Chính vì thế, để thúc đẩy sự quan tâm và phát triển nghiên cứu về lĩnh vực năng lượng tái tạo mà cụ thể là năng lượng sóng biển được mạnh mẽ hơn, đáp ứng nhu cầu phát triển bền vững củ[r]
(1)Tạp chí Khí tượng Thủy văn 2021, 722, 58–67; doi:10.36335/VNJHM.2021(722).58–67 http://tapchikttv.vn/ Bài báo khoa học
Nghiên cứu xác định lượng sóng biển khu vực Nam Trung
Bộ
Ngô Nam Thịnh1,2*,Đỗ Vĩnh Nguyên1, Lê Thị Phụng1, Nguyễn Thị Bảy3
1 Trường Đại học Tài nguyên Môi Trường Thành phố Hồ Chí Minh;
nnthinh@hcmunre.edu.vn; vinhnguyen4481338@gmail.com; ltphung@hcmunre.edu.vn
2 Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hồ Chí Minh; Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG–HCM; nguyentbay@gmail.com
* Tác giả liên hệ: nnthinh@hcmunre.edu.vn; Tel.: +84–944657939
Ban Biên tập nhận bài: 23/11/2020; Ngày phản biện xong: 29/12/2020; Ngày đăng bài: 25/2/2021
Tóm tắt: Năng lượng sóng biển dạng lượng tái tạo dựa việc sử dụng
năng từ dao động tuần hồn sóng biển để tạo điện Năng lượng tái tạo từ sóng biển đánh giá nguồn lượng khơng làm suy thối mơi trường Theo đánh giá từ cơng trình nghiên cứu Tổng cục Biển Hải đảo Việt Nam vào năm 2019, tổng công suất lượng sóng năm tồn dải ven biển Việt Nam đáp ứng 90% nhu cầu tiêu thụ điện Việt Nam kỳ Vùng Nam Trung Bộ xác định nơi có trữ lượng lượng sóng lớn tồn dải ven biển Việt Nam Trong báo cáo này, tác giả ứng dụng mơ hình Mike 21 SW để tính tốn đặc trưng sóng biển xác định chuyển tải lượng sóng biển khu vực biển Nam Trung Bộ biến thiên hai mùa gió thịnh hành năm 2017
Từ khóa: Năng lượng sóng biển; MIKE; Nam Trung Bộ
1. Mở đầu
Sự đời lượng tái tạo giảm áp lực cho ngành lượng bối cảnh nhiên liệu hóa thạch dần cạn kiệt nêu rõ từ năm 1950 [1], từ góp phần kiểm sốt làm gảm lượng phát thải khí nhà kính làm giảm mâu thuẫn vùng có nhiều nguồn nhiên liệu hóa thạch, điển Biển Đơng Đan Mạch có báo cáo đề xuất cách loại bỏ dần nhiên liệu hóa thạch tương lai vào năm 2010 với mục tiêu làm cho Đan Mạch trở nên độc lập với nhiên liệu hóa thạch vào năm 2050 [2] Ngồi lượng gió, lượng sóng đánh giá nguồn lượng vô tận tự nhiên khơng làm suy thối mơi trường
(2)Tạp chí Khí tượng Thủy văn 2021, 722, 58–67; doi:10.36335/VNJHM.2021(722).58–67 59
Hiện nay, có nhiều mơ hình tính sóng khác cơng bố sử dụng WAM, SWAN, WAVEWATCH III, MIKE 21 SW, STWAVE, DELFT3D…[3, 6–11] Tuy nhiên, mơ hình MIKE 21 SW mơ hình thương mại với lợi linh động lưới tính khả mơ trình khu vực ven bờ nơng dần, nhiễu xạ, khúc xạ sóng vỡ biến đổi độ sâu…[12] Ngồi ra, MIKE 21 SW cịn giúp xác định lượng sóng cách trực tiếp với độ tin cậy cao sử dụng rộng rãi Việt Nam Chính thế, để thúc đẩy quan tâm phát triển nghiên cứu lĩnh vực lượng tái tạo mà cụ thể lượng sóng biển mạnh mẽ hơn, đáp ứng nhu cầu phát triển bền vững toàn cầu Việt Nam, nghiên cứu thực với mục tiêu xác định phân bố nguồn lượng sóng biển năm 2017 khu vực mơ hình MIKE 21 SW Mơ hình hiệu chỉnh kiểm định với số liệu thực đo năm 2013, từ mơ tính tốn trường sóng cho năm 2017
