Một số đặc trưng thủy động lực học và môi trường vùng cửa sông Tây Nam Việt Nam

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ
--o0o--

NGUYỄN CHÍNH KIÊN

MỘT SỐ ĐẶC TRƯNG THỦY ĐỘNG LỰC HỌC
VÀ MÔI TRƯỜNG VÙNG CỬA SÔNG
TÂY NAM VIỆT NAM
Chuyên ngành: Cơ kỹ thuật
Mã số

: 62 52 01 01

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ CƠ KỸ THUẬT

HÀ NỘI – 2016


Cơng trình được hồn thành tại: Học viện Khoa học và Công nghệ Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam

Người hướng dẫn khoa học:
1. PGS.TS Đinh Văn Mạnh
2. PGS.TS Hoàng Văn Lai

Phản biện 1: ………………………………………………………
Phản biện 2: ………………………………………………………
Phản biện 3: ………………………………………………………

Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án tiến sĩ, họp tại Học
viện Khoa học và Công nghệ - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ

Việt Nam vào hồi … giờ ..’, ngày … tháng … năm 2016.

Có thể tìm hiểu luận án tại:
- Thư viện Học viện Khoa học và Công nghệ
- Thư viện Quốc gia Việt Nam

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ
[1] Nguyễn Chính Kiên, Đinh Văn Mạnh, Nguyễn Thanh Cơ,
Đánh giá sự lan truyền nước dâng do sóng dài vào trong hệ thống
sơng bằng mơ hình kết nối 1-2D, tạp chí Khoa học và cơng nghệ
Biển, T13(2013), số 1, Trang 95-104.
[2] Nguyễn Chính Kiên, Đinh Văn Mạnh và Hoàng Văn Lai,
Đánh giá xâm nhập mặn vùng ven biển Tây Nam Việt Nam, tạp chí
Khoa học và cơng nghệ Biển, T14(2014), số 4, Trang 299-309.
[3] Nguyễn Chính Kiên, Đinh Văn Mạnh và Hoàng Văn Lai,
Evaluation of salinity intrusion in the Southwest coastal zone of
Vietnam, ICEMA3 2014, Trang 140-145.
[4] Nguyễn Tiế n Cường, Nguyễn Bá Hưng, Nguyễn Chiń h
Kiên, Ứng dụng phương pháp lọc Kalman tuyế n tính để nâng cao
chấ t lượng dự báo lũ của mô hình thủy văn phân bố , Tuyển tâ ̣p công
triǹ h Hô ̣i nghi ̣khoa ho ̣c Thủy khí toàn quố c, 2010, Trang 109 - 116.


1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài luận án
Vùng biển Tây Nam Việt Nam có tầm quan trọng đặc biệt trong
sự phát triển kinh tế – xã hội và an ninh quốc phòng của nước ta, tuy
nhiên mức độ nghiên cứu ở đây cịn tương đối ít và riêng lẻ. Bên
cạnh đó tại vùng cửa sơng Tây Nam, số liệu đo đạc ít, khơng đầy đủ,

liên tục. Vì vậy việc sử dụng mơ hình số (trên cơ sở các số liệu đã có
để hiệu chỉnh, kiểm tra) giúp ta có thể nghiên cứu chi tiết hơn cho
vùng cụ thể này với chí phí ít tốn kém hơn.
2. Mục đích nghiên cứu của luận án
Mục đích của luận án là nghiên cứu các đặc trưng thủy động lực
học và môi trường của vùng cửa sông Tây Nam Việt Nam để đưa ra
các thông số đặc trưng nhằm xây dựng các cơng trình quốc phịng và
dân sinh để bảo tồn lãnh thổ nước ta, phục vụ việc phát triển kinh tế
bền vững của vùng, hạn chế việc ô nhiễm môi trường và các ảnh
hưởng xấu khác tới con người.
3. Đối tượng của luận án
a. Nghiên cứu chế độ thủy động lực và môi trường vùng cửa sông
Tây Nam Việt Nam,
b. Phát triển phần mềm 1-2D áp dụng tính tốn q trình thủy động
lực và các yếu tố môi trường vùng cửa sông Tây Nam Việt Nam.
4. Phạm vi nghiên cứu
Vùng biển ven bờ Tây Nam, từ Cà Mau đến Kiên Giang và vùng
Tứ Giác Long Xuyên.
5. Phương pháp nghiên cứu
a. Thừa kế: Trên cơ sở phần mềm đã được xây dựng.
b. Phân tích, thống kê và tính tốn các tư liệu thu thập được.


