NGHIÊN CỨU KHOA HỌC-ĐỀ TÀI:"MÔ PHỎNG, DỰ BÁO QUÁ TRÌNH VẬN CHUYỂN BÙN CÁT LƠ LỬNG KHU VỰC CỬA ÔNG"

Chia sẻ: Pham Linh Dan | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:0

Thêm vào BST

Báo xấu

135
lượt xem 14
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bùn cát lơ lửng là nguồn ô nhiễm không tập trung với nồng độ biến đổi rất nhanh, phụ thuộc vào các hoạt động kinh tế xã hội. Sự biến đổi của nồng độ chất lơ lửng không chỉ có ý nghĩa trong trầm tích học, địa mạo học mà còn là yếu tố quan trọng, ảnh hưởng tới hệ sinh thái trong khu vực [5]. Những hiểu biết về quá trình động lực của bùn cát lơ lửng ở cửa sông và ven biển có ý nghĩa rất quan trọng trong việc đánh giá mức độ ô nhiễm của nước biển và những rủi...

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: NGHIÊN CỨU KHOA HỌC-ĐỀ TÀI:"MÔ PHỎNG, DỰ BÁO QUÁ TRÌNH VẬN CHUYỂN BÙN CÁT LƠ LỬNG KHU VỰC CỬA ÔNG"

NGHIÊN C U KHOA H C MÔ PH NG, D BÁO QUÁ TRÌNH V N CHUY N BÙN CÁT LƠ L NG KHU V C C A ÔNG
MÔ PHỎNG, DỰ BÁO QUÁ TRÌNH VẬN CHUYỂN BÙN CÁT LƠ LỬNG KHU VỰC CỬA ÔNG Trần Hồng Thái, Lê Vũ Việt Phong, Nguyễn Thanh Tùng, Phạm Văn Hải Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Môi trường 1. Mở đầu Bùn cát lơ lửng là nguồn ô nhiễm không tập trung với nồng độ biến đổi rất nhanh, phụ thuộc vào các hoạt động kinh tế xã hội. Sự biến đổi của nồng độ chất lơ lửng không chỉ có ý nghĩa trong trầm tích học, địa mạo học mà còn là yếu tố quan trọng, ảnh hưởng tới hệ sinh thái trong khu vực [5]. Những hiểu biết về quá trình động lực của bùn cát lơ lửng ở cửa sông và ven biển có ý nghĩa rất quan trọng trong việc đánh giá mức độ ô nhiễm của nước biển và những rủi ro môi trường tiềm ẩn. Mục đích của bài báo này là ứng dụng mô hình toán hai chiều RMA2 và SED2D để mô phỏng quá trình vận chuyển bùn cát trong sông - biển từ những nguồn ô nhiễm khác nhau do Dự án xây dựng Nhà máy nhiệt điện Mông Dương gây nên. Kết quả mô phỏng chất lượng nước cho điều kiện hiện tại và dự báo trong tương lai góp phần giúp các nhà quản lý tài nguyên môi trường có cơ sở khoa học trong việc đưa ra các quyết định bảo vệ môi trường sông - biển. 2. Đặc điểm khu vực nghiên cứu Khu vực xung quanh nhà máy nhiệt điện Mông Dương có 3 con sông chính: sông Mông Dương, sông Dê Dách và sông Thác Thầy. Các sông này nối với biển thông qua eo Luồng Gạc. Ngoài ra còn có một số khu bảo tồn văn hóa lịch sử như: khu bảo tồn Kỳ Thượng (cách khu vực thực hiện dự án khoảng 15 km về phía tây theo tuyến đường bộ, công viên quốc gia Bái Tử Long (cách khu dự án khoảng 18 km về hướng tây bắc theo tuyến đường sông), các hòn đảo trên vịnh Hạ Long (cách khu vực dự án khoảng 18 km về phía Nam theo tuyến đường sông - xem Hình 1). 