Đang tải... (xem toàn văn)
Các mô hình lan truyền dầu phổ biến trên thế giới hiện nay chủ yếu áp dụng cho các sự cố tràn dầu trên biển. Đối với từng khu vực sông, do điều kiện địa hình và chế độ dòng chảy phức tạp cần phải có nghiên cứu chi tiết cho từng khu vực, để có thể xây dựng mô hình lan truyền dầu hiệu quả. Tập đoàn Dầu khí Việt Nam đã xây dựng mô hình lan truyền dầu cho hệ thống sông kênh khu vực bán đảo Cà Mau, song đây là mô hình lan truyền dầu một chiều, với bản đồ nền đơn giản không thể hiện được đặc điểm của các nhánh sông trên khu vực. Ngoài ra, Viện Dầu khí Việt Nam đã xây dựng và chuyển giao phần mềm bản đồ số 3D cho hệ thống sông kênh của bán đảo Cà Mau. Với nhu cầu cấp thiết của thực tế trong công tác ứng phó sự cố tràn dầu cũng như tăng cường phát huy hiệu quả của những nghiên cứu hiện có, bài viết sẽ giới thiệu sự tích hợp kết quả của mô hình lan truyền dầu vào bản đồ số.
AN TỒN - MƠI TRƯỜNG DẦU KHÍ NGHIÊN CỨU TÍCH HỢP MƠ HÌNH LAN TRUYỀN DẦU VÀO BẢN ĐỒ SỐ 3D CHO KHU VỰC KHÍ - ĐIỆN - ĐẠM CÀ MAU ĐỂ PHỤC VỤ CƠNG TÁC ỨNG PHĨ SỰ CỐ TRÀN DẦU CN Võ Văn Anh Pha Viện Dầu khí Việt Nam Email: phavva.cpse@vpi.pvn.vn Tóm tắt Các mơ hình lan truyền dầu phổ biến giới chủ yếu áp dụng cho cố tràn dầu biển Đối với khu vực sông, điều kiện địa hình chế độ dòng chảy phức tạp cần phải có nghiên cứu chi tiết cho khu vực, để xây dựng mơ hình lan truyền dầu hiệu Tập đồn Dầu khí Việt Nam xây dựng mơ hình lan truyền dầu cho hệ thống sơng kênh khu vực bán đảo Cà Mau, song mơ hình lan truyền dầu chiều, với đồ đơn giản đặc điểm nhánh sơng khu vực Ngồi ra, Viện Dầu khí Việt Nam xây dựng chuyển giao phần mềm đồ số 3D cho hệ thống sông kênh bán đảo Cà Mau Với nhu cầu cấp thiết thực tế cơng tác ứng phó cố tràn dầu tăng cường phát huy hiệu nghiên cứu có, báo giới thiệu tích hợp kết mơ hình lan truyền dầu vào đồ số Từ khóa: Sự cố tràn dầu, mơ hình tràn dầu, ứng phó cố, bán đảo Cà Mau Giới thiệu Khu vực bán đảo Cà Mau có nhiều cơng trình dầu khí quan trọng như: Cụm Khí - Điện - Đạm Cà Mau, kho xăng dầu… Việc vận chuyển hàng hóa, xăng dầu, vật liệu xây dựng… đường thủy qua khu vực dẫn đến nguy xảy cố tràn dầu cao, gây ảnh hưởng đến môi trường tự nhiên hoạt động kinh tế - xã hội Tập đồn Dầu khí Việt Nam/ Viện Dầu khí Việt Nam xây dựng mơ hình lan truyền dầu theo hướng (ROSM version 1), kết nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu xây dựng mơ hình lan truyền dầu hệ thống sơng/kênh khu vực Khí - Điện - Đạm Cà Mau tuyến sông/kênh vận chuyển vật liệu cho khu vực Khí - Điện - Đạm”, áp dụng để chạy mơ hình hóa tràn dầu cho khu vực bán đảo Cà Mau Trong năm 2010, Trung tâm Nghiên cứu Phát triển An toàn Mơi trường Dầu khí (CPSE) - Viện Dầu khí Việt Nam xây dựng chuyển giao phần mềm tạo đồ số 3D cho hệ thống sông