênh Rạch Giá - Long Xuyên

m

1.6

1.4

1.2

0.8

0.6

0.4

0.2

m

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.

Kênh Cái Sắn

m

1.6

1.4

1.2

0.8

0.6

0.4

0.2

m

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

PA01

PA02

PA03

PA04

PA05

PA06

PA07

PA08

PA09

PA10

PA11

PA12

Hình 5.3 Biên độ dao động mực nước cực trị trên kênh Cái Sắn.

Nhận xét:

Do đặc điểm địa hình vùng, đầu kênh chịu ảnh hưởng của dao động mực nước

sông Hậu (cũng chịu ảnh hưởng triều từ biển Đông qua các cửa sông), 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.

Vào mùa kiệt, khi triều cường, điểm có biên độ dao động mực nước nhỏ nhất

cách cửa sông khoảng 25 km, trong khi đó điểm có biên độ dao động mực nước nhỏ

nhất khi triều kiệt cách cửa sông khoảng 15km.

Vào mùa lũ, điểm có biên độ dao động mực nước nhỏ nhất cách cửa sông khoảng

20 km, trong khi đó điểm có biên độ dao động mực nước nhỏ khi triều kiệt cách cửa

sông khoảng 10km.

Qua các phương án tính cả 2 mùa và 2 phương án triều cường, triều kiệt, ta rút ra

đặc trưng dao động mực nước như sau: Biên độ dao động mực nước tại cửa sông giảm

tới giá trị nhỏ nhất khi vào sâu trong đất liền khoảng 20km (lúc triều cường, vị trí này

tiến sâu hơn lúc triều kiệt khoảng 10km), sau đó lại tăng dần do ảnh hưởng của biên

thượng lưu.

5.1.2 Ảnh hưởng của gió

Tần suất bão tại khu vực này rất hiếm và độ cao sóng trong bão cũng không lớn..

Nên phương án thử nghiệm được đặt ra chỉ tính ảnh hưởng của gió mùa. Khu vực

nghiên cứu chịu ảnh hưởng của hai mùa gió trong năm: mùa gió mùa đông bắc và mùa

gió mùa tây nam Tốc độ gió trong mùa gió tây nam lớn hơn nhiều so với mùa gió đông

bắc, vì đới gió tây nam hoạt động mạnh, phần phía tây khu vực nghiên cứu thoáng, ít

bị che chắn. Do đó, NCS chọn phương án ảnh hưởng của gió mùa tây nam với tốc độ

trung bình 5,29m/s với hướng tây trên toàn miền tính 2 chiều, so sánh với phương án

không có ảnh hưởng của gió để rút ra một số đặc điểm.

m

0.9

0.8

0.7

0.6

0.5

0.4

0.3

0.2

0.1

m

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

80000

90000

100000

Không tính gió

Có tính gió

Hình 5.4 Mực nước cực đại trên kênh Tri Tôn – Hòn Sóc trong phương án có và không

có ảnh hưởng của gió.

m

0.9

0.8

0.7

0.6

0.5

0.4

0.3

0.2

0.1

m

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

Không tính gió

Có tính gió

Hình 5.5 Mực nước cực đại trên kênh Rạch Giá - Long Xuyên trong phương án có và

không có ảnh hưởng của gió.

m

0.9

0.8

0.7

0.6

0.5

0.4

0.3

0.2

0.1

m

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. Tại 3 kênh được xét, giá trị

chênh lệch này gần như không đáng kể tại vị trí cách cửa biển 60-70km.

Hình 5.7 Trường vận tốc trên toàn vùng 2D

Hình 5.8 Trường vận tốc tại cửa sông tại Hòn Đất.

Xét tại điểm thuộc miền 2 chiều nối với cửa sông tại Rạch Giá, NCS thực hiện 3

phương án:

+ Phương án 1: Chỉ có tác động của thủy triều.

+ Phương án 2: Có tác động của thủy triều và gió

+ Phương án 3: 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.

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

Chất lượng nước tính toán được so sánh với với QCVN 08:2008 [42]để đánh giá

mức độ ô nhiễm và lấy làm mốc trong các kịch bản tính cũng như hiển thị kết quả.

Bảng 5.2 Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước mặt (trích) [42]

TT Thông số Đơn vị Giá trị giới hạn

mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l B2 25 - ≥ 2 1 15 0,5

Phosphat (PO4)(tính theo P) Coliform A1 4 250 ≥ 6 0,1 2 0,1 MPN/100ml 2500 B1 A2 15 6 600 400 ≥ 4 ≥ 5 0,5 0,2 10 5 0,2 0,3 5000 7500 10000

BOD5 (20oC) 1 2 Clorua (Cl-) 3 Ôxy hoà tan (DO) 4 Amoni (NH+4) (tính theo N) 5 Nitrat (NO3) (tính theo N) 6 7 + A1 - Sử dụng tốt cho mục đích cấp nước sinh hoạt và các mục đích khác như

loại A2, B1 và B2.

+ A2 - Dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt nhưng phải áp dụng công nghệ xử

lý phù hợp; bảo tồn động thực vật thủy sinh, hoặc các mục đích sử dụng như

loại B1 và B2.

+ B1 - Dùng cho mục đích tưới tiêu thủy lợi hoặc các mục đích sử dụng khác có

yêu cầu chất lượng nước tương tự hoặc các mục đích sử dụng như loại B2.

+ B2 - Giao thông thủy và các mục đích khác với yêu cầu nước chất lượng thấp.

Bảng 5.3 Giá trị giới hạn của các thông số trong nước biển ven bờ [42]

TT

Thông số Đơn vị Giá trị giới hạn

Các nơi khác

Ôxy hoà tan (DO)

Vùng nuôi trồng thuỷ sản, bảo tồn thủy sinh ≥ 5 0,1 1000 Vùng bãi tắm, thể thao dưới nước ≥ 4 0,1 1000 - 0,5 1000 1 2 Amoni (NH+4) (tính theo N) 3 Coliform mg/l mg/l MPN/100ml

5.2.1 Đánh giá mức độ xâm nhập mặn

Các dữ liệu đo độ mặn thu thập được trong khu vực nghiên cứu rất hạn chế, chỉ

có một số dữ liệu độ mặn đo được tại Rạch Giá. Vì vậy, chỉ một số ít trường hợp thử

nghiệm được thực hiện.

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 (chuỗi thời gian được xác định như trong PA03) với giá trị mặn ngoài biên ở

biển là hằng số có giá trị trung bình theo mùa.

Châu Đốc

Hà Tiên

Long Xuyên

Rạch Giá

Hình 5.10 Phân bố độ mặn tại thời điểm đỉnh triều.

Châu Đốc

Hà Tiên

Long Xuyên

Rạch Giá

Hình 5.11 Phân bố độ mặn tại thời điểm chân triều.

Với cách xét vùng bị ảnh hưởng bởi độ mặn giá trị x‰ bao gồm các vùng đất tại

Tứ Giác Long Xuyên có tiếp giáp với ít nhất một mặt cắt sông có độ mặn giá trị x‰.

Kết quả tính chỉ ra với nước mặn >4‰ (4‰ là độ mặn tối đa cho phép của nước dùng

cho tưới tiêu cây trồng và sinh hoạt hàng ngày), vùng bị ảnh hưởng thay đổi theo các

thời điểm triều được thống kê trong Bảng 5.4

Bảng 5.4 So sánh diện tích ảnh hưởng mặn > 4‰ giữa các phương án.

Xâm nhập của nước mặn >4‰

Thời điểm Diện tích ảnh hưởng

Đỉnh triều 133.346 Ha

Triều rút 117.471 Ha

Chân triều 103.425 Ha

Triều dâng 116.320 Ha

Như vậy khi thủy triều đạt đỉnh thì diện tích ảnh hưởng mặn là lớn nhất, khi ở

chân triều, diện tích ảnh hưởng là nhỏ nhất và khi triều ở hai trạng thái triều rút và

triều dâng thì diện tích ảnh hưởng gần tương đương nhau.

Hơn thế nữa, khi nghiên cứu ảnh hưởng của triều, rất nhiều phương án tính được

thực hiện với nhiều bộ số liệu khác nhau. Vào mùa mưa, các phương án tính đều chỉ ra

rằng xâm nhập mặn là không đáng kể. Vào mùa khô, các phương án tính khác nhau

đều đưa ra các bức tranh xâm nhập mặn là đáng kể với vùng nghiên cứu này. 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.

Châu Đốc

Hà Tiên

Long Xuyên

Rạch Giá

Hình 5.12 Vùng ảnh hưởng bởi nước mặn >4‰ với kịch bản triều cường.

