Slide: ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE 11 MÔ PHỎNG XÂM NHẬP MẶN HẠ LƯU HỆ THỐNG SÔNG LAM

Khóa luận được bố cục thành 3 chương (không kể mở đầu và kết luận)Chương 1: Giới thiệu chung về khu vực nghiên cứu và tình hình xâm nhập mặn.Chương 2: Cơ sở lý thuyết mô hình Mike 11Chương 3: Ứng dụng mô hình vào mô phỏng xâm nhập mặn

TRƯỜNG ĐH KHTN – ĐH QGHN KHOA KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN VÀ HẢI DƯƠNG HỌC

TRƯỜNG ĐH KHTN – ĐH QGHN KHOA KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN VÀ HẢI DƯƠNG HỌC

Cán bộ hướng dẫn: PGS.TS Trần Ngọc Anh

Sinh viên thực hiện: Phan Thị Ghi

Cán bộ hướng dẫn: PGS.TS Trần Ngọc Anh

Sinh viên thực hiện: Phan Thị Ghi

Báo cáo khóa luận

ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE 11

MÔ PHỎNG XÂM NHẬP MẶN

HẠ LƯU HỆ THỐNG SÔNG LAM

Báo cáo khóa luận

ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE 11

MÔ PHỎNG XÂM NHẬP MẶN

HẠ LƯU HỆ THỐNG SÔNG LAM

ĐẶT VẤN ĐỀ

Xâm nhập mặn biến động phức tạp theo không gian và thời gian

Công trình giao thông thủy

Cung cấp nước cho nông nghiệp

Sông Lam là lưu vực lớn thứ 2 ở vùng Bắc Trung Bộ, việc cung cấp nguồn nước cho dân cư trong khu vực hạ lưu đóng vai trò quan trọng trong phát triển kinh tế.

 Mô phỏng xâm nhập mặn vùng hạ lưu sông Lam là đề tài có nhu cầu cấp thiết

và ý nghĩa thực tiễn cao.

Lưu vực sông Lam Diện tích: 27.200 km2

• Phía Đông giáp với biển Đông

Lưu vực sông Lam Diện tích: 27.200 km2

• Phía Đông giáp với biển Đông

1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU

Khu vực nghiên cứu (hạ lưu

hệ thống sông Lam):

 Nghệ An: huyện Nam Đàn

(23 xã), huyện Hưng Nguyên

 Nghệ An: huyện Nam Đàn

(23 xã), huyện Hưng Nguyên

2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÔ HÌNH MIKE 11

1 Mô đun thủy động lực - HD

Q gQ x

h gA x

A Q t

Trong đó:

A - diện tích mặt cắt ngang (m 2)

t - thời gian (s)

Q - lưu lượng nước (m 3 /s)

x - biến không gian

C AD x

x

QC t

q – lượng gia nhập khu giữa

X, t – tọa độ theo không gian và thời gian

Phương pháp giải: pp sai phân

b)Thiết lập mạng thủy lực:

Đoạn diễn toán giới hạn bởi:

- Sông chính là sông Cả dài 67km từ trạm

Yên Thượng → cửa Hội

- Nhánh cấp 1 sông La dài 17,5 km từ trạm

Linh Cảm tới hợp lưu với sông Cả tại

điểm gần trạm Chợ Tràng.

- 2 nhánh cấp 2 là sông Ngàn Sâu dài 25km

từ trạm Hòa Duyệt và sông Ngàn Phố dài

28km từ trạm Sơn Diệm đến đoạn nhập

lưu tạo thành sông La tại trạm Linh Cảm.

c) Điều kiện biên:

- Biên thủy lực:

Biên trên: Lưu lượng thực đo tại các trạm Yên Thượng, Hòa Duyệt và Sơn Diệm

Biên dưới: Mực nước thực đo tại Cửa Hội

3 ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE 11 VÀO TÍNH TOÁN

XÂM NHẬP MẶN

1 Xây dựng mô hình:

- Biên mặn:

Độ mặn tại các biên trên : giả thiết bằng 0

Độ mặn tại biên dưới – Cửa Hội (giả thiết bằng hằng số: 32‰)

3 ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE 11 VÀO TÍNH TOÁN

XÂM NHẬP MẶN

Hiệu chỉnh từ 1h00 ngày 2/2/2006 - 1h00 ngày 31/3/2006

Kiểm định từ 1h00 ngày 2/2/2007 - 1h00 ngày 31/3/2007

Tại các trạm Linh Cảm, Chợ Tràng và Bến Thủy

Sai số thu được từ mô hình tính theo chỉ tiêu Nash:

i

n i

i i

O O

O

P Nash

1

2 1

2

)(

)

(1

Nash > 0.4 phương án dự báo đạt

a) Hiệu chỉnh và kiểm định mô đun HD:

2 Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình:

Nash (%) Đánh giá chất lượng dự báo

< 40 Kém

40 – 70 Trung bình

70 – 85 Khá

85 – 100 Tốt

3 ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE 11 VÀO TÍNH TOÁN

Trạm Bến Thủy: R = 0.89

-0.800 -0.600 -0.400 -0.200 0.000 0.200 0.400 0.600 0.800 1.000

-1.000 -0.500 0.000 0.500 1.000 1.500

Nhận xét:

- Kết quả so sánh giá trị thực đo và tính toán tại Chợ Tràng, Linh Cảm và Bến Thủy cho thấy giá trị tính toán từ mô hình tương đối phù hợp với giá trị thực đo, nhất là về pha dao động Tùy triều cường hay triều kém mà một ngày có 1 (2) lần mực nước cực đại và 1 (2) lần mực nước cực tiểu.

3 ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE 11 VÀO TÍNH TOÁN

3 ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE 11 VÀO TÍNH TOÁN

-1.000 -0.800 -0.600 -0.400 -0.200 0.000 0.200 0.400 0.600 0.800 1.000

-1.500 -1.000 -0.500 0.000 0.500 1.000 1.500 2.000 2.500

3 ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE 11 VÀO TÍNH TOÁN

XÂM NHẬP MẶN

2 Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình:

 Hiệu chỉnh mô đun AD:

Sai số thu được từ mô hình tính theo chỉ tiêu IOA (theo WMO) cho mô đun xâm nhập măn:

IOA > 0.5 phương án dự báo đạt

Pi: giá trị dự báoOi: giá trị thực đo : trung bình thực đon: số giá trị trong lần dự báo

i i

n i

i i

O O O P

P

O IOA

1

2 1

2

) (

)

( 1

Giữ nguyên bộ thông số thủy lực đã tìm được, tiến hành hiệu chỉnh hệ số khuyếch tán với thời đoạn 1h00 ngày 2/2/2006 đến 1h00 ngày 31/3/2006 tại trạm Bến Thủy

a) Hiệu chỉnh và kiểm định mô đun AD:

7-2-2006 12-2-2006 17-2-2006 22-2-2006 27-2-2006 4-3-2006 9-3-2006 14-3-2006 19-3-2006 24-3-2006 29-3-2006 0.0

[PSU] Time Series Salinity

3 ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE 11 VÀO TÍNH TOÁN

XÂM NHẬP MẶN

2 Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình:

 Hiệu chỉnh mô đun AD: Bộ thông số ADTrạm Bến Thủy: IOA = 51%

River Name Chainage Dispersion factor Exponent Minimum coef. Maximum coef.

