Nghiên cứu xây dựng các mô hình toán phục vụ dự báo một số vấn đề môi trường nước

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN



DƯƠNG THỊ THÚY NGA





NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CÁC MÔ HÌNH TOÁN PHỤC VỤ
DỰ BÁO MỘT SỐ VẤN ĐỀ MÔI TRƯỜNG NƯỚC



Chuyên ngành: Khoa học máy tính
Mã số chuyên ngành: 62.48.01.01


Phản biện 1: PGS.TS. Lê Quang Toại
Phản biện 2: PGS.TS. Trần Vĩnh Phước
Phản biện 3: TS. Nguyễn Quốc Lân
Phản biện độc lập 1: PGS.TS. Trần Vĩnh Phước
Phản biện độc lập 2: TS. Lê Thị Quỳnh Hà



NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
1. PGS.TS. Nguyễn Kỳ Phùng

2. TS. Hồ Bảo Quốc




THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH NĂM 2012


1

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT 5
DANH MỤC CÁC BẢNG 6
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, CÁC ĐỒ THỊ 7
MỞ ĐẦU 9
TỔNG QUAN 12
Chƣơng 1. MÔ HÌNH THỦY LỰC 28
1.1. Tình hình nghiên cứu mô hình thủy lực hiện nay 28
1.2. Mô hình thủy lực 28
1.2.1. Mô hình toán học 28
1.2.1.1. Sơ lược các phương pháp giải hệ phương trình Saint-Venant 28
1.2.1.2. Hệ phương trình thủy lực 30
1.2.2. Lưới sai phân 34
1.2.3. Phương pháp tính 34
1.2.3.1. Nửa bước đầu 34
1.2.3.2. Nửa bước sau 36
1.3. Điểm cải tiến của luận án 39
1.3.1. Điều kiện ban đầu và điều kiện biên 40
1.3.2. Biên cứng di động (Biên động đường bờ) 43

1.3.2.1. Đối với bài toán thông thường, không xử lý biên cứng di động 43
1.3.2.2. Đối với bài toán có giải quyết biên cứng di động 43
1.3.3. Phương pháp tính lưới lồng 47
1.3.3.1. Đối với bài toán sử dụng một lưới cho cả vùng tính 47
1.3.3.2. Đối với bài toán sử dụng nhiều lưới có độ phân giải khác nhau cho
một vùng tính 47
1.4. Tóm tắt chương 51
Chƣơng 2. MÔ HÌNH LAN TRUYỀN CHẤT 52


2

2.1. Tình hình nghiên cứu mô hình lan truyền chất hiện nay 52
2.2. Mô hình lan truyền chất 52
2.2.1. Mô hình toán học 52
2.2.2. Lưới sai phân 53
2.2.3. Điều kiện ban đầu và điều kiện biên 53
2.2.4. Phương pháp tính 54
2.2.4.1. Giải nồng độ C cho nửa bước thời gian đầu 54
2.2.4.2. Giải nồng độ C cho nửa bước thời gian sau 55
2.2.4.3. Xử lý biên 56
2.3. Điểm cải tiến của luận án 58
2.4. Tóm tắt chương 59
Chƣơng 3. MÔ HÌNH BỒI, XÓI 60
3.1. Tình hình nghiên cứu của mô hình bồi, xói hiện nay 60
3.2. Mô hình chuyển tải phù sa 60
3.2.1. Phương trình chuyển tải phù sa 60
3.2.2. Điều kiện ban đầu và điều kiện biên 63
3.2.3. Phương pháp giải 64
3.2.4. Xử lý biên 65

3.3. Mô hình bồi, xói đáy 66
3.3.1. Phương trình liên tục bùn cát đáy 66
3.3.2. Sai phân phương trình bồi, xói đáy 66
3.4. Điểm cải tiến của luận án 68
3.5. Tóm tắt chương 72
Chƣơng 4. XÂY DỰNG ỨNG DỤNG TÍNH TOÁN VÀ DỰ BÁO DIỄN BIẾN
MÔI TRƢỜNG NƢỚC 73
4.1. Quy trình xây dựng ứng dụng 73
4.1.1. Quy trình tính toán 74
4.1.2. Giải thuật tính toán 76
4.1.3. Độ phức tạp của thuật toán 91


3

4.1.4. Cấu trúc dữ liệu 93
4.1.5. Các màn hình chính của chương trình tính toán và dự báo diễn biến môi
trường 94
4.2. Bộ dữ liệu của mô hình 98
4.2.1. Mô tả bộ dữ liệu tính toán và kiểm định 98
4.2.2. Hiệu chỉnh dữ liệu 98
4.2.3. Tham số điều khiển 100
4.3. Kiểm định mô hình 101
4.3.1. Kiểm định mô hình thủy lực 101
4.3.1.1. Kiểm tra mô hình bằng lời giải giải tích 101
4.3.1.2. Kiểm tra trên kênh chữ U 104
4.3.1.3. Kiểm tra với dữ liệu thực đo 109
4.3.2. Kiểm tra mô hình lan truyền chất 113
4.3.3. Kiểm tra mô hình chuyển tải phù sa 114
4.4. Kết quả tính toán trên biển Cà Mau 116

4.4.1. Kết quả tính toán dòng chảy trên biển 116
4.4.1.1. Thông số tính toán 116
4.4.1.2. Kết quả khi tính biên cứng di động 119
4.4.1.3. Kết quả khi sử dụng lưới lồng 124
4.4.2. Kết quả tính toán sự lan truyền chất 127
4.4.2.1. Thông số tính toán 127
4.4.2.2. Kết quả tính toán 128
4.4.3. Kết quả tính toán sự chuyển tải phù sa và sự bồi-xói đáy 132
4.4.3.1. Thông số tính toán 132
4.4.3.2. Kết quả tính toán 133
Chƣơng 5. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 138
5.1. Kết quả 138
5.1.1. Các công việc nghiên cứu khoa học đã tiến hành 138
5.1.2. Số liệu nghiên cứu và thực nghiệm 139


4

5.2. Bàn luận 141
Chƣơng 6. KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 144
6.1. Kết luận 144
6.2. Hướng phát triển 145
DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ 147
TÀI LIỆU THAM KHẢO 149