Châu Đốc

Hà Tiên

Long Xuyên

Rạch Giá

Hình 5.13 Vùng ảnh hưởng bởi nước mặn >4‰ với kịch bản triều kiệt.

Qua kết quả tính cho thấy trong thời kỳ triều cường, nước mặn lấn sâu vào trong

đất liền. Vùng diện tích bị ảnh hưởng bởi nước mặn 4‰ là lớn nhất, khoảng 162,909.3

Ha, chiếm 32.5% diện tích toàn vùng Tứ Giác Long Xuyên. Trong khi đó, phương án

triều kiệt, nước mặn xâm nhập ít hơn, vùng diện tích bị ảnh hưởng bởi nước mặn 4‰

khoảng 119,150.42 Ha, chiếm khoảng 23.7% diện tích toàn vùng. Nghĩa là khi triều

cường, vùng ảnh hưởng mặn 4‰ lớn hơn 36.7% so với khi triều kiệt. Xét ví dụ tại

kênh Tri Tôn – Hòn Sóc, tính khoảng cách từ biển vào, nước mặn 4‰ có thể xuất hiện

cách cửa biển 18.8 km trong khi đó với trường hợp triều kiệt, khoảng cách này chỉ là

6.78 km.

Hình 5.14 Mực nước (m), vận tốc (m/s) và độ mặn (‰) tính toán tại Rạch Giá.

Qua biểu đồ thể hiện các giá trị mực nước, vận tốc và độ mặn tại trạm đo Rạch

Giá Hình 5.14 cho thấy giá trị mặn tại Rạch Giá đồng pha với mực nước, cho thấy sự

lan truyền mặn chủ yếu qua quá trình tải, ảnh hưởng ít của quá trình khuếch tán. Khi

vận tốc dòng tăng đẩy nước ra biển, giá trị mặn giảm tương ứng.

Hình 5.15 Giá trị mặn tại một số điểm quan sát trên kênh Tri Tôn – Hòn Sóc.

Qua biểu đồ thể hiện giá trị mặn theo thời gian tại các điểm quan sát trên cùng

một nhánh sông, nhận thấy với khoảng cách tăng dần từ cửa biển, dao động giá trị mặn

100

cũng thay đổi cả về biên độ giá trị và dáng điệu. Với các giá trị như Hình 5.15, tại các

vị trí có khoảnh cách xa dần cửa biển (6km, 28km, 31km, 35km) ta thấy rõ độ mặn

giảm dần giá trị và biên độ dao động.

5.2.2 Bài toán phát thải

Với số liệu thu thập được rất ít [43], chỉ có giá trị BOD và DO trong vùng Tứ

Giác Long Xuyên tại một số điểm, NCS thử nghiệm bài toán phát thải để đánh giá

vùng ảnh hưởng của các nguồn thải này đến môi trường vùng.

Các giá trị thông số đánh giá chất lượng nước ban đầu trên toàn vùng được lấy

giá trị trung bình là: BOD = 0.26 mg/L; DO = 6,13 mg/L. Các giá trị biên vào của mô

hình trong toàn khoảng thời gian tính cũng lấy các giá trị trung bình này. Nguồn thải

có tọa độ và giá trị được đưa ra trong phụ lục 4.

Kết quả tính được chỉ ra tại các Hình 5.15-5.16: tại toàn bộ diện tích của vùng

1D, các giá trị nồng độ BOD và DO vẫn dưới ngưỡng tiêu chuẩn cho phép [42]. Hình

5.16 cho thấy vùng diện tích ảnh hưởng bởi giá trị nồng độ BOD > 0.5mg/L, và không

có vùng diện tích nào ảnh hưởng bởi nồng độ BOD >1 mg/L. Điều này cho thấy tại

đây, các yếu tố môi trường vẫn trong tiêu chuẩn phạm vi cho phép, thậm chí vẫn còn

khá tốt.

Châu Đốc

Hà Tiên

Long Xuyên

Rạch Giá

Hình 5.16 Giá trị BOD cực đại trên hệ thống sông theo phương án mức xả năm 2008

101

Châu Đốc

Hà Tiên

Long Xuyên

Rạch Giá

Hình 5.17 Giá trị DO cực đại trên hệ thống sông theo phương án mức xả năm 2008

Hình 5.18 Giá trị BOD trên vùng 2D theo phương án mức xả năm 2008

102

Hình 5.19 Giá trị DO trên vùng 2D theo phương án mức xả năm 2008

5.3 Dự báo xu thế

Theo các quyết định của Thủ tướng chính phủ năm 2009 và 2012 về “Phê duyệt

quy hoạch xây dựng và quy hoạch thủy lợi vùng đồng bằng sông Cửu Long đến năm

2020 và tầm nhìn đến năm 2050” [40], thì một trong các nhiệm vụ chủ yếu của vùng

Tứ Giác Long Xuyên là phát triển công nông nghiệp, thủy sản và du lịch. Chi tiết hơn,

theo “Quy hoạch tổng thể phát triển kinh tế - xã hội tỉnh Kiên Giang đến năm 2020”

[2,41], thì phát triển tập trung vào ngành nông nghiệp, thủy sản; đối với công nghiệp

dự kiến thời kỳ 2011- 2015 tăng 14,1%/năm và thời kỳ 2016-2020 tăng 16,0%/năm

trong đó chú trọng phát triển các nhà máy chế biến thủy sản. Ví dụ các tiêu chí cụ thể:

sản lượng khai thác thủy sản tăng từ 110.230 tấn lên đạt 390.000-420.000 tấn,…Bên

cạnh đó, tuy dân số không có nhiều đột biến nhưng dự kiến khách du lịch đạt 6,1 triệu

lượt khách năm 2015, năm 2020 đạt 10 triệu lượt khách, kéo theo đó là các dịch vụ đi

kèm. Việc các yếu tố trên phát triển sẽ thúc đẩy kinh tế vùng nhưng cũng đặt ra bài

toán bảo vệ môi trường tương ứng với tốc độ gia tăng này.

NCS dựa vào các chỉ số tăng dự kiến về kinh tế - xã hội từ năm 2015 đến 2020

như trên với tốc độ 15% mỗi năm, giả thiết lượng chất thải ra môi trường cũng tăng

103

tương ứng. Tuy nhiên do không có số liệu về quy hoạch chính xác nên chỉ giả thiết

tăng về lưu lượng xả thải tại các điểm như hiện tại, không tăng số lượng các điểm xả

cũng như giá trị nồng độ chất ô nhiễm.

Châu Đốc

Hà Tiên

Long Xuyên

Rạch Giá

Hình 5.20 Giá trị BOD cực đại trên hệ thống sông trong phương án tính xả dự báo

Châu Đốc

Hà Tiên

Long Xuyên

Rạch Giá

Hình 5.21 Giá trị DO cực đại trên hệ thống sông trong phương án tính xả dự báo

104

Qua Hình 5.20, 5.21 cho thấy khi tăng lưu lượng nguồn xả BOD, DO tương

ứng với tỉ lệ tăng kinh tế xã hội, giá trị nồng độ trên toàn miền tăng lên đáng kể so với

hiện tại, bên cạnh đó, dù các giá trị này vẫn nằm trong ngưỡng tốt theo QCVN nhưng

xuất hiện nhiều vùng có các giá trị cao hơn so với với các vùng khác một cách rõ rệt.

Do đó, bài toán quy hoạch vùng là cấp thiết được đặt ra cho dù các chỉ số môi trường

vẫn đang ở mức tốt ở thời điểm hiện tại.

Hình 5.22 Giá trị BOD trên vùng 2 chiều trong phương án tính xả dự báo

Nhận xét:

Khi tăng giá trị các nguồn xả trong vùng 1D, tại vùng 2D, số lượng cửa sông bị

tác động rõ nét tăng cả về số lượng và giá trị. Tại vùng gần Thành phố Rạch Giá, do

vận tốc dòng chảy ở đây yếu nên các yếu tố môi trường phân tán chủ yếu xung quanh

vị trí xả thải, còn tại các vị trí khác, do ảnh hưởng của dòng chảy, các yếu tố này phân

tán theo chiều dòng chảy tác động. Từ đây, ta có thể đưa ra bức tranh khái quát giúp

các nhà quản lý đánh giá tác động của các yếu tố này tại các vùng cửa sông nhất định

để có những điều chỉnh quy hoạch tương ứng.

105

KẾT LUẬN CHƯƠNG V

Với mô hình số trị đã được phát triển ở chương IV, chương V trình bày các kết

quả tính toán của một số phương án với các số liệu đo đạc lịch sử cũng như các điều

kiện giả định.

