Nghiên cứu xây dựng phần mềm tính toán và mô phỏng quá trình lan truyền chất

Nghiên cứu xây dựng phần mềm tính toán và mô phỏng quá trình lan
truyền chất
19/03/2012 |
Th.s Dương Thị Thúy Nga, CN. Đinh Xuân Trung
1
Khoa môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự Nhiên.
Tóm tắt
Sự biến đổi khí hậu toàn cầu đang ảnh hưởng rất lớn đến đời sống chúng ta. Việc
nghiên cứu diễn biến dòng chảy và các quá trình lan truyền chất trên sông, biển là một
vấn đề quan trọng góp phần giúp giải quyết vấn đề trên. Bài báo giới thiệu một phần
mềm của nhóm tác giả tính toán và mô phỏng quá trình lan truyền chất trên vùng biển
Nam Bộ. Phần mềm được xây dựng bằng ngôn ngữ lập trình C#, kết hợp với Mapinfo
và Surfer để mô phỏng diễn biến các quá trình trên. Với những ưu điểm của ngôn ngữ
lập trình C#, phần mềm đảm bảo tốc độ tính toán và mô phỏng đáp ứng thời gian của
yêu cầu dự báo. Việc mô phỏng bằng gis động là một tính năng mới của phần mềm
giúp các nhà quản lý dễ dàng giám sát và đưa ra các biện pháp bảo vệ môi trường.
Từ khóa: dòng chảy, lan truyền chất, gis động
Abstract
Climate change has affected our lives much. Research the water flow and the sediment
transport process on rivers, oceans is an important contribution to solve that problem.
This paper introduces our software to compute and simulate the water flow and the
sediment transport process on the Southern ocean. The authors used the programming
language C# to build the software. It embeded Mapinfo and Surfer to simulate the
process. With the advantage of C#, the tool run fast to meet the demand of prediction.
The simulation function built with animation gis is a new factor of the software. It helps
the managers to supervise and to give ways to protect the environment.
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Việt Nam có đường bở biển dài 3.260 km và vùng biển đặc quyền kinh tế rộng gấp
nhiều lần diện tích đất liền, lại có nguồn tài nguyên biển rất giàu động vật và thực vật.
Tuy nhiên ngày nay cùng với sự gia tăng dân số và phát triển kinh tế xã hội, Việt Nam
đang đứng trước một loạt vấn đề về môi trường và tài nguyên biển trong phạm vi biển

và đới bờ của mình.
Vùng biển Nam Bộ là nơi hội tụ nhiều tiềm năng to lớn với trữ lượng hải sản dồi dào,
cộng với tiềm năng về dầu khí, giao thông, du lịch. Tuy nhiên môi trường nước ở đây
cần được quan tâm bởi hàng ngày phải tiếp nhận các nguồn nước thải từ sinh hoạt và
sản xuất của các khu dân cư, và đặc biệt càng đáng quan tâm hơn khi ngành chế biến
và nuôi trồng thuỷ sản của các tỉnh ven bờ đang ngày một phát triển mà chưa có chính
sách quản lý về môi trường nước một cách hợp lý.
Hơn nữa, trong những năm gần đây việc ứng dụng mô hình hoá vào việc giải quyết các
bài toán môi trường đã cho những kết quả khả quan về việc đánh giá và dự báo ô
nhiễm.
Xuất phát từ các thực tế trên, việc xây dựng phần mềm tính toán dòng chảy, nhiệt, muối
và lan truyền ô nhiễm là một yêu cầu cần thiết để dự báo về nồng độ của các yếu tố
môi trường nước theo không gian và thời gian, từ đó đưa ra các giải pháp kịp thời và
hợp lý.
2. MỤC TIÊU
Mô hình hóa là một vấn đề quan trọng và cần thiết trong nghiên cứu về các quá trình ô
nhiễm trên sông, biển. Hầu hết các phần mềm mô hình hóa hiện đang được sử dụng là
của nước ngoài với giá thành cao. Một số trong đó có những đặc điểm không phù hợp
với điều kiện tự nhiên của Việt Nam nên việc ứng dụng còn hạn chế. Nghiên cứu này
không nằm ngoài mục tiêu nghiên cứu và xây dựng một phần mềm tính toán và mô
phỏng các quá trình trong mô hình hóa phù hợp với điều kiện tự nhiên của nước ta và
giá thành rẻ để có thể áp dụng sâu rộng vào các cơ quan giám sát Môi trường. Do vậy,
nhóm nghiên cứu đề ra các mục tiêu cụ thể sau:
- Xây dựng phần mềm tính toán diễn biến dòng chảy và lan truyền các chất ô
nhiễm theo không gian và thời gian.
- Dùng kĩ thuật GIS động thể hiện kết quả tính toán và mô phỏng quá trình lan truyền
chất.
3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
+ Thu thập dữ liệu và thống kê, xử lý, tổng hợp dữ liệu.
+ Nghiên cứu các mô hình toán tính dòng chảy và các quá trình lan truyền chất trên

