Preliminary data of the biodiversity in the area ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Nguyễn Quốc Trinh NGHIÊN CỨU LAN TRUYỀN DẦU Ở BIỂN ĐÔNG PHỤC VỤ CẢNH BÁO VÀ TÌM KIẾ[.]
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Nguyễn Quốc Trinh NGHIÊN CỨU LAN TRUYỀN DẦU Ở BIỂN ĐÔNG PHỤC VỤ CẢNH BÁO VÀ TÌM KIẾM NGUỒN THẢI LUẬN ÁN TIẾN SĨ HẢI DƯƠNG HỌC Hà Nợi - 2018 ĐẠI HỌC Q́C GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Nguyễn Quốc Trinh NGHIÊN CỨU LAN TRUYỀN DẦU Ở BIỂN ĐƠNG PHỤC VỤ CẢNH BÁO VÀ TÌM KIẾM NGUỒN THẢI Chuyên ngành: Hải Dương học Mã số: 62 44 02 28 LUẬN ÁN TIẾN SĨ HẢI DƯƠNG HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC HDC: PGS.TS Nguyễn Minh Huấn HDP: PGS.TS Phùng Đăng Hiếu XÁC NHẬN NCS ĐÃ CHỈNH SỬA THEO QUYẾT NGHỊ CỦA HỘI ĐỒNG ĐÁNH GIÁ LUẬN ÁN TM Tập thể hướng dẫn khoa học Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận án Tiến sĩ PGS TS Nguyễn Minh Huấn GS TS Đinh Văn Ưu Hà Nội - 2018 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan, cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu tài liệu sử dụng luận án trung thực Các kết nghiên cứu nêu luận án trung thực chưa công bố cơng trình nghiên cứu khác Hà Nội, ngày tháng 03 năm 2018 Tác giả Nguyễn Quốc Trinh i LỜI CẢM ƠN Luận án hồn thành khoa Khí tượng, Thuỷ văn Hải dương học thuộc Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội giai đoạn từ năm 2011 đến 2016 Để luận án hoàn thành đạt kết này, nghiên cứu sinh gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy hướng dẫn trực tiếp PGS TS Nguyễn Minh Huấn PGS TS Phùng Đăng Hiếu, thầy khoa Khí tượng, Thuỷ văn Hải dương học nói riêng Trường Đại học Khoa học Tự nhiên nói chung, bạn bè đồng nghiệp tạo điều kiện tốt vật chất tinh thần cho nghiên cứu sinh học tập, trao đổi lĩnh hội kiến thức Nghiên cứu sinh trân trọng cảm ơn đến Hội đồng Khoa học góp ý nhiều để nội dung luận án hồn thiện tốt Để có ngày hôm nay, nghiên cứu sinh cảm ơn bố mẹ người thân gia đình ln thương yêu, động viên khích lệ vật chất tinh thần Nghiên cứu sinh trân trọng cảm ơn tất người ủng hộ, tạo điều kiện động viên khích lệ tinh thần để luận án hoàn thành Nghiên cứu sinh Nguyễn Quốc Trinh ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT vi DANH MỤC BẢNG BIỂU vii DANH MỤC HÌNH VẼ viii MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu nghiên cứu Nội dung nhiệm vụ nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn Các đóng góp luận án Bố cục luận án CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ THỰC TRẠNG SỰ CỐ DẦU TRÀN VÀ CÁC NGHIÊN CỨU DẦU TRÀN TRÊN BIỂN 1.1 Thực trạng cố tràn dầu biển giới, khu vực Biển Đông biển Việt Nam 1.1.1 Hiện trạng cố dầu tràn giới 1.1.2 Hiện trạng cố dầu tràn khu vực Biển Đông biển Việt Nam 1.1.3 Nguy xảy cố dầu tràn khu vực biển Việt Nam Biển Đông 1.2 Tình hình nghiên cứu mơ dầu tràn biển 11 iii 1.2.1 Tình hình nghiên cứu mơ dầu tràn biển giới 12 1.2.2 Tình hình nghiên cứu mô dầu tràn biển nước 14 1.3 Tình hình nghiên cứu khả tìm kiếm nguồn thải 17 1.3.1 Tình hình nghiên cứu khả tìm kiếm nguồn thải giới 17 1.3.2 Tình hình nghiên cứu khả tìm kiếm nguồn thải dầu nước 18 1.4 Kết luận chương 19 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH LAN TRUYỀN DẦU VÀ KHẢ NĂNG TÌM KIẾM NGUỒN THẢI DẦU 21 2.1 Phương pháp nghiên cứu lan truyền biến đổi dầu 21 2.1.1 Cơ sở lý thuyết lan truyền biến đổi dầu xuôi thời gian 23 2.1.2 Cơ sở lý thuyết lan truyền biến đổi dầu ngược thời gian 29 2.2 Tham số hóa q trình động lực phong hố dầu tràn 34 2.2.1 Các trình động lực của dầu tràn 35 2.2.2 Các q trình phong hóa dầu của dầu tràn 39 2.3 Phương pháp rời rạc hoá, tiêu đánh giá sơ đồ thuật toán 51 2.3.1 Phương pháp giải số 51 2.3.2 Phương pháp rời rạc hoá với sơ đồ sai phân hữu hạn 53 2.3.3 Các sơ đồ cấu trúc thuật toán 64 2.3.4 Chỉ tiêu đánh giá sai số 69 2.4 Kết luận chương 72 CHƯƠNG ĐÁNH GIÁ, PHÂN TÍCH VÀ THẢO LUẬN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG CHO KHU VỰC BIỂN ĐÔNG 73 3.1 Các bước thực thơng tin liệu phục vụ tính toán 73 3.1.1 Các bước thực 73 3.1.2 Thông tin liệu phục vụ làm đầu vào cho tính tốn 74 iv 3.2 Kết nghiên cứu đánh giá kiểm nghiệm xuôi thời gian 82 3.2.1 Ðánh giá hiệu ứng của sơ đồ sai phân luới kết hợp luới 82 3.2.2 Đánh giá kiểm ngiệm hiệu ứng của thành phần tham gia 84 3.2.3 Đánh giá kiểm nghiệm hiệu ứng khuếch tán số xuôi thời gian 88 3.3 Kết nghiên cứu đánh giá thử nghiệm xuôi thời gian 92 3.3.1 Đánh giá thử nghiệm điều kiện môi trường đồng xuôi thời gian 92 3.3.2 Đánh giá thử nghiệm điều kiện mơi trường trung bình tháng xi thời gian 95 3.3.3 Đánh giá thử nghiệm điều kiện môi trường thực xuôi thời gian 99 3.4 Kết nghiên cứu khả tìm kiếm nguồn thải ngược thời gian 105 3.4.1 Một số kết mô ngược thời gian giới 105 3.4.2 Đánh giá thử nghiệm ngược thời gian điều kiện môi trường đồng 107 3.4.4 Đánh giá thử nghiệm điều kiện môi trường biến đổi thực ngược thời gian 114 3.4.5 Đánh giá kiểm nghiệm hiệu ứng khuếch tán số ngược thời gian 122 3.5 Đánh giá độ ổn định mơ hình xi – ngược theo thời gian 124 3.6 Đánh giá độ ổn định mơ hình ngược - xi thời gian 128 3.7 Kết luận chương 131 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 132 Kết luận 132 Kiến nghị 132 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ CÓ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 134 TÀI LIỆU THAM KHẢO 135 PHỤ LỤC 150 v DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT API: Viện Dầu khí Hoa Kỳ (American Petroleum Institute) NOAA: Cục Khí tượng Đại dương Quốc gia Hoa Kỳ (National Oceanic and Atmospheric Administration) ITOPF: Liên đồn Ứng phó nhiễm biển Quốc tế (International Tanker Owners Pollution Federation Ltd) ASCE: Hiệp hội kỹ sư dân dụng Mỹ (American Society of Civil Engineers) CFSR: Hệ thống liệu khí hậu tái phân tích (Climate Forecast System Reanalysis) POM: Mơ hình Đại dương Trường Đại học Princeton (Princeton Ocean Model) SWAN: Mô hình hình mơ sóng ven bờ (Simulating WAves Nearshore) LPTMs: Mơ hình Lagrangian theo dõi quỹ đạo hạt (Lagrangian Particle-Tracking Models) BITT: Quỹ đạo ngược thời gian (Backward-in-Time-Trajectory) LCSs: Cấu trúc nhánh kết hợp Lagrangian (Lagrangian Coherent Structures) BP : Dầu khí Anh quốc (British Petroleum) nnk: Nhiều người khác vi DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Thống kê số vụ tràn dầu lớn hàng hải từ 1970 đến 2015 Bảng 2.1 Đặc trưng mật độ 15oC loại dầu 25 Bảng 