Đã đưa ra được đặc trưng về biên độ dao động mực nước cực trị dọc theo 3 tuyến

kênh lớn: sự sai khác giữa các mùa, giữa các thời điểm triều qua 12 phương án tính, từ

đó có một bức tranh khái quát về “vùng giáp nước” tại Tứ Giác Long Xuyên.

Đã chỉ ra sự ảnh hướng của gió mùa tác động làm cho mực nước cực trị trong

sông: Dưới sự tác động của gió mùa Tây Nam (hướng và tốc độ dựa trên thống kê

trung bình hàng năm) thì mực nước dâng cao thêm khoảng 0,1m tại cửa biển và giảm

dần khi vào sâu trong đất liền. Tại 3 kênh được xét, giá trị chênh lệch này gần như

không đáng kể tại vị trí cách cửa biển 60-70km.

Qua các phương án tính toán, mô hình đưa ra được một số đặc trưng xâm nhập

mặn của vùng nghiên cứu: Vào mùa mưa, với dòng chảy sông lớn hơn, xâm nhập mặn

là không đáng kể. Vào mùa khô, nước mặn lấn sâu vào trong đất liền và có sự sai khác

rõ nét giữa triều cường và triều kiệt cả về diện tích ảnh hưởng lẫn khoảng cách từ cửa

biển vào đất liền. Diện tích ảnh hưởng mặn cũng thay đổi đáng kể theo pha triều, tăng

giảm tương đối khác biệt giữa đỉnh triều, chân triều, triều dâng và triều rút. Sự lan

truyền mặn chủ yếu qua quá trình tải, ảnh hưởng ít của quá trình khuếch tán, càng vào

sâu đất liền, độ mặn giảm dần giá trị và biên độ dao động. Xâm nhập mặn lan truyền

mạnh qua một số cửa sông kênh chính như từ đầm nước mặn Đông Hồ, sông Kiên,

nhóm rạch tại Kiên Lương, …

Với các điểm phát thải thu thập được, đưa ra một số kết quả về bức tranh phân bố

BOD và DO trong khu vực cũng như dự báo xu thế biến đổi của chúng khi mức phát

thải tăng dựa trên các chỉ số tăng dự kiến về kinh tế, xã hội.

106

KẾT LUẬN

Trên cơ sở kế thừa các kết quả nghiên cứu của các đề tài, dự án đã có, cũng như

kế thừa các kết quả trước đây của các cá nhân và các tập thể nghiên cứu, luận án đã thu

được những kết quả chính như sau:

 Phát triển chương trình kết nối 1-2D tính thủy lực và môi trường:

+ Xây dựng module tính toán chất lượng nước và chu trình dinh dưỡng trong

hệ thống sông (1D) và kết nối với thủy vực (2 chiều).

+ Hoàn thiện việc xử lý các điều kiện biên và kết nối 1-2D: cho phép sử dụng

các điều kiện biên khác phụ thuộc vào hiện trạng số liệu có được.

 Chuyển đổi sang tính toán song song: Sử dụng kỹ thuật song song OpenMP,

chương trình chạy được trên mọi máy tính cá nhân đa lõi sử dụng hệ điều hành

Windows. Việc song song hóa đã giúp chương trình giảm được thời gian tính

toán xuống còn khoảng 60%.

 Xây dựng phần giao diện đồ họa Winform bằng ngôn ngữ Fortran và module có

khả năng liên kết với GIS: phần mềm đáp ứng được tương tác giữa phần giao

diện và tính toán, có thể vừa tính toán vừa vẽ đồ thị,… Phần mềm sử dụng mã

nguồn mở MapWinGIS để trình diễn trực tiếp các kết quả tính toán trên nền bản

đồ GIS. Bên cạnh đó, xây dựng được các module phụ hữu ích cho việc chuẩn bị

số liệu tính, trình diễn các kết quả tính được từ mô hình theo nhiều tiêu chí.

 Tiến hành tính toán kiểm tra chương trình tính qua các bài toán mẫu và bài toán

thực tế kết nối 1-2D vùng cửa Ba Lạt.

 Thiết lập mô hình số trị và áp dụng tính cho vùng cửa sông Tây Nam Việt Nam:

+ Thu thập khối lượng lớn các số liệu 1-2D, xử lý các số liệu này thành dữ liệu

đầu vào chạy mô hình.

+ Hiệu chỉnh, kiểm tra mô hình và so sánh với các số liệu thực đo, cho kết quả

chấp nhận được.

+ Tính toán một số đặc trưng thủy động lực học và môi trường

+ Tính toán một số phương án theo kịch bản phát triển kinh tế xã hội đến năm

2020.

107

Qua kết quả tính toán, đã đưa ra một số nhận xét về đặc trưng thủy động

lực học và môi trường của vùng:

Thủy lực: Dọc theo các kênh hướng từ sông Hậu ra đến cửa sông, biên

độ dao động mực nước tại cửa sông giảm tới giá trị nhỏ nhất khi vào sâu

trong đất liền khoảng 20km (lúc triều cường, vị trí này tiến sâu hơn lúc triều

kiệt khoảng 10km), sau đó lại tăng dần do ảnh hưởng của biên thượng lưu.

Vào mùa kiệt, khi triều cường, điểm có biên độ dao động mực nước nhỏ

nhất cách cửa sông khoảng 25 km, trong khi đó điểm có biên độ dao động

mực nước nhỏ khi triều kiệt cách cửa sông khoảng 15km. Vào mùa lũ, điểm

có biên độ dao động mực nước nhỏ nhất cách cửa sông khoảng 20 km, trong

khi đó điểm có biên độ dao động mực nước nhỏ khi triều kiệt cách cửa sông

khoảng 10km.

Xâm nhập mặn: Vào mùa lũ, các phương án tính đều đưa ra rằng xâm

nhập mặn là không đáng kể. Vào mùa khô, nước mặn lấn sâu vào trong đất

liền, có sự sai khác rõ nét giữa triều cường và triều kiệt cả về diện tích ảnh

hưởng lẫn khoảng cách từ cửa biển vào đất liền. Diện tích ảnh hưởng mặn

cũng thay đổi đáng kể theo pha triều, tăng giảm tương đối khác biệt giữa

đỉnh triều, chân triều, triều dâng và triều rút. Sự lan truyền mặn chủ yếu qua

quá trình tải, ảnh hưởng ít của quá trình khuếch tán, càng vào sâu đất liền,

độ mặn giảm dần giá trị và biên độ dao động. Xâm nhập mặn lan truyền

mạnh qua một số cửa sông kênh chính như từ đầm nước mặn Đông Hồ,

sông Kiên, nhóm rạch tại Kiên Lương,…

Kết quả dự báo xu thế: khi tăng lưu lượng nguồn xả tương ứng với tỉ lệ

tăng kinh tế xã hội, vùng diện tích ảnh hưởng tăng lên đáng kể so với hiện

tại, bên cạnh đó, tuy vẫn trong tiêu chuẩn cho phép nhưng xuất hiện nhiều

vùng có các giá trị tăng không phải tuyến tính mà cao hơn so với các vùng

khác một cách rõ rệt.

Với số liệu ít hiện có, luận án chỉ mới đưa ra được một số kết quả tương ứng.

Trong hướng phát triển tiếp, NCS sẽ thu thập, tìm kiếm và bổ sung các số liệu liên

quan đến thủy lực và môi trường, đặc biệt là về nguồn thải trong khu vực, cũng như số

liệu các kịch bản cực đoan (triều được xác định tại thời điểm có giá trị lớn nhất trong

chu kỳ 19 năm, lưu lượng thượng nguồn được xác định theo giá trị nhỏ nhất trong quá

108

khứ), kịch bản biển đổi khí hậu và các kết quả dự báo biến động của các yếu tố thủy

lực và môi trường,… để từ đó có được bức tranh đánh giá thủy động lực học và môi

trường vùng ven biển cửa sông Tây Nam một cách rõ nét hơn nữa.

109

DANH SÁCH 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 Biển, T13(2013), số 1, Trang 95-104.

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.

3. Nguyễn Chính Kiên, Đinh Văn Mạnh và Hoàng Văn Lai, Evaluation of salinity

intrusion in the Southwest coastal zone of Vietnam, ICEMA3 2014, Trang 140-

145

4. Nguyễn Tiến Cườ ng, Nguyễn Bá Hưng, Nguyễn Chính Kiên, Ứ ng dụng phương pháp lọc Kalman tuyến tính để nâng cao chất lượng dự bá o lũ của mô hình thủy văn phân bố, Tuyển tập công trình Hội nghị khoa ho ̣c Thủ y khí toàn quốc, 2010, Trang 109 - 116.