3. Phương pháp nghiên cứu và nguồn số liệu 3.1. Phương pháp nghiên cứu Do hệ thống sông chảy qua khu bảo tồn Kỳ Thượng không liên thông với sông Mông Dương, nên hệ sinh thái nước trong khu vực này không bị tác động bởi lan truyền bùn cát từ khu vực Dự án nhà máy nhiệt điện Mông Dương. Chính vì vậy, bài báo chỉ tập trung đánh giá tác động môi trường do lan truyền bùn cát lơ lửng từ khu vực từ Luồng Gạc đến Vịnh Hạ Long và Vịnh Bái Tử Long. 332 Tuyển tập báo cáo Hội thảo khoa học lần thứ 10 - Viện KH KTTV & MT
Khu bảo tồn Kỳ Thượng Nhà máy nhiệt điện Mông Dương ~ 15km Công viên quốc gia Bái Tử Long Vịnh Hạ Long ~ 18km N 20 km Hình 1. Bản đồ khu vực nghiên cứu Để giải quyết các vấn đề nêu trên, 3 nhiệm vụ chính sau đã được thực hiện: - Tính toán các đặc trưng thuỷ lực trên sông Mông Dương, sông Thác Thầy và sông Dê Dách, làm các biên trên cho bài toán mô phỏng thủy lực - chất lượng nước. Trong thực tế, trên các sông này không có các trạm quan trắc thủy văn, nên các tác giả đã ứng dụng mô đun mưa – dòng chảy NAM trong bộ phần mềm MIKE do Viện Thuỷ lực Đan Mạch (DHI) phát triển để khôi phục dòng chảy từ số liệu mưa (tham khảo chi tiết thuật toán và cách ứng dụng trong [1],[3]). Số liệu đầu vào của mô hình là số liệu mưa thực đo tại trạm Cửa Ông, đặt trong khu vực nghiên cứu; - Tính toán chế độ thủy văn thủy lực trong khu vực nghiên cứu bằng mô đun RMA2 trong bộ phần mềm SMS; - Tính toán lan truyền bùn cát trong khu vực nghiên cứu bằng mô đun SED2D của bộ phần mềm SMS. Việc ứng dụng mô hình tính toán bùn cát nhằm mô phỏng phạm vi lan truyền và mức độ ảnh hưởng của bùn cát lơ lửng từ khu vực nhà máy trong các chế độ triều khác nhau cho các giai đoạn: (a) trước khi xây dựng nhà máy; (b) trong thời gian xây dựng nhà máy ; và (c) trong thời gian vận hành nhà máy, khi bãi chứa xỉ thứ 2 đi vào hoạt động. 3.2. Giới thiệu hai mô hình RMA2 và SED2D 3.2.1 Mô hình RMA2 RMA2 là mô hình số trị động lực học chất lỏng được giải theo phương pháp phần tử hữu hạn cho dòng chảy hai chiều ngang được trung bình từ hệ phương trình Reynolds. Ma sát được tính toán theo phương trình của Manning hay Chezy, hệ số nhớt xoáy được sử dụng để xác định những đặc tính của dòng chảy rối. Mô hình tính toán các thành phần là cao trình mặt nước và vận tốc hai chiều theo phương ngang cho dòng chảy rối có bề mặt tự do [6]. RMA2 coi gia tốc theo phương thẳng đứng là không đáng kể, các vectơ lưu tốc có cùng hướng trong toàn cột nước tính toán tại cùng một thời điểm. 333 Tuyển tập báo cáo Hội thảo khoa học lần thứ 10 - Viện KH KTTV & MT
