Để thấy rõ sự khác biệt của việc áp dụng biên cứng di động so với khơng tính tốn biên cứng di động, tác giả ghi nhận lại một số kết quả tính tốn về độ dâng
120
mực nước tại một điểm sát đường bờ biển (xem Hình 4.27) và tổng diện tích bề mặt nước khi thủy triều lên, xuống.
Hình 4.27. Vị trí ghi nhận độ dâng mực nước tại b iên cứng di động
Dưới đây là một số kết quả tính tốn được ghi nhận lại tại lại điểm sát biên (110, 90).
121
Hình 4.28. Độ dâng mực nước tại gần biên cứng di động (điể m P)
Dao động sĩng cĩ dạng hình sin nên độ dâng mực nước cũng cĩ dao động dạng hình sin. Khi khơng tính tốn biên cứng di động mà cố định đường bờ biển suốt quá trình tính, khơng quan tâm đến ảnh hưởng của thủy triều đến biên thì dao động của mực nước cĩ dạng hình sin khá đều theo sự thay đổi của thủy triều. Khi áp dụng việc tính tốn biên cứng di động, ta thấy tại đầu pha dao động khơng cĩ nhiều khác biệt so với cách tính biên khơng di động nhưng tại cuối pha, mực nước khơng thay đổi. Điều này hợp lý vì khi biên cứng thay đổi theo thủy triều, mực nước tại điểm sát biên khơng đổi khi triều xuống.
122
Hình 4.29. Sự thay đổi diện tích bề mặt nước kh i t ính tốn biên cứng di động
Rõ ràng khi thủy triều lên, xuống, biên vùng tính cũng thay đổi theo làm cho diện tích bề mặt nước cũng thay đổi. Thủy triều lên, diện tích bề mặt nước tăng, cĩ nghĩa là cĩ nhiều nước đổ vào vùng tính hơn. Ngược lại, thủy triều xuống, nước sẽ rút dần và diện tích bề mặt nước khi đĩ sẽ giảm.
Để thấy rõ sự thay đổi của biên cứng, tác giả ghi nhận lại hình ảnh của biên cứng tại hai thời điểm: thủy triều lên và xuống (xem Hình 4.30)
123
a. Biên cứng khi triều xuống b. Biên cứng kh i triều lên
Hình 4.30. Biên cứng di động do ảnh hưởng của thủy triều
Dưới ảnh hưởng của thủy triều, biên cứng ở phía Đơng cĩ sự thay đổi khá rõ. Khi triều lên, nước ngập bờ. Theo phương X, cĩ nơi nước ngập đến 4km. Với phương Y là 2km. Như vậy khi dùng lưới tính thưa (xy300m), so với khi khơng tính biên cứng di động, số nút được tính thêm theo phương X tối đa kho ảng 13 nút, theo phương Y là 6 nút. Nếu dùng lưới mịn tại đây (xy100m), số nút tính thêm sẽ nhiều hơn. Như vậy, số nút tính trong nhiều trường hợp là khá cao và sẽ ảnh hưởng đến kết quả tính tốn.
Rõ ràng, nếu ta bỏ qua sự thay đổi của biên cứng thì kết quả tính tốn sẽ bị ảnh hưởng và cĩ sự sai biệt đáng kể so với thực tế.
Như vậy, các kết quả về dịng chảy được ghi nhận lại dưới dạng đồ thị độ dâng mực nước tại điểm gần biên, diện tích bề mặt nước khi thủy triều thay đổi cho thấy sự hợp lý c ủa mơ hình. 20 40 60 80 100 120 140 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220
124
4.4.1.3. Kết quả khi sử dụng lƣới lồng
Phương pháp tính tốn lưới lồng cĩ tác dụng vừa đảm bảo đạt độ chính xác cao tại các vùng quan tâm, vừa đẩy nhanh tốc độ tính tốn trên tồn vùng biển rộng lớn. Dưới đây là một số hình ảnh về dịng chảy khi khơng áp dụng lưới lồng và khi cĩ lưới lồng.