5

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Ký hiệu Ý nghĩa
C : Nồng độ các chất cần tính, thường có đơn vị mg/l
C
h
: Hệ số Chezy (C
h
= 63)
E
x
: Hệ số khuếch tán theo phương x [m
2
/s]
E
y
: Hệ số khuếch tán theo phương y [m
2
/s]
f: Tham số Coriolis = 2

sin

với

: vĩ độ địa lý
g: Gia tốc trọng lực [m/s
2
]

h: Độ sâu tính từ mực nước tĩnh đến đáy [m]
H: Độ sâu tương đối [m],
K : Tổng hệ số có liên quan đến nồng độ C như hệ số phản ứng, hệ số
lắng đọng,…[1/day]
K
x
, K
y
: Hệ số phân tán [m
2
/s].
P
1
: Tổng nguồn thải từ bên ngoài
Q: Lưu lượng nước [m
3
/s]
S: Thành phần nguồn/lắng, mô tả sự bốc lên hay lắng xuống của hạt
[g/m
2
.s]
u, v: Thành phần của véc-tơ vận tốc dòng chảy trung bình theo độ sâu
trong hệ tọa độ vuông góc Oxy [m/s].
U: Vận tốc dòng chảy [m/s]
W: Diện tích mặt cắt ướt [m
2
]

: Độ dâng mực nước [m]


: Vận tốc góc của sự quay trái đất [1/s]

: Khối lượng riêng chất lỏng [kg/m
3
]
x

,
y

: Ứng suất tiếp gió bề mặt theo phương x và phương y
f
x
(t), f
y
(t): Lưu lượng từ sông đổ ra
Hh




6

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 4.1. Tiêu chuẩn đánh giá tương quan giữa số liệu thực đo và tính toán 110
Bảng 4.2. Kết quả tính toán hệ số N
2
và R
2

112
Bảng 4.3. Đặc điểm sóng tại biên phía Đông (biển Đông) 117
Bảng 4.4. Đặc điểm sóng tại biên phía Tây (vịnh Thái Lan) 118
Bảng 4.5. Bảng phân tích cấp hạt theo đường kính hạt (đơn vị: mm) 132








7

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, CÁC ĐỒ THỊ

Hình 0.1. Bản đồ khu vực nghiên cứu 11
Hình 1.1: Minh họa độ sâu và độ dâng mực nước 33
Hình 1.2. Lưới sai phân của mô hình thủy lực 34
Hình 1.3. Ví dụ về biên rắn theo phương ngang 45
Hình 1.4. Ví dụ về biên lỏng theo chiều thẳng đứng 46
Hình 1.5: Sơ đồ thể hiện lưới lồng 49
Hình 2.1. Lưới sai phân cho mô hình lan truyền chất 53
Hình 3.1: Lớp đáy nhiều thành phần 69
Hình 4.1. Hình minh họa địa hình có đảo và cách xác định biên trái-biên phải, biên
trên-biên dưới. 76
Hình 4.2. Màn hình chính 94
Hình 4.3. Màn hình nhập dữ liệu tính dòng chảy 95
Hình 4.4. Màn hình nhập dữ liệu biên cho mô hình thủy lực 95
Hình 4.5. Màn hình nhập thông số tính toán sự lan truyền chất 96

Hình 4.6. Màn hình nhập thông số tính toán sự bồi, xói đáy 96
Hình 4.7. Màn hình mô phỏng kết quả tính toán 97
Hình 4.8. Lưới tính cho kênh hình chữ nhật 102
Hình 4.9. Kết quả mực nước dòng chảy 103
Hình 4.10. Kết quả vận tốc 104
Hình 4.11. Minh họa lưới tính kênh chữ U 106
Hình 4.12. Trường vận tốc của kênh U (được vẽ với mật độ thưa) 107
Hình 4.13. Trường vận tốc của kênh U (được vẽ với mật độ dày hơn) 107
Hình 4.14. Đường đẳng mực nước (tính bằng m so với mặt thoáng yên lặng của
kênh sâu 10m) thể hiện trên mặt phẳng 2 chiều. 108
Hình 4.15. Đường đẳng mực nước (tính bằng m so với mặt thoáng yên lặng của
kênh sâu 10m) thể hiện trong không gian 3 chiều 108
Hình 4.16. Phân bố vận tốc theo thí nghiệm của Shukry 109


8

Hình 4.17. Phân bố mực nước theo thí nghiệm của Shukry 109
Hình 4.18. Mực nước tại cửa Bảy Háp 111
Hình 4.19. Mực nước tại vịnh Thái Lan 111
Hình 4.20. Vận tốc dòng chảy tại cửa Bảy Háp 112
Hình 4.21. Vận tốc dòng chảy tại cửa vịnh Thái Lan 112
Hình 4.22: So sánh kết quả lan truyền giữa lời giải giải tích và kết quả mô hình 113
(a): sau 1giờ tính toán; (b): sau 3 giờ tính toán; (c): sau 5 giờ tính toán 113
Hình 4.23. Sự chuyển tải phù sa khi thủy triều lên, xuống do mô hình tính toán 115
Hình 4.24. Ảnh viễn thám sự chuyển tải phù sa khi thủy triều lên, xuống (chụp năm
2003) 115
Hình 4.25. Địa hình đáy vùng biển Cà Mau 117
Hình 4.26. Vị trí đặt lưới mịn trong vùng tính 119
Hình 4.27. Vị trí ghi nhận độ dâng mực nước tại biên cứng di động 120

Hình 4.28. Độ dâng mực nước tại gần biên cứng di động (điểm P) 121
Hình 4.29. Sự thay đổi diện tích bề mặt nước khi tính toán biên cứng di động 122
Hình 4.30. Biên cứng di động do ảnh hưởng của thủy triều 123
Hình 4.31. Dòng chảy khi không tính lưới lồng 125
Hình 4.32. Dòng chảy khi có tính lưới lồng 126
Hình 4.33. Sự lan truyền DO khi không tính lưới lồng 128
Hình 4.34. Sự lan truyền DO khi có tính lưới lồng 129
Hình 4.35. Sự lan truyền BOD khi không tính lưới lồng 130
Hình 4.36. Sự lan truyền BOD khi có tính lưới lồng 131
Hình 4.37. Sự chuyển tải phù sa khi không tính lưới lồng 133
Hình 4.38. Sự chuyển tải phù sa khi có tính lưới lồng 134
Hình 4.39. Sự thay đổi địa hình đáy khi không tính lưới lồng 136
Hình 4.40. Sự thay đổi địa hình đáy khi không tính lưới lồng 137
Hình 5.1. Thời gian tính DO, BOD 140
Hình 5.2. Thời gian tính sự bồi, xói đáy 141