Hệ các phương trình toán học cơ bản của RMA2 gồm có: ⎛ ∂u ∂v ⎞ ∂h ∂h ∂h + h⎜ + ⎟ + u + v * Phương trình liên tục: (1) ∂t ⎝ ∂x ∂y ⎠ ∂x ∂y * Phương trình động lượng: ∂u h ⎡ ∂ 2 u ∂ 2u ⎤ ∂u ∂u ⎡ ∂a ∂h ⎤ gun 2 (u2 + v2 ) 1/ 2 h + hu + hv − ⎢ Exx 2 + Exy 2 ⎥ + gh ⎢ + ⎥ + ⎣ ∂x ∂x ⎦ ( 1.486 h ) ∂y ρ ⎣ ∂x ∂t ∂x ∂y ⎦ 1/ 6 2 (2) − ς Va2 cosψ -2hvω sinφ=0 ∂v h ⎡ ∂ 2 v ∂ 2v ⎤ ⎡ ∂a ∂h ⎤ ∂v ∂v gvn 2 2( u2 + v2 ) 1/ 2 + hu + hv − ⎢ Eyx 2 + Eyy 2 ⎥ + gh ⎢ + ⎥ + h ⎣ ∂y ∂y ⎦ ( 1.486 h1 / 6 ) ∂y ρ ⎣ ∂x ∂t ∂x ∂y ⎦ (3) − ς Va2 sinψ -2huω sinφ=0 Trong đó: x, y, t - Trục tọa độ Đề Các và thời gian; h - Độ sâu (m); u, v - Véc tơ lưu tốc; ρ - Mật độ chất điểm (kg/m3); E - Hệ số nhớt xoáy (m2/s); g - Gia tốc trọng trường (m2/s); a - Cao trình đáy (m); n - Hệ số nhám Manning; Va - Tốc độ gió (m/s); ζ- Hệ số biến dạng do gió. Các phương trình (1), (2) và (3) được giải bằng phương pháp phần tử hữu hạn sử dụng phương pháp số dư có trọng số Garlekin [8]. 3.2.2. Mô hình SED2D SED2D mô phỏng vận chuyển bùn cát hai chiều trong kênh dẫn hở và được ứng dụng tính toán cho bùn cát đáy tại những điểm lưu tốc là đáng kể theo hai chiều trong mặt phẳng nằm ngang. Điều này đặc biệt hữu ích đối với nghiên cứu xói mòn, lắng đọng và đối với nghiên cứu chiều rộng của dòng chảy ở một mức độ nào đó. Mô hình có thể áp dụng với hai loại bùn cát: 1) Bùn cát không dính; 2) Bùn cát dính. Mô hình SED2D giả thiết rằng sự thay đổi cao trình đáy do xói mòn hay lắng đọng không ảnh hưởng nhiều đến trường dòng chảy. Chính vì vậy, cần lưu ý cập nhật các số liệu địa hình cùng các điều kiện ban đầu tương ứng để tăng độ chính xác và tính ổn định của mô hình [7]. Các phương trình toán học cơ bản của SED2D gồm có * Phương trình đối lưu - khuyếch tán Phương trình được Ariathurai, MacAuthur và Krone đưa ra năm (1977) ∂C ∂ ⎛ ∂C ⎞ ∂ ⎛ ∂C ⎞ ∂C ∂C + α1C + α 2 +u +v = ⎜ Dx ⎟+ (4) Dy ∂y ∂x ⎝ ∂x ⎠ ∂y ⎜ ∂y ⎟ ∂t ∂x ⎝ ⎠ Trong đó: C - Nồng độ (kg/m3); t - thời gian (s); u - Lưu tốc dòng chảy theo phương x (m/s); x - Hướng dòng chảy chính; v - Lưu tốc dòng chảy theo phương y (m/s); y - Hướng vuông góc với phương x; Dx, Dy - Hệ số khuyếch tán theo phương x và phương y (m2/s); τ b = ρ (U * )2 * Tính toán ứng suất biến dạng đáy (5) Trong đó: ρ - trọng lượng riêng của nước (kg/m3); U* - lưu tốc trượt (m/s) 334 Tuyển tập báo cáo Hội thảo khoa học lần thứ 10 - Viện KH KTTV & MT
