Phần Việt Nam: Lai Châu, Sơn La, Hòa Bình, Nghệ An, Thanh Hóa với F=28490km2,L=370km, B=68,8km. - Từ 20o37’30’’ đến 22o37’30’’ B.Từ 103o05’10’’ đến 106o05’10’’ Đ.Sông Mã từ Cẩm Thủy đến cửa Hới, 89,2 km.Sông Chu từ trạm Cửa Đạt đến ngã ba Giàng 79.2 kmSông Lèn từ phân lưu của sông Mã đến cửa biển Lạch Sung, 37,6 kmLạch Trường từ phân lưu với sông Mã đến cửa biển Lạch Trường 23,4 km; kênh De nối Lạch Trường với sông Lèn, 6,6kmBáo Văn: Mỹ Quan Trang đến lưu sông Lèn, 9,5kmSông Bưởi: Thạch Lâm đến dòng chính sông Mã, 76,2 km
Trang 1Báo cáo khóa luận
Ứng dụng mô hình MIKE 11 mô phỏng xâm nhập mặn hạ lưu hệ thống
sông Mã, tỉnh Thanh Hóa
Trình bày: Lê Thị Phương Thu
Giảng viên hướng dẫn: PGS TS Trần Ngọc Anh
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
KHOA KHÍ TƯỢNG THUỶ VĂN VÀ HẢI DƯƠNG HỌC
Trang 2
-***** -Nội dung
Thiết lập
mô hình
Hiệu chỉnh, kiểm định mô hình
Mô phỏng xâm nhập mặn theo các kịch bản
Kết luận
Trang 3Đặt vấn đềTình hình
- Đời sống cộng
Trang 4• Phần Việt Nam: Lai Châu, Sơn La, Hòa Bình,
F=28490km2
,L=370km, B=68,8km
- Từ 20o37’30’’ đến 22o37’30’’ B.
- Từ 103o05’10’’ đến 106o05’10’’ Đ.
- Sông Mã từ Cẩm Thủy đến cửa Hới, 89,2 km.
- Sông Chu từ trạm Cửa Đạt đến ngã ba Giàng
79.2 km
- Sông Lèn từ phân lưu của sông Mã đến cửa
biển Lạch Sung, 37,6 km
- Lạch Trường từ phân lưu với sông Mã đến
cửa biển Lạch Trường 23,4 km; kênh De nối
Lạch Trường với sông Lèn, 6,6km
- Báo Văn: Mỹ Quan Trang đến lưu sông Lèn,
Trang 5Giới thiệu phương pháp nghiên cứu
Các phương pháp cơ bản : thực nghiệm và mô phỏng bằng mô hình
toán
Một số mô hình thường sử dụng trong nước:
TT Tên mô hình Tác giả, bản quyền Loại mô hình
8 FLDWAV Fread - Cục Khí tượng Hoa Kỳ 1 chiều ẩn
11 Phần mềm MIKE Đan Mạch Thủy văn, thủy lực 1, 2 chiều
Trang 6Cơ sở lý thuyết của mô hình thủy lực Mike 11: Được xây dựng trên cơ
sở hệ phương trình Saint Venant và phương trình tải khuếch tán
Cơ sở lý thuyết mô hình
Phương trình liên tục
t
A x
Q gQ x
h gA x
A Q
Q - lưu lượng nước (m3/s)
x - biến không gian
AKC x
C AD x
x
QC t
q – lượng gia nhập khu giữa X,t – tọa độ theo không gian và thời gian
Trang 7Ứng dụng mô hình mô phỏng xâm nhập
mặn hạ lưu hệ thống sông Mã
Thiết lập mô hình
Trang 8Ứng dụng mô hình mô phỏng xâm nhập mặn hạ
Trang 9Điều kiện biên:
- Biên trên là Q = f(t) tại trạm thủy văn Cẩm Thủy trên sông Mã, Cửa
Đạt trên sông Chu, Thạch Lâm trên sông Bưởi, Mỹ Quan Trang trên sông Báo Văn và biên mặn giả thiết bằng 0‰
- Biên dưới của mô hình thuỷ lực là H=f(t) tại ngoài biển phía ngoài
các cửa sông Mã, cửa sông Lèn và cửa sông Lạch Trường và biên AD giả thiết là 32‰
- Điều kiện ban đầu: lấy lưu lượng bằng 0, mực nước bằng mực nước trung bình)
Trang 10Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình thủy lực
• Để đánh giá sai số giứa mực nước, lưu lượng giữa tính toán và thực
đo, sử dụng chỉ tiêu Nash.