kênh bán đảo Cà Mau (CMPR 3D Map Version 1) thuộc đề tài “Nghiên cứu xây 50 DẦU KHÍ - SỐ 12/2014 dựng phần mềm tạo đồ số không gian 3D, xây dựng đồ số 3D cho sông/kênh thuộc bán đảo Cà Mau đề xuất ứng dụng hoạt động dầu khí khu vực” Đây hai phần mềm độc lập, chưa thể tích hợp với để thực tốt việc tính tốn, mơ hình hóa tràn dầu không gian 3D đáp ứng tốt cho nhu cầu hỗ trợ việc ứng phó tràn dầu, chưa khai thác hết hiệu phần mềm Hình Bản đồ số 3D khu vực bán đảo Cà Mau PETROVIETNAM Với nhu cầu cấp thiết cơng cụ hỗ trợ ứng phó cố tràn dầu khu vực, việc tích hợp phần mềm mơ hình lan truyền dầu vào đồ số 3D có ý nghĩa quan trọng, tăng tính xác hiệu việc hỗ trợ cho cơng tác ứng phó cố tràn dầu Phần mềm tràn dầu sau tích hợp hồn chỉnh kết thể trực tiếp đồ số 3D giúp dễ nhận biết phối hợp ứng phó cố hiệu Để thực nhiệm vụ này, nhóm tác giả tham khảo sử dụng kết nghiên cứu công bố nước giới, hợp tác với chuyên gia đầu ngành lĩnh vực thủy lực để thiết lập giải tốn dòng chảy cho khu vực; dựa kết nghiên cứu sở tốn học mơ hình tràn dầu sông nước giới để thiết lập giải toán lan truyền dầu sông; khảo sát thực địa, thu thập, cập nhật số liệu cho khu vực Khí - Điện - Đạm nhằm phục vụ cho việc kết nối mơ hình mơ hình 2D… Các phần mềm tích hợp xây dựng thực tảng OpenGL, sử dụng ngơn ngữ lập trình C++ mơi trường Windows Tác giả tích hợp hai phần mềm có: Phần mềm sử dụng kết mơ hình lan truyền dầu kết hợp với liệu đồ số 3D để thể kết mơ hình lan truyền dầu đồ số 3D; xây dựng phần mềm lan truyền dầu 2D cho khu vực có số liệu đầy đủ; xây dựng module kết nối mơ hình 2D với mơ hình 1D khu vực số liệu; sử dụng cơng nghệ xử lý đồ họa 3D để hồn thiện hóa kết mơ hình tràn dầu thể kết không gian 3D; kiểm chứng thực tế trường nhằm đánh giá tính xác khả ứng dụng mơ hình Hình Q trình phong hóa dầu mơi trường Tích hợp phần mềm mơ hình lan truyền dầu vào đồ số 3D 2.1 Thuật toán lan truyền dầu [1] Lan truyền dầu q trình lan truyền chất phức tạp có kể tới chuỗi liên tiếp q trình thủy động lực học hóa lý Khi tràn sông, dầu bị trôi dạt phân tán theo chiều dòng chảy Đây q trình chủ yếu định lan truyền dầu sông Cùng với trình trên, dầu tự loang mặt nước tác động gradient áp suất ngang, lực căng mặt ngồi Q trình thường xảy giai đoạn đầu dầu tràn (khoảng - 15 giờ) Khi dầu tràn ra, tùy thuộc điều kiện khí tượng thủy văn, dầu bị bốc (chỉ bay thành phần nhẹ) Ngoài ra, có q trình lý - hóa - sinh khác như: nhũ tương hóa, bám vào bờ, bám vào hạt rắn (chẳng hạn phù sa), lắng đọng xuống đáy sơng, tác dụng hóa học với chất có sông Một số lượng dầu bị phân hủy tương tác sinh học (phân hủy vi sinh) Quá trình phong hóa dẫn đến thay đổi lớn đặc tính dầu thay đổi vận động dầu tràn sông theo thời gian Một số q trình làm biến dầu mặt sơng q trình khác lại làm cho