3 ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE 11 VÀO TÍNH TOÁN

XÂM NHẬP MẶN

2 Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình:

 Kiểm định mô đun AD:

Giữ nguyên bộ thông số khuyếch tán, tiến hành kiểm định với số liệu độ mặn tại Bến Thủy từ 1h ngày 2/2/2007 đến 1h ngày 31/3/2007: IOA = 62%

6-2-2007 11-2-2007 16-2-2007 21-2-2007 26-2-2007 3-3-2007 8-3-2007 13-3-2007 18-3-2007 23-3-2007 28-3-2007 0.0

- Sự phù hợp giữa số liệu tính toán và thực đo đã khẳng định bộ thông số hệ số

khuyếch tán tìm được đủ khả năng thể hiện được các tính chất và đặc trưng của

các quá trình lan truyền chất nói chung và mặn nói riêng

Kết luận:

Bộ thông số thủy lực (HD), khuyếch tán (AD) tìm được đủ đảm bảo độ tin cậy

để có thể áp dụng mô hình cho các phương án tính toán tiếp theo

3 ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE 11 VÀO TÍNH TOÁN

XÂM NHẬP MẶN

2 Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình:

 Kiểm định mô đun AD:

3 ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE 11 VÀO TÍNH TOÁN

XÂM NHẬP MẶN

3 Ứng dụng mô hình vào tính toán xâm nhập mặn theo các kịch bản:

Dự báo sự dâng mực nước biển trung bình tùy theo các kịch bản phát triển

kinh tế và công nghệ khác nhau

a) Dự báo của IPCC:

- Theo dự báo của IPCC

đến năm 2100 mực nước

biển trung bình của các

đại dương thế giới sẽ

tăng thêm khoảng 0,1 -

Dựa trên các phân tích và đánh giá trên, tiến hành thử nghiệm bộ mô hình

đã được kiểm định với kịch bản theo hướng bất lợi (kịch bản phát thải cao) cho 3 trường hợp:

Kịch bản 1: Q năm 2007 tại các biên trên, biên dưới là biên triều năm 2007 cộng với mực nước biển dâng theo dự báo 20cm (dự báo năm 2040).

Kịch bản 2: Q năm 2007 tại các biên trên, biên dưới là biên triều năm 2007 cộng với mực nước biển dâng theo dự báo 60cm (dự báo năm 2080).

Kịch bản 3: Q năm 2007 tại các biên trên, biên dưới là biên triều năm 2007 cộng với mực nước biển dâng theo dự báo 90cm (dự báo năm 2100).

3 ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE 11 VÀO TÍNH TOÁN

XÂM NHẬP MẶN

3 Ứng dụng mô hình vào tính toán xâm nhập mặn theo các kịch bản:

3 ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE 11 VÀO TÍNH TOÁN

XÂM NHẬP MẶN

Đường quá trình độ mặn lớn nhất dọc sông Cả kịch bản 1

3 Ứng dụng mô hình vào tính toán xâm nhập mặn theo các kịch bản:

Đường quá trình độ mặn lớn nhất dọc sông Cả kịch bản 2

Sơ đồ ranh giới mặn theo kịch bản 1

3 ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE 11 VÀO TÍNH TOÁN

Kịch bản 2

Kịch bản 3

3 ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE 11 VÀO TÍNH TOÁN

XÂM NHẬP MẶN

3 Ứng dụng mô hình vào tính toán xâm nhập mặn theo các kịch bản:

• Kịch bản 3 là kịch bản bất lợi nhất, mặn xâm nhập sâu nhất vào trong đất liền (giới hạn 1‰ vào sâu hơn Kb2 là 9km và sâu hơn Kb1

 Tổng quan về điều kiện địa lý tự nhiên, kinh tế xã hội và tình hình xâm nhập mặn khu vực hạ lưu sông Lam.

 Tổng quan cơ sở lý thuyết mô hình MIKE 11, tập trung chủ yếu vào 2 mô đun: mô đun thủy lực (HD) và mô đun khuyếch tán (AD)

 Thiết lập mạng lưới thủy lực khu vực hạ lưu sông Lam, đoạn nhánh chính sông Cả dài khoảng 67km từ trạm Yên Thượng tới Cửa Hội, nhánh phụ lưu cấp 1 sông La dài khoảng 17.5km từ trạm Linh Cảm tới hợp lưu với sông Cả 2 nhánh phụ lưu cấp

2 là sông Ngàn Phố dài 28km từ trạm Sơn Diệm đến Linh Cảm, sông Ngàn Sâu dài 25km từ trạm Hòa Duyệt đến Linh Cảm

 Hiệu chỉnh (2/2-31/3/2006) và kiểm định (2/2-31/3/2007) 2 mô đun HD và AD cho kết quả đạt loại trung bình – khá

 Ứng dụng mô hình với bộ thông số đã được hiệu chỉnh và kiểm định vào mô phỏng, tính toán xâm nhập mặn theo 3 kịch bản cho trước

Kết luận

EM XIN CHÂN THÀNH CẢM ƠN!

