Nghiên cứu xây dựng phần mềm tính toán và mô phỏng quá trình lan truyền chất19032012 |Th.s Dương Thị Thúy Nga, CN. Đinh Xuân Trung1Khoa môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự Nhiên.Tóm tắtSự biến đổi khí hậu toàn cầu đang ảnh hưởng rất lớn đến đời sống chúng ta. Việc nghiên cứu diễn biến dòng chảy và các quá trình lan truyền chất trên sông, biển là một vấn đề quan trọng góp phần giúp giải quyết vấn đề trên. Bài báo giới thiệu một phần mềm của nhóm tác giả tính toán và mô phỏng quá trình lan truyền chất trên vùng biển Nam Bộ. Phần mềm được xây dựng bằng ngôn ngữ lập trình C, kết hợp với Mapinfo và Surfer để mô phỏng diễn biến các quá trình trên. Với những ưu điểm của ngôn ngữ lập trình C, phần mềm đảm bảo tốc độ tính toán và mô phỏng đáp ứng thời gian của yêu cầu dự báo. Việc mô phỏng bằng gis động là một tính năng mới của phần mềm giúp các nhà quản lý dễ dàng giám sát và đưa ra các biện pháp bảo vệ môi trường.Từ khóa: dòng chảy, lan truyền chất, gis độngAbstractClimate change has affected our lives much. Research the water flow and the sediment transport process on rivers, oceans is an important contribution to solve that problem. This paper introduces our software to compute and simulate the water flow and the sediment transport process on the Southern ocean. The authors used the programming language C to build the software. It embeded Mapinfo and Surfer to simulate the process. With the advantage of C, the tool run fast to meet the demand of prediction. The simulation function built with animation gis is a new factor of the software. It helps the managers to supervise and to give ways to protect the environment.1. ĐẶT VẤN ĐỀViệt Nam có đường bở biển dài 3.260 km và vùng biển đặc quyền kinh tế rộng gấp nhiều lần diện tích đất liền, lại có nguồn tài nguyên biển rất giàu động vật và thực vật. Tuy nhiên ngày nay cùng với sự gia tăng dân số và phát triển kinh tế xã hội, Việt Nam đang đứng trước một loạt vấn đề về môi trường và tài nguyên biển trong phạm vi biển và đới bờ của mình.Vùng biển Nam Bộ là nơi hội tụ nhiều tiềm năng to lớn với trữ lượng hải sản dồi dào, cộng với tiềm năng về dầu khí, giao thông, du lịch. Tuy nhiên môi trường nước ở đây cần được quan tâm bởi hàng ngày phải tiếp nhận các nguồn nước thải từ sinh hoạt và sản xuất của các khu dân cư, và đặc biệt càng đáng quan tâm hơn khi ngành chế biến và nuôi trồng thuỷ sản của các tỉnh ven bờ đang ngày một phát triển mà chưa có chính sách quản lý về môi trường nước một cách hợp lý.Hơn nữa, trong những năm gần đây việc ứng dụng mô hình hoá vào việc giải quyết các bài toán môi trường đã cho những kết quả khả quan về việc đánh giá và dự báo ô nhiễm.
Trang 1Nghiên cứu xây dựng phần mềm tính toán và mô phỏng quá trình lan truyền chất
19/03/2012 |
Th.s Dương Thị Thúy Nga, CN Đinh Xuân Trung
1 Khoa môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự Nhiên.
Tóm tắt
Sự biến đổi khí hậu toàn cầu đang ảnh hưởng rất lớn đến đời sống chúng ta Việc nghiên cứu diễn biến dòng chảy và các quá trình lan truyền chất trên sông, biển là một vấn đề quan trọng góp phần giúp giải quyết vấn đề trên Bài báo giới thiệu một phần mềm của nhóm tác giả tính toán và mô phỏng quá trình lan truyền chất trên vùng biển Nam Bộ Phần mềm được xây dựng bằng ngôn ngữ lập trình C#, kết hợp với Mapinfo
và Surfer để mô phỏng diễn biến các quá trình trên Với những ưu điểm của ngôn ngữ lập trình C#, phần mềm đảm bảo tốc độ tính toán và mô phỏng đáp ứng thời gian của yêu cầu dự báo Việc mô phỏng bằng gis động là một tính năng mới của phần mềm giúp các nhà quản lý dễ dàng giám sát và đưa ra các biện pháp bảo vệ môi trường.