biển.
+ Xây dựng phần mềm tính toán mô hình hóa và mô phỏng các quá trình lan truyền
chất.
4. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
Để thực hiện công việc tính toán và mô phỏng quá trình lan truyền chất, cần thực hiện
các công việc sau:
- Tổng quan về ô nhiễm nước mặt và các chỉ tiêu đánh giá chất lượng nước.
- Tìm hiểu điều kiện tự nhiên và môi trường vùng biển Nam Bộ.
- Thu thập tài liệu và tính toán dòng chảy, nhiệt, muối và lan truyền ô nhiễm cho vùng
biển Nam Bộ.
- Nghiên cứu lý thuyết giải bài toán thủy lực và lan truyền chất hai chiều.
- Nghiên cứu module tính toán thủy lực.
- Nghiên cứu module tính toán lan truyền chất.
- Nghiên cứu module mô phỏng quá trình lan truyền chất.
- Xây dựng phần mềm tính toán và mô phỏng.
5. MÔ HÌNH DÒNG CHẢY VÀ LAN TRUYỀN CHẤT
5.1. Mô hình dòng chảy
5.1.1. Các phương trình cơ bản
5.3.2. Kết quả tính toán
Mô hình tính dòng chảy và sự lan truyền các chất ô nhiễm: DO, BOD, NO
3
.
Thời gian thực: 30 ngày
Thời gian tính toán: 24 giờ.

6. KẾT LUẬN
Nghiên cứu đã xây dựng được các mô hình tính dòng chảy và các quá trình lan truyền
chất ô nhiễm trên vùng biển Nam bộ. Ngoài ra việc xậy dựng công cụ mô phỏng diễn
biến của các quá trình này cũng là một đóng góp có ý nghĩa cao. Tuy vậy, do chưa có
được đầy đủ dữ liệu đo đạc tại vùng biển này nên việc kiểm chứng kết quả tính toán
chưa được thực hiện đầy đủ. Đó cũng là những công việc sẽ được nhóm nghiên cứu
tiếp tục phát triển trong thời gian sắp tới.
7. TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tài liệu tham khảo tiếng Việt
[1] Nguyễn Thị Thụy Hằng (2007), Xây dựng phần mềm tính toán dòng chảy, nhiệt
muối và lan truyền ô nhiễmứng dụng tính cho vịnh Thái Lan, Khóa luận tốt nghiệp, Tp.
Hồ Chí Minh.
[2] Phân viện Khí tượng Thủy văn và Môi trường phía Nam (2008), Nghiên cứu quá
trình tương tác biển – Lục địa và ảnh hưởng của chúng đến các hệ sinh thái ven bờ
sông và bờ Tây Nam Bộ, Đề tài cấp nhà nước, Tp. Hồ Chí Minh.
Tài liệu tham khảo tiếng Anh
[3] Ioannis Tsanis (2006). Environmental Hydraulics -Volume 56: Hydrodynamic and
Pollutant Transport Models of Lakes an Coastal Waters. Elsevier Press.
[4] Kiyoshi Horikawa (1988). Nearshore Dynamics and Coastal Processe. University of
Tokyo Press.
[5] Leo C. Van Rijn (1993). Principles Of Sediment Transport In Rivers Estuaries And
Coastal Seas. Delft Hydraulics.
[6] U. Lumborg, A. Windelin (2003). Hydrography and cohesive sediment modelling:
application to the Romo Dyb tidal area. Journal of Marine Systems 38, 287-303.
[7] Usama Saied, I.K. Tsanis (2008). A coastal area morphodynamics model. Journal of
Environmental Modelling & Software 23, 35-49.
[8] DHI Software (2007). MIKE 21 NSW - Nearshore spectral wind-wave module. User
guide.
[9] DHI Software (2007). MIKE 21 Flow Model - Mud transport module. Scientific
Background.