Ceq − C S= * Vận chuyển bùn cát đáy (6) tC Trong đó : S - Lượng bùn cát cung cấp từ đáy sông theo thời gian (kg/m3.s); tc - đặc trưng thời gian (s) ; Ceq - Nồng độ bùn cát cân bằng (kg/m3) ; C - Nồng độ bùn cát trong cột nước tính toán (kg/m3). Có nhiều quan hệ truyền tải để tính Ceq theo kích cỡ hạt, tuy nhiên công thức của Ackers-White (1973) đã được sử dụng trong mô hình do đã được hoàn thiện, sử dụng tương đối đơn giản và đặc biệt là đã được kiểm nghiệm bằng nhiều thực nghiệm (White, Milli và Crabbe 1975; Swart 1976). 3.3. Nguồn số liệu Các số liệu phục vụ tính toán gồm có: - Số liệu khí tượng, thủy văn của tỉnh Quảng Ninh (lưu lượng nước tại trạm Dương Huy năm 1961 và1962, lượng mưa tại trạm Cửa Ông năm 1961, 1962, 2005...) để xác định bộ thông số của mô hình NAM và khôi phục số liệu dòng chảy cho các sông Mông Dương, Dê Dách và Thác Thầy ; - Số liệu địa hình, mực nước và lưu lượng nước của sông Mông Dương để hiệu chỉnh mô hình thủy lực; - Số liệu độ sâu làm đầu vào cho mô hình thủy lực và vận chuyển bùn cát lơ lửng; - Số liệu mực nước triều làm điều kiện biên dưới cho mô hình thủy lực và vận chuyển bùn cát lơ lửng; - Số liệu các nguồn ô nhiễm trong khu vực, thu thập từ các nghiên cứu liên quan và qua các đợt khảo sát thực địa; - Số liệu nồng độ các chất lơ lửng trong sông Mông Dương làm đầu vào cho mô hình vận chuyển bùn cát lơ lửng. 4. Kết quả và thảo luận 4.1. Ứng dụng mô hình RMA2 để tính toán thủy lực Vùng nghiên cứu là vùng có diện tích rất rộng so với diện tích Dự án nhà máy nhiệt điện Mông Dương. Chính vì vậy, khi tính toán với lưới tính có bước tính đủ nhỏ cho toàn bộ hệ thống, một vấn đề phát sinh là không đủ tài nguyên tính toán. Để giải quyết vấn đề này, kỹ thuật lưới tính toán kép đã được áp dụng: - 01 lưới tính toán chi tiết được sử dụng để mô phỏng các quá trình truyền tải bùn cát lơ lửng gần khu vực công trình nhà máy nhiệt điện Mông Dương. Những lưới này được mô tả trong Hình 2, Hình 3 và Hình 4 cho 3 trường hợp : (i) trước ; (ii) trong ; và và sau khi xây dựng nhà máy nhiệt điện ; - 01 lưới tính toán mở rộng (Hình 5) được sử dụng để mô phỏng quá trình truyền tải bùn cát lơ lửng từ công trình nhà máy nhiệt điện Mông Dương tới biển (Vịnh Hạ Long và Bái Tử Long). 335 Tuyển tập báo cáo Hội thảo khoa học lần thứ 10 - Viện KH KTTV & MT
Hình 2. Lưới tính toán trước khi xây dựng Hình 3. Lưới tính toán trong khi xây dựng Hình 4. Lưới tính toán sau khi xây dựng Hình 5. Lưới tính toán mở rộng Các kết quả mô phỏng của mô hình với lưới chi tiết được sử dụng như điều kiện biên cho mô hình trong trường hợp lưới tính toán mở rộng. Hiệu chỉnh mô hình Mục đích của hiệu chỉnh mô hình là tìm ra bộ thông số tối ưu, để kết quả mô phỏng phù hợp với giá trị thực đo. Trong mô hình RMA2, những thông số quan trọng, ảnh hưởng chủ yếu đến kết quả hiệu chỉnh là: số liệu địa hình (chiếm 60%), điều kiện biên (chiếm 20%), hệ số nhám Manning Cn (chiếm 10% - phụ thuộc vào độ sâu dòng nước, thảm phủ thực vật và chế độ dòng chảy) và hệ số nhớt xoáy E (chiếm 6%) [2]. Kết quả hiệu chỉnh trình bày trong Bảng 1. Dữ liệu đầu vào cho RMA2 bao gồm: + Số liệu địa hình của vùng nghiên cứu; + Các điều kiện biên trên: số liệu lưu lượng nước tính toán được từ mô hình NAM; + Các điều kiện biên dưới: số liệu mực nước triều; 336 Tuyển tập báo cáo Hội thảo khoa học lần thứ 10 - Viện KH KTTV & MT