9

MỞ ĐẦU

 Lý do chọn đề tài
Trong các nghiên cứu ứng dụng của công nghệ thông tin, việc giải quyết các
bài toán về mô hình toán thủy văn (MHTTV) luôn là một yêu cầu rất cần thiết.
MHTTV là sự mô phỏng các quá trình, hiện tượng thủy văn – sự vận động rất phức
tạp của nước trong tự nhiên dưới dạng các phương trình toán học, lôgíc và giải
chúng trên các máy tính điện tử. MHTTV có khả năng xem xét những diễn biến của
hiện tượng thủy văn từ vi mô đến vĩ mô.
Hiện nay có nhiều phương pháp để giải quyết bài toán MHTTV. Trong số đó,

phương pháp mô hình toán đã được sử dụng rộng rãi trên thế giới, thu được những
kết quả tương đối khả quan. Phương pháp này có ưu điểm là cho ta tính toán nhiều
phương án, thí nghiệm số trị nhanh và giá thành rẻ hơn các phương pháp khác như:
điều tra khảo sát hiện trường, phân tích sử dụng công nghệ viễn thám GIS, phóng xạ
hạt nhân, mô hình vật lý.
Đối với các bài toán mô hình hóa trong Môi trường, tốc độ tính toán luôn là
một vấn đề nan giải. Với một vùng sông, biển rộng hàng trăm ngàn km
2
, việc tính
toán các giá trị trên toàn vùng nghiên cứu như vận tốc dòng chảy, độ dâng mực
nước, nồng độ các chất ô nhiễm theo thời gian,… phải tốn rất nhiều thời gian, hàng
nhiều giờ, thậm chí nhiều ngày. Bên cạnh đó, để đạt độ chính xác cao, cần phải có
những mô hình toán đáng tin cậy để đảm bảo kết quả tính toán tương ứng với kết
quả đo đạc trong thực tế.
Nhu cầu xây dựng các MHTTV để giải quyết các vấn đề môi trường như
nghiên cứu dòng chảy trên sông, biển, tính toán chất lượng nước, tính toán vết dầu
loang, sự bồi xói ở cửa sông,…. là rất cần thiết. Ở Việt Nam hầu như các cơ quan
quản lý môi trường đều phải sử dụng các phần mềm của nước ngoài với giá thành
rất cao. Do vậy, một yêu cầu luôn được đặt ra cho các nhà khoa học là phải nghiên
cứu và xây dựng các MHTTV tốt, đảm bảo độ chính xác cao và tốc độ tính toán đáp
ứng yêu cầu thực tế.


10

Vì vậy, tác giả chọn đề tài “Nghiên cứu xây dựng các mô hình toán phục vụ
dự báo một số vấn đề môi trường nước” để nghiên cứu một số mô hình toán nhằm
cải tiến tốc độ tính toán cũng như độ chính xác khi giải quyết các bài toán trong
Môi trường.
 Mục đích của luận án

Trước nhu cầu cần phải có những MHTTV tốt áp dụng cho vùng biển nước
nông, tác giả thực hiện luận án với mục đích nghiên cứu và cải tiến một số mô hình
toán trên thế giới cả về độ chính xác lẫn tốc độ tính toán như tính dòng chảy, sự lan
truyền chất trên biển và sự bồi-xói đáy tại cửa sông. Từ các nghiên cứu và cải tiến
này, tác giả sẽ xây dựng giải thuật tính toán trong trường hợp tổng quát cho địa hình
bất kỳ, tính toán thử nghiệm và kiểm tra độ tin cậy của các mô hình. Từ đó, tác giả
sẽ xây dựng công cụ tính toán và dự báo diễn biến môi trường nước phục vụ công
tác quản lý môi trường.
 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
Việc giải quyết trọn vẹn các bài toán về thủy văn là điều không thể trong
khuôn khổ của luận án. Để đảm bảo chất lượng của các mô hình, luận án giới hạn
về đối tượng và phạm vi nghiên cứu như sau:
Đối tượng: mô hình thủy lực, mô hình lan truyền chất hai chiều và mô hình
tính sự bồi, xói đáy trên biển.
Phạm vi nghiên cứu: vùng biển Cà Mau, có đặc điểm địa hình đáy như hình
0.1.


11


Hình 0.1. Bản đồ khu vực nghiên cứu
 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
 Ý nghĩa khoa học
- Kết quả nghiên cứu của luận án cho thấy khả năng cải tiến các MHTTV cả
về tốc độ tính toán lẫn độ chính xác bằng việc nghiên cứu phương pháp: đưa các
yếu tố tự nhiên tác động đến bài toán vào mô hình, tăng tốc độ tính toán bằng
phương pháp tính lưới lồng.
 Ý nghĩa thực tiễn
- Kết quả kiểm định trên một vùng biển phức tạp của Việt Nam đã cho thấy

các mô hình này đáng tin cậy. Do các mô hình toán ở đây được giải quyết với các
điều kiện tự nhiên tổng quát nên có thể được áp dụng trên vùng biển bất kỳ. Công
cụ tính toán và dự báo diễn biến môi trường giúp các nhà quản lý giám sát, dự báo
và có biện pháp xử lý kịp thời khi có sự cố xảy ra, phục vụ tốt cho kinh tế, quốc
phòng, sản xuất và đời sống.


12

TỔNG QUAN

 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM
Việc nghiên cứu các vấn đề về dòng chảy trên biển và các quá trình tự nhiên
chịu sự ảnh hưởng của dòng chảy như sự lan truyền các chất ô nhiễm hay sự bồi,
xói đáy là một bài toán khó. Dòng chảy trên biển chịu sự tác động của nhiều yếu tố
tự nhiên như: sóng, gió, địa hình đáy,… nên rất đa dạng và phức tạp. Do vậy, ngay
từ đầu thế kỷ 20 đã có nhiều nhà khoa học nghiên cứu về vấn đề này.
 Các nghiên cứu trên thế giới
Cuối những năm 1960, tại phòng thí nghiệm về Thủy động lực Địa vật lý
(Geographyscal Fluid Dynamics Laboratory - GFDL) đã có nghiên cứu đầu tiên về
dòng chảy trên đại dương.
Vào giữa những năm 1970, mô hình của GFDL đã có những tiến bộ đáng kể
nhờ sự đóng góp của Mike và Bert Semtner.
Cũng vào giữa những năm 1970, phương pháp rời rạc hóa theo phương thẳng
đứng của các mô hình này được phát triển theo hai hướng:
- Phân lớp: đại dương như tổ hợp của các lớp mà vị trí thay đổi theo thời gian
phụ thuộc vào ảnh hưởng của các quá trình động lực. Đi theo hướng này có các mô
hình của phòng thí nghiệm hải quân (Navy Layerd Ocean Model, NLOM), trường
Đại học Tổng hợp Miami (Miami Isopycnic Model, HaIM), Học viện Max Planck
Hamburg, FRG (mô hình OPYC).