110

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tài liệu bằng tiếng Việt

1. Nguyễn Thị Bảy, Nguyễn Kỳ Phùng (2003), Nghiên cứu dòng chảy thặng dư của

triều trong Vịnh Bắc Bộ, tạp chí Khoa học và công nghệ biển, T3(2003), số 2, Tr

25-32.

2. Cục nuôi trồng thủy sản, Quy hoạch phát triển sản xuất và tiêu thụ cá Tra vùng

đồng bằng sông Cửu Long đến năm 2010 và định hướng đến năm 2020, tháng 9

năm 2008.

3. Nguyễn Tất Đắc, Mô hình toán cho dòng chảy và chất lượng nước trên hệ thống

kênh sông, NXB Nông nghiệp, 2005.

4. Nguyễn Tất Đắc, Lương Quang Xô, Mô hình ghép 1-2 chiều sông – biển trong

tính toán quy hoạch đồng bằng sông Cửu Long có xét tới ảnh hưởng của biến đổi

thượng lưu, gió chướng và nước biển dâng, Tập san khoa học và công nghệ quy

hoạch thủy lợi.

5. Lê Trọng Đào (1997), Mô hình số trị xây dựng theo phương pháp phần tử hữu

hạn trong các bài toán hải văn, Hội nghị khoa học lần III, Trung Tâm Khí tượng

thủy văn biển Hà Nội.

6. Nguyễn Văn Điệp, Chuyên đề “Cơ sở khoa học các mô hình thủy văn, thủy lực”,

Đề tài cấp Nhà nước KC.08.13 “Nghiên cứu cơ sở khoa học cho các giải pháp

tổng thể dự báo phòng tránh lũ lụt ở đồng bằng sông Hồng”, 2001-2004.

7. Lê Song Giang, Nguyễn Thị Phương, Trần Mạnh Vũ (2003), Nghiên cứu bằng

phương pháp số dòng chảy gió ba chiều Biển Đông, Hội Nghị Khoa Học Cơ Học

Thủy Khí toàn quốc, Đà Nẵng.

8. Hồ Thanh Hải, Lê Hùng Anh (2010), Báo cáo chuyên đề: ”Nghiên cứu đánh giá

về tài nguyên Sinh vật”, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam.

9. Phan Văn Hoặc, Báo cáo kết quả đề tài KT.03.22 “Điều tra tổng hợp các điều

kiện tự nhiên vùng biển Kiên Giang - Minh Hải”, Hà Nội, 1995.

10. Phan Văn Hoặc, Báo cáo kết quả đề tài KHCN.06.03 “Điều tra khảo sát bổ sung

vùng biển Kiên Giang - Cà Mau”, Hà Nội, 2000.

11. Trần Đăng Hồng, Thử tìm giải pháp thuỷ lợi cho đồng bằng Cửu Long,

Vietsciences 26/03/2010.

111

12. Đinh Văn Mạnh (2003), Báo cáo đề tài cấp cơ sở: ”Xây dựng mô hình tính toán

chất lượng nước và một số chu trình dinh dưỡng cho vùng biển ven bờ”, Viện Cơ

học, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam.

13. Đinh Văn Mạnh (2005), Báo cáo đề tài cấp cơ sở: ”Hoàn thiện chương trình 2

chiều mô phỏng quá trình thủy động lực học vùng cửa sông, bãi triều.”, Viện Cơ

học, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam.

14. Đinh Văn Mạnh (2010), Báo cáo tổng kết đề mục: ”Xây dựng bộ số liệu cơ bản

về thủy triều, nước dâng dọc bờ biển vùng nghiên cứu, đồng nhất về hệ cao độ

phục vụ tính toán thiết kế đê biển”, đề tài: ”Nghiên cứu đề xuất mặt cắt ngang đê

biển hợp lý và phù hợp với điều kiện từng vùng từ Thành phố Hồ Chí Minh đến

Kiên Giang”, Viện Khoa học Thủy lợi Miền Nam.

15. Phạm Văn Ninh, Cơ sở khoa học và các đặc trưng kỹ thuật đới bờ phục vụ yêu

cầu xây dựng công trình biển ven bờ, Đề tài cấp nhà nước KHCN-06-10., Viện

Cơ học, 1996 – 2000.

16. Phạm Văn Ninh, Cơ sở thuỷ động lực học quá trình vận chuyển bùn cát cửa sông

ven biển, Viện Cơ học, TT KHTN và CNQG, 1995.

17. Đỗ Ngọc Quỳnh, Chế độ thuỷ động lực và vận chuyển bùn cát vùng biển Tây

Nam, Đề tài cấp Viện Khoa học và Công nghệ VN, Viện Cơ học, 2004-2005.

18. Đỗ Ngọc Quỳnh, Lập bản đồ thuỷ động lực vùng biển ven bờ Hà Tiên - Mũi Cà

Mau (0-30m) tỷ lệ 1:500.000, Chuyên đề trong đề án Điều tra địa chất và tìm

kiếm khoáng sản rắn ven bờ Việt Nam (1991-2000) của Bộ Công nghiệp Nặng do

TSKH Nguyễn Biểu chủ nhiệm, Viện Cơ học, 1995.

19. Đỗ Ngọc Quỳnh, Nguyễn Thị Việt Liên, Đinh Văn Mạnh, Đặng Song Hà, Chế

độ thủy triều vùng biển Tây Nam Việt Nam, ICEMA 2010.

20. Đỗ Ngọc Quỳnh, Nguyễn Thị Việt Liên, Đinh Văn Mạnh, Nguyễn Mạnh Hùng

(2010), Báo cáo tổng kết đề tài KC.09.02/06-10: Nghiên cứu các 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, Viện Cơ học, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam.

21. Nguyễn Thọ Sáo (2006), Dự báo nước dâng do bão ven biển Việt Nam bằng mô

hình Delft 3D sử dụng kết quả của mô hình khí tượng RAMS, Hội thảo Khoa học

Kỷ niệm 5 năm thành lập Khoa học Kỹ thuật Biển, trang 39-47.

112

22. Dương Hồng Sơn (2003), Nghiên cứu phân bố ba chiều trường dòng chảy và

nhiệt độ Biển Đông bằng phương pháp số trị, Phân Viện Khí Tượng Thủy Văn

Thủy Văn phía Nam, Thành phố Hồ Chí Minh.

23. Võ Thanh Tân (2004), Tính toán dòng chảy vùng biển ven bờ - nước nông, luận

án tiến sĩ Vật Lý, Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên, Thành Phố Hồ Chí

Minh.

24. Nguyễn Ngọc Thụy, Báo cáo tổng kết đề tài cấp Nhà nước KT.03.03 “Thủy triều

Biển Đông và sự dâng lên của mực nước biển ven bờ Việt Nam”, 1995.

25. Đinh Văn Ưu, Nguyễn Thọ Sáo, Đoàn Văn Bộ, Phạm Văn Huấn (1999), Mô hình

ba chiều nghiên cứu biển động cấu trúc nhiệt muối và hoàn lưu Biển Đông trong

điều kiện gió mùa biến đổi, Tuyển tập báo cáo khoa học, Tr,173-184.

Tài liệu bằng tiếng Anh

26. Arakawa, A. and V. R. Lamb, (1997), Methods of computational physics, volume

17, page 174 – 265; Academic Press.

27. Beckers, JM (1991), Application of the GHER 3D general circulation model to

the Western Mediterrancan, Journal of Marine Sustems, 1: 315 – 332.

28. Blumberg, AF, and Mellor, G.L (1987), A descrition of a three–dimnensional

coastal ocean circulation model, In:S. Heaps (Editor), Three-dimnensional

coastal ocean circulation model. Am. Geophys, Union, Washington DC, pp. 1-

16.

29. Dahlmann, G and Muller – Navarra, S (1997), The source of oil pollution on the

East Frisian Islands in Octorber 1989 – an exemplary case, Deutsche

hydrographische Zcitschrift, 49(1); 35 -43.

30. Deleersnijder, E, Norro, A and Wolanski, E (1992), A three – dimensional model

of the water circulation around an island in shallowwater, Continental

ShelfResarch, 12(7/8): 891- 906.

31. Edward Brinton andWilliam A.Newman, NAGA report Volume 3, part 1:

Scientific results of marine investigations of the South China Sea and the Gulf of

Thailand 1959-1961, USA 1974.

32. Nguyễn Minh Huấn (2003), A three-dimentional simulation of the tidally

modulated plume in the river entrance region, Tạp chí Khoa học, Khoa học Tự

nhiên và Công nghệ - Đại học Quốc gia Hà Nội.

