sử dụng mô hình mike 21 đánh giá quá trình lan truyền nhiệt vùng cửa sông trà lý dưới ảnh hưởng của nhà máy nhiệt điện thái bình 2

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN HOÀNG THỊ HẰNG NGA SỬ DỤNG MÔ HÌNH MIKE 21 ĐÁNH GIÁ QUÁ TRÌNH LAN TRUYỀN NHIỆT VÙNG CỬA SÔNG TRÀ LÝ DƯỚI ẢNH HƯỞNG CỦA NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN THÁI BÌNH 2 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2013 2 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN HOÀNG THỊ HẰNG NGA SỬ DỤNG MÔ HÌNH MIKE 21 ĐÁNH GIÁ QUÁ TRÌNH LAN TRUYỀN NHIỆT VÙNG CỬA SÔNG TRÀ LÝ DƯỚI ẢNH HƯỞNG CỦA NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN THÁI BÌNH 2 Chuyên ngành: Hải dương học Mã số: 60 44 02 28 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS: Nguyễn Thọ Sáo Hà Nội – 2013 3 LỜI CẢM ƠN. Nghiên cứu này được thực hiện trong khuôn khổ đề tài luận văn tốt nghiệp lớp cao học chuyên ngành Hải Dương học, khóa 2011-2013 tại khoa Khí tượng, Thủy văn và Hải dương học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên. Trong quá trình tham gia khóa học, học viên đã nhận được sự chỉ dạy tận tình của các thầy trong Bộ môn Hải dương học cho các môn học chuyên ngành. Học viên xin trân trọng cảm ơn các Thầy về những kiến thức đã được truyền thụ thông qua các môn học. Luận văn này được thực hiện từ tháng 1-2013 đến tháng 12 năm 2013, trong quá trình nghiên cứu để đi đến những kết quả trong luận văn này, học viên luôn nhận được sự hướng dẫn rất tận tình, những gợi ý, chỉ dẫn và khích lệ quý báu của PGS. TS. Nguyễn Thọ Sáo (Khoa KTTV và HDH, Đại học KHTN-ĐHQGHN), học viên xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Thầy về những hỗ trợ đó. Học viên cũng xin chân thành cảm ơn Trung tâm động lực học thủy khí môi trường cùng các cán bộ trung tâm đã luôn dành thời gian giải đáp, thảo luận một số vấn đề học viên khúc mắc liên quan đến ứng dụng mô hình trong quá trình thực hiện luận văn này. Cuối cùng, tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy cô khác trong bộ môn Hải dương học, Văn phòng khoa KTTV và HDH, các bạn đồng nghiệp đã quan tâm động viên và tạo điều kiện thuận lợi nhất để học viên hoàn thành nhiệm vụ của mình. Trong quá trình học tập và thực hiện luận văn, chắc không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong những ý kiến đóng góp của các thầy và các đồng nghiệp để học viên hoàn thiện luận văn. Hà Nội, ngày 1 tháng 12 năm 2013 Học viên 1 MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH DANH MỤC BẢNG BIỂU LỜI CẢM ƠN MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN KHU VỰC NGHIÊN CỨU 1 1.1 Điều kiện tự nhiên khu vực nghiên cứu 8 1.2 Đặc điểm khí tượng thủy văn Thái Bình. 10 1.2.1 Nhiệt độ không khí 11 1.2.2 Độ ẩm không khí 12 1.2.3 Nắng và bức xạ 14 1.2.4 Hướng gió và tốc độ gió 15 1.2.5 Lượng mưa 16 1.2.6 Chế độ bão 17 1.3 Chế độ thuỷ văn 17 1.3.1 Chế độ thủy triều 17 1.3.2 Chế độ dòng chảy 18 1.3.3 Chế độ sóng, gió. 19 CHƯƠNG 2: TÀI LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP 21 2.1 Tài liệu 22 2.1.1 Địa hình vùng nghiên cứu 22 2.1.2 Số liệu khí tượng, thủy văn. 22 2.2 Phương pháp 25 2.3 Thiết lập mô hình tính toán 30 2.4 Các kịch bản 35 2 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ TÍNH TOÁN. 37 3.1 Mùa khô 38 3.1.1 Phương án 1: Q=60m 3 /s W=45 o 39 3.1.2 Phương án 2: Q=24m 3 /s, W=45 o 44 3.1.3 Phương án 3: Q=60m 3 /s, no wave 46 3.1.4 Phương án 4: Q=24m 3 /s, no wave 49 3.1.3 Phương án 5: Q=60m 3 /s, W=90 o 50 3.1.6 Phương án 6: Q=24m 3 /s, W=90 o 52 3.2 Mùa mưa 56 3.2.1 Phương án 7: q=60m 3 /s, w=135 o 58 3.2.2 Phương án 8: q=24m 3 /s, w=135 o 60 3.2.3 Phương án 9: Q=60m 3 /s, W=90 o 61 Phương án 10: Q=24m 3 /s, W=90 o 61 3.2.4 Phương án 11: Q=60m 3 /s, No wave 63 Phương án 12: Q=24m 3 /s, No wave 63 KẾT LUẬN PHỤ LỤC 3 Danh mục các hình. Hình 1: Địa hình vịnh Bắc Bộ 9 Hình 2: Địa hình sông Trà Lý 9 Hình 3: Bản thiết kế nhà máy 10 Hình 4: Diễn biến nhiệt độ trung bình nhiều năm theo các tháng 12 Hình 5: Sự thay đổi độ ẩm tương đối trung bình các tháng trong năm 13 Hình 6: Tổng số giờ nắng trung bình tháng trong tháng của năm 15 Hình 7: Lượng mưa trung bình tháng của tỉnh Thái Bình 17 Hình 8: Địa hình vùng nghiên cứu 22 Hình 9: Trường gió 23 Hình 10: Chuỗi số liệu mực nước thực đo tại trạm Thái Bình-sông Trà Lý từ năm 1990-2010 24 Hình 11: Lưu lượng nước sông 25 Hình 12: Lưới tính toán 30 Hình 13: Đồ thị trường nhiệt độ nước trung bình tháng 31 Hình 14: Mực nước thực đo 34 Hình 15: Đường quá trình mực nước thực đo và tính toán trạm Định Cư 35 Hình 16: Mực nước tính toán phương án 1 40 Hình 17: Lan truyền nhiệt trong pha triều lên kỳ triều cường 41 Hình 18: Lan truyền nhiệt trong pha triều xuống kỳ triều cường 41 Hình 19: Đồ thị so sánh diện tích chênh lệch nhiệt độ khi triều lên và triều xuống 42 Hình 20: Lan truyền nhiệt trong pha triều lên kỳ triều yếu 42 Hình 21: Lan truyền nhiệt trong pha triều xuống kỳ triều yếu 43 Hình 22: So sánh diện tích lan truyền nhiệt 43 Hình 23: Diện tích lan truyền nhiệt (km 2 ) 44 Hình 24: Quá trình lan truyền nhiệt trong các pha triều 45 Hình 25: So sánh diện tích truyền nhiệt (km 2 ) 46 Hình 26: Đường mực nước và vận tốc 47 Hình 27: Quá trình lan truyền nhiệt trong các pha triều 48 4 Hình 28: So sánh diện tích lan truyền nhiệt 49 Hình 29: Quá trình lan truyền nhiệt trong các pha triều 49 Hình 30: So sánh diện tích lan truyền nhiệt 50 Hình 31: Quá trình lan truyền nhiệt trong các pha triều 51 Hình 32: So sánh diện tích lan truyền nhiệt 52 Hình 33: Quá trình lan truyền nhiệt trong các pha triều 53 Hình 34: Quá trình lan truyền nhiệt trong các pha triều 59 Hình 35: Quá trình lan truyền nhiệt trong các pha triều 61 Hình 36: Quá trình lan truyền nhiệt trong các pha triều 62 Hình 37: Quá trình lan truyền nhiệt trong các pha triều 63 Hình 38: Quá trình lan truyền nhiệt trong các pha triều 64 5 Danh mục các bảng biểu. Bảng 1: Nhiệt độ không khí 11 Bảng 2: Độ ẩm không khí trung bình các tháng, năm