2.2 Tổng hợp thông số đặc trưng tham số hố q trình động lực, phong hố tính chất dầu 50 Bảng 2.3 Hệ thống trình hố mơ hình dầu tràn vật thể trơi biển 71 Bảng 3.1 Thông tin liệu đầu vào phục vụ tính tốn lan truyền biến đổi dầu tràn 80 Bảng 3.2 Kết tính tốn theo số NASH, PBIAS, RMSE hàm tương quan trường hợp thành phần tham gia 85 Bảng 3.3 Kết mơ diện tích lớp dầu tràn mặt biển với kịch bước lưới khác 89 Bảng 3.4 Kết tính tốn theo số NASH, PBIAS, RMSE hàm tương quan mô dầu tràn theo thời gian với yếu tố môi trường chế độ tháng 96 Bảng 3.5 Kết tính toán theo số NASH, PBIAS, RMSE hàm tương quan lan truyền dầu với yếu tố môi trường (CFSR POM) theo thời gian thực 100 Bảng 3.6 So sánh đánh giá kết lan truyền dầu thải ngược thời gian theo số NASH, PBIAS, RMSE hàm tương quan 108 Bảng 3.7 Kết tính tốn theo số NASH, PBIAS, RMSE hàm tương quan lan truyền dầu theo thời gian với yếu tố môi trường chế độ tháng 111 Bảng 3.8 Kết tính tốn theo số NASH, PBIAS, RMSE hàm tương quan lan truyền dầu với yếu tố môi trường (CFSR POM) theo thời gian thực 115 vii DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Một số hình ảnh tàu bị tai nạn gây cố tràn dầu giới Hình 1.2 Đồ thị phân bố số vụ tràn dầu quốc gia có cố dầu tràn nhiều giới giai đoạn 1992-2011 Hình 1.3 Sơ đồ phân bố tàu hoạt động có phát báo Biển Đông lân cận giai đoạn 1995-2005 Hình 1.4 Sơ đồ phân bố cố tràn dầu khu vực Biển Đông lân cận giai đoạn 1976-2005 Hình 1.5 Sơ đồ phân bố mật độ dầu (triệu tấn/năm) vận chuyển qua tuyến hàng hải khu vực Biển Đông lân cận năm 2005 Hình 1.6 Bản đồ phân bố vệt dầu tràn từ ảnh vệ tinh Biển Đông năm 2007 2008 Hình 1.7 Phân bố tiềm dầu khí khu vực Biển Đông lân cận giai đoạn 2006-2007 10 Hình 1.8 Giao diện website quản lý tàu vận tải dầu Cục Hàng hải Việt Nam 10 Hình 1.9 Hệ thống giao thơng hàng hải quốc tế vận chuyển dầu biển 11 Hình 2.1 Các trình vật lý, phong hóa biến đổi dầu tràn biển 21 Hình 2.2 Sơ đồ nguyên lý trình lan truyền biến đổi tính chất dầu tràn 23 Hình 2.3 Sơ đồ mơ tả q trình tác dụng lực làm di chuyển xi- ngược theo thời gian 29 Hình 2.4 Sơ đồ mơ tả q trình khuếch tán vật chất xi- ngược theo thời gian 30 Hình 2.5 Sơ đồ mơ tả q trình bảo tồn vật chất xi- ngược theo thời gian 30 Hình 2.6 Sơ đồ trình động lực phong hoá biến đổi theo thời gian 34 Hình 2.7 Biến đổi hệ số khuếch tán ngang theo thời gian 38 Hình 2.8a Hình ảnh nhũ tương biển 39 Hình 2.8b Biến đổi tỷ lệ phần dầu bị nhũ tương (Fw) theo thời gian 39 Hình 2.9a Tỷ lệ bay nhiệt độ 15oC cho số loại dầu khác 40 Hình 2.9b Biến đổi tỷ phần bay (Fe) theo thời gian 40 viii Bài toán lan truyền chất sử dụng số Peclet [153] phụ thuộc vào điều kiện ổn định [51] : x x 2 ; y ; y 2 t ; (2V ) Dx (2Vy )max Dy x max (2.92) đó, t quy mơ thời gian theo bước tính [s]; x y quy mô ngang bước lưới tính theo trục x y [m]; (Vx)max (Vy)max tốc độ dịch chuyển dầu cực đại theo trục x y [m.s-1]; Dx Dy tham số khuếch tán ngang theo trục x y [m2.s-1] 2.3.3 Các sơ đồ cấu trúc thuật toán Dựa sở phương pháp rời rạc hoá với sơ đồ sai phân trên, chương trình tính tốn thiết kế xây dựng để giải hệ phương trình (2.1 2.2) xuôi theo thời gian hệ phương trình (2.14 2.15) ngược thời gian có kết hợp tính tốn q trình