2
c. Mơ hình hóa số trị tính tốn thủy động lực học và mơi trường
bằng việc phát triển chương trình tính tốn ngơn ngữ Fortran.
6. Bố cục của luận án
Luận án gồm phần mở đầu, năm chương và phần kết luận với 113
trang, 75 hình vẽ và đồ thị. Chương I trình bày tổng quan tình hình
nghiên cứu; đặc điểm vùng nghiên cứu. Chương II khái quát về các

dữ liệu thu thập được và các phương pháp được sử dụng để phân
tích, xử lý. Chương III trình bày về cơ sở khoa học, phương pháp
giải cũng như các kỹ thuật xử lý; kiểm tra, thử nghiệm qua một số
bài toán mẫu, bài toán giả định cũng như bài toán thực tế. Chương
IV trình bày việc ứng dụng mơ hình số trị cho vùng cửa sông Tây
Nam Việt Nam. Chương V trình bày các kết quả tính tốn số liệu
thực đo cũng như thử nghiệm các bài toán giả định để đưa ra đặc
trưng thủy động lực học, môi trường cũng như dự báo xu thế. Phần
Kết luận trình bày các kết quả đã đạt được, điểm mới, điểm cần phát
triển tiếp của Luận án.
CHƯƠNG I. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÙNG CỬA SƠNG
TÂY NAM VIỆT NAM
1.1 Nghiên cứu trong và ngồi nước về thủy động lực học và môi
trường vùng cửa sơng
1.1.1 Ngồi nước
Trên thế giới, việc nghiên cứu thủy động lực và môi trường vùng
cửa sông được tiến hành từ lâu (những năm đầu thế kỷ 19) và bằng
nhiều phương pháp khác nhau như quan trắc, phân tích thống kê và
gần đây nhất, nhờ sự phát triển của ngành khoa học máy tính với
nhiều ưu điểm về mặt chi phí, phương pháp số trị đã được sử dụng
rộng rãi và đạt nhiều kết quả. Các phần mềm thương mại mô phỏng
thủy động lực, môi trường được sử dụng rộng rãi trên thế giới và


3
Việt Nam có thể kể đến: SOBEK, DUFLOW, ISIS, MIKE11,
MOUSE, HYDROWORKS, CE-QUAL-W2, WAQUA, DUCHESS,
TELEMAC, TIDEWAY, DELFT và TRIWAQ, …
1.1.2 Trong nước
Đã có nhiiều cơng trình nghiên cứu trong lĩnh vực này của các

nhóm, cơ quan nghiên cứu khác nhau, được thực hiện cho các vùng
nghiên cứu như Biển Đông, vùng ven biển, vùng cửa sơng, trong
vịnh và trong sơng. Có thể kể đến một số tác giả trong nước sau:
Đinh Văn Ưu, Nguyễn Tất Đắc, Phạm Văn Ninh, ... hay các đơn vị
Trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên, Viện Cơ học, Viện Quy hoạch
Thủy Lợi, Viện Hải Dương học Nha Trang, …
1.1.3 Tình hình áp dụng mơ hình số trị ứng dụng cho vùng nghiên
cứu
Các đề tài khác nhau áp dụng cho toàn dải ven bờ biển Việt Nam,
trong đó có vùng nghiên cứu cửa sơng Tây Nam, đã chỉ ra các đặc
trưng chế độ về gió, dịng chảy các tầng, thủy triều, sóng như Đề tài
KHCN.06.10 do GS.TSKH. Phạm Văn Ninh làm chủ nhiệm, Đề án
“Điều tra địa chất và tìm kiếm khống sản rắn ven bờ Việt Nam” do
TSKH. Nguyễn Biểu chủ nhiệm. Đặc biệt gần nhất là đề tài
KC.09.02/06-10 “Nghiên cứu điều kiện tự nhiên và môi trường vùng
biển Tây Nam, phục vụ phát triển kinh tế và bảo vệ an ninh chủ
quyền quốc gia”, PGS. TS. Đỗ Ngọc Quỳnh đã có được cơ sở dữ
liệu đầy đủ và tin cậy về chế độ khí tượng thủy văn, động lực, vận
chuyển bùn cát, biển động địa hình đáy và bờ biển, mơi trường, cấu
trúc địa chất, trầm tích đáy, địa mạo và tài nguyên sinh vật của vùng
biển Tây Nam cũng như đưa ra các đặc trưng chế độ của các q
trình nói trên.
1.2 Điều kiện tự nhiên của vùng cửa sông Tây Nam Việt Nam