113

33. Jacques C. J. Nihoul and B.M. Jamart, Three-dimentional models of marine and

estuarine dynamics, Elsevier, New York, pp.245-268, 1987.

34. Manh, D.V., Yanagi, T.,(2000), A study on residual flow in the Gulf of Tonkin,

Journal of Oceanography vol 56, 59-68.

35. MIKE 21/3 Ecological Modelling, MIKE 21/3 ECO Lab FM Module, Short

Description.www.mikebydhi.com.

36. Moriasi, D.N., Arnold, J.G., Van Liew, M.W., Bingner, R. L., Harmel, R. D.,

Veith T. L., 2007, Model Evaluation Guidelines for SystematicQuantification of

Accuracy in WatershedSimulations, Transactions of the ASABE, 50 (3),pp. 885–

900.

37. Yanagi T. and T. Takao, Clockwise phase propagation of semi-diurnal tides in

the Gulf of Thailand, J. of Ocenography, vol.54, 1998.

Tài liệu trên internet

38. http://en.wikipedia.org/wiki/Amdahl's_law.

39. http://software.intel.com

40. http://www.chinhphu.vn/

41. http://www.kiengiang.gov.vn

42. http://www.tcvn.gov.vn

43. http://www.vawr.org.vn/

114

PHỤ LỤC 1

GIỚI THIỆU PHẦN MỀM CHB14

Phần mềm CHB14 được viết bằng ngôn ngữ Fortran với công cụ lập trình Intel

Visual Fortran 2013 sử dụng giao diện Winform để nâng cao tính tương tác với người

dùng. Ngoài khả năng hiển thị các giá trị tính bằng các đồ thị 1 chiều cũng như ảnh đồ

họa 2 chiều theo thời gian thực, phần mềm cũng đi kèm các module nhỏ khác để hỗ trợ

hiển thị, trích xuất các số liệu khác như bản đồ xâm nhập mặn, bản đồ ô nhiễm chất.

Hình PL1.1 Giao diện phần mềm

115

Hình PL1.2 Hộp thoại Lựa chọn phương án tính.

Sau khi lựa chọn phương án tính, các tham số của phương án hiển thị ngay trên

màn hình giao diện để tiện theo dõi.

Hình PL1.3 Bảng hiển thị các thông số của phương án tính.

Khi bấm nút “RUN”, chương trình chạy phương án đã được lựa chọn, có thể chuyển

đổi màn hình hiển thị đồ họa 1D sang 2D hoặc ngược lại khi đang tính.

116

Hình PL1.4 Chế độ hiển thị kết quả 1 chiều hoặc 2 chiều.

Bên cạnh đó, để xét các quá trình ảnh hưởng của các yếu tố môi trường, module

hiển thị bản đồ GIS cũng có thể hiển thị các giá trị vừa tính được.

Hình PL1.5 Giao diện module hiển thị bản đồ GIS

Với số lượng điểm kết xuất dữ liệu lớn (cỡ hàng trăm ngàn điểm vùng 2 chiều và

hàng ngàn điểm 1 chiều), số lượng thời điểm xuất dữ liệu dài (hàng trăm thời điểm

mỗi phương án tính), số lượng các giá trị lớn (hàng chục giá trị như mực nước, lưu

lượng, vận tốc, các yếu tố môi trường,..). Do đó kết qua thu nhận được mỗi phương án

tính là rất lớn, nếu theo dõi mọi kết quả từ các file text được chương trình ghi ra cỡ

hàng GB. Do đó nhu cầu đọc và hiển thị dữ liệu này là cần thiết nhất là các giá trị này

lại cần thể hiện theo nhiều tiêu chí khác nhau như theo thang giá trị, theo các giá trị

117

giới hạn,… Vì vậy module hiển thị 2D đã được xây dựng tách riêng với phần lõi tính

toán. Đây cũng là xu hướng chung của các phần mềm thương mại lớn trên thế giới.

Bên cạnh đó, việc tách riêng module hiển thị nhằm tăng tốc độ tính, tốc độ trình diễn,

tùy biến khả năng trình diễn nhiều loại kết quả sau khi tính, phục vụ mục đích hiển thị,

tạo báo cáo và trích xuất ảnh, video động,…Module hiển thị sử dụng công nghệ đồ họa

GDI cung cấp tất cả hàm phục vụ cho các thao tác kết xuất hình ảnh và văn bản ra

nhiều loại thiết bị khác nhau màn hình, máy in, máy vẽ. GDI sử dụng tọa độ logic và

hệ thống màu RGB. Giao diện cũng như các giá trị mà module có thể trình diễn được

thể hiện trong hình PL1.6.

Hình PL1.6 Giao diện module hiển thị 2D

118

PHỤ LỤC 2

KHÁI TOÁN MẶT CẮT

Module Khái toán mặt cắt là một phần mềm nhỏ độc lập với chương trình

CHB14 có nhiệm vụ chuẩn bị số liệu cho mô hình mạng sông 1 chiều. Với dữ liệu đo

các mặt cắt ngang sông, phần mềm trích xuất ra giá trị của mặt cắt như b (độ rộng), A

(diện tích) theo các cấp. Kết hợp với khoảng cách trắc dọc giữa các mặt cắt, các số liệu

này sẽ tạo nên số liệu các nhánh sông để phần mềm CHB14 đọc vào.

Lấy ví dụ mặt cắt sông có mã số UCL42700 có các giá trị đo x-z được thể hiện

như hình PL2.1

100

120

-1

-2

-3

-4

-5

Cao trình đáy mặt cắt sông UCL42700

Hình PL2.1 Giá trị đo cao trình đáy của mặt cắt sông UCL42700

Phần mềm đọc mặt cắt này vào và thể hiện qua đồ thị như trong hình PL2.2.

Hình PL2.2 Phần mềm khái toán mặt cắt xử lý dữ liệu.

119

Sau khi tự động khái toán hàng loạt các mặt cắt, phần mềm sẽ xuất kết quả theo

khuôn dạng đầu vào của CHB14 dưới dạng trong Bảng PL2.1.

Bảng PL2.1 Ví dụ về số liệu sau khi khái toán nhánh sông 18 mặt cắt.

20 234 235 18 0

7 5 5 8 4 0.5 4 40 6 0.5 7 7 7 7 6 6 2

-9.51 -7.46 -9.04 -7.7 -8.74 -7.51 -8.47 -5.92 -9.79 -11.31 -5.82 -7.3 -8.04 -8.05 -

7.93 -5.02 -3.86

166.4762 148.1031 127.7995 136.3932 146.4044 43.46274 51.80674 154.8246

62.10809 32.49273 18.99524 23.63835 19.24518 6.296961 9.279582 9.850943

11.78283

131.9706 140.8112 111.96 128.3334 125.9644 42.7 40.2222 190 45.87303

17.78788 20.77731 23.2619 17.1875 4.772726 7.916669 13.33333 18.33333

197.8988 247.4384 153.4966 208.2578 194.4451 71.34628 69.45711 239.4872

82.74269 41.04266 39.73261 30.69597 28.22387 11.3888 14.7859 17.71494

23.75883

239.7655 287.8 190.709 254.7139 230.5478 99.99258 85.90273 278.9744 109.53

53.63077 56.74244 38.13003 36.08065 23.04075 18.97656 20.87104 28.26765

261.8574 325.2 216.6988 298.8708 255.382 128.6293 102.3484 301.8931

132.1134 66.15016 63.19043 45.5641 40.7379 31.32033 22.8779 24.02715

32.77647

277.5877 358.5162 242.6887 328.2406 280.2162 156.4862 121.1735 312.2122

151.9411 82.37061 69.6384 52.88022 49.18712 35.59972 26.73138 27.18326

37.5635

293.3179 384.2571 268.6786 356.4825 305.0504 187.7299 139.9845 320.439

173.5517 99.56229 76.08639 58.83887 71.22418 39.87912 30.58486 30.33937

49.20694

306.6 409.998 298.1904 384.7245 329.8846 229.2273 166.4067 328.6659

195.1623 116.754 82.53438 64.43629 75.88811 44.15852 34.43834 33.49548

55.87948

316.789 435.7389 330.6134 413.1292 362.1091 269.7843 182.1118 336.8927

214.2473 133.9456 89.48388 69.77845 79.78234 48.43791 38.29182 36.65158

64.28851

120

326.5336 461.4797 360.5731 434.4871 406.9773 309.8626 194.8047 345.1196

232.6377 144.2864 98.71795 75.12062 82.24039 52.71731 42.1453 39.80769

65.9271

339.8405 487.2206 386.6442 446.4703 475.8812 351.7509 215.9749 353.3464

251.0281 155.4603 110.6648 80.46279 84.22356 57.10651 48.65412 50.62401

67.56569

366.5867 512.9615 410.7781 459.6242 491.8997 366.142 242.0608 362.5886

269.9962 166.6662 122.0628 85.63282 86.20673 64.57988 55.05128 62.60866

70.40914

383.5543 531.7248 428.8713 488.8741 509.6316 397.7718 256.9675 387.7815

329.3654 199.5311 129.9407 91.94143 88.1899 73.75031 60.61474 69.03947

116.0251

543.4619 546.4461 490.7217 509.1547 533.1458 426.082 343.3729 534.474

366.6947 250.6308 176.6531 117.5008 119.5867 142.8894 80.3271 136.886

173.2719

121

PHỤ LỤC 3

THỬ NGHIỆM TÍNH CHO VÙNG CỬA BIỂN BA LẠT

Vùng Cửa Ba Lạt nằm ở bờ Tây của Vịnh Bắc Bộ, đây là vịnh lớn thứ hai của

biển Đông (diện tích khoảng 150.000 km2), có độ sâu không lớn (trung bình là gần 45