phong hố biến đổi tính chất dầu, chương trình xây dựng theo sơ đồ khối thể hình vẽ 2.19 Danh sách file số liệu đầu vào: - File thông tin liệu miền tính, thời gian tính, bước tính, yếu tố tính, yếu tố mơi trường tham gia tính tốn (Phụ lục 2.3 2.7); - File số liệu địa hình phục vụ cho tính tốn (Phụ lục 2.9 2.9a); - File số liệu thông tin tràn dầu gồm vị trí, thời điểm lượng dầu, thời gian dầu tràn (Phụ lục 2.4 2.8) Thông tin file cho phép tính tốn dầu tràn lần khoảng thời gian vị trí tai nạn giàn khoan, kho chứa, tàu thuyền rò rỉ dầu tràn biển; lần khoảng thời gian nhiều vị trí cố dầu tràn trơi biển năm 2007 2008 - Các file số liệu yếu tố mơi trường gồm gió, nhiệt độ khơng khí, mực nước, sóng, dịng chảy mặt, nhiệt độ mặt nước biển, độ muối tầng nước mặt (Phụ lục 2.10, 2.10a, 2.11, 2.11a, 2.12, 2.12a, 2.13 2.13a) Thông tin file 64 cho phép tính tốn với nhiều định dạng quy mơ lưới khác theo yếu tố môi trường đầu vào Từ hình vẽ 2.19 đến hình vẽ 2.23 thể sơ đồ khối chương trình chương trình thành phần tràn dầu Hình 2.19 thể sơ đồ thuật tốn chương trình Hình 2.20 thể sơ đồ khối chương trình tính tốn q trình động lực, phong hoá biến đổi dầu Trong sơ đồ cho thấy q trình tính tốn thực với số liệu nguồn cập nhật, bình lưu, khuếch tán, sai phân bậc 2, trình lan truyền, nhũ tương, bay hơi, phân tán, hoà tan, hấp thụ trầm tích, bờ bãi, ơ-xy hố, phân huỷ sinh vật, biến đổi đặc tính dầu cập nhật nồng độ độ dày lớp dầu sau phong hoá biến đổi tính chất Hình 2.21 thể sơ đồ thuật tốn chương trình tính tốn sai phân bậc nồng độ độ dày không gian ngang Sơ đồ phục vụ trình tính tốn thành phần bình lưu Hình 2.22 thể sơ đồ thuật tốn chương trình tính toán sai phân bậc nồng độ độ dày không gian ngang Sơ đồ thực sau thực sai phân bậc (Hình 2.21) sử dụng cho q trình tính tốn thành phần khuếch tán Hình 2.23 thể sơ đồ thuật tốn chương trình tính tốn sai phân bậc tổng hợp để phục vụ tính tốn cho tất yếu tố có tính đến sai phân bậc Các thông tin đầu bao gồm tham số đầu vào thông tin đầu đặc tính dầu, cụ thể theo danh sách file số liệu đầu ra: - Các file số liệu đầu (Phụ lục 2.3 2.7); - Các file thông tin dầu tràn, nồng độ dầu, độ dày lớp dầu, mật độ, nhiệt độ dầu, độ nhớt dầu, sức căng bề mặt dầu q trình phong hố (Phụ lục 2.14, 2.15, 2.16 2.17) 65 BẮT ĐẦU Đọc liệu đầu vào: lưới tính, điều kiện biên, điều kiện ban đầu yếu tố mơi trường Cập nhật tính tốn yếu tố môi trường: Uw, Vw, Ta, Hs, Ts, Ds, Uc, Vc, SST, S Tính tốn q trình vật lý, phong hoá và biến đổi dầu Nguồn dầu tràn: Cm, hm Tính tốn q trình động lực: Vx, Vy, Dx, Dy Tính tốn nồng độ độ dày dầu tràn mặt nước: Cn+1, hn+1, 0n+1, V0n+1, T0n+1, 0n+1, oan+1, own+1 Tính tốn q trình phong hố biến đổi tính chất dầu tràn: Fe, Fw, Fd, Fdisc, Fsed, Fcoast, Fo, Fb Tn+1, n+1, Vn+1, Cn+1, hn+1, n+1, an+1, wn+1 Tăng thời gian t Thời gian in kết không? Đúng Sai C n+1 In kết tính tốn: , hn+1, n+1, Tn+1, n+1, Đã hết thời gian tính tốn chưa? KẾT THÚC Hình 2.19 Sơ đồ khối chương trình tính tốn 66 Sai BẮT ĐẦU Cập nhật thông tin dầu tràn: Cm, hm Tính tốn q trình động lực: Vx, Vy, Dx, Dhy Tính tốn thành phần sai phân bậc 2: C C C C h h h h ; ; ; ; ; ; x y x y x y x y Cập nhật thơng tin dầu tràn khơng? Đúng C0n, Sai