Từ khóa: dòng chảy, lan truyền chất, gis động
Abstract
Climate change has affected our lives much Research the water flow and the sediment transport process on rivers, oceans is an important contribution to solve that problem This paper introduces our software to compute and simulate the water flow and the sediment transport process on the Southern ocean The authors used the programming language C# to build the software It embeded Mapinfo and Surfer to simulate the process With the advantage of C#, the tool run fast to meet the demand of prediction The simulation function built with animation gis is a new factor of the software It helps the managers to supervise and to give ways to protect the environment.
1 ĐẶT VẤN ĐỀ
Việt Nam có đường bở biển dài 3.260 km và vùng biển đặc quyền kinh tế rộng gấp nhiều lần diện tích đất liền, lại có nguồn tài nguyên biển rất giàu động vật và thực vật Tuy nhiên ngày nay cùng với sự gia tăng dân số và phát triển kinh tế xã hội, Việt Nam đang đứng trước một loạt vấn đề về môi trường và tài nguyên biển trong phạm vi biển
và đới bờ của mình
Vùng biển Nam Bộ là nơi hội tụ nhiều tiềm năng to lớn với trữ lượng hải sản dồi dào, cộng với tiềm năng về dầu khí, giao thông, du lịch Tuy nhiên môi trường nước ở đây cần được quan tâm bởi hàng ngày phải tiếp nhận các nguồn nước thải từ sinh hoạt và sản xuất của các khu dân cư, và đặc biệt càng đáng quan tâm hơn khi ngành chế biến
và nuôi trồng thuỷ sản của các tỉnh ven bờ đang ngày một phát triển mà chưa có chính sách quản lý về môi trường nước một cách hợp lý
Hơn nữa, trong những năm gần đây việc ứng dụng mô hình hoá vào việc giải quyết các bài toán môi trường đã cho những kết quả khả quan về việc đánh giá và dự báo ô nhiễm
Trang 2Xuất phát từ các thực tế trên, việc xây dựng phần mềm tính toán dòng chảy, nhiệt, muối và lan truyền ô nhiễm là một yêu cầu cần thiết để dự báo về nồng độ của các yếu
tố môi trường nước theo không gian và thời gian, từ đó đưa ra các giải pháp kịp thời và hợp lý
2 MỤC TIÊU
Mô hình hóa là một vấn đề quan trọng và cần thiết trong nghiên cứu về các quá trình ô nhiễm trên sông, biển Hầu hết các phần mềm mô hình hóa hiện đang được sử dụng là của nước ngoài với giá thành cao Một số trong đó có những đặc điểm không phù hợp với điều kiện tự nhiên của Việt Nam nên việc ứng dụng còn hạn chế Nghiên cứu này không nằm ngoài mục tiêu nghiên cứu và xây dựng một phần mềm tính toán và mô phỏng các quá trình trong mô hình hóa phù hợp với điều kiện tự nhiên của nước ta và giá thành rẻ để có thể áp dụng sâu rộng vào các cơ quan giám sát Môi trường Do vậy, nhóm nghiên cứu đề ra các mục tiêu cụ thể sau:
- Xây dựng phần mềm tính toán diễn biến dòng chảy và lan truyền các chất ô nhiễm theo không gian và thời gian
- Dùng kĩ thuật GIS động thể hiện kết quả tính toán và mô phỏng quá trình lan truyền chất
3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