từ 2006-2010 12 Bảng 3: Số giờ nắng trung bình nhiều năm của các tháng giai đoạn 2006-2010 14 Bảng 4: Lượng mưa trung bình năm tại tỉnh Thái Bình giai đoạn 2006-2010 16 Bảng 5: Khoảng cách xâm nhập mặn tại các cửa sông (km) 18 Bảng 6: Lưu lượng dòng chảy trung bình tại một số cửa sông của vùng Đơn vị: m 3 /s 19 Bảng 7:Tần suất hướng và độ cao sóng tại Hòn Dáu 1970-2011 21 Bảng 8: Trường nhiệt độ nước biển theo thời gian khu vực sông Trà Lý năm 2006 – 2013. 31 Bảng 9: Mực nước tại Định Cư và Thái Bình (2002-2006) 34 Bảng 10: Các kịch bản 36 Bảng 11: Các kịch bản tính toán mùa khô. 38 Bảng 12: Bảng tổng hợp phương án 1 44 Bảng 13: So sánh diện tích truyền nhiệt phương án 2 46 Bảng 14: So sánh diện tích truyền nhiệt phương án 3 48 Bảng 15: So sánh diện tích truyền nhiệt phương án 4 50 Bảng 16: So sánh diện tích truyền nhiệt phương án 5 51 Bảng 17: So sánh diện tích truyền nhiệt phương án 6 53 Bảng 18: So sánh diện tích truyền nhiệt phương án mùa khô 55 Bảng 19: Các kịch bản tính toán mùa mưa 57 Bảng 20: So sánh mực nước, vận tốc 2 mùa 58 Bảng 21: So sánh diện tích truyền nhiệt phương án 7 60 Bảng 23: So sánh diện tích truyền nhiệt phương án 9 62 Bảng 24: So sánh diện tích truyền nhiệt phương án 11 64 Bảng 25: So sánh diện tích truyền nhiệt phương án 12 64 6 MỞ ĐẦU Nhà máy nhiệt điện Thái Bình 2 là dự án quan trọng trong mục tiêu chiến lược phát triển nguồn điện của Tập đoàn Dầu khí Việt Nam đến năm 2015, định hướng đến năm 2025. Đây cũng là dự án nguồn điện cấp bách thuộc tổng quy hoạch điện VI đã được Chính phủ phê duyệt. Nhà máy nhiệt điện Thái Bình 2 có công suất thiết kế 1.200MW với tổng mức đầu tư hơn 34.295 tỉ đồng, mỗi năm sản xuất được 6,739 tỉ kWh điện thương phẩm. Đây là một trong 2 nhà máy điện thuộc Trung tâm nhiệt điện Thái Bình nằm ở tả ngạn sông Trà Lý, cách cửa sông Trà Lý khoảng 3km về phía tây, nằm trên diện tích 254.22 ha. Sự ra đời của nhà máy nhiệt điện Thái Bình 2 sẽ góp phần quan trọng trong việc bổ sung một lượng công suất lớn cho hệ thống điện, đáp ứng một phần nhu cầu tiêu thụ điện ngày càng tăng của hệ thống điện quốc gia Việt Nam giai đoạn từ 2013 trở đi. Bên cạnh việc cung cấp điện lưới quốc gia, xuất khẩu và dự trữ điện năng phục vụ những nhu cầu thiết yếu để phát triển kinh tế thì việc sử dụng than đá làm nhiên liệu đốt, quá trình lấy nước làm mát cho hệ thống tua bin của nhà máy rồi xả ra khu vực cửa sông Trà Lý sẽ ít nhiều gây ảnh hưởng tới môi trường và hệ sinh thái dưới nước xung quanh cửa sông này. Nước được lấy vào từ cửa sông qua ống bình ngưng, làm mát các tua bin rồi xả trở lại môi trường. Nước thải từ quá trình làm nguội thiết bị của nhà máy nhiệt điện có lưu lượng lớn, loại nước thải này ít bị ô nhiễm, thường chỉ được làm nguội và cho chảy thẳng ra nguồn nước mặt khu vực. Tuy nhiên nước xả từ lò hơi lại có nhiệt độ, độ pH cao và có chứa một lượng nhỏ dầu mỡ, cặn lò không hoà tan, chất vô cơ dẫn đến làm giảm lượng oxi hòa tan, thay đổi nồng độ của các chất dinh