Vùng biển ven bờ khu vực Duyên hải Nam Trung Bộ có bãi biển cát thơ dốc Thềm lục địa từ Đà Nẵng đến Vũng Tàu có phân hóa phức tạp, diện tích thềm lục địa mở rộng phía bắc, co hẹp từ Bình Định lại mở rộng dần xuống phía nam [13] Hình Điều cho thấy lượng sóng ngồi khơi truyền vào khu vực bị tiêu tán ma sát đáy (mang chế độ biển khơi) Vị trí vùng biển Nam Trung Bộ mơ tả Hình
Hình Vị trí vùng biển Nam Trung Bộ 2 Mơ hình ứng dụng nghiên cứu
(3)Tạp chí Khí tượng Thủy văn 2021, 722, 58–67; doi:10.36335/VNJHM.2021(722).58–67 60 2.1 Cơ sở lý thuyết mơ hình Mike 21 SW
Phương trình chủ đạo phương trình cân sóng hoạt động hệ tọa độ Đêcac Theo hướng tọa độ ngang, phương trình bảo tồn động lượng sóng viết sau:
+ ∇ ( ⃗ ) = (1) Trong N(x, σ, θ, t) mật độ ảnh hưởng; t thời gian; ⃗(x, y) hệ tọa độ Cartesian;
⃗(cx, cy,cσ,cθ) vận tốc truyền nhóm sóng; S số hạng gốc phương trình cân
năng lượng biểu diễn sau:
S = Sin + Snl + Sds + Sbot + Ssurf (2)
Trong Sin_ chuyển tải động lượng lượng gió vào phát sinh sóng; Snl_
năng lượng chuyển tải tương tác phi tuyến sóng – sóng, Sds_ tiêu tán lượng sóng
do sóng bạc đầu; Sbot_ tiêu tán ma sát đáy; Ssurf_ tiêu tán lượng vỡ sóng
do biến đổi độ sâu
2.2 Cơ sở lý thuyết lượng sóng
Chuyển tải lượng sóng tính cơng thức:
=
(3)
Với = (4)
Trong mật độ nước biển; HS độ cao sóng có nghĩa; g gia tốc trọng trường,
cg vận tốc nhóm sóng
2.3 Các số liệu sử dụng tính tốn mơ hình
2.3.1 Dữ liệu địa hình vùng biển Nam Trung Bộ
Một liệu đầu vào quan trọng MIKE 21 liệu địa hình đáy biển Trong nghiên cứu này, địa hình kết hợp từ hai nguồn liệu: Thứ nhất, từ Phú Yên đến Ninh Thuận trích xuất từ đồ địa hình Phịng Địa chất Địa mạo biển, Viện Hải dương học kết nghiên cứu Lê Đình Mầu cộng “Đặc điểm khí tượng hải văn động lực biển tỉnh Khánh Hòa” thực từ 2016–2018; Thứ hai, từ Đà Nẵng đến Bình Định Vũng Tàu kế thừa từ hải đồ tỉ lệ 1:200.000 Hải quân Nhân dân Việt Nam tái lần thứ năm 1993
(4)Tạp chí Khí tượng Thủy văn 2021, 722, 58–67; doi:10.36335/VNJHM.2021(722).58–67 61
Hình Địa hình vùng biển Nam Trung Bộ
Hình Lưới tính áp dụng vùng biển Nam Trung Bộ
2.3.2 Điều kiện biên điều kiện đầu vào
– Điều kiện biên: Tại biên khu vực tính toán, tác giả thiết lập dạng biên đóng với mực nước tĩnh (độ cao sóng h=0) biến đổi phụ thuộc vào vùng lân cận Điều tạo vùng tính với biên thay đổi phụ thuộc vào phần tử cận biên dẫn đến việc nguồn lượng giải phóng khơng bổ sung vùng biên
