Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Phân tích và dự báo tràn dầu vùng biển vịnh Bắc bộ bằng mô hình số trị ứng dụng số liệu radar biển

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI<br /> TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN<br /> ------------------------------<br /> <br /> Trần Mạnh Cường<br /> <br /> PHÂN TÍCH VÀ DỰ BÁO TRÀN DẦU VÙNG BIỂN VỊNH BẮC BỘ<br /> BẰNG MÔ HÌNH SỐ TRỊ ỨNG DỤNG SỐ LIỆU RADAR BIỂN<br /> <br /> LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC<br /> <br /> Hà Nội - 2016<br /> <br /> ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI<br /> TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN<br /> ....................................<br /> <br /> Trần Mạnh Cường<br /> <br /> PHÂN TÍCH VÀ DỰ BÁO TRÀN DẦU VÙNG BIỂN VỊNH BẮC BỘ<br /> BẰNG MÔ HÌNH SỐ TRỊ ỨNG DỤNG SỐ LIỆU RADAR BIỂN<br /> <br /> Chuyên ngành: Hải dương học<br /> Mã số: 60440228<br /> <br /> LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC<br /> NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:<br /> <br /> HDC: TS. Nguyễn Kim Cương<br /> <br /> Hà Nội - 2016<br /> <br /> MỤC LỤC<br /> CHƯƠNG I. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .............................3<br /> 1.1<br /> Giới thiệu về hệ thống radar biển và các ứng dụng ................................3<br /> 1.2<br /> Tổng quan về khu vực vịnh Bắc Bộ và chế độ dòng chảy tại khu vực này<br /> 5<br /> 1.3<br /> Tổng quan tình hình nghiên cứu về dự báo tràn dầu trên biển .............8<br /> CHƯƠNG II. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...11<br /> 2.1. Hiện trạng các trạm radar và phương pháp phân tích dòng chảy ......11<br /> 2.2. Cơ sở lý thuyết về mô hình ROMS .........................................................15<br /> 2.3. Cơ sở lý thuyết về mô hình GNOME dự báo tràn dầu .........................17<br /> CHƯƠNG III. ĐÁNH GIÁ SỐ LIỆU THU THẬP TỪ RADAR BIỂN VÀ<br /> ỨNG DỤNG NGHIÊN CỨU CHẾ ĐỘ DÒNG CHẢY TẦNG MẶT KHU VỰC<br /> VỊNH BẮC BỘ 21<br /> 3.1. Đánh giá, phân tích số liệu thu thập từ radar biển ...............................21<br /> 3.1.1. Đánh giá nguồn số liệu thu thập từ các trạm radar biển ..........................21<br /> 3.1.2. Đánh giá sai số quan trắc từ radar biển....................................................24<br /> 3.2. Ứng dụng số liệu radar biển phân tích trường dòng chảy tầng mặt khu<br /> vực vịnh Bắc Bộ ...................................................................................................31<br /> CHƯƠNG IV. PHÂN TÍCH VÀ DỰ BÁO THỬ NGHIỆM LAN TRUYỀN<br /> DẦU TRÊN KHU VỰC VỊNH BẮC BỘ ..............................................................39<br /> 4.1. Xác định các nguồn gây ô nhiễm dầu trên biển.....................................39<br /> 4.2. Phân tích quỹ đạo lan truyền dầu từ số liệu radar biển .......................39<br /> 4.3. Dự báo lan truyền dầu khi có sự cố ........................................................49<br /> 4.3.1. Thiết lập miền tính cho khu vực bằng mô hình thủy lực ROMS ...........49<br /> 4.3.2. So sánh giữa số liệu tính toán từ mô hình với số liệu quan trắc từ radar<br /> biển và số liệu thu thập từ các đợt khảo sát .......................................................51<br /> 4.3.3. Dự báo thử nghiệm tràn dầu từ các nguồn số liệu thu thập ....................53<br /> 4.4. Thiết lập quy trình dự báo trong sự cố tràn dầu trên biển ..................58<br /> KẾT LUẬN ..............................................................................................................60<br /> TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................61<br /> <br /> 1<br /> <br /> DANH MỤC CÁC BẢNG<br /> Bảng 1: Cấu hình của hệ thống Radar biển hiện đang vận hành ......................11<br /> Bảng 2: Các loại dầu được tham số hóa trong mô hình được sắp xếp từ nhẹ<br /> đến nặng [13].............................................................................................................19<br /> Bảng 3. So sánh giữa dòng chảy quan trắc bằng Radar và AWAC .................30<br /> Bảng 4. Thống kê trạng thái của dầu và hướng di chuyển chủ yếu tại từng vị trí<br /> sau 30 ngày xảy ra sự cố (đơn vị: %) ........................................................................43<br /> DANH MỤC CÁC HÌNH<br /> Hình 1: Mô tả phương pháp phân tích vận tốc dòng chảy bằng Radar biển ......4<br /> Hình 2: Phạm vi quan trắc của 3 trạm radar hiện đang hoạt động tại khu vực<br /> vịnh Bắc Bộ và phân bố số liệu của chúng .................................................................4<br /> Hình 3: Sơ đồ dòng chảy vịnh Bắc Bộ trong mùa đông theo Báo cáo kết quả<br /> điều tra tổng hợp Vịnh Bắc Bộ (1964) ........................................................................6<br /> Hình 4: Sơ đồ dòng chảy vịnh Bắc Bộ trong mùa hè theo Báo cáo kết quả điều<br /> tra tổng hợp Vịnh Bắc Bộ (1964) ................................................................................7<br /> Hình 5: Sơ đồ hoàn lưu mùa vùng Vịnh Bắc Bộ 1960 -1962 [6].......................8<br /> Hình 6: Sơ đồ lưới tính phân tích dòng chảy mặt tổng cộng ...........................13<br /> Hình 6: Mô tả phương pháp phân tích dòng chảy mặt tổng cộng ....................14<br /> Hình 7: Giới hạn góc θ1 và θ2 giữa các đường xuyên tâm từ điểm lưới đối với<br /> các trạm radar ............................................................................................................15<br /> Hình 8: Hiện trạng số liệu Radar thu thập được từ năm 2012 đến nay ............21<br /> Hình 9: Các tham số đặc trưng trong quá trình vận hành của Radar ...............23<br /> Hình 10: Phạm vi quan trắc của Radar biển đối với từng trạm ........................24<br /> Hình 11: Phương pháp xác định sai số từ quan trắc bằng radar .......................25<br /> Hình 12: Sai số GDOP trung bình từ quan trắc radar đối với vùng Vịnh Bắc Bộ<br /> ...................................................................................................................................26<br /> Hình 13: Vị trí các trạm radar và hai trạm C001 và C002 ...............................27<br /> Hình 14: Biến trình theo thời gian của dòng chảy đo đạc bằng Radar biển và<br /> máy AWAC tại trạm tương ứng, trong đó dấu dương (+) thế hiện hướng dòng chảy<br /> đi vào radar, dấu âm (-) thể hiện hướng dòng chảy ra khỏi radar .............................31<br /> Hình 15: Phân bố số liệu dòng chảy mặt quan trắc từ hệ thống radar (đơn vị: %)<br /> ...................................................................................................................................32<br /> Hình 16: Ứng suất gió trung bình trên biển Đông tháng 2 (trái) và tháng 8 (phải)<br /> dựa trên số liệu QuickSCAT [N/m2] [11] .................................................................33<br /> Hình 17: Dòng chảy mặt trung bình khu vực vịnh Bắc Bộ trong mùa gió Đông<br /> Bắc (trái) và mùa gió Tây Nam (phải) (cm s-1) .........................................................33<br /> Hình 18: Trường dòng chảy trung bình năm tầng mặt khu vực vịnh Bắc Bộ trong<br /> năm 2014 (trái) và độ lệch chuẩn của thành phần kinh hướng u (giữa) và thành phần<br /> vỹ hướng v (phải) (cm s-1) .........................................................................................34<br /> Hình 19: Dòng chảy mặt trung bình khu vực vịnh Bắc Bộ trong tháng 10 (cm s1<br /> ) và trường gió trung bình trong tháng (m s-1) .........................................................36<br /> 2<br /> <br /> Hình 20: Thành phần vỹ hướng của dòng chảy trích tại điểm S2 trong thời kỳ<br /> gió mùa Đông bắc .....................................................................................................36<br /> Hình 21: Dòng chảy mặt trung bình khu vực vịnh Bắc Bộ trong tháng 8 (cm s1<br /> ) và trường gió trung bình trong tháng (m s-1) .........................................................37<br /> Hình 22: Thành phần vỹ hướng của dòng chảy trích tại điểm S2 trong thời kỳ<br /> gió mùa Tây Nam ......................................................................................................38<br /> Hình 23: Vị trí các điểm tính toán lan truyền dầu ............................................40<br /> Hình 24: Trường gió trung bình trong mùa gió Đông Bắc và mùa gió Tây Nam<br /> từ số liệu gió tái phân tích ECMWF .........................................................................41<br /> Hình 25: Biến đổi trạng thái của dầu sau sự cố xảy ra tại điểm 1 (trục hoành<br /> tương ứng với thời gian sau sự cố tính bằng giờ) .....................................................42<br /> Hình 26: Hướng lan truyền của nhóm dầu FO theo từng tháng .......................45<br /> Hình 27: Phân tích quỹ đạo của hạt dầu trên vịnh Bắc Bộ trong thời kỳ gió mùa<br /> Đông Bắc ...................................................................................................................47<br /> Hình 28: Phân tích quỹ đạo của hạt dầu trên vịnh Bắc Bộ trong thời kỳ gió mùa<br /> Tây Nam ....................................................................................................................48<br /> Hình 29: Lưới tính của mô hình ROMS trên biển Đông..................................50<br /> Hình 30: So sánh số liệu từ mô hình và số liệu thu thập từ các đợt khảo sát CTD<br /> cho tháng 9 và tháng 10 tại mặt cắt dọc vĩ tuyến 18.5oN ..........................................52<br /> Hình 31: So sánh số liệu từ mô hình và số liệu thu thập từ radar biển ............53<br /> Hình 32: Biến đổi trạng thái của dầu sau sự cố xảy ra tại vị trí 1 (trục hoành<br /> tương ứng với thời gian sau sự cố tính bằng giờ) .....................................................55<br /> Hình 33: Đường đi của dầu sau sự cố tràn dầu trên khu vực vịnh Bắc Bộ sau 7<br /> ngày tại vị trí 1 ..........................................................................................................55<br /> Hình 34: Biến đổi trạng thái của dầu sau sự cố xảy ra tại vị trí 3 (trục hoành<br /> tương ứng với thời gian sau sự cố tính bằng giờ) .....................................................56<br /> Hình 35: Đường đi của dầu sau sự cố tràn dầu trên khu vực vịnh Bắc Bộ sau 7<br /> ngày tại vị trí 3 ..........................................................................................................57<br /> Hình 36: Sơ đồ quy trình dự báo sự cố tràn dầu trên biển ...............................58<br /> <br /> 3<br /> <br />