- Xấp xỉ địa hình (tọa độ

): mặt đáy của hệ trục tọa độ cố định theo thời gian
nhưng thay đổi theo bề mặt đáy đại dương. Theo hướng này có các mô hình POM
(Princeton Ocean Model), SCRUM (S-coordinate Rutger University Model),
GHERM (GeoHydrodynamics and Environmental Research Model). Hướng nghiên
cứu này phù hợp với các nghiên cứu biển và cả nghiên cứu tương tác biển-khí
quyển.
Mỗi mô hình có những ưu thế riêng, sự khác biệt là ở chỗ sử dụng các phương
pháp tính, các thuật giải và cách xử lý các tham số khác nhau.


13

A/ Loại mô hình có phƣơng thẳng đứng rời rạc hóa theo tọa độ địa lý theo
hƣớng phân lớp
1) Mô hình BSH
Các toán tử của hệ thống mô hình BSH được thiết kế cho biển Bắc và Bắc
Baltic, được xây dựng và phát triển bởi Viện Khí tượng và Thủy văn Thụy Điển.
Nhiệm vụ chủ yếu của mô hình này là dự báo mực nước (bao gồm cả cảnh báo nước
dâng do bão). Các thuật toán của BSH phát triển một hệ thống toán tử cho phép dự
báo được tình hình thực tế trong chu kỳ ngắn và nó có thể được đánh giá và cung
cấp thông tin cho bất ký thời điểm nào. Một phần của hệ thống là toán tử thủy động
lực, cho phép tính toán các thông số động học, các thông số nhiệt độ, độ muối và
dòng chảy ở miền biển Bắc và biển Baltic.
Ngoài ra, BSH còn có thể dùng để dự báo sự lan truyền dầu, các chất hóa học,
các chất lơ lửng.
2) Mô hình HAMSOM
Mô hình HAMSOM (Hamburg Shelf Ocean Model) được xây dựng bởi IFM
(Institute fur Meereskunde, Hamburg) và Clima Maritimo (Puertos del Estado,

Madrid). HAMSOM được xây dựng trên cơ sở hệ các phương trình nguyên thủy,
các xấp xỉ thủy tĩnh và xấp xỉ Boussinesq với các giả thiết cụ thể cho từng loại
phương trình:
- Trong phương trình động lượng Navier – Stokes, giả thiết chất lỏng là chất
lỏng liên tục, không nén được. Từ đó, đơn giản hóa một số thành phần trong
phương trình động lượng và phương trình chuyển động theo phương thẳng đứng.
Các phương trình nước nông – chuyển thành các phương trình tuyến tính cho
dòng ổn định để mô tả dòng nằm ngang với các thành phần thẳng đứng khác được
thực hiện trong hệ tọa độ Cartesian (x theo hướng đông, y bắc, z thẳng đứng) bao
gồm các phương trình động lượng, phương trình thủy tĩnh, phương trình liên tục và
phương trình trạng thái v.v… Nó được công thức hóa trên lưới Arakawa-C (lưới
Akarawa-C [23], [24]) và dựa trên cơ sở lược đồ sai phân bán ẩn. Mô hình có thể sử


14

dụng để tính toán dòng triều, gió áp suất khí quyển, thông lượng nhiệt và sự
nghiêng áp trong đại dương.
Mô hình HAMSOM sử dụng sơ đồ sai phân bán ẩn nên giới hạn ổn định của
mô hình được bỏ qua mặc dù điều kiện này luôn luôn cần thiết đối với các sơ đồ sai
phân hiện. Người sử dụng có thể thiết lập sơ đồ giải cho một điều kiện cụ thể bằng
việc xác định rõ tỉ lệ của các thành phần hiện và ẩn trong các phương trình chuyển
động. Người dùng cũng có thể lựa chọn giữa sơ đồ giải vector-upstream hoặc sơ đồ
Arakawa-C cho các thành phần bình lưu của phương trình động lượng. Hơn nữa, hệ
số khuếch tán rối thẳng đứng có thể tham số hóa theo ba cách : Richardson –
Hainbucher, Kochergin – Pohlman, hoặc hệ số khuếch tán rối thẳng đứng là hằng
số.
Mô hình đã được áp dụng cho nhiều vùng biển thềm lục địa và các khu vực
Đại dương thế giới, như vịnh California, khu vực Biển Đông [44] hoặc Biển Bohai.
Hơn nữa các kết quả nhận được từ HAMSOM được sử dụng trong một số mô hình

áp dụng khác, như mô hình sinh thái ECOHAM và ERSEM, hoặc mô hình vật chất
lơ lửng của Puls.
3) Mô hình ESCOMO
Mô hình ESCOMO dựa trên cơ sở của HAMSOM, được phát triển bởi Knut
Bathel, Corinna Schrum thuộc Viện Địa Vật lý của trường Đại học Bergen Norway.
Trên cơ sở xây dựng mô hình thủy động lực học biển – băng – sinh học ba chiều,
ESCOMO (mô hình thủy động lực và sinh thái) được phát triển hơn nữa từ các mô
hình thủy động lực học HAMSOM [50] và một module sinh học [49]. Module sinh
học dựa trên việc chuyển giao các-bon giữa các cấp độ dinh dưỡng sơ cấp và thứ
cấp của nitơ sinh học, phospho và fluxes silica. Như vậy ECOSMO và HAMSOM
có hai sự khác biệt là:
 ECOSMO không những kế thừa HAMSOM trong các bài toán thủy động
lực học mà còn được phát triển cho lĩnh vực sinh học đã tham số hóa được hầu hết
những yếu tố sinh học.
 ECOSMO đã được vector hóa.