, 1
2 , ,
1 1
2
obs i
obs
n
i
i sim i
obs
n
i R
H H
H H
Hobs, i : Mực nước thực đo tại thời điểm thứ i
Hsim, i : Mực nước tính toán tại thời điểm thứ i
Hobs tb : Mực nước thực đo trung bình
Ứng dụng mô hình mô phỏng xâm nhập mặn hạ
lưu hệ thống sông Mã
• Sau khi hiệu chỉnh, giữ nguyên bộ
thông số mô hình, tiến hành kiểm
định với bộ số liệu từ 20/3-
30/3/2010.
Trang 11Ứng dụng mô hình mô phỏng xâm nhập mặn hạ
lưu hệ thống sông Mã
Trang 12Kết quả đánh giá sai số tính toán
Kết quả tính toán với số liệu
thực đo đều cho thấy mực nước
tính toán khá bám sát với mực
nước thực đo tại tất cả các trạm
có tài liệu quan trắc.
Chỉ tiêu Nash trên 80%, bộ
Trang 13Ứng dụng mô hình mô phỏng xâm nhập mặn hạ
lưu hệ thống sông Mã
Kiểm định mô hình thủy lực
Trang 14Ứng dụng mô hình mô phỏng xâm nhập mặn hạ
Kết quả tính toán với số liệu
thực đo các tài liệu quan trắc
cho kết quả tương tự như trong
giai đoạn hiệu chỉnh, thời gian
xuất hiện và pha dao động khá
trùng nhau.
Chỉ tiêu NASH đạt khá, trên
80%, như vậy bộ thông số về độ
Trang 15Ứng dụng mô hình mô phỏng xâm nhập mặn hạ
lưu hệ thống sông Mã
Hiệu chỉnh và kiểm định mô đun AD
Hiệu chỉnh mô đun AD
Giữ nguyên bộ thông số thủy lực đã tìm được, tiến hành hiệu chỉnh hệ số khuyếch tán với bộ số liệu từ ngày 20/3- 30/3/2009
Trang 16Ứng dụng mô hình mô phỏng xâm nhập mặn hạ
lưu hệ thống sông Mã
Hiệu chỉnh mô đun AD
Trang 17Hiệu chỉnh và kiểm định mô đun AD
• Sông Lạch Trường, sông Lèn xâm nhập mặn diễn ra phức tạp Độ mặn 6‰ có thể xâm nhập vào toàn bộ sông
• Các giá trị độ mặn thực đo và tính toán tại các trạm trên có sự sai khác không lớn, chỉ tiêu Nash đạt tiêu chuẩn.
Bộ thông số modun khuếch tán đã hiệu chỉnh trên có thể cho vào mô hình để kiểm định cho bộ số liệu năm 2010.
Ứng dụng mô hình mô phỏng xâm nhập mặn hạ
lưu hệ thống sông Mã
Hiệu chỉnh mô đun AD
Smax tính toán
Trang 18Ứng dụng mô hình mô phỏng xâm nhập mặn hạ
lưu hệ thống sông Mã
Hiệu chỉnh và kiểm định mô đun AD
Kiểm định mô đun AD
Bộ thông số sau khi hiệu chỉnh đã được giữ nguyên để kiểm định với con triều từ ngày 21 - 30/3/2010
Smax tính toán
Smax thực đo
Nash(%)(o/oo) (o/oo)
Trang 19Ứng dụng mô hình mô phỏng xâm nhập mặn hạ
Từ kết quả hiệu chỉnh, kiểm định bộ thông số của mô hình cho hai mô đun HD,AD cho thấy các kết quả mô phỏng khá phù hợp với quan trắc.