a. Dịng chảy sau 1 tháng 15 ngày b. Dịng chảy sau 1 tháng 15 ngày 6 giờ
20 40 60 80 100 120 140 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 20 40 60 80 100 120 140 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220
125
c. Dịng chảy sau 1 tháng 15 ngày 12 giờ d. Dịng chảy sau 1 tháng 15 ngày 18 giờ
Hình 4.31. Dịng chảy khi khơng tính lưới lồng
Thủy triều ảnh hưởng rất lớn đến dịng chảy. Hình 4.31. ghi nhận các thời điểm thủy triều lên và xuống đã ảnh hưởng đến dịng chảy. Khi thủy triều lên, dịng chảy được đẩy lên theo hướng thủy triều, ngược lại triều rút sẽ làm dịng chảy đổi hướng đi xuống.
a. Dịng chảy sau 1 tháng 15 ngày b. Dịng chảy sau 1 tháng 15 ngày 6 giờ
20 40 60 80 100 120 140 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 20 40 60 80 100 120 140 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220
126
c. Dịng chảy sau 1 tháng 15 ngày 12 giờ d. Dịng chảy sau 1 tháng 15 ngày 18 giờ
Hình 4.32. Dịng chảy khi cĩ tính lưới lồng
Hình 4.32. ghi nhận dịng chảy trên lưới mịn tại cửa sơng Bảy Háp. Với lưới mịn này, dịng chảy tại cửa sơng Bảy Háp sẽ được tính tốn chính xác hơn.
Ngơn ngữ lập trình sử dụng để tính tốn mơ hình thủy lực là C#, được thực hiện trên máy tính Core Duo 3GB với thời gian tính như sau :
Sử dụng 1 lƣới thƣa trên tồn vùng tính (x= y= 300 m)
Thời gian tính là 102 giờ cho 3 tháng thời gian thực.
Sử dụng 1 lƣới mịn trên tồn vùng tính (x= y= 100m)
Thời gian tính là 805 giờ cho 3 tháng thời gian thực.
Sử dụng 1 lƣới thƣa và 1 lƣới mịn nhƣ Hình 4.26
Thời gian tính là 257 giờ cho 3 tháng thời gian thực.
Khi sử dụng lưới mịn cùng với lưới thưa trên tồn vùng tính, chúng ta cĩ thể cân đối được hai yếu tố quan trọng cần đạt được là độ chính xác và tốc độ tính tốn. Kết quả tính tốn dịng chảy với các thơng số tính tốn như trên là hồn tồn đáp ứng được thời gian thực về yêu cầu dự báo dịng chảy trên biển.
127
4.4.2. Kết quả tính tốn sự lan truyền chất
Mơ hình lan truyền chất được sử dụng trong luận án để tính sự lan truyền của hai chất đại diện cho các chất ơ nhiễm là DO và BOD. Quy trình tính tốn sự lan truyền chất ơ nhiễm với tất cá các chất là như nhau.
DO là lượng oxy hồ tan trong nước cần thiết cho sự hơ hấp của các sinh vật nước (cá, lưỡng thê, thuỷ sinh, cơn trùng v.v...) thường được tạo ra do sự hồ tan từ khí quyển hoặc do quang hợp của tảo. Nồng độ oxy tự do trong nước nằm trong kho ảng 8 - 10 ppm, và dao động mạnh phụ thuộc vào nhiệt độ, sự phân huỷ hố chất, sự quang hợp của tảo và v.v... Khi nồng độ DO thấp, các lồi sinh vật nước giảm hoạt động hoặc bị chết. Do vậy, DO là một chỉ số quan trọng để đánh giá sự ơ nhiễm nước của các thủy vực.
