CHƯƠNG 2.SỰ PHÙ HỢP CỦA CƠ SỞ VỚI QUY HOẠCH, KHẢ NĂNG CHỊU TẢI CỦA MÔI TRƯỜNG
2.2. Sự phù hợp của Cơ sở đối với khả năng chịu tải của môi trường
2.2.1. Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình thủy lực
a. Thiết lập mô hình sóng
- Thiết lập mô hình sóng to:
Để có được trường sóng cho khu vực dự án cần phải mô phỏng trường sóng cho khu vực có phạm vi rộng, do vậy phạm vi tính toán của mô hình lựa chọn như hình dưới đây. Khu vực vùng mô phỏng sóng vùng rộng đảm bảo quy mô đà gió đủ lớn để hình thành nên chế độ sóng lan truyền vào vùng ven bờ tạo ra trường sóng có độ chính xác cao.
Miền tính được giới hạn: Biên phía Đông được lấy từ điểm có tọa độ (20°01’N, 107°14’E) đến điểm (21°31’N, 107°14’E), biên phía Nam được lấy từ điểm có tọa độ (20°01’N, 106°38’E) đến điểm (20°01’N, 107°14’E). Số liệu đưa vào làm điều kiện biên cho mô đun là các số liệu sóng, số liệu gió và mực nước các biên được thu thập từ các trạm hải văn trong khu vực dự án. Lựa chọn lưới phi cấu trúc, miền tính có tổng số ô lưới là 9083 ô, 4857 nút lưới. Trong đó, vùng được thiết lập với lưới tính tương đối chi tiết với độ phân giải mịn ở khu vực ven bờ với cạnh mắt lưới nhỏ nhất khoảng 50 m. Vùng được thiết lập với lưới tính thô ở khu vực ngoài khơi với cạnh mắt lưới lớn nhất là 5000 m.
Hình 2.1: Khu vực tính sóng vùng to - Hiệu chỉnh – kiểm định mô hình sóng to:
Mô hình sóng được thiết lập cho khu vực nghiên cứu, kết quả mô phỏng mô hình được hiệu chỉnh với số liệu thực đo tại trạm Hòn Dấu năm 2020 và kiểm định năm 2021 với 02 yếu tố là độ cao sóng trung bình và hướng sóng trung bình. Kết quả thể hiện trong các hình dưới đây:
Hình 2.2: Độ cao sóng trung bình tính toán và thực đo năm 2020
Hình 2.3: Hướng sóng tính toán và thực đo năm 2020
Hình 2.4: Độ cao sóng trung bình tính toán và thực đo năm 2021
Hình 2.5: Hướng sóng tính toán và thực đo năm 2021
Kết quả hiệu chỉnh độ cao sóng trung bình và hướng sóng năm 2020 và 2021 cho thấy mô hình sóng MIKE 21 SW mô phỏng khá tốt độ cao song trung bình tuy nhiên chưa thực sự tốt với các giá trị hướng sóng. Tuy nhiên kết quả này là có thể chấp nhận được.
Các thông số mô hình MIKE 21 SW hiệu chỉnh kiểm định được trình bày trong dưới đây:
Bảng 2.1: Bộ tham số mô đun sóng
STT Thông số Giá trị
1 Hướng lan truyền 36
2 Ma sát đáy 0,038
3 Sóng bạc đầu Cdis = 4,5, Delta = 0,5
4 Gió Trường gió biến đổi theo không gian, thời gian 5 Tương tác về năng lượng Tương tác bậc 4
6 Sóng vỡ do độ sâu 0,73
7 Điều kiện ban đầu Coi là phổ nước sâu và sử dụng phổ JONSWAP 8 Điều kiện biên Chọn 2 biên lỏng ở đó có sự trao đổi năng lượng
sóng giữa phía trong và phía ngoài vùng tính - Thiết lập mô hình sóng nhỏ
Với bộ thông số đã xây dựng được mô hình sóng nước sâu cho khu vực nghiên cứu, phạm vi mô phỏng vùng ven biển Quảng Ninh được thiết lập và tiến hành truyền sóng nước nông từ mô hình sóng to về phạm vi khu vực Dự án, kết quả truyền sóng về mô hình sóng của khu vực Dự án như dưới đây:
Hình 2.6:Minh họa miền tính, địa hình (a), lưới tính (b) khu vực tính sóng nhỏ Khu vực lưới tính nhỏ được mô phỏng từ kinh độ 106°36’E đến 107°11’E, vĩ độ từ 20°36’N đến 21°2’N. Lưới tính được lựa chọn là lưới kết hợp lưới phi cấu trúc (khu vực biển) và lưới vuông (cho sông), miền tính có tổng số ô lưới là 9.399 ô, 6.348 nút lưới.