dưỡng cũng như các chất hòa tan dẫn đến thay đổi môi trường sống của các sinh vật dưới nước. Đặc biệt sự thay đổi nhiệt độ trong nước có ý nghĩa rất lớn đối với ngưỡng nhiệt cuả sinh vật, mức độ lan truyền và khuếch tán nhiệt ảnh hưởng trực tiếp đối với hệ sinh thái trong môi trường nước. 7 Việc sử dụng các mô hình số để tính toán các trường hợp giả định sẽ đưa ra bức tranh đầy đủ về quá trình lan truyền, khuếch tán nhiệt. Trên cơ sở đó cùng với sự nhận thức được mức độ cấp thiết của vấn đề, học viên đã lựa chọn đề tài “Sử dụng mô hình Mike 21 đánh giá quá trình lan truyền nhiệt vùng cửa sông Trà Lý dưới ảnh hưởng của nhà máy nhiệt điện Thái Bình 2”. Các kịch bản mô phỏng sự lan truyền nhiệt với các giả thiết được nêu ra có thể đánh giá mức độ lan truyền và ảnh hưởng của sự biến đổi nhiệt độ trong môi trường nước tới sinh vật trong hệ sinh thái nước cửa sông Trà Lý. Các kết quả nghiên cứu trong luận văn góp phần bổ sung thêm thông tin khoa học và nghiên cứu đánh giá vai trò, tác động của biến đổi nhiệt tới hệ sinh thái môi trường nước. [...]... 20 .0 20 .3 20 .9 20 .2 4 24 .2 22. 3 23 .8 23 .4 22 .4 23 .2 5 26 .5 26 .0 26 .4 26 .1 27 .4 26 .5 6 29 .0 29 .7 28 .0 29 .6 30.0 29 .3 7 29 .4 30.0 29 .2 29.4 30.1 29 .6 8 27 .4 28 .1 28 .3 28 .9 27 .7 28 .1 9 26 .7 26 .2 27.1 27 .6 27 .5 27 .1 10 26 .1 24 .8 25 .9 25 .4 24 .4 25 .3 11 24 .0 20 .2 21 . 1 20 .8 21 . 5 22 .2 12 17.7 19.9 17.7 19.1 19 .2 18.7 TB 23 .8 23 .7 23 .8 23 .9 24 .0 23 .8 (Nguồn: Niên giám thống kê tỉnh Thái Bình 20 10) Từ những kết... kế của nhà máy Bảng 8: Trường nhiệt độ nước biển theo thời gian khu vực sông Trà Lý năm 20 06 -20 13 Năm 20 06 20 07 20 08 20 09 20 10 20 11 20 12 2013 1 19.4 18.6 18.6 18.3 18.6 15 .2 17.4 18.4 2 20 21 . 4 15.6 21 . 6 21 . 1 17.8 17.9 20 .9 3 20 .1 21 . 5 20 .9 21 . 7 22 .5 17.8 20 .1 21 . 6 4 25 23 .9 24 .5 24 .5 23 .8 22 .9 24 .4 5 27 .3 26 .8 26 .8 26 .5 27 .7 26 .2 27.4 6 29 .1 29 .4 28 .1 29 .6 30 .2 29.1 28 .9 7 28 .1 28 .5 27 .4 28 .4 29 .8 29 .3... 29 .3 29 .1 8 27 .6 27 .7 27 .5 29 .3 28 .4 29 .2 28 9 28 .4 27 .1 27 .9 28 .9 28 .6 28 .5 27 .9 10 27 26 .1 26 .9 26 .9 25 .9 25 .6 26 .9 11 25 .5 23 .3 23 .7 22 .8 23 .3 24 .9 25 .2 12 20.1 21 . 9 20 .1 21 20 .6 20 .3 21 . 6 35 35 30 30 25 25 20 20 15 15 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 THÁNG 5 THÁNG 7 THÁNG 9 THÁNG 11 THÁNG 1 THÁNG 3 THÁNG 6 THÁNG 8 THÁNG 10 THÁNG 12 THÁNG 2 THÁNG... dân 27 sinh như đề tài: “Tính toán truyền nhiệt trên hệ thống sông Trà Lý tỉnh Thái Bình khi trung tân điện lực Thái Bình lấy nước làm mát” [2] “Ứng dụng mô hình MIKE 21 để mô phỏng quá trình truyền nhiệt cho nhà máy nhiệt điện Vân Phong”; “Ứng dụng mô hình Mike 3 tính toán lan truyền nhiệt cho nhà máy nhiệt điện Quảng Trạch”[1]; Mô phỏng quá trình lan truyền nhiệt của nước làm mát nhà máy nhiệt điện. .. thành phố Thái Bình, các thông số của sông Trà Lý về cốt cao đáy, mực nước, hàm lượng phù sa dao động lớn, từ 2. 