m). Khu vực này có địa hình rất phức tạp, đường bờ khấp khuỷu, đáy biển gồ ghề do

có nhiều bar ngầm, các bar này lại luôn biến động do sự tác động của sóng và dòng

chảy. Trong những năm gần đây đới bờ của vùng biển này đang biến động rất mạnh,

hiện tượng bồi tụ xảy ra rất mạnh ở ngay khu vực cửa sông và ngược lại hiện tượng

xói lở lại xảy ra khu vực phía nam (huyện Hải Hậu-Nam Định) với tốc độ tương ứng

có những nơi đạt tới 80-100m/năm và 40-50m/năm.

Chế độ thủy động lực nói chung và dòng chảy nói riêng của vùng biển nhìn

chung giống như Vịnh Bắc bộ, nghĩa là mang tính chất địa phương rõ nét: chế độ thủy

triều có tính nhật triều đều, độ cao lớn nhất khoảng 4m; dòng chảy ở khu vực chủ yếu

là dòng triều và có vận tốc khá lớn, đặc biệt là trong pha triều rút có thể đạt tới 1m/s.

Cửa Ba Lạt là cửa sông lớn nhất trong năm cửa sông chính của hệ thống sông

Hồng và sông Thái Bình bao gồm: cửa Ba Lạt, cửa Trà Lý, cửa Thái Bình, cửa Văn Úc

và cửa Cấm. Lưu lượng nước qua cửa Ba Lạt là khá lớn, trung bình trong mùa lũ là

khoảng 4500m3/s còn mùa kiệt là khoảng 2250m3/s. Vì vậy, các yếu tố thủy động lực

học của khu vực phần nào bị ảnh hưởng bởi dòng chảy sông.

3.1 Thiết lập mô hình số trị

122

Hình PL3.1 Bản đồ địa hình vùng Cửa Ba Lạt

3.1.1 Thu thập và xử lý bản đồ số liệu.

Các số liệu được thu thập và xử lý bao gồm:

 Bản đồ địa hình tỷ lệ 1:100.000 do Hải quân nhân dân Việt Nam xuất bản năm

1980 và tỷ lệ 1:25.000 và 1:10.000 xuất bản năm 1998: để thiết lập file độ sâu và

các biên cho miền tính 2D.

 Số liệu địa hình tại 81 mặt cắt của hệ thống sông, sơ đồ vị trí các mặt cắt của hệ

thống sông được thể hiện trong Hình 3.15. Các số liệu này thu thập từ Trung tâm

KT-TV biển: để thiết lập lưới cho miền tính 1D.

 Các hằng số điều hòa (HSĐH) của 4 sóng triều chính (M2, S2, K1 và O1) ở các

trạm hải văn Hòn Dấu, Văn Lý, Ba Lạt, Hòn Gai, Lạch Trào và Hòn Nẹ. Các số

liệu này được thu thập từ báo cáo kết quả đề tài Nhà nước KT.03.03 (1991-

1995): để hiệu chỉnh và kiểm tra mô hình.

123

Hình PL3.2 Sơ đồ vị trí các mặt cắt hệ thống sông bài toán cửa biển Ba Lạt.

 Các hằng số điều hòa (HSĐH) của 4 sóng chính (M2, S2, K1 và O1) ở các điểm

B1, B2, B3, B4 và B3 (hình PL3.4). Các số liệu này được thu thập từ báo cáo kết

quả đề tài: "Nghiên cứu để cập nhật, chi tiết hóa bộ số liệu cơ bản về triều, nước

dâng dọc bờ biển từ Quảng Ninh đến Quảng Nam phục vụ tính toán thiết kế,

củng cố nâng cấp đê biển" (2008): để làm điều kiện biên lỏng cho miền tính 2D.

 Lưu lượng nước trung bình tháng tại trạm thủy văn Sơn Tây. Số liệu này nhận

được từ xử lý chuối số liệu thực đo liên tục 1 ngày 4 số liệu từ tháng 6 đến tháng

10 trong khoảng thời gian 24 năm (từ năm 1981 đến năm 2004): làm điều kiện

biên cho miền tính 1D. Các số liệu này nhận được từ Trung Tâm dự báo Khí

tượng Thủy văn.

3.1.2. Thiết lập mô hình

Xây dựng lưới tính:

 Lưới tính 1D: Bao gồm 81 mặt cắt của 14 nhánh thuộc hệ thống sông Hồng và

sông Thái Bình. Các nhánh được nối với nhau tại 7 điểm nút (hình PL3.3).

124

 Lưới tính 2D: Sử dụng

Hình PL3.3 Sơ đồ các nút và nhánh của hệ thống sông

phương pháp lưới lồng cho

3 lưới vuông khác nhau

(hình PL3.4). Trong đó,

lưới tính thô nhất có bước

lưới là 0.045 độ (tương

đương 4450m), lưới tính

này bao gồm toàn bộ vịnh

Bắc bộ. Lưới tính mịn nhất

có bước lưới 0.0045 độ

(tương đương 495m), khu

vực của lưới tính này bao

trùm các cửa sông thuộc hệ

thống sông Hồng và sông

Thái Bình: cửa Ba Lạt, cửa Hình PL3.4 Sơ đồ các lưới tính, điểm biên trong

Trà Lý, cửa Thái Bình, cửa mô hình 2 chiều và các trạm thủy văn sử dụng hiệu

Văn Úc và cửa Cấm chỉnh, kiểm tra chương trình

Điều kiện biên:

 Tại các biên lỏng của miền tính 2D cho dao động mực nước qua các HSĐH của 4

sóng triều chính.

 Tại biên lỏng của miền tính 1D sử dụng giá trị lưu lượng dòng chảy trung bình

tháng của tháng 7 (9060m3/s) và tháng 10 (4070m3/s) tại mặt cắt Sơn Tây.

125

Các tính toán kiểm tra đã chỉ ra rằng ảnh hưởng của điều kiện ban đầu (

) sẽ cơ bản được loại bỏ sau thời gian tính toán 4 ngày.

3.2 Hiệu chỉnh mô hình

Do thiếu số liệu dòng chảy thực đo để so sánh nên hiệu chỉnh mô hình chỉ được

thực hiện với mực nước. Sự hiệu chỉnh được thực hiện bằng cách so sánh kết quả tính

toán HSĐH của từng sóng chính là các sóng M2, S2, K1 và O1 với các HSĐH tại các

trạm hải văn Hòn Dấu, Văn Lý và Ba Lạt nhận được từ phân tích các chuỗi số liệu

quan trắc nhiều năm.

Kết quả hiệu chỉnh được thể hiện ở các bảng PL3.1 và PL3.2. So sánh các kết

quả này cho thấy: kết quả tính toán các sóng chính nhật triều của mô hình là khá phù

hợp với kết quả phân tích từ chuỗi số liệu thực đo còn các sóng bán nhật triều ít phù

hợp hơn.