dầu tồn lâu dài Để tính tốn q trình lan truyền dầu sơng, cần giải phương trình thủy động lực học để tính tốn vận tốc dòng chảy, sau giải phương trình tải khuếch tán để tính lan truyền dầu Ngồi thơng số cho tốn thủy lực, thơng số khác lượng dầu tràn, thời gian địa điểm dầu tràn, loại dầu tràn thông số quan trọng để tính tốn lan truyền dầu Đồng sơng Cửu Long có số sơng lớn (sơng Tiền, sơng Hậu, sơng Vàm Cỏ ), song có nhiều kênh nhỏ (chiều rộng từ vài chục đến vài trăm mét, bán đảo Cà Mau) Vì thế, xảy cố, chủ yếu dầu tràn theo trục sơng, cần mơ hình lan truyền dầu chiều đủ Với kênh/sơng có chiều rộng lớn (vài trăm mét trở lên), để có số liệu nồng độ dầu theo chiều ngang cần phải xây dựng sử dụng mơ hình lan truyền dầu chiều ngang Mặc dù quan tâm tới lan truyền dầu theo chiều ngang tính tốn nhóm tác giả cần thơng tin điều kiện biên thủy DẦU KHÍ - SỐ 12/2014 51 AN TỒN - MƠI TRƯỜNG DẦU KHÍ lực dầu biên (lấy từ mơ hình chiều phải đo đạc trước) Vì vậy, để linh hoạt đảm bảo kinh tế, nhóm tác giả xây dựng mơ hình ghép nối chiều sông (chiều ngang nhỏ) với mơ hình chiều ngang sơng cho đoạn sơng có chiều rộng lớn 2.1.1 Tải tán xạ dầu Tải q trình lan truyền dầu dòng chảy Tán xạ trình phát sinh bổ sung thực trung bình theo chiều sâu (hoặc mặt cắt cộng với tượng khuếch tán rối vật lý, trường hợp chiều) Tải tán xạ tượng vật lý chủ yếu làm trôi phát tán dầu mặt nước từ chỗ đến chỗ khác tác dụng gió, sóng, loại dòng chảy sinh thủy triều lưu lượng thượng nguồn Mơ hình: Δx + D, Dy = v Δy +D Δx Δy: Độ phân giải (bước lưới theo trục x y) mạng lưới tính tốn; D: Hệ số tổng hợp liên quan tới phân tán khuếch tán rối ngang (2 - 10m2/s) Trong thực tế khó xác định hệ số Dx Dy hệ số thường nằm số hạng bậc 2, nên thường xem đại lượng không đổi Thành phần vận tốc tầng mặt trơi theo gió sóng tính theo mơ hình sau (Youssef & Spaulding, 1993): u w = C1 w cosθ , vw = C1 w sin θ , C1 = α + β w , α = −7% w, χ = 8,0 Trong đó: w: Trị số vận tốc gió độ cao 10m so với mặt nước; uw, vw: Các thành phần vận tốc dòng chảy trơi lệch sang phải với gió tầng 10m với góc θ 2.1.2 Sự loang dầu (Fay, 1969) Sự loang dầu trình phân tán dầu mặt nước tác động đồng thời lực: trọng lực, lực căng mặt độ nhớt Theo FAY, trình loang dầu trải qua thời kỳ liên tiếp: quán tính - trọng lực; trọng lực - nhớt; nhớt - sức căng mặt sau ngừng loang 52 DẦU KHÍ - SỐ 12/2014 (ρ −ρ ρ o ) = 0,08 − 0,10 , t ≤ T i o Nếu vết dầu dải dài L A = Q/L, cơng thức tính chiều rộng vết dầu B sau: ( B (t ) = k1i g ΓAt ) 1/ , Γ= (ρ −ρ ρ ) = 0,08 − 0,10 , t ≤ T i f2: Vào thời kỳ Tv ≥ t > Ti, diện tích vết lớn, lực quán tính trở nên nhỏ xuất cân hai lực ma sát nhớt trọng lực Do đó, bán kính vết dầu tính theo cơng thức sau: 1/ − / 2⎞ ⎛ ⎝ ut, vt: Các thành phần vận tốc dòng triều; 10 ,Γ = ⎟ ⎠ , T