Tính tốn: 0n, T0n, 0n, h0n, Tính tốn lan truyền biến đổi dầu để tính nồng độ độ dày dầu bề mặt: Cn+1, hn+1, V0n+1, 0n+1, T0n+1, 0n+1, oan+1, own+1 Tính tốn q trình phong hoá: Fw, Fe, Fd, Fdisc, Fsed, Fcoast, Foxy, Fbio T n+1 Biến đổi tính chất dầu tràn: , , Vn+1, Cn+1, hn+1, n+1, oan+1, own+1 n+1 KẾT THÚC Hình 2.20 Sơ đồ khối chương trình tính tốn q trình động lực, phong hố biến đổi dầu 67 BẮT ĐẦU Nhận yếu tố dầu vào C h, dx, dy, dep Sử dụng chương trình tính tốn sai phân C h Kết sai phân đạo hàm bậc theo x y: (SPB1Cx, SPB1Cy) (SPB1hx, SPB1hy) KẾT THÚC Hình 2.21 Sơ đồ khối chương trình tính tốn sai phân bậc với nồng độ (C) độ dày lớp dầu (h) BẮT ĐẦU Nhận yếu tố dầu vào SPB1Cx SPB1Cy SPB1hx SPB1hy, dx, dy, dep Sử dụng chương trình tính tốn sai phân SPB1Cx SPB1Cy SPB1hx SPB1hy Kết sai phân đạo hàm bậc theo x y: SPB2Cxx SPB2Cyy SPB2hxx SPB2hyy KẾT THÚC Hình 2.22 Sơ đồ khối chương trình tính tốn sai phân bậc với nồng độ (C) độ dày lớp dầu (h) 68 BẮT ĐẦU Nhận yếu tố tính sai phân, luới tính địa hình Tính tốn bước trung gian: xb, xb1, … xc, xf2, xf yb, yb1,… yc, … yf2, yf Tính tốn theo sai phân lùi, trung tâm tiến: dxb, dxc, dxf, dyb, dyc, dyf Kết sai phân bậc theo x y: SPB1*x, SPB1*y KẾT THÚC Hình 2.23 Sơ đồ khối chương trình tính tốn sai phân bậc đó, SPB1*x SPB1*y giá trị sai phân đạo hàm bậc theo trục x y Dấu “*” nồng độ độ dày sai phân bậc nồng độ sai phân bậc độ dày 2.3.4 Chỉ tiêu đánh giá sai số Độ xác kết mô xuôi ngược thời gian đánh giá thông qua số yếu tố (khoảng cách di chuyển vị trí nồng độ cực đại lớp dầu mặt nước) theo số tiêu Các yếu tố làm chuẩn gọi tắt Xnet yếu tố so sánh gọi tắt Xsim Dưới số tiêu đánh giá cụ thể: a, Chỉ số Nash-Sutclife (NASH): số thống kê đánh giá tương quan yếu tố chuẩn (Xnet) yếu tố tính tốn mơ (Xsim), có tham gia giá trị trung bình chuẩn (Xmean) [100] Cơng thức xác định số NASH là: n X net X sim NASH in1 2 X X net mean i 1 ; X mean 69 n X net n i 1 (2.93) Chỉ số thông thường phân theo độ xác sau: Chỉ số NASH 0.0 - 0.2 0.2 - 0.4 0.4 - 0.6 0.6 - 0.8 0.8 - 1.0 Mức độ Rất thấp Thấp Trung bình Cao Rất cao b, Chỉ số PBIAS: số thống kê đánh giá tương quan yếu tố chuẩn (Xnet) yếu tố tính tốn mơ (Xsim) theo quan điểm xác định thiên cao thiên thấp [78] Công thức xác định số PBIAS viết dạng: n X net X sim *100 PBIAS i 1 n X net i 1 (2.94) c, Chỉ số RMSE (Root Mean Square Error): số thống kê đánh giá sai số yếu tố chuẩn (Xnet) yếu tố tính tốn mơ (Xsim) theo quan điểm độ lệch trung bình bình phương [88] Cơng thức xác định số RMSE dạng: RMSE n X net X sim 2 n i 1 (2.95) d, Hệ số tương quan (r): hệ số thống kê đánh giá mức độ tương quan yếu tố chuẩn (Xnet) yếu tố tính tốn mơ (Xsim) theo quan điểm tỷ lệ sai lệch [87] Công thức xác định tính tốn viết dạng: X n r i 1 X n i 1 net X mean _ net * X sim X mean _ sim net X mean _ net * X sim X mean _ sim X mean _ net n (2.96) i 1 n n X ; X net X sim mean _ sim n i 1 n i 1 Dựa sở hệ phương trình phương pháp rời rạc hố trình bày, ngơn ngữ lập trình Fortran, phần mềm đồ hoạ Tecplot, phần mềm Excel sử dụng để xây dựng chương trình tính tốn mơ phỏng, hiển thị kết tính tốn tính tốn sai số (phụ lục 2.1 đến phụ lục 2.16) 70 Tổng hợp q trình mơ hệ thống mơ hình sử