Bộ thông số này sẽ được sử dụng tính toán mô phỏng mặn cho các kịch bản được xác định tương ứng với các kịch bản biến đổi khí hậu, nước biển dâng.
Trang 20Ứng dụng mô hình mô phỏng xâm nhập mặn hạ
lưu hệ thống sông Mã
Mô phỏng xâm nhập mặn ứng với các kịch bản BĐKH, nước biển dâng
Lựa chọn kịch bản
Lựa chọn kịch bản mô phỏng dựa trên các kịch bản
BĐKH, nước biển dâng cho Việt Nam Áp dụng cho các
cửa sông thuộc tỉnh Thanh Hóa thuộc khu vực Hòn Dáu-
Ngang.
Trang 21Mô phỏng xâm nhập mặn ứng với các kịch bản BĐKH, nước biển dâng
• Xác định năm 2010 là năm có điều kiện dòng chảy bất lợi
• Biên trên của mô hình chạy cho các kịch bản sẽ lấy là Q = f(t) 2010 tại các trạm trong khoảng thời gian tháng 3/2010
• Lựa chọn kịch bản phát thải ứng cao (A1FI) với các mốc thời gian
mô phỏng là các năm 2030, 2050, 2080 và năm 2100
• Biên dưới của mô hình sẽ là biên thủy triều tương ứng với các kịch bản biến đổi khí hậu và độ mặn được giả thiết là 32‰
Ứng dụng mô hình mô phỏng xâm nhập mặn hạ
Trang 22Ứng dụng mô hình mô phỏng xâm nhập mặn hạ
lưu hệ thống sông Mã
Kết quả chạy các kịch bản dự báo
Mô phỏng xâm nhập mặn ứng với các kịch bản BĐKH, nước biển dâng
+ Theo kịch bản này, ranh giới mặn 20‰ cách cửa sông 14km
+Ranh giới mặn S= 10 (‰) vào sâu 18km ở khu vực Hoằng Hà, Hoằng Hóa + Ranh giới mặn S = 4 (‰) vào sâu tới 22km (qua trạm thủy văn Hàm
Rồng)tính từ cửa sông Nước thuộc loại nước lợ thích hợp cho nuôi trồng
thuỷ sản mà không thể dùng để tưới được
Với S= 1(‰) có thể vào sâu 30km tính từ cửa sông
+ Theo kịch bản này, ranh giới mặn 20‰ cách cửa sông 14km
+Ranh giới mặn S= 10 (‰) vào sâu 18km ở khu vực Hoằng Hà, Hoằng Hóa + Ranh giới mặn S = 4 (‰) vào sâu tới 22km (qua trạm thủy văn Hàm
Rồng)tính từ cửa sông Nước thuộc loại nước lợ thích hợp cho nuôi trồng
thuỷ sản mà không thể dùng để tưới được
Với S= 1(‰) có thể vào sâu 30km tính từ cửa sông
+ Ranh giới mặn 20(‰) cách cửa sông 15.5km
+Ranh giới mặn 10 (‰) cách cửa sông 22km
+ Ranh giới S=5.1(‰) xâm nhập vào hết chiều dài sông (37.404 km) gây khó khăn cho công tác lấy nước tưới phục vụ cho sản xuất nông nghiệp của người dân
+ Ranh giới mặn 20(‰) cách cửa sông 15.5km
+Ranh giới mặn 10 (‰) cách cửa sông 22km
+ Ranh giới S=5.1(‰) xâm nhập vào hết chiều dài sông (37.404 km) gây khó khăn cho công tác lấy nước tưới phục vụ cho sản xuất nông nghiệp của người dân