Trong đó, vùng được thiết lập với lưới tính tương đối chi tiết với độ phân giải mịn ở khu vực ven bờ với cạnh mắt lưới nhỏ nhất khoảng 50 m. Vùng được thiết lập với lưới tính thô ở khu vực ngoài khơi với cạnh mắt lưới lớn nhất là 5.000 m, khu vực sông Cồn Khoai và sông Khoai được thiết lập kích thước ô lưới nhỏ
- Thiết lập điều kiện biên
Dữ liệu gió và sóng được sử dụng từ nguồn số liệu tái phân tích từ mô hình khí hậu toàn cầu. Dữ liệu này là kết quả thu được từ mô hình đã được hiệu chỉnh với số liệu thực đo từ hệ thống các trạm quan trắc hải văn toàn cầu nên có độ tin cậy cao. Đây là bộ số liệu rất tốt phục vụ mô phỏng chế độ sóng cho khu vực mô phỏng.
- Kết quả mô phỏng sóng nhỏ
Hình 2.7: Kết quả mô phỏng sóng nhỏ năm 2023
Sau khi thiết lập và mô phỏng sóng cho khu vực dự án, tiến hành mô phỏng thủy lực và lan truyền chất ô nhiễm cho khu vực Dự án.
b. Thiết lập mô hình thủy lực
- Thiết lập mô hình MIEK 21 FM
Miền tính sử dụng cho nghiên cứu là khu vực ven biển Quảng Ninh. Lưới tính được xây dựng kết hợp lưới phi cấu trúc và lưới vuông; khu vực ngoài khơi sẽ được mô phỏng bằng lưới phi cấu trúc, khu vực cửa sông ven biển được mô phỏng bằng lưới vuông và lưới phi cấu trúc. Việc kết hợp lưới tính toán sẽ đưa ra được kết quả chi tiết tại những khu vực dự án với ô lưới nhỏ và mịn đồng thời giảm được bước tính toán khi sử dụng ô lưới thưa hơn ở ngoài khơi.
Hình 2.8: Địa hình miền tính khu vực dự án
Miền tính toán được giới hạn bởi 07 biên trên: Biên lưu lượng sông Đá Bạch, Sông Cấm, sông Lạch Tray, sông Vân Úc, sông Uông, sông Khoai và sông Cồn Khoai và biên 02 ngoài khơi (biển đông, biển nam).
Sử dụng mực nước từ phân tích điều hòa làm điều kiện biên mực nước ngoài khơi.
Điều kiện mực nước cho các biên ngoài biển được thiết lập bằng cách sử dụng công cụ Tide Prediction of heights trong MIKE 21 Toolbox. Trường sóng được mô phỏng từ mô hình sóng MIKE SW cho khu vực dự án. Số liệu gió được thống kê từ trạm Hòn Dấu.
c. Kết quả hiệu chỉnh mô hình kiểm định mô hình thủy lực
Kết quả quá trình hiệu chỉnh và kiểm định thuỷ lực của mô hình MIKE 21 FM cho khu vực nghiên cứu với các thời đoạn là tháng 1 đến tháng 4 năm 2020 cho hiệu chỉnh mô hình và tháng 1 đến tháng 4 năm 2021 cho kiểm định mô hình, kết quả được thể hiện như các hình dưới đây:
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450
06/01/20 00:00 21/01/20 00:00 05/02/20 00:00 20/02/20 00:00 06/03/20 00:00
Mực nước (cm)
Thời gian
Thực đo Mô phỏng
R² = 0.9832
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450
0 50 100 150 200 250 300 350 400
Mực nước tính toán (cm)
Mực nước thực đo (cm)
Hình 2.9: Kết quả hiệu chỉnh năm 2020 tại Hòn Dấu
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450
05/01/21 00:00 20/01/21 00:00 04/02/21 00:00 19/02/21 00:00 06/03/21 00:00
Mực nước (cm)
Thời gian
Thực đo Mô phỏng
R² = 0.9799
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450
Mực nước tính toán (cm)
Mực nước thực đo (cm)
Hình 2.10: Kết quả kiểm định năm 2021 tại Hòn Dấu
Kết quả quá trình hiệu chỉnh kiểm định được đánh giá độ chính xác bằng các chỉ số Nash và hệ số tương quan giữa kết quả tính toán và số liệu thực đo tại trạm Hòn Dấu. Kết quả các chỉ số đánh giá được trình bày như Bảng dưới đây:
Bảng 2.2: Đánh giá kết quả quá trình hiệu chỉnh kiểm định mô hình thuỷ lực Quá trình Thời gian bắt
đầu
Thời gian kết thúc
Chỉ số Nash Hệ số tương quan
Hiệu chỉnh 01/2020 04/2020 0,90 0,98
Kiểm định 01/2021 04/2021 0,85 0,97
Từ kết quả quá trình hiệu chỉnh và kiểm định với bộ tham số trong Bảng trên, mô hình MIKE 21 FM có thể mô phỏng tương đối chính xác với các chỉ số dao động trong khoảng 0,85 đến 0,90 đều đạt mực tốt. Mô hình bắt tương đối chính xác chế độ triều tại khu vực, tuy nhiên chưa bắt được chính xác các chân và đỉnh triều, sai số khoảng 0,1m.
Với kết quả trên cho thấy mô hình đủ độ tin cậy để mô phỏng, đánh giá quá trình lan truyền các thông số ô nhiễm từ nguồn xả các khu công nghiệp vào khu vực Dự án.