Bảng PL3.1 Kết quả hiệu chỉnh mô hình của các sóng bán nhật triều M2, S2

Tên trạm Tọa độ M2 S2

Thực đo Tính toán Thực đo Tính toán

H g H g H g H g Kinh Vĩ

độ độ

Văn Lý 106.3 20.11 17.2 25.8 22.4 57.1 9.1 121.4 13.1 134.2

Ba Lạt 106.51 20.31 12.8 61.4 15.7 49.4 4.9 153.2 9.7 125.5

Hòn Dấu 106.81 20.66 6.1 67.1 10.5 37.0 4.8 130.8 7.3 112.3

Bảng PL3.2 Kết quả hiệu chỉnh mô hình của các sóng nhật triều K1, O1

Tên trạm Tọa độ K1 O1

Thực đo Tính toán Thực đo Tính toán

Kinh độ Vĩ độ H g H g H g H g

Văn Lý 106.3 20.11 50.8 104.4 54.1 96.2 68.5 39.4 61.6 45.8

Ba Lạt 106.51 20.31 62.4 117.2 60.0 96.8 73.3 52.2 66.8 46.2

Hòn Dấu 106.81 20.66 70.3 105.6 65.9 96.2 77.9 39.6 72.1 45.6

126

3.3 Kiểm tra mô hình

Để kiểm tra mô hình, chúng ta so sánh kết quả tính toán mực nước của 4 sóng

triều chính bằng chương trình CHB14 sau khi hiệu chỉnh trong khoảng thời gian 10

ngày, từ 5 đến 15/7/2006 (5 ngày đầu dùng để loại bỏ ảnh hưởng của điều kiện ban

đầu) với kết quả mực nước tính được từ các HSĐH của trạm ở 3 trạm hải văn Hòn Nẹ,

Lạch Trào và Hòn Gai. Vị trí của các trạm hải văn này được chỉ ra trong bảng PL3.3.

So sánh các kết quả này (hình PL3.5) cho thấy:

 Về pha: Pha của dao động thủy triều tính từ mô hình ở trạm Hòn Gai khá phù

hợp với pha của dao động thủy triều tính từ HSĐH, sự sai lệch về pha ở trạm chỉ

bằng khoảng 1/4 giờ. Sự sai lệch về pha ở các trạm Hòn Nẹ và Lạch trào là

khoảng 2 giờ.

 Về biên độ: Biên độ dao động mực nước tính từ mô hình tương đối trùng hợp với

biên độ của dao động mực nước tính từ HSĐH. Sự sai lệch về biên độ ở các trạm

Hòn Gai và Hòn Nẹ trong thời gian triều cường là không đáng kể. Ở trạm Lạch

Trào, sự sai lệch về biên độ là tương đối lớn, lên tới 10%.

Mức độ sai lệch giữa biên độ và pha tính toán bằng mô hình với biên độ và pha

tính toán từ HSĐH ở các trạm một phần phụ thuộc vào mô hình, ngoài ra còn phụ

thuộc vào độ chính xác của các HSĐH được sử dụng, tức là phụ thuộc vào chuỗi số

liệu quan trắc nhận được ở các trạm kiểm tra.

Bảng PL3.3 Vị trí các trạm hải văn sử dụng kiểm tra mô hình

Số TT Tên trạm Tọa độ

Kinh độ Vĩ độ

105.98

19.91

1 Hòn Nẹ

105.91

19.78

2 Lạch Trào

107.06

20.95

3 Hòn Gai

127

Hình PL3.5 Biểu đồ so sánh độ cao thủy triều tại các trạm kiểm tra

3.4 Các phương án tính ảnh hưởng của sóng dài khi tương tác dòng chảy trong

sông

Việc tính toán ảnh hưởng của mực nước khi lan truyền vào trong hệ thống sông

được thực hiện cho 3 phương án:

 Phương án 1: Ảnh hưởng của thủy triều

 Phương án 2: Ảnh hưởng của nước dâng do bão

 Phương án 3: Ảnh hưởng tổng hợp của đồng thời thủy triều và nước dâng do bão.

Trong đó, mỗi phương án được tính cho 2 mùa là Mùa lũ và Mùa kiệt. Với lưu

lượng nước sông tại Sơn Tây: Q mùa lũ = 9060m3/s; Q mùa kiệt = 4070m3/s.

Ảnh hưởng của thủy triều: Phương án đầu tiên là chỉ xét đến sự ảnh hưởng của thủy

triều vào hệ thống kênh sông mà không có tác động của bão.

128

H (m)

3.5 3

2.5 2 1.5

1 0.5

100

150

200

0 -0.5

-1 -1.5

Khoảng cách (km) từ Sơn Tây tới cửa Ba Lạt

Hình PL3.6. Độ lớn dao động mực nước (Hmax - Hmin) dọc theo sông Hồng.

Hình 6 thể hiện độ lớn dao động mực nước tính toán tại các mặt cắt dọc theo

sông Hồng (đường nét đứt là mực nước lớn nhất, đường nét là mực nước nhỏ nhất).

Tại cửa sông, với biên độ thủy triều đạt khoảng 1m, biên độ dao động giảm khá nhanh

Mùa lũ

Mùa kiệt

khi lan truyền sâu vào hệ thống sông, cụ thể là:

Độ suy giảm biên độ dao động mực nước (%)

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

100

150

200 Khoảng cách từ biển (km)

Hình PL3.7. Độ suy giảm biên độ dao động mực nước theo khoảng cách từ biển

 Đối với phương án mùa lũ: Sau 20km, biên độ dao động giảm còn 65%, sau

50km thì biên độ giảm còn 43%, sau 100km biên độ giảm còn 25%; sau 170km

biên độ giảm giảm còn 5%;

 Đối với phương án mùa kiệt: Sau 20km, biên độ dao động giảm còn 75%, sau 50

km biên độ dao động giảm còn 65%, sau 100km thì biên độ dao động giảm còn

57%, và sau 180 km biên độ giảm còn 5%;

 Trung bình của hai mùa: Sau 20km, biên độ dao động giảm còn 80%, sau 50 km

biên độ dao động giảm còn 60%, sau 100km thì biên độ dao động giảm còn 45%,

và sau 175 km biên độ giảm còn 5%;

129

Điều này cũng phù hợp với nguyên tắc mùa kiệt thì ảnh hưởng từ biển vào trong

đất liền sâu hơn so với mùa lũ.

Ảnh hưởng của nước dâng bão: Lựa chọn 5 cơn bão lớn giai đoạn 1996-2011với

phương án xảy ra vào 2 mùa lũ và kiệt (gồm 10 phương án) để tính toán. Các cơn bão

có đường đi như trong hình 8 và thông số trong bảng PL3.4.

Hình PL3.8. Đường đi của 5 cơn bão qua Vịnh Bắc Bộ

Thông số các cơn bão được giới hạn trong miền tính:

Bảng PL3.4: Thông số các cơn bão.

Bão Ngày đổ Pmin Wmax

Pmin và bộ (mb) (kn)

Wmax ở đây Niki 22/8/1996 65 970

chỉ lấy các Koni 22/7/2003 60 975

giá trị khi bão Damrey 27/9/2005 80 955

đi qua vùng Parma 13/10/2009 60 978

Vịnh Bắc Bộ, Haima 24/6/2011 40 985

không phải

của toàn cơn

bão.

Mùa lũ

TB năm

Mùa kiệt

130

Độ suy giảm biên độ dao động mực nước (%)

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

100

120

140

160

180

200

Khoảng cách từ biển (km)

Hình PL3.9. Độ suy giảm biên độ dao động mực nước (%) theo khoảng cách từ biển

Đánh giá kết quả:

 Đối với phương án mùa lũ: Sau 20km, biên độ dao động giảm còn 74%, sau

50km thì biên độ giảm còn 48%, sau 100km biên độ giảm còn 32%; sau 172km

biên độ giảm giảm còn 5%;

 Đối với phương án mùa kiệt: Sau 20km, biên độ dao động giảm còn 86%, sau 50

km biên độ dao động giảm còn 65%, sau 100km thì biên độ dao động giảm còn

57%, và sau 180 km biên độ giảm còn 5%;

 Trung bình của hai mùa: Sau 20km, biên độ dao động giảm còn 82%, sau 50 km

biên độ dao động giảm còn 60%, sau 100km thì biên độ dao động giảm còn 42%,

và sau 175 km biên độ giảm còn 5%;

Điều này cũng phù hợp với nguyên tắc mùa kiệt thì ảnh hưởng từ biển vào trong

đất liền sâu hơn so với mùa lũ.

Ảnh hưởng của thủy triều và nước dâng bão: Đây là trường hợp tính tổng hợp thủy

triều và nước dâng bão ảnh hưởng đến hệ thống sông, như thực tế xảy ra.

Kết quả mực nước ảnh hưởng vào hệ thống sông tính trung bình các cơn bão như

trình bày trong Hình 10.

Mùa lũ

TB năm

Mùa kiệt

131

Độ suy giảm biên độ dao động mực nước (%)

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

100

120

140

160

180

200 Khoảng cách từ biển (km)

Hình PL3.10. Độ suy giảm biên độ dao động mực nước (%) theo khoảng cách từ biển.