+Ranh giới mặn 20(‰) cách cửa sông 3.1km
+Ranh giới mặn 10 (‰) cách cửa sông 13km
+Mặn 6.25(‰) cũng xâm nhập hết toàn bộ sông
+Ranh giới mặn 20(‰) cách cửa sông 3.1km
+Ranh giới mặn 10 (‰) cách cửa sông 13km
+Mặn 6.25(‰) cũng xâm nhập hết toàn bộ sông
Trang 23Ứng dụng mô hình mô phỏng xâm nhập mặn hạ
lưu hệ thống sông Mã
Mô phỏng xâm nhập mặn ứng với các kịch bản BĐKH, nước biển dâng
Kết quả chạy các kịch bản dự báo
Khoảng cách xâm nhập mặn vào trong sông ở không có sự khác biệt lớn
so với kịch bản 1
Trên sông Mã:
+Ranh giới mặn 20(‰) cách cửa sông 17km
+Ranh giới mặn 10(‰) cách cửa sông 20km
+Ranh giớimặn 4(‰) xâm nhậpsông 23km tính từ của sông (qua vị trí trạm thủy văn Giàng), 1(‰) xâm nhập vào 30km sông
Khoảng cách xâm nhập mặn vào trong sông ở không có sự khác biệt lớn
so với kịch bản 1
Trên sông Mã:
+Ranh giới mặn 20(‰) cách cửa sông 17km
+Ranh giới mặn 10(‰) cách cửa sông 20km
+Ranh giớimặn 4(‰) xâm nhậpsông 23km tính từ của sông (qua vị trí trạm thủy văn Giàng), 1(‰) xâm nhập vào 30km sông
Ở kịch bản này, khi mực nước biển dâng cao 22cm, mặn xâm nhập vào toàn bộ chiều dài sông Lèn và Lạch Trường
Độ mặn ở đầu các sông có thể >4 ‰
Ở kịch bản này, khi mực nước biển dâng cao 22cm, mặn xâm nhập vào toàn bộ chiều dài sông Lèn và Lạch Trường
Độ mặn ở đầu các sông có thể >4 ‰
Trang 24Ứng dụng mô hình mô phỏng xâm nhập mặn hạ
lưu hệ thống sông Mã
Mô phỏng xâm nhập mặn ứng với các kịch bản BĐKH, nước biển dâng
Kết quả chạy các kịch bản dự báo
+ Độ mặn có thể vào sâu 34km sông, trong đó độ mặn 4(‰) xâm nhập vào trong sông 24km tính từ của sông (qua vị trí trạm thủy văn Giàng)
+ Độ mặn 1(‰) xâm nhập vào trong sông 30km
+ Độ mặn có thể vào sâu 34km sông, trong đó độ mặn 4(‰) xâm nhập vào trong sông 24km tính từ của sông (qua vị trí trạm thủy văn Giàng)
+ Độ mặn 1(‰) xâm nhập vào trong sông 30km
-Sông Lạch Trường, độ mặn 8.5(‰) có thể xâm nhập vào toàn bộ sông
-Đối với sông Lèn, ranh giới mặn 20(‰) vào sâu 15km sông so với cửa Lạch Sung, trong khi đó ranh giới mặn 4‰ có thể xâm nhập vào hầu hết chiều dài sông
-Sông Lạch Trường, độ mặn 8.5(‰) có thể xâm nhập vào toàn bộ sông
-Đối với sông Lèn, ranh giới mặn 20(‰) vào sâu 15km sông so với cửa Lạch Sung, trong khi đó ranh giới mặn 4‰ có thể xâm nhập vào hầu hết chiều dài sông