dụng rộng rãi đề cập chương sở luận án lựa chọn trình bày Bảng 2.3 Bảng 2.3 Hệ thống q trình mơ hình dầu tràn vật thể trôi biển ADIOS [144] GNOME [145] OILMAP [127] OSCAR [24, 118] MOTHY [55, 155] POSEIDON OSM [103] MEDSLIK II [59] OIL TRANS [36] BSHmod L [41] SLROSM [34] OD3D + LEEW [26, 40] GULFSPILL [27 ] SEATRACK WEB [28] MOHID [95] OST-2D, OST-3D [7, 8] OILSAR [10] Mô hình Euler tự lập Hệ thống mơ hình TT Hệ thống trình Bình lưu - + + + + + + + + + + + + + + + + Khuếch tán - + + + + + + + + + + + + + + + + Trơi gió - + + + + + + + + + + + + + + + + Trơi sóng - - - + + + + + + - + - + + Vật thể trôi - - + - + - + - + - + - + + - - Ngược thời gian - - + - + - + - - - - - + + - + + Bám dính bờ bãi - + + + + + + + + + + + + + Vệt loang + - Bay 10 Nhũ tương + - + + + + + + + + + + + + + + + 11 Phân tán + - + + + + + + + + + + + + + 12 Hoà tan - - + + - - - - + + 13 Di chuyển thẳng đứng - - + + + + - - + + + + + + - 14 Trầm tích - - - + + + + - + + - - + + + 15 Ơ-xy hố - - - - - - - - - - - - - + 16 Phân huỷ sinh học - - - - - - - - Ghi chú: (+): tham gia tính tốn mơ hình; (-): khơng tham gia tính tốn mơ hình - - - - - - - + + + + + - + + + - + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + - - - - - - - - Bảng 2.3 thể phần tổng qt hố mơ hình sử dụng tính tốn mơ q trình dầu tràn giới Đối với nước, vấn đề tìm kiếm nguồn thải theo toán ngược thời gian tiếp cận Euler chưa có cơng trình khoa học cơng bố 71 2.4 Kết luận chương Từ sở lý luận khoa học dầu tràn có lịch sử, sở lý thuyết lan truyền biến đổi lớp dầu tràn mặt nước xuôi–ngược thời gian phương pháp tiếp cận Euler với tham gia q trình vật lý, phong hố biến đổi tính chất dầu lựa chọn Xác định hệ số tham số hoá q trình động lực, phong hố biến đổi tính chất lớp dầu tràn mặt nước Các hệ phương trình sai phân hố sử dụng sơ đồ lưới chữ nhật Arakawa – A, hệ phương trình sai phân giải với sơ đồ sai phân tổng hợp (lùi, trung tâm tiến) đạo hàm bậc bậc Các tiêu NASH, PBIAS, RMSE hệ số tương quan sử dụng để đánh giá kết tính tốn mơ chương trình 72 CHƯƠNG ĐÁNH GIÁ, PHÂN TÍCH VÀ THẢO LUẬN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG CHO KHU VỰC BIỂN ĐƠNG Chương trình tính tốn mơ lan truyền biến đổi dầu tràn xây dựng dựa sở khoa học chương có khả thực nhiệm vụ sau: (1) dự báo khu vực dầu lan truyền theo toán xi thời gian; (2) tìm kiếm nguồn thải theo toán ngược thời gian Mặc dù, trường phân bố nồng độ từ cao đến thấp thể đầy đủ nhằm đảm bảo tính trung thực kết tính tốn phân tích, đánh giá tập trung vào khu vực có giá trị nồng độ độ dày lớp đầu lớn giá trị công bố quy chuẩn quốc gia ô nhiềm dầu nước mặt ven bờ [20, 21], đặc biệt tập trung nhiều vào khu vực có giá trị cực đại, khu vực nơi có khả vệt dầu di chuyển qua xảy cố dầu tràn Các phương án thiết lập tính tốn, công tác chuẩn bị số liệu đầu vào phục vụ tính tốn thể kết tính tốn thực bước 3.1 Các bước thực và thông tin liệu phục vụ tính tốn 3.1.1 Các bước thực Kết tính tốn lan truyền biến đổi lớp dầu tràn mặt nước chương trình tính tốn xây dựng đánh giá kiểm nghiệm thử nghiệm điều kiện tính tốn khác thể hình vẽ 3.1 Đánh giá kiểm nghiệm hiệu ứng tham gia thành phần (bình lưu, khuếch tán, phong hố) tính tốn mơ nhằm