15

Trong khuôn khổ của dự án NUFU “Nuôi trồng thủy sản và quản lý môi
trường biển ven bờ” được phối hợp thực hiện bởi các nhà khoa học Việt Nam và
Nauy thuộc các viện: viện Nghiên cứu nuôi trồng thủy sản III, viện Hải dương học
Nha Trang, trường Đại học Thủy sản Nha Trang và trường Đại học Bergen Nauy.
Trong pha II các nhà khoa học Nauy và Việt Nam sẽ cùng nhau trao đổi học thuật
về mô hình. Để đạt mục tiêu của dự án, các chuyên gia Nauy sẽ tổ chức tập huấn
cho các nhà nghiên cứu, cao học và nghiên cứu sinh thuộc dự án về mô hình hóa tại
Việt Nam như mô hình hóa các quá trình biến đổi sinh lý hóa trong Đại dương, mô
hình vật lý, mô hình sinh thái v.v…
4) Mô hình IMR
Mô hình này dựa trên các phương trình nguyên thủy ba chiều, phụ thuộc vào

thời gian, gió và sự truyền mật độ do Blumberg, Mellor [39] và O’Connor [43] thiết
lập, còn được gọi là NORWECOM (hệ thống mô hình sinh thái Nauy, The
NORWegian ECOlogical Model system) là mô hình cặp đôi giữa vật lý, hóa học và
hệ sinh học có thể sử dụng để nghiên cứu tính chất hóa lý cơ bản của độ phân tán
các phần tử “hạt” (trứng cá, ô nhiễm). Mô hình IMR thủy động lực học đã được sử
dụng cho các nghiên cứu ở miền biển Bắc và đã được xác nhận rộng rãi đối với dữ
liệu từ SKAGEX [48].
5) Mô hình IFREMER.
Mô hình IFREMER dựa trên các nguyên tắc phiên bản cặp đôi. Sự cặp đôi
giữa baroclinic và barotropic đã được cải thiện và kết nối với sơ đồ ADI cho phép
các bước thời gian lớn hơn [25]. Mô hình được xây dựng để tính toán các tính năng
vật lý ba biển của Pháp (kênh thuộc Anh, vịnh Biscay và biển Địa Trung Hải):
chùm sông lớn, front nhiệt (Ushant front), dòng mật độ (LPC), sóng triều (Bay of
mount St Michel).
Mô hình chạy ổn định trong một phạm vi thời gian và không gian lớn, từ các
vịnh nhỏ, ngắn cho đến toàn bộ thềm lục địa biển như kênh biển Bắc[29] và vịnh
Biscay.
6) Mô hình MUMM


16

Mô hình MUMM được phát triển để nghiên cứu sự hình thành Front nửa ngày
và nước chìm trong vùng nước không đổi (diescharge) Rhine. Các cải tiến sau của
mô hình được làm chặt chẽ hơn bởi Blumberg [25], Beckers [24], Deleersnijder
[26]. Phiên bản cải tiến mới cho phép lai ghép thêm với sơ đồ bình lưu trên cơ sở
các cải tiến của James (1986).
Phiên bản mô hình mới của James (1996) cho phép dự báo sự biến thiên của
nhiệt độ và độ muối để thích ứng với lực triều và các điều kiện khí tượng. Mô hình
mới này sử dụng một số thuật giải tiên tiến cho phép độ phân giải của lưới trên một

mặt phẳng ngang đủ mịn để giải quyết bài toán Rossby cho khu vực miền Nam của
biển Bắc.
7) Mô hình UCL/ULG
UCL/ULG là mô hình được phát triển bởi trường đại học Liege (Bỉ), lúc đầu
mô hình áp dụng cho vùng biển có quy mô trung bình, thềm lục địa phía Tây Bắc
của Châu Âu. Sau này phiên bản GHER (Geo-Hydrodynamics and Environmental
Research) cải tiến phát triển lên để mô hình mô tả thủy động lực học của các thềm
lục địa quy mô thời gian theo mùa. Với quy mô thời gian nhỏ hơn, nhấn mạnh được
các dự đoán chính xác của dao động mực nước biển, dòng triều v.v… Các nghiên
cứu lâu dài, trọng tâm là nghiên cứu về ô nhiễm và các động lực học của chất dinh
dưỡng. Mô hình GHER đã được áp dụng để phân tích hoàn lưu tổng quát ở biển
phía bắc Bering [42], biển phía đông Địa Trung Hải [24] và biển Đen [28]. Mô hình
thủy động lực học UCL/ULG này cũng là nền tảng xa hơn cho việc áp dụng vào mô
hình thủy động lực sinh thái mội trường [27].
B/ Loại mô hình có phƣơng thẳng đứng rời rạc hóa theo tọa độ Sigma
1) Mô hình DELFT3D
Delft3D do viện Nghiên cứu thủy lực WL | Delft Hydraulics của Hà lan [32]
phát triển, là một mô hình thống nhất hai chiều hoặc ba chiều, mô hình hóa các vấn
đề về dòng chảy, vận chuyển bùn cát, lan truyền sóng, diễn biến hình thái, chất
lượng nước và sinh thái trong sông, cửa sông, vùng ven biển, thềm lục địa và Đại
dương.


17

Trong Delft3D, các phương trình thủy động lực học được giải bằng phương
pháp sai phân ẩn với sơ đồ khử luân hướng (ADI) trên hệ lưới cong trực giao. Hai
hợp phần chính của Delft3D là DELFT-FLOW và DELF-WAVE [53], [57]:
- DELFT-FLOW giải các phương trình Navier-Stokes cho chất lỏng không
nén được vùng nước nông. Phương trình liên tục và phương trình động lượng được

giải cho trường hợp tính toán 2 chiều (trung bình theo độ sâu).
- DELF-WAVE dựa trên mô hình SWAN (Simulating Wave in Nearshore).
Trong mô hình này, trường sóng được mô tả bằng hàm mật độ phổ sóng tác động.
Mô hình toán Delft3D có khả năng đưa ra dự báo các đặc trưng về thủy động
lực học với độ chính xác tương đối cao, đặc biệt về mực nước và các thông số sóng.
Tuy nhiên, để việc ứng dụng mô hình đạt hiệu quả cao đòi hỏi dữ liệu đầu vào phải
đầy đủ, có độ tin cậy cao.
2) Mô hình MIKE3
Mô hình MIKE3 là một hệ thống mô hình số trị phi thủy tĩnh tổng quát được
phát triển bởi DHI (Viện Thủy lợi Đan Mạch) [46], với một loạt các ứng dụng cho
Đại dương, vùng ven biển, cửa sông và hồ. Nó cũng mô phỏng được dòng ba chiều
không đều và đưa vào các biến thiên mật độ, địa hình đáy và các ngoại lực tác động
như là khí tượng, biến động mực nước (dao động của thủy triều), dòng chảy và các
điều kiện thủy văn khác. Phương pháp này được gọi là phương pháp giả nén nhân
tạo (mô hình giả nén), cho phép giữ lại toàn bộ các phương trình động lượng, do
vậy tránh được giả thuyết của các chất lỏng không nén được. Có thể áp dụng
MIKE3 để tính toán ảnh hưởng của lũ lụt và sự khô cạn của các vùng nước nóng
ven bờ [47].
Ngoài các ứng dụng cho Đại dương, MIKE (MIKE11) còn là một phần mềm
kỹ thuật chuyên dụng mô phỏng lưu lượng, chất lượng nước và vận chuyển bùn cát
ở cửa sông, sông, hệ thống tưới, kênh dẫn và các hệ thống dẫn nước khác, bao gồm:
- Dự báo lũ và vận hành hồ chứa
- Các phương pháp mô phỏng kiểm soát lũ
- Nghiên cứu của sóng triều và dòng chảy do mưa ở sông và cửa sông.