Bảng 1. Các thông số hiệu chỉnh cho RMA2 TT Các thông số G.Trị TT Các thông số G.Trị Hệ số Manning Cn trong 0.03 Hệ số Manning Cn trong lòng 0.035 1 5 Luồng Gạc sông chính Hệ số nhớt xoáy E trong 25 Hệ số nhớt xoáy E trong lòng 27 2 6 Luồng Gạc sông chính Hệ số Manning Cn trong biển 0.025 Hệ số Manning Cn dọc bờ sông 0.045 3 7 Hệ số nhớt xoáy E trong biển 20 Hệ số nhớt xoáy E dọc bờ sông 30 4 8 Mô tả chi tiết hơn về quá trình hiệu chỉnh mô hình thủy văn, thủy lực có thể tham khảo trong nghiên cứu của T. H. Thái [1]. 4.2. Ứng dụng mô hình SED2D để mô phỏng quá trình vận chuyển bùn cát lơ lửng Số liệu mực nước và trường vận tốc do RMA2 xuất ra sẽ được mô hình SED2D sử dụng để giải phương trình đối lưu-khuyếch tán 2 chiều, mô phỏng quá trình vận chuyển bùn cát lơ lửng với trình tự tính toán như sau: - Thiết lập mô hình thủy lực và mô hình vận chuyển bùn cát: vị trí của các nguồn thải; - Thiết lập các điều kiện biên: (i) Các điều kiện biên trên: lưu lượng nước tại các đầu vào của sông Mông Dương, Dê Dách và Thác Thầy; (ii) điều kiện biên dưới: số liệu mực nước triều; - Thiết lập các điều kiện biên về bùn cát và các nguồn thải từ các bãi than; - Hiệu chỉnh để tìm ra bộ thông số của mô hình; - Sử dụng mô hình với các thông số mới được xác định để mô phỏng lực và diễn biến bùn cát theo không gian, thời gian với các điều kiện biên thích hợp. 4.2.1. Hiệu chỉnh mô hình Số liệu đầu vào cho mô hình vận chuyển bùn cát bao gồm: + Số liệu mực nước và vận tốc từ mô hình RMA2; + Các điều kiện biên trên: (i) nồng độ bùn cát của tại đầu vào của sông Mông Dương C1 = 0.01 - 0.026 (kg/m3); (ii) nồng độ bùn cát tại đầu vào của sông Dê Dách: C8 = 0.016 - 0.026 (kg/m3) ; + Các nguồn ô nhiễm: trong Hình 4, các nguồn ô nhiễm chính là các bãi than nằm dọc theo hai bên bờ sông (vị trí: S2, S3, …, S7). Các thông tin chính của các bãi than cần thiết cho mô hình là: Lưu lượng nguồn thải Q, nồng độ bùn cát C. Căn cứ vào : (i) bản chất lý hóa của các thông số của mô hình lan truyền bùn cát lơ lửng được sử dụng; (ii) các kết quả nghiên cứu liên quan được trình bày trong [2,4]; (iii) các phân tích, đánh giá của nhóm tác giả nghiên cứu này về độ nhạy của các thông số của mô hình lan truyền bùn cát lơ lửng (xem chi tiết trong [1]), các thông số chính cần hiệu chỉnh của mô hình lan truyền bùn cát được xác định như sau: đường kính hạt, giới hạn lắng đọng, vận tốc lắng đọng, độ khuếch tán hiệu quả và độ dày lớp trầm tích đáy. Tiêu chí của hiệu chỉnh mô hình là tìm ra các giá trị thích hợp của bộ thông số mô 337 Tuyển tập báo cáo Hội thảo khoa học lần thứ 10 - Viện KH KTTV & MT