Trang 25Ứng dụng mô hình mô phỏng xâm nhập mặn hạ
lưu hệ thống sông Mã
Mô phỏng xâm nhập mặn ứng với các kịch bản BĐKH, nước biển dâng
Kết quả chạy các kịch bản dự báo
Đối với sông Mã, khi mực nước triều dâng lên 70cm:
-Mặn có thể xâm nhập vào sâu trong sông 37km tính từ cửa Hới, trong
đó ranh giới mặn 20‰ có thể vào sâu 17km sông tính từ cửa sông
-Ranh giới mặn 4‰ cách cửa Hới 28km
-Ranh giới mặn 1‰ cách cửa sông 32km, cách trạm thủy văn Giàng khoảng 7km
Đối với sông Mã, khi mực nước triều dâng lên 70cm:
-Mặn có thể xâm nhập vào sâu trong sông 37km tính từ cửa Hới, trong
đó ranh giới mặn 20‰ có thể vào sâu 17km sông tính từ cửa sông
-Ranh giới mặn 4‰ cách cửa Hới 28km
-Ranh giới mặn 1‰ cách cửa sông 32km, cách trạm thủy văn Giàng khoảng 7km
Khi mực nước triều tăng thêm 70 cm, mặn xâm nhập vào toàn bộ
chiều dài sông, Lạch Trường độ mặn ở đầu sông là 10‰ đây là kết quả
báo động cần được cảnh báo sớm cho các cán bộ thủy nông và dân cư
sẵn sàng ứng phó và đề ra các giải pháp ngăn mặn xâm nhập
Khi mực nước triều tăng thêm 70 cm, mặn xâm nhập vào toàn bộ
chiều dài sông, Lạch Trường độ mặn ở đầu sông là 10‰ đây là kết quả
báo động cần được cảnh báo sớm cho các cán bộ thủy nông và dân cư
sẵn sàng ứng phó và đề ra các giải pháp ngăn mặn xâm nhập
Trang 26Mô phỏng xâm nhập mặn ứng với các kịch bản BĐKH, nước biển dâng
• Kịch bản 4 là kịch bản bất lợi nhất, mặn xâm nhập sâu nhất vào trong đất liền
• Sự chênh lệch giữa kịch bản 1, kịch bản 2 và 3 là không quá lớn và chưa gây ảnh hưởng quá nghiêm trọng đến tình hình xâm nhập mặn ở các vùng hạ lưu sông Mã.
• Kết quả đưa ra nhằm cảnh báo xâm nhập mặn với điều kiện bất lợi xảy ra và nâng cao nhận thức của người dân về những ảnh hưởng của xâm nhập mặn.
Ứng dụng mô hình mô phỏng xâm nhập mặn hạ
lưu hệ thống sông Mã
Nhận xét:
Trang 27• Đã đánh giá tổng quan về điều kiện địa lí tự nhiên, điều kiện kinh
tế - xã hội tỉnh Thanh Hóa
• Tổng quan phương pháp nghiên cứu cơ sở lý thuyết mô hình MIKE 11, tập vào hai mô đun HD và AD.
• Thiết lập mô hình, hiệu chỉnh, kiểm định bộ thông số cho 2 moodun HD,AD cho bộ số liệu thực đo trong thời gian 17/3 – 30/3/2009, Nash đạt chỉ tiêu 59-88%
• Mô phỏng xâm nhập mặn ở khu vực theo 4 kịch bản ứng với kịch bản BĐKH, nước biển dâng.
Kết luận
Trang 28XIN CHÂN THÀNH CẢM ƠN!