18

3)Mô hình NAM
Mô hình NAM [15] là một hệ thống mô hình hóa hoàn lưu Đại dương ba chiều

bao gồm các chương trình tạo lưới và cách đóng kín có tính đến sóng vỡ bề mặt. Hệ
thống còn có các chương trình xử lý số liệu cho phép áp dụng NAM trong dự báo.
Các mô hình số trị của hoàn lưu Đại dương đòi hỏi một bộ các điểm lưới rời
rạc bao phủ miền vật lý, trong đó vấn đề chính của tạo lưới là bản đồ số hóa các
điểm lưới từ miền vật lý với các tọa độ x, y, z sang miền tính toán với các tọa độ η,
σ, ζ. Trong NAM kỹ thuật tạo lưới nằm ngang hai chiều và bản đồ hóa (phương
pháp tính tọa độ làm khớp cho biên) khác với bản đồ hóa thông thường ở chỗ các
quan hệ biến đổi tọa độ được xác định tự động từ lời giải của một bộ các phương
trình vi phân riêng phần elliptic, tạo ra lưới nói chung có khuynh hướng mịn hơn
các lưới tạo ra từ các hệ thống đại số và các lời giải không tuyến tính bất liên tục
của biên vào trường tọa độ. Những hệ thống này thích hợp hơn cho mô hình hóa
ven bờ vì tính trực giao và sự phân bố tốt bên trong. Trong mô hình hóa ven bờ, giá
trị của các tọa độ x, y trên các biên (đường bờ) của miền vật lý đã biết chính là các
giá trị kinh độ và vĩ độ của các điểm lưới dọc theo đường bờ, do đó dẫn đến việc
giải các hệ thống tạo lưới elliptic trên một miền tính toán đều, có các giá trị đã biết
của x, y (kinh độ và vĩ độ) dọc theo đường bờ.
Mô hình NAM là một mô hình ba chiều, mô tả các trường vận tốc, dao động
bề mặt tự do, độ mặn và nhiệt độ trong Đại dương. Các phương trình thủy động lực
được viết trong hệ tọa độ Descartes. Các chuyển động gây ra các quá trình cỡ nhỏ
không được giải quyết trực tiếp bởi lưới mô hình (cỡ nhỏ hơn lưới) có thể được
tham số hóa bằng các quá trình hỗn hợp nằm ngang.
Độ dài gồ ghề khí động lực khí quyển của mặt giao tiếp z
0s
có tính đến các
hiệu ứng sóng vỡ, được xem là hàm của vận tốc ma sát, gia tốc trọng trường, mật độ
không khí, nước biển và tuổi sóng. Dựa vào phân tích thứ nguyên z
0s
có thể được
biểu diễn dưới dạng:
p

s
gu
u
z
3
30
0
















19

Ở đây, hàm












0
được lấy như một hằng số kinh nghiệm, ngoài ra độ dài gồ
ghề khí động lực khí quyển của mặt giao tiếp còn có thể tính bằng z
0s
= 28ηz
0
.
Ở bề mặt tự do, z = (x, y) ứng suất gió, các thông lượng nhiệt và muối cho
trước từ số liệu đo đạc. Tại đáy z = -H(x, y) thông lượng nhiệt và muối bằng không.
Ở biên trên, dùng điều kiện thông lượng khuếch tán của nhiệt, muối là cho trước (có
thể bằng không).
4) Mô hình POM.
Ban đầu, mô hình số trị POM được Blumberg và Mellor xây dựng cho cửa
sông và ven đại dương, song hiện nay được sử dụng cho cả đại dương (Ezer và
Mellor, 1984). Mô hình sử dụng sai phân hiện cho các thành phần vận tốc trung
bình theo phương ngang, và sai phân ẩn cho các thành phần vận tốc ở các lớp theo
phương thẳng đứng. Bước thời gian giới hạn bởi điều kiện ổn định Courant
Friedrichs-Lewy. Đối với khu vực cửa sông, hệ tọa độ Sigma được sử dụng kết hợp
với khép kín rối [40] của lớp biên đáy và chuyển đổi năng lượng triều vào rối cho
kết quả khả quan. Thể hiện qua các so sánh giữa kết quả mô hình với số liệu quan
trắc dòng chảy, mực nước và xâm nhập mặn vào cửa sông cho thấy có sự phù hợp
nhau. Lưới ngang của mô hình là lưới cong trực giao đồng thời với việc mở rộng hệ
tọa độ cầu hoặc tọa độ khác trong một số trường hợp riêng. Thành phần nhớt rối và

khuếch tán rối ngang được xem như là không đổi hoặc xác định phép tham số hóa
của Smagorinsky. Thành phần nhớt rối và khuếch tán rối thẳng đứng được xác định
theo phép tham số hóa là khép kín rối hoặc độ nhớt không đổi.
5) Mô hình ROMS
ROMS (Regional Ocean Modeling System) [58] là một mô hình mang tính
cộng đồng được sử dụng với nhiều qui mô không gian và thời gian khác nhau: từ
dải ven bờ tới các Đại dương thế giới; cho vài ngày, vài tháng tới hàng chục năm.
ROMS được xây dựng trên cơ sở các nghiên cứu số trị bậc cao cùng với kỹ thuật
tiên tiến cho phép triển khai một cách hiệu quả các tính toán có độ phân giải cao.
Thuật giải các phương trình thủy động lực thủy tĩnh với bề mặt tự do cho các địa