Giả thiết

bộ thông

số

Chạy mô hình

So sánh thực đo và tính toán

3 ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE 11 VÀO TÍNH TOÁN

b) Tài liệu thủy văn:

 Lưu lượng (mực nước) tại các biên trên, dưới – Cửa Hội

 Độ mặn tại biên trên, dưới

Mực nước, độ mặn tại trạm hiệu chỉnh và kiểm định

b) Tài liệu địa hình:

 Bản đồ khu vực hạ lưu sông Lam

Mặt cắt ngang, dọc tuyến sông

Độ mặn dưới 1‰, được đánh giá là nước ngọt, cung cấp cho sinh hoạt

Độ mặn < 4‰ , có thể cũng cấp nước tưới cho nông nghiệp

Độ mặn từ 10 – 15‰ có thể gây hại cho các công trình giao thông thủy

Vào năm 2000, phong trào nuôi Tôm Sú nước lợ bắt đầu phát triển nhanh và mạnh (tốc độ tăng diện tích trung bình 25% năm giai đoạn 2000-2007) tại địa bàn tỉnh Quảng Trị, và lan nhanh ra các tỉnh lân cận trong đó có khu vực nghiên cứu Độ mặn thích hợp nhất cho Tôm Sú phát triển từ 15 đến 25 ‰

Ảnh hưởng xâm nhập mặn đến các ngành kinh tế xã hội

Sơ đồ sai phân 6 điểm ẩn Abbott trong mặt phẳng x~t

PPGiải: PP sai phân hữu hạn 6 điểm ẩn Abbott

Nhánh sông với các điểm lưới xem kẽ

TT Tên mô hình Tác giả, bản quyền Loại mô hình

Nhận xét: Theo kịch bản 1: Khi nước biển dâng thêm 20 (cm)

- Ranh giới mặn 1‰ chưa tiến đến Chợ Tràng, cách Chợ Tràng 11.5km về phía cửa biển và cách cửa biển 23.5(km)

- Ranh giới mặn 4‰ sẽ lên đến vị trí cách cửa biển 17(km)

- Ranh giới mặn 10‰ sẽ lên đến vị trí cách cửa biển 15(km)

Kịch bản 2: Khi mực nước biển dâng thêm 60 (cm)

- Ranh giới mặn 1‰ tiến sâu vào trong nhưng vẫn chưa đến Chợ Tràng, cách Chợ Tràng 6.5(km)

về phía biển và cách cửa biển 28.5(km)

- Ranh giới mặn 4‰ sẽ lên đến vị trí cách cửa biển 18.5(km)

- Ranh giới mặn 10‰ sẽ lên đến vị trí cách cửa biển 16(km)

Kịch bản 3: Mực nước biển dâng thêm 90 (cm), thì:

- Ranh giới mặn 1‰ đã tiến sâu vào quá Chợ Tràng, cách Chợ Tràng 4(km) về phía thượng lưu

và cách cửa biển 37.5(km) Tuy nhiên ranh giới mặn vẫn chưa lên đến sông La (Linh Cảm).

- Ranh giới mặn 4‰ sẽ lên đến vị trí cách cửa biển 19.5(km)

- Ranh giới mặn 10‰ sẽ lên đến vị trí cách cửa biển 16.5(km)

Bảng tóm tắt ranh giới mặn theo các kịch bản

3 ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE 11 VÀO TÍNH TOÁN

Cách cửa biển (km)

Nghệ

Hưng Lam

Hưng Nguyên

Nghệ

Hưng Lam