đánh giá vai trị thành phần tốn lan truyền dầu tràn Tính tốn kiểm nghiệm thực với điều kiện đầu vào 73 Ðánh giá kiểm nghiệm sơ đồ sai phân luới kết hợp luới Đánh giá kiểm nghiệm hiệu ứng thành phần Đánh giá kiểm nghiệm hiệu ứng khuếch tán sơ (quy mơ lưới tính) Đánh giá thử nghiệm điều kiện môi trường đồng Đánh giá kiểm nghiệm điều kiện mơi trường chế độ trung bình tháng Đánh giá kiểm nghiệm điều kiện môi trường biến đổi thực Hình 3.1 Sơ đồ bước kiểm nghiệm, đánh giá áp dụng Đánh giá kiểm nghiệm hiệu ứng khuếch tán số, sử dụng quy mô lưới tính khác điều kiện đầu vào, mục đích xem xét vai trị quy mơ lưới tính ảnh hưởng đến kết mơ Đánh giá thử nghiệm điều kiện môi trường đồng tính tốn mơ tràn dầu mơ hình với điều kiện sử dụng số liệu đầu vào hệ thống miền lưới tính với yếu tố môi trường đồng không gian theo thời gian Đánh giá thử nghiệm điều kiện môi trường chế độ trung bình tháng tính tốn mơ tràn dầu mơ hình với điều kiện sử dụng số liệu đầu vào trung bình tháng yếu tố môi trường khu vực Biển Đông hệ thống miền lưới tính Đánh giá thử nghiệm điều kiện mơi trường thực tính tốn mơ tràn dầu mơ hình với điều kiện sử dụng số liệu đầu vào hệ thống miền lưới tính với yếu tố môi trường biến đổi không gian theo thời gian thực 3.1.2 Thông tin liệu phục vụ làm đầu vào cho tính tốn A Điều kiện tự nhiên khu vực Biển Đông A1 Đặc điểm điều kiện tự nhiên khu vực Biển Đông Biển Đông biển nửa kín, có diện tích khoảng 3,75 triệu km2, trải rộng 74 từ 99o đến 121o kinh Đông từ 1o đến 25o vĩ Bắc (hình 3.2), biển ven lớn giới Hình 3.2 Bản đồ khu vực nghiên cứu địa hình đáy biển hệ cao độ Quốc gia (theo số “0” lục địa) [6] Khu vực Biển tiếp giáp với nước ASEAN Trung Quốc, Biển Đơng cịn nơi chứa đựng nguồn tài nguyên thiên nhiên biển quan trọng cho phát triển kinh tế nước xung quanh, đặc biệt nguồn tài nguyên sinh vật, khoáng sản, du lịch, đồng thời khu vực chịu sức ép nhiều bảo vệ môi trường sinh thái biển 75 A2 Đặc điểm điều kiện khí tượng – hải văn khu vực Biển Đông Vùng Biển Đơng thuộc khu vực nhiệt đới gió mùa, nóng ẩm [15] nên gió tồn 02 hướng thịnh hành đơng bắc (mùa đơng) tây nam (mùa hè); có hai thời kỳ đổi hướng từ đông bắc sang tây nam từ tây nam sang đơng bắc Trường dịng chảy bề mặt biển chịu ảnh hưởng mạnh chế độ gió Nhiệt độ khơng khí có biến động theo mùa rõ nét phía bắc suy giảm biến động phía nam Nhiệt độ nước bề mặt tương tự nhiệt độ khơng khí có biên độ dao động nhỏ Tải FULL (182 trang): https://bit.ly/3LAmwMf Dự phòng: fb.com/TaiHo123doc.net B Cơ sở liệu phục vụ tính tốn B1 Thơng tin liệu địa hình đáy biển (nền): Khu vực Biển Đơng, theo đánh giá Tổ chức Thủy đạc quốc tế (IHO) việc khảo sát đo đạc lập hải đồ nhiều hạn chế Số liệu địa hình phục vụ tính toán thu từ hải đồ nước theo số liệu quốc tế (thông qua mạng Internet) Hải đồ có tỷ lệ sau: tỷ lệ 1/2.500.000 (Biển Đông); tỷ lệ 1/1.000.000 (Việt Nam); tỷ lệ 1/500000; tỷ lệ 1/400000 (khu vực Nam Biển Đông, ven bờ biển TQ Việt Nam); tỷ lệ 1/300 000 (ven biển nước ta); tỷ lệ 1/250 000 khu vực biển Cam-pu-chia – Thái Lan; tỷ lệ 1/200 000; tỷ lệ 1/100000 ven biển, khu vực Trường Sa – DK1; tỷ lệ 1/25000 đảo, cửa sông, vũng, vịnh cảng ven biển Từ sở số liệu địa hình thu thập