– Dữ liệu đầu vào hai số liệu gió tái phân tích tồn Biển Đơng từ liệu gió tồn cầu (NOAA) năm 2013 năm 2017 với bước thời gian tiếng [15], miền tính rộng nên khơng xét sóng lừng Các đặc trưng liệu đầu vào thể Hình
(5)Tạp chí Khí tượng Thủy văn 2021, 722, 58–67; doi:10.36335/VNJHM.2021(722).58–67 62 2.4 Lựa chọn thông số mơ hình
Mơ hình tính hiệu chỉnh sở so sánh hai đặc trưng sóng độ cao sóng có nghĩa (HS) chu kỳ sóng (T) kết tính mơ hình với số liệu thực đo
giai đoạn từ 11:00 CH ngày 6/1/2013 đến 7:00 SA ngày 12/1/2013 (mùa gió đơng bắc) (Hình 5a, 5b) kiểm định giai đoạn từ 11:00 SA ngày 1/7/2013 đến 12:00 CH ngày 4/7/2013 (mùa gió tây nam) (Hình 5c, 5d) vị trí có tọa độ 109,019oE – 11,437oN [1]
Phân tích tính tốn thống kê hai chuỗi số liệu tính tốn mơ hình chuỗi số liệu quan trắc thu kết tốt Đối với kết hiệu chỉnh mơ hình cho kết tương quan tốt, hệ số tương quan đạt 0,85 hệ số hiệu mơ hình Nash đạt 0,84 (Hình 5a) sai số chu kỳ sóng trung bình 5,28% (Hình 5b) Đối với kết kiểm định mơ hình cho kết tương quan tốt, hệ số tương quan đạt 0,86 hệ số hiệu mơ hình Nash đạt 0,56 (Hình 5c) sai số chu kỳ sóng trung bình 3,28% (Hình 5d)
Hình Kết hiệu chỉnh mùa gió đơng bắc (giai đoạn 23:00 06/01/2013 – 7:00 12/01/2013) (a) kết kiểm định mùa gió tây nam (giai đoạn 11:00 01/07/2013 – 12:00 04/07/2013) (b) độ cao sóng chu kỳ sóng thực đo với kết tính tốn
3 Kết thảo luận
(6)Tạp chí Khí tượng Thủy văn 2021, 722, 58–67; doi:10.36335/VNJHM.2021(722).58–67 63
(a) (b)
Hình Biểu đồ lượng sóng thời kỳ gió mùa đơng bắc (a) gió mùa tây nam (b) vùng biển Nam Trung Bộ
Từ kết tính tốn tiến hành trích xuất đặc trưng sóng lượng sóng để xây dựng biểu đồ hoa sóng vị trí có vị trí tương ứng với tỉnh Đà Nẵng, Quảng Nam, Quảng Ngãi, Bình Định, Phú n, Khánh Hịa, Ninh Thuận, Bình Thuận nằm đường đẳng sâu 100 m nhằm loại bỏ tác động định hình có độ dốc lớn khơi tác động vũng vịnh gần bờ; vị trí ven bờ đảo Phú Quý (độ sâu 20 m) (nơi có dịng lượng sóng lớn quanh năm) để đánh giá tiềm năng lượng sóng khu vực Kết cho thấy:
– Các đặc trưng sóng phân bố mật độ lượng sóng biến đổi phụ thuộc vào chế độ gió mùa (Hình 6) Mùa gió đơng bắc mang lại trữ lượng lượng sóng cao so với mùa gió tây nam tồn khu vực nghiên cứu thời gian hoạt động nhiều mùa gió tây nam năm
– Ứng với trường gió mùa đơng bắc, ngồi khơi Bình Thuận nơi có độ cao sóng lớn với sóng hướng đơng bắc chiếm ưu (Hình 7h) Độ cao sóng có nghĩa chiếm ưu khoảng từ 1,5 m đến > m đạt > 3,5 m
(7)Tạp chí Khí tượng Thủy văn 2021, 722, 58–67; doi:10.36335/VNJHM.2021(722).58–67 64
(a) (b)
(c) (d)
(e) (f)
(g) (h)