BOD (Biochemical oxygen Demand- nhu cầu oxy sinh hố) là lượng oxy c ần thiết để vi sinh vật oxy hố các chất hữu cơ theo phản ứng:
Chất hữu cơ + O2 = CO2 + H2O + tế bào mới + sản phẩm trung gian Trong mơi trường nước, khi quá trình oxy hố sinh học xảy ra thì các vi sinh vật sử dụng oxy hịa tan, vì vậy xác định tổng lượng oxy hồ tan c ần thiết cho quá trình phân huỷ sinh học là phép đo quan trọng đánh giá ảnh hưởng của một dịng thải đối với nguồn nước. BOD cĩ ý nghĩa biểu thị lượng các chất thải hữu cơ trong nước cĩ thể bị phân hủy bằng các vi sinh vật.
4.4.2.1. Thơng số tính tốn BOD: Nồng độ nền: 1 mg/l BOD: Nồng độ nền: 1 mg/l
Điều kiện biên: 1 mg/l
DO: Chỉ xét đến oxy hố và trao đổi mặt thống (bỏ qua lắng đọng, nitrate hĩa, quang hợp).
Nồng độ nền: 7.0 mg/l Điều kiện biên: 7.0 mg/l
Chọn: K1 = 0.009; K2 = K3 = 0.01 (K1: hệ số biến đổi BOD, K2: hệ số thấm khí, K3: hệ số hao hụt BOD do lắng đọng)
128
4.4.2.2. Kết quả tính tốn
Kết quả tính tốn DO
a. Nồng độ DO sau 1 tháng 15 ngày b. Nồng độ DO sau 1 tháng 15 ngày 6 giờ
c. Nồng độ DO sau 1 tháng 15 ngày 12 giờ d. Nồng độ DO sau 1 tháng 15 ngày 18 g iờ
129
Trên lưới thưa, sự lan truyền chất BOD, DO được tính tốn khá nhanh nhưng độ chính xác khơng cao nên khĩ đánh giá.
a. Nồng độ DO sau 1 tháng 15 ngày b. Nồng độ DO sau 1 tháng 15 ngày 6 giờ
c. Nồng độ DO sau 1 tháng 15 ngày 12 giờ d. Nồng độ DO sau 1 tháng 15 ngày 18 g iờ
130 Kết quả tính tốn BOD
a. Nồng độ BOD sau 1 tháng 15 ngày b. Nồng độ BOD sau 1 tháng 15 ngày 6 giờ
c. Nồng độ BOD sau 1 tháng 15 ngày 12 g iờ d. Nồng độ BOD sau 1 tháng 15 ngày 18 g iờ
131
a. Nồng độ BOD sau 1 tháng 15 ngày b. Nồng độ BOD sau 1 tháng 15 ngày 6 giờ
c. Nồng độ BOD sau 1 tháng 15 ngày 12 g iờ d. Nồng độ BOD sau 1 tháng 15 ngày 18 g iờ
Hình 4.36. Sự lan truyền BOD kh i cĩ tính lưới lồng
Đối với các khu vực đặc biệt cần quan tâm, ta nên xây dựng lưới mịn tại đĩ để kết quả tính tốn sẽ chính xác hơn. Hình 4.35, 4.36 cho thấy kết quả trên lưới mịn khá rõ về nồng độ các chất BOD, DO tại gần cửa sơng Bảy Háp.
Mơ hình này sẽ được hoạt động sau khi mơ hình thủy lực được làm nĩng. Khi đĩ cả hai mơ hình thủy lực và lan truyền chất sẽ cùng hoạt động: mơ hình thủy lực chạy trước tính tốn các giá trị vận tốc dịng chảy và truyền vào cho mơ hình lan
132
truyền chất để tính tốn nồng độ các chất ơ nhiễm trên biển. Tốc độ tính tốn nồng độ các chất ơ nhiễm (DO, BOD) như sau:
Sử dụng 1 lƣới thƣa trên tồn vùng tính (x= y= 300 m)
Thời gian tính là 160 giờ cho 3 tháng thời gian thực.