trên, miền tính giới hạn phục vụ nghiên cứu khu vực Biển Đông (kinh độ từ 99o đến 121o kinh Đông vĩ độ từ o đến 24o vĩ Bắc) Số liệu địa hình từ nguồn khác với hệ cao độ xử lý để đưa chuẩn cao độ quốc gia Phần mềm Surfer sử dụng để tạo lưới tính với bước lưới theo phương ngang với quy mô lưới vuông 1/64 o (Hình 3.3) Dựa địa hình bước lưới chuẩn bị, sử dụng hàm nội suy đưa sơ liệu độ sâu lưới tính cho miền tính theo phương án tính tốn cụ thể 76 Hình 3.3 Sơ đồ lưới địa hình khu vực nghiên cứu B2 Thông tin liệu yếu tố môi trường: Thông tin liệu yếu tố môi trường bao gồm gió, nhiệt độ khơng khí, sóng, dịng chảy, nhiệt độ nước độ muối, theo phương án sau: (1) Phương án đồng sử dụng yếu tố mơi trường theo số liệu trung bình nhiều năm [15]; Tải FULL (182 trang): https://bit.ly/3LAmwMf Dự phòng: fb.com/TaiHo123doc.net (2) Phương án chế độ trung bình tháng sử dụng yếu tố môi trường theo số liệu trung bình tháng (Hình 3.4) [5, 6]; (3) Phương án biến đổi thực sử dụng yếu tố môi trường theo số liệu khí tượng từ kết tái phân tích (CFSR) Mỹ [151] số liệu hải văn từ sản phẩm mơ hình ba chiều (POM) Số liệu khí tượng từ nguồn CFSR bao phủ tồn cầu với lưới tính ngang 0,5x0,5o bước thời gian trích xuất 06 [151] Từ nguồn số liệu sử dụng yếu tố gió tầng 10m, áp suất bề mặt nhiệt độ khơng khí tầng 2m với 77 chuỗi thời gian từ 07giờ 00 phút ngày 01/01/2007 đến 07giờ 00 phút ngày 01/01/2009 khu vực Biển Đông với giới hạn từ 98.75o đến 125o kinh Đông từ -3o đến 27o vĩ Bắc Nguồn số liệu sử dụng làm đầu vào cho mơ hình POM mơ hình mơ dầu tràn Hình 3.4 Trường gió (trái) dịng chảy bề mặt (phải) trung bình tháng [5, 6] Mơ hình POM mơ hình hồn lưu đại dương chiều, mã nguồn mở Mơ hình hình POM sử dụng cho khu vực Biển Đông đánh giá độ tin cậy thể cơng trình tác giả luận án công bố thông qua so sánh mực nước số vị trí trạm (trạm Bạch Long Vỹ, trạm Phú Q) trường dịng chảy bề mặt trung bình mùa so sánh đánh giá với Wyrtky (1961), sản phẩm đề tài KC 09-02 (2005), Morton vầ Blackmore (2001) JCOMM (2009) Các kết so sánh đánh giá phù hợp với số liệu đo đạc công bố trước Mơ hình POM sử dụng điều kiện đầu vào bao gồm số liệu địa hình, số liệu gió từ CFSR, số liệu thuỷ triều từ số điều hồ 08 sóng (M2, S2, K1, O1, N2, P1, K2, Q1) Mơ hình sử dụng bước lưới tính 1/12x1/12o khu vực Biển Đông với giới hạn từ 98.75o đến 125o kinh Đông từ -3o đến 27o vĩ Bắc với 02 khoảng thời gian từ 07giờ 00 ngày 15/01/2007 đến 07giờ 00 ngày 15/07/2007 từ 07giờ 00 ngày 15/06/2008 đến 07giờ 00 ngày 15/08/2008 Các yếu tố mực nước, dòng chảy mặt tầng 5mét, nhiệt 78 6578202 ... Nghiên cứu trình lan truyền, phong hố biến đổi tính chất dầu; 4, Nghiên cứu khả tìm kiếm nguồn phát thải dầu gây ô nhiễm; 5, Mô lan truyền dầu khả tìm kiếm nguồn thải dầu Phạm vi nghiên cứu Khu... khả tìm kiếm nguồn thải dầu (bài tốn ngược thời gian) 20 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH LAN TRUYỀN DẦU VÀ KHẢ NĂNG TÌM KIẾM NGUỒN THẢI DẦU 2.1 Phương pháp nghiên cứu lan truyền và biến đổi dầu. .. hình nghiên cứu khả tìm kiếm nguồn thải dầu nước 18 1.4 Kết luận chương 19 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH LAN TRUYỀN DẦU VÀ KHẢ NĂNG TÌM KIẾM NGUỒN THẢI DẦU 21 2.1 Phương pháp nghiên