Đánh giá kết quả:

 Đối với phương án mùa lũ: Sau 20km, biên độ dao động giảm còn 71%, sau

50km thì biên độ giảm còn 46%, sau 100km biên độ giảm còn 29%; sau 167km

biên độ giảm giảm còn 5%;

 Đối với phương án mùa kiệt: Sau 20km, biên độ dao động giảm còn 80%, sau 50

km biên độ dao động giảm còn 63%, sau 100km thì biên độ dao động giảm còn

45%, và sau 179 km biên độ giảm còn 5%;

Trung bình của hai mùa: Sau 20km, biên độ dao động giảm còn 82%, sau 50 km

biên độ dao động giảm còn 56%, sau 100km thì biên độ dao động giảm còn 39%, và

sau 173 km biên độ giảm còn 5%.

Kết luận: Trên cơ sở kết quả của các phương án tính, đã có được đánh giá sơ bộ

về sự lan truyền, ảnh hưởng của thủy triều và nước dâng bão (sóng dài) từ biển vào

trong hệ thống sông. Sự lan truyền này phụ thuộc nhiều vào dòng chảy sông (theo

mùa); độ lớn (Pmin), phạm vi ảnh hưởng (Rmax), tốc độ và hướng di chuyển của bão.

Kết quả thu nhận được phù hợp cả về mặt định tính và định lượng, cho thấy mô

hình đã thực hiện tốt việc ghép lưới cũng như kết nối 1-2D. Đây cũng chính là nội

dung chính của bài báo đã được đăng trên tạp chí Khoa học và Công nghệ Biển

T13(2013), số 1, Tr 95-104 của NCS.

132

PHỤ LỤC 4

BẢNG VỊ TRÍ XẢ THẢI TRONG VÙNG TỨ GIÁC LONG

XUYÊN

STT Nhánh Mặt cắt Q(m3/s) BOD(mg/L) DO(mg/L) Vị trí

TB TB TB

1 192 4 0.03241 57.1 3 K.Cái Sắn

2 180 3 0.04745 44.9 4 K.Tròn

3 204 3 0.05208 40 4 K.RG-LX

4 205 3 0.02083 46.4 4 K.RG-LX

5 254 2 0.02315 40 4 K.Bốn Tổng

6 255 2 0.02315 47.7 4 K.Bốn Tổng

7 168 2 0.04167 50.1 3 K.Chắc Cà Đao

8 242 2 0.02083 53 3 K.ngang

9 137 2 0.00466 104.3 2 K.Ba Thê

10 119 2 0.00475 94.8 2 K.Mười Châu Phú

11 132 3 0.00386 94.5 2 K.Ba Thê

12 112 2 0.00475 102.4 2 K.Mười Châu Phú

13 155 2 0.00463 98.7 2 K.Kiên Hảo

14 156 2 0.04075 12.92 2 K.Núi Tróc

15 152 2 0.00424 94.2 2 K.Núi Tróc

16 136 2 0.00494 100.1 2 K.Mười Châu Phú

17 138 2 0.00394 91.6 2 K.Ba Thê

18 139 2 0.00367 96 2 K.Ba Thê

19 305 3 0.006 94.5 2 K.Mạc Cần Dưng

20 303 3 0.00512 106.8 2 K.Mạc Cần Dưng

21 86 3 0.00772 109.3 2 K.Tri Tôn

22 91 3 0.0054 97.5 2 K.Tri Tôn

23 96 3 0.00849 90.2 2 K.Tri Tôn

24 170 3 0.03704 30.9 4 K.RG-LX

133

25 171 3 0.03472 38.5 4 K.RG-LX

26 172 2 0.02662 47 4 K.RG-LX

27 141 3 0.01447 69.4 3 K.Tròn

28 142 3 0.01273 30.6 4 K.Tròn

29 213 2 0.0162 33.9 4 K.Đào

30 206 2 0.02205 36.2 4 K.Hà Giang

31 208 2 0.02072 30.5 4 K.Hà Giang

32 211 2 0.03241 43.2 4 K.Hà Giang

33 218 2 0.01505 36.5 4 K.Nông Trường

34 21 6 0.03472 30.1 4 K.Vĩnh Tế

35 295 2 0.03241 33.2 4 K.Mạc Cần Dưng

36 294 3 0.02778 32.5 4 K.Mạc Cần Dưng

37 66 3 0.05208 30.7 4 K.Tám Ngàn

38 57 2 0.02314 44.5 3 K.T5

39 196 2 0.02662 31.7 4 K. Cái Sắn, (Cần Thơ)

40 198 2 0.01967 32.4 4 K. Cái Sắn

41 185 2 0.02349 31.2 4 K.Tròn

42 409 2 0.0463 45 3 K.Cái Sắn, (Kiên Giang)

43 408 3 0.04051 57.1 3 Cầu số 1

44 190 2 0.02315 68 3 K.Tròn

45 191 2 0.04861 44.6 3 K.Tròn

46 178 2 0.01157 48 3 K.RG-LX

47 179 4 0.04282 52.1 3 K.RG-LX

48 166 2 0.02431 67.1 3 Cầu số 3

49 167 3 0.0103 57.8 3 K.Thầy Sếp

50 175 2 0.01042 55.8 3 K.RG-LX

51 203 3 0.01388 43.8 3 K.Cái Sắn

52 161 2 0.0081 70.5 2.5 K.Ba Thê

53 165 2 0.02199 33.2 4 K.Ba Thê

54 143 2 0.01157 30.3 4 K.Ba Thê

55 148 2 0.02778 37.5 4 K.Ba Thê

134

106 56 3 0.0081 34.7 4 K.Tri Tôn

107 57 9 0.01852 30.8 4 K.Tri Tôn

58 81 5 0.01505 34.4 4 Luỳnh Quỳnh

59 78 2 0.01389 32 4 K.KH7

60 67 4 0.03472 30 4 K.Tám Ngàn

61 69 4 0.03125 34.7 4 K.Tám Ngàn

62 63 2 0.00324 121.8 2 K.T6

63 64 2 0.00463 90 2.5 K.T6

64 65 2 0.00324 112.7 2 K.T6

65 58 2 0.00324 95.7 2.5 K.T5

66 56 3 0.0037 106.5 2 K.Bình Giang

67 44 2 0.00926 131.9 1 K.Ba Hòn

68 45 3 0.01157 100 2 K.Ba Hòn

69 51 8 0.00463 145 1 K.Lung Lớn 1

70 53 3 0.00926 115 1.5 K.ung Lớn 2

71 35 4 0.00579 38.2 4 K.Nông Trường

72 30 7 0.00868 33.3 4 K.Hà Giang

73 32 3 0.00926 30 4 K.Hà Giang

74 83 3 0.0081 30.5 4 R.Đông Hồ

75 85 3 0.00694 32.5 4 Rạch HG

76 29 3 0.00579 33.6 4 K.Hà Giang

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 -----------------------------

NGUYỄN CHÍNH KIÊN

MỘT SỐ ĐẶC TRƯNG THỦY ĐỘNG LỰC HỌC

VÀ MÔI TRƯỜNG

VÙNG CỬA SÔNG TÂY NAM VIỆT NAM

LUẬN ÁN TIẾN SĨ CƠ KỸ THUẬT

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 ngành: 62 52 01 01

LUẬN ÁN TIẾN SĨ CƠ KỸ THUẬT

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

MỤC LỤC

DANH MỤC KÝ HIỆU,

CHỮ VIẾT TẮT THƯỜNG SỬ DỤNG

DANH MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

MỞ ĐẦU

CHƯƠNG I

TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÙNG CỬA SÔNG TÂY NAM

VIỆT NAM

CHƯƠNG II

THU THẬP, PHÂN TÍCH VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU

2.3 Kết quả phân tích, xử lý số liệu

CHƯƠNG III

PHÁT TRIỂN MÔ HÌNH 1-2 CHIỀU THỦY ĐỘNG LỰC HỌC

VÙNG CỬA SÔNG

CHƯƠNG IV

ỨNG DỤNG MÔ HÌNH SỐ TRỊ CHO VÙNG CỬA SÔNG

TÂY NAM VIỆT NAM

m

m

m

m

‰

m

m

m

m

m

m

m

m

m

m

m

m

m

m

m

m

‰

‰

CHƯƠNG V

MỘT SỐ KẾT QUẢ ỨNG DỤNG CHO VÙNG CỬA SÔNG TÂY

NAM VIỆT NAM

m

m

m

m

m

m

m

m

m

m

m

m

TT

5.2.1 Đánh giá mức độ xâm nhập mặn

KẾT LUẬN

DANH SÁCH CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC 1

GIỚI THIỆU PHẦN MỀM CHB14

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ o0o