Sử dụng 1 lƣới mịn trên tồn vùng tính (x= y= 100m)
Thời gian tính là 1285 giờ cho 3 tháng thời gian thực.
Sử dụng 1 lƣới thƣa và 1 lƣới mịn nhƣ Hình 4.26
Thời gian tính là 376 giờ cho 3 tháng thời gian thực.
Đây là thời gian tính tốn và dự báo sự lan truyền các chất ơ nhiễm trên biển. Với tốc độ này, mơ hình hồn tốn cĩ thể đáp ứng được nhu c ầu dự báo khi cĩ sự cố lan truyền chất ơ nhiễm trên biển.
4.4.3. Kết quả tính tốn sự chuyển tải phù sa và sự bồi -xĩi đáy 4.4.3.1. Thơng số tính tốn 4.4.3.1. Thơng số tính tốn
Bảng 4.5. Bảng phân tích cấp hạt theo đường kính hạt (đơn vị: mm)
Khối lượng (g) <0.038 0.038-0.063 0.063-0.1 0.1-0.25
20.0 0,8% 1,2% 3,3% 50,7%
Khối lượng (g) 0.25-0.5 0.5-1.0 1.0-2.0 >2.0
20.0 32,0% 9,8% 2,0% 0,2%
133
4.4.3.2. Kết quả tính tốn
a. Nồng độ phù sa sau 1 tháng 15 ngày b. Nồng độ phù sa sau 1 tháng 15 ngày 6 giờ
c. Nồng độ phù sa sau 1 tháng 15 ngày 12 giờ d. Nồng độ phù sa sau 1 tháng 15 ngày 18 g iờ
Hình 4.37. Sự chuyển tải phù sa khi khơng tính lưới lồng
20 40 60 80 100 120 140 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 20 40 60 80 100 120 140 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220
134
Cửa sơng Bảy Háp là nơi cĩ sự chuyển tải phù sa khá nhiều. Dưới ảnh hưởng của thủy triều, dịng chảy thay đổi và dịng phù sa từ cửa sơng đổ vào được dịch chuyển theo tác động của dịng chảy. Khu vực này cĩ sự chuyển tải phù sa nhiều nên cần đặc biệt quan tâm và được đặt một lưới mịn để kết quả tính tốn cĩ độ chính xác cao.
a. Nồng độ phù sa sau 1 tháng 15 ngày b. Nồng độ phù sa sau 1 tháng 15 ngày 6 giờ
c. Nồng độ phù sa sau 1 tháng 15 ngày 12 giờ d. Nồng độ phù sa sau 1 tháng 15 ngày 18 g iờ
135
Trên lưới mịn, các kết quả tính tốn về dịng chảy chính xác hơn khi chỉ đặt một lưới thưa cho tồn vùng. Sự chuyển tải phù sa dưới tác động của dịng chảy được thể hiện rất rõ tại khu vực này.
Nhận xét:
Vùng cửa sơng Bảy Háp cĩ sự chuyển tải phù sa khá rõ ràng. Khi triều lên, phù sa từ cửa sơng đổ vào biển. Khi triều xuống, phù sa theo dịng chảy tràn dần xuống phía Nam.
Theo khảo sát, vùng cửa sơng Bảy Háp là vùng cĩ nhiều phù sa, kết quả của mơ hình là khá phù hợp với thực tế này.