54 đến 5.17 g/m3 Chiều rộng lòng sông từ 300 đến 350 m Lưu lượng trung bình khoảng 26 1 m3/s 8 Hình 1: Địa hình vịnh Bắc Bộ Nhà máy Nhiệt điện TB2 Hình 2: Địa hình sông Trà Lý 9 Bản thiết kế nhà máy nhiệt điện Phối cảnh nhà máy nhiệt điện Thái Bình2 Hình 3: Bản thiết kế nhà máy 1 .2 ĐẶC ĐIỂM... I TB nă m Toàn lưu vực 26 0 27 1 21 3 23 9 429 49 75 75 56 36 25 25 405 6 2 6 7 8 76 80 19 28 66 62 12 0 Ba Lạt 27 9 309 21 7 24 9 540 64 10 10 77 46 26 25 7 6 8 Trà Lý 143 157 108 127 27 9 33 53 54 39 24 14 13 2 7 3 1 4 89 99 70 82 187 22 37 37 27 17 11 10 4 3 2 0 HồngThái Bình Thái Bình 8.5 95 91 2 0 5 6 0 7 516 26 1 179 (Nguồn: Trung tâm Quy hoạch, Điều tra, Đánh giá tài nguyên-môi trường biển và hải đảo)... 1 .2. 1 Nhiệt độ không khí Nhiệt độ không khí có ảnh hưởng đến sự lan truyền và chuyển hoá các chất ô nhiễm trong không khí gần mặt đất và nguồn nước Nhiệt độ trung bình các tháng, năm từ 20 06 -20 10 được trình bày ở bảng 1 Bảng 1: Nhiệt độ không khí [3] Đơn vị tính : oC Tháng Năm TB 20 06 20 07 20 08 20 09 20 10 1 17.5 16 .2 15.0 15.4 17.4 16.3 2 18.1 20 .7 23 .3 21 . 4 19.8 20 .6 3 19.3 20 .6 20 .0 20 .3 20 .9 20 .2. .. từ năm 20 06 đến năm 20 10 được trình bày ở bảng 3 Bảng 3: Số giờ nắng trung bình nhiều năm của các tháng giai đoạn 20 06 -20 10 [3] Đơn vị: giờ 20 06 20 07 20 08 20 09 20 10 Trung Bình Bình quân năm 122 .9 113 .2 110.6 129 .1 111.0 117.3 Tháng 1 69 .2 25 65.1 122 .2 31 62. 5 Tháng 2 14.5 39.8 28 .8 74.9 75 46.6 Tháng 3 11.6 5.8 67.1 42. 7 43 34.0 Tháng 4 125 .1 73.5 83.5 63.4 55 80.1 Tháng 5 20 4.8 151.3 177.5 1 62. 6 157... mm 20 06 20 07 20 08 20 09 20 10 TB 119.9 100.4 107.3 118 .2 105 .2 110 .2 Tháng 1 7.0 11.7 105.8 2. 5 136.0 52. 6 Tháng 2 37.1 44.4 15.9 1.1 11.0 21 . 9 Tháng 3 23 .3 30.5 15.7 1 12. 5 17.0 39.8 Tháng 4 31.9 69.5 13.1 23 5.9 43.0 78.7 Tháng 5 158.8 134.4 90 120 .2 75.0 115.7 Tháng 6 140.4 72. 9 24 .4 73.1 124 .0 87.0 Tháng 7 26 6.3 81.8 128 .5 26 4.1 22 3.0 1 92. 7 Tháng 8 473.8 27 1.6 170.1 148.6 381.0 28 9.0 Tháng 9 123 .8 315... Nguyên nhân có thể gió chịu ảnh hưởng của gió nồm Độ ẩm trung bình nhỏ thường xuất hiện vào các tháng 11, 12 Đây là thời kỳ chịu ảnh hưởng của gió mùa Đông-Bắc Bảng 2: Độ ẩm không khí trung bình các tháng, năm từ 20 06 -20 10 [3] Đơn vị: % 20 06 20 07 20 08 20 09 20 10 Trung bình Bình quân năm 85 85 86 86 86 85.6 Tháng 1 83 80 87 80 91 84 .2 12 2006 20 07 20 08 20 09 20 10 Trung bình Tháng 2 90 89 80 91 89 87.8 Tháng . thiết của vấn đề, học viên đã lựa chọn đề tài Sử dụng mô hình Mike 21 đánh giá quá trình lan truyền nhiệt vùng cửa sông Trà Lý dưới ảnh hưởng của nhà máy nhiệt điện Thái Bình 2 . Các kịch bản mô. 19.8 20 .6 3 19.3 20 .6 20 .0 20 .3 20 .9 20 .2 4 24 .2 22 .3 23 .8 23 .4 22 .4 23 .2 5 26 .5 26 .0 26 .4 26 .1 27 .4 26 .5 6 29 .0 29 .7 28 .0 29 .6 30.0 29 .3 7 29 .4 30.0 29 .2 29 .4. 29 .4 30.1 29 .6 8 27 .4 28 .1 28 .3 28 .9 27 .7 28 .1 9 26 .7 26 .2 27 .1 27 .6 27 .5 27 .1 10 26 .1 24 .8 25 .9 25 .4 24 .4 25 .3 11 24 .0 20 .2 21 . 1 20 .8 21 . 5 22 .2 12 17.7 19.9