Nghiên cứu mô hình thủy động lực 1-2 chiều để dự báo xâm nhập mặn hạ lưu sông Mã

Đề tài “Nghiên cứu mô hình thủy động lực 1-2 chiều để dự báo, cảnh báo xâm nhập mặn hạ lưu sông Mã” nhằm phục vụ công tác khai thác nguồn nước, đáp ứng nhu cầu sản xuất và đời sống của dân cư vùng ảnh hưởng triều - mặn đồng thời khắc phục các thực trạng hiện nay trên sông Mã có ý nghĩa hết sức quan trọng. Mời các bạn cùng tham khảo bài viết để nắm thêm chi tiết nội dung.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu mô hình thủy động lực 1-2 chiều để dự báo xâm nhập mặn hạ lưu sông Mã NGHIÊN CỨU & TRAO ĐỔI NGHIÊN CỨU MÔ HÌNH THỦY ĐỘNG LỰC 1-2 CHIỀU ĐỂ DỰ BÁO XÂM NHẬP MẶN HẠ LƯU SÔNG Mà ThS. Hoàng Văn Đại - Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Biến đổi khí hậu PGS.TS. Trần Hồng Thái - Trung tâm Khí tượng Thủy văn quốc gia hững năm gần đây, hiện tượng xâm nhập mặn ở các khu vực cửa sông ven biển Thanh Hóa đang ngày càng trở nên trầm trọng, đặc biệt là các khu vực cửa sông ven biển, gây khó khăn cho hoạt động lấy nước phục vụ sản xuất nông nghiệp. Trước tình hình đó, việc nghiên cứu, áp dụng mô hình thủy động lực 1-2 chiều mô phỏng, dự báo xâm nhập mặn có ý nghĩa thiết thực nhằm góp phần nâng cao hiệu quả phòng, chống xâm nhập mặn cho vùng hạ lưu sông Mã. Kết quả đã xây dựng mô hình mô phỏng, dự báo xâm nhập mặn cho vùng hạ lưu sông Mã, đã được hiệu chỉnh, kiểm nghiệm mô hình với chỉ số Nash-Sutcliffe đối với độ mặn đạt từ 0,75 - 0,98. N 1. Đặt vấn đề Trong những năm gần đây, tình trạng cạn kiệt nguồn nước và xâm nhập mặn khu vực ven biển Thanh Hóa có diễn biến ngày càng phức tạp. Theo báo cáo Quy hoạch thủy lợi tỉnh Thanh Hóa thì đến năm 2010 có đến hơn 5000ha/23.827ha của 4 huyện ven biển bị thiếu nước ngọt và hạn hán. Thủy triều sâu xâm nhập mặn vào tất cả các cửa sông có xu hướng tăng, năm sau sâu hơn năm trước, đồng thời thời gian nhiễm mặn kéo dài hơn và mức độ xáo trộn giữa nước sông và nước biển xảy ra mạnh hơn. Trong khi đó, hiện nay đối với lưu vực sông Mã, các nghiên cứu đánh giá và dự báo xâm nhập mặn còn rất hạn chế, mới chỉ nằm trong các đề tài, dự án và chỉ dừng lại ở việc sử dụng các mô hình toán để mô phỏng cho một vài năm trong quá khứ. Các nghiên cứu còn tản mạn và chưa đi vào mục tiêu cụ thể phục vụ đánh giá và dự báo xâm nhập mặn. Do vậy việc “Nghiên cứu mô hình thủy động lực 1-2 chiều để dự báo, cảnh báo xâm nhập mặn hạ lưu sông Mã” nhằm phục vụ công tác khai thác nguồn nước, đáp ứng nhu cầu sản xuất và đời sống của dân cư vùng ảnh hưởng triều- mặn đồng thời khắc phục các thực trạng hiện nay trên sông Mã có ý nghĩa hết sức quan trọng. 