+ Thu thập dữ liệu và thống kê, xử lý, tổng hợp dữ liệu
+ Nghiên cứu các mô hình toán tính dòng chảy và các quá trình lan truyền chất trên biển
+ Xây dựng phần mềm tính toán mô hình hóa và mô phỏng các quá trình lan truyền chất
4 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
Để thực hiện công việc tính toán và mô phỏng quá trình lan truyền chất, cần thực hiện các công việc sau:
- Tổng quan về ô nhiễm nước mặt và các chỉ tiêu đánh giá chất lượng nước
- Tìm hiểu điều kiện tự nhiên và môi trường vùng biển Nam Bộ
- Thu thập tài liệu và tính toán dòng chảy, nhiệt, muối và lan truyền ô nhiễm cho vùng biển Nam Bộ
- Nghiên cứu lý thuyết giải bài toán thủy lực và lan truyền chất hai chiều
- Nghiên cứu module tính toán thủy lực
- Nghiên cứu module tính toán lan truyền chất
- Nghiên cứu module mô phỏng quá trình lan truyền chất
- Xây dựng phần mềm tính toán và mô phỏng
5 MÔ HÌNH DÒNG CHẢY VÀ LAN TRUYỀN CHẤT
5.1 Mô hình dòng chảy
5.1.1 Các phương trình cơ bản
Trang 95.3.2 Kết quả tính toán
Trang 10Mô hình tính dòng chảy và sự lan truyền các chất ô nhiễm: DO, BOD, NO3.
Thời gian thực: 30 ngày
Thời gian tính toán: 24 giờ
6 KẾT LUẬN
Nghiên cứu đã xây dựng được các mô hình tính dòng chảy và các quá trình lan truyền chất ô nhiễm trên vùng biển Nam bộ Ngoài ra việc xậy dựng công cụ mô phỏng diễn biến của các quá trình này cũng là một đóng góp có ý nghĩa cao Tuy vậy, do chưa có được đầy đủ dữ liệu đo đạc tại vùng biển này nên việc kiểm chứng kết quả tính toán chưa được thực hiện đầy đủ Đó cũng là những công việc sẽ được nhóm nghiên cứu tiếp tục phát triển trong thời gian sắp tới
7 TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tài liệu tham khảo tiếng Việt
[1] Nguyễn Thị Thụy Hằng (2007), Xây dựng phần mềm tính toán dòng chảy, nhiệt muối và lan truyền ô nhiễmứng dụng tính cho vịnh Thái Lan, Khóa luận tốt nghiệp, Tp
Hồ Chí Minh
[2] Phân viện Khí tượng Thủy văn và Môi trường phía Nam (2008), Nghiên cứu quá trình tương tác biển – Lục địa và ảnh hưởng của chúng đến các hệ sinh thái ven bờ sông và bờ Tây Nam Bộ, Đề tài cấp nhà nước, Tp Hồ Chí Minh
Tài liệu tham khảo tiếng Anh
[3] Ioannis Tsanis (2006) Environmental Hydraulics -Volume 56: Hydrodynamic and Pollutant Transport Models of Lakes an Coastal Waters Elsevier Press
Trang 11[4] Kiyoshi Horikawa (1988) Nearshore Dynamics and Coastal Processe University of Tokyo Press
[5] Leo C Van Rijn (1993) Principles Of Sediment Transport In Rivers Estuaries And Coastal Seas Delft Hydraulics
[6] U Lumborg, A Windelin (2003) Hydrography and cohesive sediment modelling: application to the Romo Dyb tidal area Journal of Marine Systems 38, 287-303
[7] Usama Saied, I.K Tsanis (2008) A coastal area morphodynamics model Journal of Environmental Modelling & Software 23, 35-49
[8] DHI Software (2007) MIKE 21 NSW - Nearshore spectral wind-wave module User guide
[9] DHI Software (2007) MIKE 21 Flow Model - Mud transport module Scientific Background