hình, sao cho các kết quả mô phỏng bằng mô hình trùng khớp với các giá trị thực đo tương ứng, quan trắc tại các vị trí LG1, LG2, LG3, LG4, MD2, MD3 và MD4 (Tọa độ của các điểm này xem trong Bảng 3). Kết quả hiệu chỉnh được thể hiện trong Bảng 2. Quá trình hiệu chỉnh mô hình được mô tả chi tiết trong nghiên cứu của T. H. Thái [1]. Bảng 2. Thông số ước tính cho SED2D G.trị 5 TT Thông số Thông số G.trị Trọng lực [m2/s] 1 Đường kính hạt bùn cát [mm] 0.005 6 9.807 Tỷ trọng riêng của bùn cát 2 Vận tốc lắng đọng [m/s] 0.002 7 2.650 [kg/m3] Nồng độ bùn cát ban đầu 3 0.001 8 Hệ số hình dạng của bùn cát 0.650 [kg/m3] Hệ số khuếch tán [m2/s] 4 30.00 5 Hệ số nhám của bùn cát 0.005 Bảng 3. Tọa độ các điểm nghiên cứu Điểm Điểm Khu vực Tọa độ Khu vực Tọa độ nghiên cứu nghiên cứu 210 04’ 210 05’ MD1 LG1 1070 20’ 1070 23’ 210 04’ 210 05’ MD2 LG2 Sông 1070 21’ 1070 22’ Luồng Gạc Mông 210 04’ 210 05’ Dương MD3 LG3 1070 20’ 1070 21’ 210 04’ 210 04’ MD4 LG4 1070 21’ 1070 22’ 4.2.2. Mô phỏng sự vận chuyển bùn cát lơ lửng theo dòng chảy Báo cáo đã mô phỏng quá trình vận chuyển bùn cát lơ lửng cho vùng nghiên cứu trong cùng điều kiện theo 3 kịch bản sau: (1) trước khi xây dựng nhà máy nhiệt điện; (2) trong khi xây dựng nhà máy; và (3) giai đoạn sau xây dựng, nhà máy đi vào vận hành. Giai đoạn trước khi xây dựng Hình 6 và 7 mô tả đường đẳng trị bùn cát lơ lửng và trường vận tốc ở vị trí gần với khu vực dự án. Trước khi xây dựng nhà máy nhiệt điện Mông Dương, nồng độ bùn cát lơ lửng trong nước thấp. Nồng độ bùn cát ở khu vực khai thác than tăng lên nhưng hạt bùn cát (với đường kính trung bình là 0.5 mm) lắng xuống rất nhanh, chính vì vậy bán kính phân tán bùn cát lơ lửng tương đối thấp, khoảng 50-200 m. Khu vực từ cửa biển Cửa Ông đến Vịnh Hạ Long và Vịnh Bái Tử Long, chất lượng nước tốt. Nồng độ bùn cát trong nước ở đây nhỏ hơn 0.01 (kg/m3). Kết quả mô phỏng của mô hình là tương đối phù hợp so với kết quả thực đo tại Cửa Ông (xem [1]). 338 Tuyển tập báo cáo Hội thảo khoa học lần thứ 10 - Viện KH KTTV & MT