Trang 29•Khí hậu: Thuộc vùng Bắc Trung Bộ, miền khí hậu nhiệt đới gió mùa với
- Độ ẩm: Độ ẩm không khí tương đối TB năm khoảng 85-86%
- Gió : Hướng gió phổ biến mùa Đông là Tây Bắc và Đông Bắc, mùa hè là Đông và Đông Nam
Giới thiệu khu vực nghiên cứu
Đặc điểm khí hậu, thủy văn,
sông ngòi
Trang 30Giới thiệu khu vực nghiên cứu
- Chủ yếu là nông nghiệp: 60% là trồng lúa còn lại là
trồng màu và cây công nghiệp ngắn ngày
- Thuỷ hải sản :tập trung chủ yếu ở hạ du Ngành thuỷ
sản đang là có nhiều tiềm năng phát triển cả về ngư
nghiệp đánh bắt và nuôi trồng ven bờ
- Công nghiệp: Sản xuất xi măng, gạch, mía đường,
đang trên đà phát triển trong tương lai nó giữ vai trò chủ
đạo trong nền kinh tế của lưu vực
- Các ngành giao thông vận tải, y tế, giáo dục và du lịch
cũng đang có những chuyển biến lớn, đời sống của nhân
dân dần được nâng cao
• Kinh tế xã hội
- Chủ yếu là nông nghiệp: 60% là trồng lúa còn lại là
trồng màu và cây công nghiệp ngắn ngày
- Thuỷ hải sản :tập trung chủ yếu ở hạ du Ngành thuỷ
sản đang là có nhiều tiềm năng phát triển cả về ngư
nghiệp đánh bắt và nuôi trồng ven bờ
- Công nghiệp: Sản xuất xi măng, gạch, mía đường,
đang trên đà phát triển trong tương lai nó giữ vai trò chủ
đạo trong nền kinh tế của lưu vực
- Các ngành giao thông vận tải, y tế, giáo dục và du lịch
cũng đang có những chuyển biến lớn, đời sống của nhân
dân dần được nâng cao
Nghiên cứu tình hình xâm nhập mặn trên hạ lưu hệ thống sông này
là quan trọng và cần thiết cho sự phát triển KT - XH khu vực.
Nghiên cứu tình hình xâm nhập mặn trên hạ lưu hệ thống sông này
là quan trọng và cần thiết cho sự phát triển KT - XH khu vực.
Nhu cầu lớn
về nguồn nước trên lưu vực sông
Mã cả
về lượng
và chất
Nhu cầu lớn
về nguồn nước trên lưu vực sông
Mã cả
về lượng
và chất
Trang 31Giới thiệu phương pháp nghiên cứu
ứng dụng họ MIKE được DHI (Danish Hydraulic Institute) phát triển
• MIKE 11 là mô hình thủy lực một chiều, một phần mềm kỹ thuật chuyên dụng mô phỏng lưu lượng, chất lượng nước và vận chuyển bùn cát ở cửa sông, sông, hệ thống tưới, kênh dẫn và các hệ thống dẫn nước khác
• Thân thiện với người sử dụng nhằm phân tích chi tiết, thiết kế, quản lý và vận hành cho sông và hệ thống kênh dẫn đơn giản và phức tạp
Giới thiệu mô hình
Trang 32Giới thiệu phương pháp nghiên cứu
• Ứng dụng:
• Tính toán và mô phỏng thủy lực mạng sông
• Mô phỏng quá trình vận hành hệ thống công trình thủy lợi
• Mô phỏng hồ chứa , các khu chứa lũ,bãi tràn
• Dự báo lũ và vận hành hồ chứa
• Mô phỏng chất lượng nước, vận chuyển bùn cát và tải khuếch tán
• Vận hành hệ thống tưới và tiêu thoát nước mặt
• Thiết kế các hệ thống kênh dẫn
• Nghiên cứu sóng triều và dòng chảy do mưa ở sông và cửa sông
Giới thiệu mô hình
Trang 33• MIKE 11 có một số ưu điểm nổi trội so với các mô hình khác như:
- Liên kết với GIS
- Kết nối với các mô hình thành phần khác của bộ MIKE MIKE NAM, MIKE 21, mô hình dòng chảy nước dưới đất, MIKE SHE
- Tính toán chuyển tải chất khuyếch tán,
-Vận hành công trình,
- Tính toán quá trình phú dưỡng…
-Dễ sử dụng và không đòi hỏi nhiều kinh phí như một số mô hình trên
Giới thiệu mô hình
Giới thiệu phương pháp nghiên cứu
Trang 34Ứng dụng mô hình mô phỏng xâm nhập mặn hạ
lưu hệ thống sông Mã
Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình thủy lực
• Sử dụng chuỗi số liệu khảo sát đồng bộ tại các vị trí trong mạng sông
từ 16/3 – 27/3/2009 để tiến hành hiệu chỉnh mô hình.
Giả thiết
bộ thông
số
Chạy mô hình
So sánh thực đo và tính toán