20

hình phức tạp trên hệ lưới cong trực giao theo phương ngang và tọa độ Sigma theo
phương thẳng đứng, do vậy miền tính có thể là miền cong bất kỳ. Hệ phương trình
cơ bản trong ROMS được viết trong tọa độ Descarte (x, y, z, t) với giả thiết về áp
suất thủy tĩnh, cho phép tính được thành phần vận tốc theo phương thẳng đứng từ
phương trình liên tục. Vì vậy mô hình loại này đôi khi còn được gọi là “tựa ba
chiều” để phân biệt với các mô hình sử dụng đầy đủ cả ba phương trình động
lượng.
Hệ tọa độ thích ứng với địa hình theo phương thẳng đứng là lưới σ (hoặc s) bắt
đầu được triển khai từ những năm 80 nhằm mục đích mô phỏng các quá trình rối
gần cửa sông ven biển. Cùng với việc phát triển mô hình này, các phiên bản tương
tự ROMS của trường Rutgers như SPEM, SCRUM (sử dụng sơ đồ phổ theo phương
thẳng đứng hoặc mặt tự do không đổi) cũng được phát triển. Mặc dù các mô hình
này đều dùng sai phân xen kẽ C trên lưới cong trực giao theo phương ngang và trên
lưới σ theo phương thẳng đứng, nhưng có sự khác nhau đáng kể trong cách tham số
hóa và phương pháp giải.
Ưu điểm của các mô hình thích ứng địa hình là khả năng mô phỏng ảnh

hưởng của địa hình tới dòng chảy trung thực hơn các mô hình sai phân thông
thường. Nhược điểm của chúng là xuất hiện sai số số học trong quá trình tính
gradient áp suất tại các vị trí có độ dốc lớn. Mặc dù các sai số này không thể loại bỏ
được hoàn toàn nhưng hiện nay cũng đã có nhiều phương pháp cho phép giảm sai
số tới mức có thể chấp nhận được, trong đó có phương pháp tái tạo parabolic do
Shchepetkin và McWilliams (2002) đưa ra đã được sử dụng trong ROMS.
 Các nghiên cứu tại Việt Nam
Hiện nay mô hình tính toán thủy động lực là phương pháp tương đối toàn
diện cũng đang được phát triển và sử dụng rộng rãi ở nước ta. Khác với phương
pháp đo đạc trực tiếp, mô hình toán cho phép mô phỏng chế độ động lực xảy ra
trong tự nhiên với thời gian được rút ngắn rất nhiều và chi phí thấp. Tuy nhiên các
kết quả tính thường có sai số so với thực tế.


21

Việt Nam được coi là quốc gia biển với hơn 3200km bờ biển cùng với thềm
lục địa rộng lớn khoảng 1 triệu km
2
. Do đó việc mô phỏng hoàn lưu ở khu vực biển
Việt Nam bằng các mô hình tính toán thủy động lực đã được thực hiện bởi nhiều tác
giả khác nhau.
1) Các tác giả ngoài nƣớc
Năm 1961, Wyrtki là người đầu tiên tiến hành nghiên cứu biển Đông một cách
hệ thống bằng phương pháp thả trôi tàu để nghiên cứu dòng chảy gió. Dần dần, với
sự phát triển của tin học và ảnh vệ tinh, sự nghiên cứu biển Đông về hoàn lưu ngày
càng phát triển về số lượng cũng như chất lượng.
Kết quả nghiên cứu cấu trúc hoàn lưu nhiệt – muối biển Đông của Shaw và
Chao [55] cho thấy một hệ thống dòng chảy mạnh xuất hiện ở vùng ven bờ phía
đông Việt Nam, hướng về phía nam trong mùa đông và lên phía bắc trong mùa hè.

Mô hình của Wu [54] tính toán sự biến thiên của trường vận tốc dòng chảy
biển Đông trong thời kỳ El Nino.
Metzger và Hurlburt [38] đã mô hình hóa động lực học giữa biển Đông và các
biển lân cận, trong đó đặc biệt nhấn mạnh tới sự xuất hiện các xoáy giữa biển Đông
trong các thời kỳ gió mùa (mùa gió Đông Bắc và Tây Nam)
Liu, Yuan, Su và Jiang [37] tập hợp các tài liệu, tính toán hoàn lưu biển Đông
trong mùa hè năm 1998. Trong đó xem hệ số trao đổi thẳng đứng A
z
như là một
hằng số trong khắp biển Đông, kết quả cho thấy hệ thống các xoáy nhỏ và ngay cả
trong một xoáy cũng bao gồm nhiều xoáy nhỏ bên trong. Trong khi hệ thống xoáy
thuận chi phối khu vực phía bắc biển Đông thì phía nam biển Đông lại mang tính
chất xoáy nghịch xuất hiện trong mùa hè.
Lê Ngọc Lý [38] đã xây dựng một mạng lưới ba chiều tính toán hệ thống
dòng chảy ven bờ biển Đông với 16 tầng sigma theo phương thẳng đứng và hệ tọa
độ cong trực giao theo phương nằm ngang nhằm loại bỏ phần địa hình là đất liền ,
do vậy tiết kiệm đáng kể thời gian tính toán.
Huijie Xue, Fei Chai và Neal Pettigrew [30] nghiên cứu hoàn lưu ba chiều và
cấu trúc nhiệt – muối biển Đông với mạng lưới hai lớp theo chiều sâu gồm 22 tầng


22

sigma. Trong đó mở rộng mạng lưới đến kinh độ 150
o
E và đã xây dựng tập bản đồ
trường dòng chảy, nhiệt độ và muối các tầng mặt, tầng 50m và tầng 200m.
Pohlmann [45] phát triển mô hình HAMSOM để phân tích cấu trúc hoàn lưu
dòng ba chiều và cấu trúc nhiệt – muối biển Đông. Tác giả sử dụng mô triển khai
với lưới tính 1

o
x 1
o
. Theo chiều thẳng đứng, được phân thành 12 lớp với biên hở là
ba eo biển nối với biển Đông Trung Quốc, Thái Bình Dương và biển Java.
2) Các tác giả trong nƣớc
 Mô hình một chiều (1D)
Giả thiết cơ bản của các mô hình 1D là các đặc trưng dòng chảy mật độ là
đồng nhất trên mặt cắt ngang. Mặc dù điều này là khó gặp trong thực tế nhưng kết
quả tính toán bằng mô hình lại có sự phù hợp nhất định với thực tế, đáp ứng được
nhiều mục đích nghiên cứu về sự truyền triều và xâm nhập mặn trong sông. Ưu
điểm nổi bật của loại mô hình này là yêu cầu tài liệu vừa phải và nhiều tài liệu đã có
sẵn trong thực tế, ngay cả trong hệ thống sông có địa hình phức tạp.
Các nghiên cứu xâm nhập mặn bằng mô hình 1D ở nước ta hầu như được bắt
đầu từ những năm 1980, khi triển khai dự án nghiên cứu xâm nhập mặn tại đồng
bằng sông Cửu Long, dưới sự tài trợ của Ban thư ký Ủy ban sông Mêkông. Một số
tác giả như GS Nguyễn Như Khuê, TS. Phan Tất Đắc đã xây dựng thành công các
mô hình xâm nhập mặn SALMOD, MEKSAL, FWQ87 v.v…
Năm 1995, tác giả Lê Phước Trình [21] theo con đường chỉnh lý và nghiên
cứu tư liệu dòng chảy vùng nước trồi thềm lục địa Đông Nam – Việt Nam, khi xét
cấu trúc theo độ sâu của dòng chảy tại các tầng sâu, cũng vẽ ra được bức tranh véc-
tơ dòng cho kết quả gần giống với bài toán Ekman.
Năm 1999 – 2001, TS. Lã Thanh Hà và TS. Nguyễn Thọ Sáo đã cải tiến mô
hình SALMOD theo hướng mở rộng khả năng tính toán cho hệ thống sông phức
tạp, nâng cao mức ổn định trong trường hợp biên biến đổi gấp, tăng cao độ mềm
dẻo của chương trình, áp dụng cho toàn hệ thống sông Hồng và sông Thái Bình. Mô
hình này khá thuận tiện cho người sử dụng do có thể trực tiếp theo dõi kết quả tính
mực nước, lưu lượng và độ mặn trên máy tính.