Giai đoạn trong quá trình xây dựng nhà máy Trong giai đoạn xây dựng, nguồn ô nhiễm bùn cát lơ lửng chính trong vùng nghiên cứu là: (1) do công việc nắn dòng sông Dê Dách, Mông Dương; (2) do công việc xây dựng nhà máy; và (3) do công việc xây dựng bãi xỉ số 1 và số 2. Hình 8 và Hình 9 biểu diễn quá trình vận chuyển bùn cát lơ lửng và trường vận tốc khi triều thấp. Do có nhiều nguồn ô nhiễm đổ vào sông trong suốt quá trình xây dựng nhà máy dẫn đến nồng độ bùn cát lơ lửng của dòng chảy tăng so với giai đoạn trước khi xây dựng. Nồng độ bùn cát lơ lửng lớn nhất là 0.25 (kg/m3) [nồng độ lớn nhất trước khi xây dựng là 0.06 (kg/m3)]. Mặt khác, hạt bùn cát lắng xuống rất nhanh bởi vậy bán kính phân tán chỉ khoảng 150m. Nước trong phạm vi ngoài vùng phân tán có chất lượng tốt với nồng độ bùn cát lơ lửng nhỏ hơn 0.1 (kg/m3). Ở khu vực gần cửa biển Cửa Ông về phía vịnh Hạ Long và vịnh Bái Tử Long, nồng độ bùn cát nhỏ hơn 0.01 (kg/m3), không khác so với nồng độ bùn cát lơ lửng trước khi xây dựng. Giai đoạn sau khi xây dựng nhà máy Trong giai đoạn này, có một lượng lớn bùn cát đổ xuống dòng chảy từ các bãi xỉ, và từ các hoạt động của nhà máy. Vì vậy, nồng độ bùn cát cao hơn, tốc độ lắng hạt bùn cát nhanh, do đó bán kính phân tán bùn cát tính từ vị trí xây dựng nhà máy tương đối nhỏ. Hình 10 cho thấy ở khu vực gần cửa biển Cửa Ông, nồng độ bùn cát chỉ khoảng 0.03 kg/m3, tương đối gần với nồng độ bùn cát trước khi xây dựng. Hình 6. Nồng độ bùn cát trước khi xây dựng Hình 7. Trường vận tốc trước khi xây dựng nhà máy tại thời điểm triều cao nhà máy lúc triều lên Hình 8. Nồng độ bùn cát trong khi xây dựng nhà Hình 9. Trường vận tốc trong khi xây dựng 339 Tuyển tập báo cáo Hội thảo khoa học lần thứ 10 - Viện KH KTTV & MT
máy tại thời điểm triều thấp nhà máy lúc triều xuống Hình 10. Nồng độ bùn cát sau khi xây dựng nhà Hình 11. Trường vận tốc sau khi xây dựng máy tại thời điểm triều cao nhà máy lúc triều lên Hình 12. Nồng độ bùn cát sau khi xây dựng nhà Hình 13. Nồng độ bùn cát sau khi xây dựng nhà máy lúc triều cao – lưới mở rộng máy lúc triều thấp – lưới mở rộng Để mô phỏng sự vận chuyển bùn cát trên diện rộng từ khu vực dự án đến Vịnh Hạ Long và Bái Tử Long, lưới tính toán mở rộng đã được sử dụng (Hình 5). Kết quả được đưa ra ở Hình 12 và Hình 13 tương ứng với trường hợp triều thấp nhất và triều cao nhất. Qua đó ta thấy từ cửa biển Cửa Ông đến Vịnh Hạ Long và Bái Tử Long, nồng độ bùn cát lơ lửng là rất nhỏ (khoảng 0.005 [kg/m3]). Quan sát các Hình 14 và Hình 15, chúng ta có thể thấy sự biến đổi nồng độ bùn cát lơ lửng theo thời gian tại các điểm LG1 và LG3 trên eo Luồng Gạc. Lượng bùn cát lớn nhất đổ vào dòng chảy trong giai đoạn hoạt động của nhà máy là từ các bãi xỉ. Các tác động này chỉ đáng kể vào mùa lũ, khi trời mưa. Trong trường hợp khác, khi không có mưa, không có dòng chảy qua các bãi xỉ thì tác động của nhà máy đến sự biến đổi bùn cát là tương đối nhỏ. Before During After Before During After 0.12 0.25 0.1 0.2 0.08 Sediment (kg/m3) Sediment (kg/m3) 0.15 0.06 0.1 0.04 0.05 0.02 0 0 0 8 16 24 32 40 48 56 64 72 80 88 96 104 112 120 0 8 16 24 32 40 48 56 64 72 80 88 96 104 112 120 Time (h) Time (h) Hình 14. Nồng độ bùn cát tính toán tại LG1 Hình 15. Nồng độ bùn cát tính toán tại LG3 340 Tuyển tập báo cáo Hội thảo khoa học lần thứ 10 - Viện KH KTTV & MT