Dưới đây là một số hình ảnh về sự bồi, xĩi đáy.
a. Sự thay đổi địa hình đáy sau 1 tháng 15 ngày b. Sự thay đổi địa hình đáy sau 1 tháng 15 ngày 6 g iờ
20 40 60 80 100 120 140 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220
136
c. Sự thay đổi địa hình đáy sau 1 tháng 15 ngày 12 giờ
d. Sự thay đổi địa hình đáy sau 1 tháng 15 ngày 18 giờ
Hình 4.39. Sự thay đổi địa h ình đáy khi khơng tính lưới lồng
Dịng phù sa lơ lửng khi lắng đọng sẽ tạo sự bồi lắng, khi phù sa di chuyển từ đáy lên bề mặt nước thì sẽ tạo sự xĩi mịn. Kết quả về sự bồi, xĩi đáy khi chỉ đặt một lưới thưa cho thấy khu vực cửa sơng Bảy Háp cĩ sự bồi tụ nhiều. Sự xĩi mịn đáy cĩ diễn ra nhưng khơng đáng kể.
a. Sự thay đổi địa hình đáy sau 1 tháng 15 ngày b. Sự thay đổi địa hình đáy sau 1 tháng 15 ngày 6 g iờ
20 40 60 80 100 120 140 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220
137
c. Sự thay đổi địa hình đáy sau 1 tháng 15 ngày 12 giờ
d. Sự thay đổi địa hình đáy sau 1 tháng 15 ngày 18 giờ
Hình 4.40. Sự thay đổi địa h ình đáy khi khơng tính lưới lồng
Trên lưới mịn, sự bồi, xĩi đáy được tính tốn chặt chẽ hơn. Kết quả cũng chỉ ra rằng khu vực này là khu vực được bồi tụ rất nhiều và chỉ một số ít bị xĩi mịn.
Sử dụng 1 lƣới thƣa trên tồn vùng tính (x= y= 300 m)
Thời gian tính là 172 giờ cho 3 tháng thời gian thực.
Sử dụng 1 lƣới mịn trên tồn vùng tính (x= y= 100m)
Thời gian tính là 1303 giờ cho 3 tháng thời gian thực.
Sử dụng 1 lƣới thƣa và 1 lƣới mịn nhƣ Hình 4.26
Thời gian tính là 392 giờ cho 3 tháng thời gian thực.
Nhận xét:
Kết quả khảo sát cho thấy cửa Bảy Háp là vùng bồi phát triển nhanh do ảnh hưởng của phù sa. Mơ hình tính cho thấy phù sa từ cửa sơng Bảy Háp chuyển tải vào biển Cà Mau nên cĩ sự bồi tụ mạnh tại khu vực này. Một số vùng nhỏ cĩ sự xĩi mịn nhưng khơng đáng kể.
138
Chƣơng 5. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 5.1. Kết quả
5.1.1. Các cơng việc nghiên cứu khoa học đã tiến hành
Tác giả đã nghiên cứu các mơ hình tốn học cơ bản về tính tốn thủy lực, lan truyền chất, chuyển tải phù sa, bồi xĩi và thử nghiệm ở một số vùng biển ở Việt Nam như: Cần Giờ, vịnh Thái lan, Cà Mau. Các mơ hình này nhìn chung cho kết quả khá tốt và đã được kiểm định trong thực tế bởi các nhà khoa học trên thế giới và Việt Nam. Tuy nhiên, kết quả tính tốn c ủa các mơ hình vẫn cịn nhiều hạn chế về mặt tốc độ tính tốn cũng như độ chính xác.
Do vậy, tác giả nghiên cứu các hiện tượng tự nhiên cĩ ảnh hưởng đến kết quả tính tốn mà hầu hết các nhà khoa học đã bỏ qua khi đưa vào mơ hình tính. Từ đĩ, tác giả đề xuất một số phương pháp khắc phục các nhược điểm mà các nhà khoa học trước chưa giải quyết tốt sau đây: xác định điều kiện biên sát với thực tế; đưa ảnh hưởng của thủy triều làm biên cứng bị thay đổi (biên cứng di động) trong suốt quá trình tính tốn vào các mơ hình để nâng cao độ chính xác; sử dụng phương pháp lưới lồng (lưới thưa và lưới mịn cĩ sự liên kết với nhau) để đẩy nhanh tốc độ