23

Tr ần Hồng Thái và các cộng sự [19] sử dụng mô hình MIKE11 để mô phỏng,
tính toán chế độ thủy văn và chất lượng nước cho hệ thống sông Sài Gòn – Đồng
Nai. Các tác giả đã sử dụng mô hình đun thủy lực được xây dựng trên cơ sở hệ
phương trình Saint Venant một chiều cho trường hợp dòng không ổn định và được
giải bằng phương pháp sai phân hữu hạn với sơ đồ 6 điểm ẩn. Các kết quả tính toán,
mô phỏng thủy văn, thủy lực và chất lượng nước phù hợp với thực tế.
Phạm Xuân Dương [10] giải bài toán xâm nhập mặn ở sông Cái Nha Trang
trong mùa khô bằng mô hình số trị một chiều (1D). Mô hình được xây dựng trên cơ
sở sai phân ẩn, viết cho đoạn giữa hai mặt cắt m-1 và m, trong đó các thành phần
đạo hàm được xấp xỉ theo 6 điểm và 3 điểm trong cùng thời gian, các phương trình
được viết cho tất cả các điểm bắt đầu từ biên trên đến biên dưới. Các phương trình
sai phân nhận được có thể giải bằng phương pháp khử. Mô hình cho kết quả tính rất
khả quan, phù hợp với số liệu thực đo cả về mặt định tính cũng như về mặt định
lượng.
 Mô hình hai chiều (2D)
Mô hình tính toán dòng chảy là một trong những phương pháp tiếp cận tối ưu
trong nghiên cứu khoa học, nhưng nó phải được giới hạn về không gian và thời gian
và giới hạn này có thể sẽ rất khác biệt trong nhiều trường hợp khác nhau. Mô hình
dòng chảy thực sự đầy đủ phải là mô hình có vô hạn các biến nhưng do yêu cầu
thực tế, chỉ một số nhất định các biến trạng thái được chọn lựa. Do đó, điều cốt yếu
trong mô hình hóa là việc chọn lựa một số lượng hạn chế các biến trạng thái đặc
trưng để đủ khả năng phân tích các phương trình thể hiện chúng cũng như để thể
hiện tính chất đặc trưng của hệ thống cần mô phỏng. Để mô phỏng dòng chảy của
một miền biển bất kỳ, có thể sử dụng mô hình hai chiều. Mô hình hai chiều cho
phép nghiên cứu dòng chảy biển, nhất là dòng chảy vùng nước nông ven bờ bằng
cách sử dụng thành phần vận tốc trung bình theo độ sâu, được xác định trên cơ sở
trung bình hóa theo phương thẳng đứng các thành phần nằm ngang của dòng chảy
và bỏ qua thành phần vận tốc thẳng đứng.

24

Vũ Thị Thu Thủy (Khoa Công trình, Trường Đại học Thủy lợi), Nghiêm Tiến
Lam (Khoa Kỹ thuật bờ biển) ứng dụng mô hình thủy động lực học Delft3D-FLOW
để mô phỏng nước dâng do bão cho bờ biển phía bắc Việt Nam. Trong đó đã tiến
hành hiệu chỉnh và kiểm định mực nước dân do bão và tần suất xuất hiện của nó
dọc theo dải bờ biển, có thể áp dụng mô hình để tính toán, dự báo nước dâng do bão
tại bất kỳ vị trí nào ở ven biển bằng cách lấy kết quả mực nước của trường hợp
không có bão (tương đương mực nước triều thiên văn trong thời đoạn có bão)
Nguyễn Thị Việt Liên [14] tự xây dựng bộ chương trình để giải quyết bài toán
thủy động lực hai chiều phi tuyến áp dụng vào miền nghiên cứu có tọa độ từ 99
o
–
121
o
kinh độ đông, từ 1
o
– 25
o
vĩ độ bắc. Qua bộ chương trình, tác giả đã đánh giá
được sự tương tác phi tuyến giữa nước dâng và thủy triều. Việc đánh giá này được
thực hiện bằng cách giải số trị các bài toán mô phỏng dao động thủy triều và nước
dâng do bão trong vịnh Bắc Bộ.
Võ Thanh Tân, Lê Quang Toại [20] sử dụng mô hình hai chiều không dừng có
tính đến các thành phần phi tuyến và ma sát rối ngang phương pháp phần tử hữu
hạn tuyến tính và phương pháp lặp để nghiên cứu dòng chảy vịnh Gành Rái. Mô
hình được xây dựng cho trường ứng suất gió trên mặt biển thay đổi theo thời gian
và không gian trong mạng lưới tính. Ảnh hưởng của độ sâu đáy biển lên dòng chảy

được đánh giá bằng cách so sánh dòng chảy tính toán với dòng chảy tính toán trong
vùng biển giả định có độ sâu đáy biển không đổi. Mô hình được áp dụng để tính
toán dòng chảy ở vịnh Gành Rái với dao động mực nước biển tuần hoàn trên biên
lỏng và dòng chảy gió ứng với các trường gió mùa đặc trưng trong năm.
Nhằm khắc phục những hạn chế của các trạm đo dòng chảy riêng lẻ, không
liên tục, đồng bộ (về không gian, thời gian) nên không khái quát hóa được dòng
chảy trên toàn bộ vùng đầm phá Tam Giang – Cầu Hai ở các thời điểm khác nhau
cũng như dự báo sự biến đổi chế độ dòng chảy do ảnh hưởng của các quá trình địa
chất tự nhiên (bồi, xói, đóng mở cửa sông, cửa biển…) và hoạt động kinh tế – công
trình của con người (nuôi trồng thủy sản, xây dựng hồ chứa…). Bùi Hồng Long,
Phan Quảng [16] tính toán lan truyền chất thải từ sông Cái ra vịnh Nha Trang bằng