2. Tổng quan lựa chọn công cụ tính toán Hiện nay đã có rất nhiều nghiên cứu khác nhau về công tác dự báo và cảnh báo xâm nhập mặn. Các phương pháp được sử dụng ở đây chủ yếu là mô Người đọc phản biện: PGS. TS. Hoàng Minh Tuyển hình hóa mặn một chiều như WENDY, VRSAP, FLDWAV, HEC1, MIKE 11có nhiều ưu thế trong việc giải các bài toán phục vụ yêu cầu thực tế. Ngoài ra còn có các mô hình 2 chiều và 3 chiều được áp dụng như TELEMAC, EFDC, MIKE 21, KOD02 với ưu điểm mô phỏng truyền tải chất theo các phương. Tuy nhiên, do hạn chế về yêu cầu số liệu và quá trình mô phỏng nên các nghiên cứu thường giải quyết bằng bài toán trung bình hoá theo 2 chiều hoặc 1 chiều hay phương pháp kết nối các mô hình 1-2D. Ở Việt Nam phương pháp kết nối động để mô phỏng xâm nhập mặn còn ít được quan tâm và ứng dụng nhiều trong các nghiên cứu. Tuy nhiên, các kết quả nghiên cứu cho thấy đây là phương pháp có tính ứng dụng cao và phù hợp với các điều kiện về cơ sở dữ liệu hiện có trên các lưu vực sông ở Việt Nam. Đồng thời, qua việc xem xét các tiêu chí lựa chọn mô hình là phải có khả năng mô phỏng và dự báo tốt, khắc phục được những khó khăn khách quan về tài liệu đi đôi với việc dễ dàng kế thừa cơ sở dữ liệu cũng như có khả năng liên kết với các mô hình khác nhau để có thể mở rộng phạm vi nghiên cứu nên nguyên tắc couple mô hình MIKE 11 – MIKE 21 sẽ được lựa chọn để giải quyết bài toán truyền mặn cho khu vực hạ lưu sông Mã. Mô hình MIKE 11 và MIKE 21 là mô hình thuộc bộ chương trình MIKE do Viện Thủy lực Đan Mạch phát triển. Hệ phương trình cơ bản của MIKE 11 là hệ phương trình Saint-Venant viết cho trường hợp dòng chảy một chiều trong lòng kênh dẫn hở, bao TẠP CHÍ KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN Số tháng 09 - 2014 1 NGHIÊN CỨU & TRAO ĐỔI gồm: wQ wA  wx wt D q (1)  Q|Q| wQ wh w Q2 + (E )+gA +g =0 wx wt wx A C 2 RA (2) Modul khuếch tán bình lưu (AD) dựa trên phương trình 1 chiều về bảo toàn khối lượng của chất hoà tan hoặc lơ lửng có phương trình khuếch tán: w AC w QC w ª wC º    AD wt wx w x «¬ w x »¼ w wt  AKC  C 2 q  (hc )  wwx (uhc)  wwy (vhc) (3) w wx Kết nối được sử dụng để mô phỏng truyền mặn là kết nối tiêu chuẩn trên cơ sở lưu lượng được lấy từ biên của mô hình MIKE 11 (điểm Q đầu tiên), và đưa vào mô hình MIKE 21 tương tự như một đầu vào lưu lượng. Lưu lượng được gán vào trung tâm tại bước thời gian n+1/2. MIKE 11 yêu cầu biên mực nước từ MIKE 21 tại bước thời gian n+1 để chuyển từ bước thời gian n đến n+1/2. Theo đó, MIKE 21 luôn là bước thời gian phía trước của MIKE 11. Như vậy, để có lưu lượng cho MIKE 21 tại bước thời gian n+1/2, mô hình dự báo được áp dụng MIKE 11 để tính toán Qn+1/2, được tính toán dựa vào Qn và Hn. 1 2 § wH n Q n . Q n · ¸ ¨ gA  ¨ wx A.C 2 .R ¸ © ¹ (5) trong đó: t là thời gian; x là chiều dài; A là diện tích mặt cắt ngang; C là hệ số Chezy và R là bán kính thủy lực. Độ dốc mực nước là tại đ ...