trước, trong và sau khi xây dựng nhà máy trước, trong và sau khi xây dựng nhà máy 5. Kết luận Mô hình toán là một công cụ mạnh và hiệu quả trong nghiên cứu thủy văn hiện đại. Nó có thể cho ta một hình ảnh rõ nét về chế độ động lực của một khu vực cụ thể. Tuy nhiên mức độ chính xác của mô hình phục thuộc rất nhiều vào điều kiện biên cũng như số liệu địa hình. Hai mô hình RMA2 và SED2D đã mô phỏng thành công chế độ thủy lực và quá trình vận chuyển bùn cát lơ lửng trong sông – biển từ đó cho phép tính toán phân bố theo không gian và thời gian của bùn cát. Kết quả mô phỏng cho thấy ở khu vực gần nhà máy, sự tác động của nhà máy đến nồng độ bùn cát là đáng kể nhưng nồng độ bùn cát vẫn nhỏ hơn so với tiêu chuẩn cho phép. Bùn cát lắng xuống rất nhanh nên tác động của nhà máy nhiệt điện Mông Dương tới khu vực từ Cửa Ông tới Vịnh Hạ Long và vịnh Bái Tử Long là không đáng kể. Tuy nhiên, do hạn chế về kinh phí và thời gian, nên tính đầy đủ và đồng bộ của các số liệu được sử dụng trong nghiên cứu này chưa cao. Việc thu thập, khảo sát bổ sung để có được bộ số liệu tốt hơn, phục vụ cho các nghiên cứu tiếp theo trong khu vực là một việc cần thiết trong tương lai. Tài liệu tham khảo 1. Trần Hồng Thái, Báo cáo tổng kết chuyên đề: Mô hình vật lý cho vận chuyển bùn cát trong sông – biển, Hà Nội, 2006. 2. David C. Heimann, Numerical simulation of streamflow distribution, sediment transport, and sediment deposition along Long Branch Creek in Northeast Missouri, U.S. Geological Survey, 8/2003. 3. DHI, MIKE11 - A Modelling System for Rivers and Channels - Reference Manual, 2004. 4. Hassan Shahid Mashriqui, Hydrodynamic and sediment transport modeling of deltaic sediment processes, A dissertation for the degree of Doctor of Philosophy, Louisiana State University, 2003. 5. Lindsay .et al, Influence of tidal range and river discharge on suspended particulate matter fluxes in the Fourth Estuary (Scotland), Estuar.Coast.ShelfSci, 1996. 6. US Army, Engineer Research and Development Center, Users Guide To RMA2 WES Version 4.5, 2006. 7. US Army, Engineer Research and Development Center, Users Guide To SED2D WES Version 4.5, 2006. 8. Winai Liengcharernsit, Kasetsart University, Bangkok, Formulation of water quality management model under unsteady flow condition, 2006. 341 Tuyển tập báo cáo Hội thảo khoa học lần thứ 10 - Viện KH KTTV & MT