4
1.2.1 Đặc điểm địa hình
Vùng biển Tây Nam là một phần của Biển Đông, nơi đây nằm
giáp với Vịnh Thái Lan. Biển Tây tương đối cạn, độ sâu trung bình
là 45m và sâu nhất là 80m. Hai tỉnh giáp Biển Tây Việt Nam là Kiên

Giang và Cà Mau với hàng trăm hịn đảo trải rộng trên một diện tích
hàng chục nghìn km2 biển.
Vùng Tứ Giác Long Xuyên là một vùng đất hình tứ giác, trên địa
phận của ba tỉnh Kiên Giang, An Giang và Cần Thơ, có diện tích tự
nhiên khoảng 489,000 Ha, địa hình trũng, tương đối bằng phẳng với
độ cao từ 0.4 đến 2m trên mực nước biển.
1.2.2 Đặc trưng thủy văn và hải văn
Tổng hợp các đặc trưng về gió, nhiệt độ, bão, độ ẩm khơng khí,
mưa, sương mù, độ mặn, nồng độ ơxy hịa tan.
1.2.3 Đặc điểm động lực học
Tổng hợp các đặc trưng về chế độ thủy triều, chế độ dịng chảy,
chế độ sóng, chế độ vận chuyển bùn cát của vùng biển Tây Nam; đặc
trưng dịng chảy kênh sơng của vùng Tứ Giác Long Xuyên.
1.2.4 Đặc trưng về môi trường
Tổng hợp các đặc trưng về độ mặn trên kênh sông vùng Tứ Giác
Long Xuyên cùng như vùng ven bờ Tây Nam Việt Nam: chịu sự ảnh
hưởng của thủy triều và khả năng tải nước của hệ thống sông.
Kết luận chương I
Trong chương I đã trình bày tổng quan tình hình nghiên cứu trong
và ngồi nước về thủy động lực học và môi trường vùng cửa sơng
cũng như tình hình áp dụng mơ hình số trị cho vùng cửa sông Tây
Nam Việt Nam. Bên cạnh đó, cũng đã đưa ra các nét chung về đặc
điểm địa hình, thủy văn, hải văn và mơi trường vùng nghiên cứu.
CHƯƠNG II. THU THẬP, PHÂN TÍCH VÀ XỬ LÝ SỐ LIỆU


5
2.1 Số liệu thu thập được
2.1.1 Số liệu địa hình
Đối với vùng đất liền, thu thập thông tin về số lượng các kênh

sông, tọa độ của chúng với các mối liên kết, cũng như lòng dẫn (mặt
cắt ngang) và khoảng cách trắc dọc. Các thông tin này được sử dụng
để xây dựng mạng sông 1 chiều.
Đã thu thập bản đồ độ sâu đáy biển vùng Tây Nam từ các nguồn
tài liệu khác nhau.
2.1.2 Số liệu thủy văn, hải văn
a. Số liệu thủy văn
Các trạm đo lưu lượng và mực nước có trong vùng Tứ Giác Long
Xuyên được tổng hợp để làm điều kiện biên và đối chiếu (hiệu chỉnh
và kiểm định). Tuy nhiên không phải tất cả các trạm này có đầy đủ
số liệu đo cũng như các chuỗi thời gian đo là khác nhau.
b. Số liệu hải văn
Các số liệu hải văn thu thập được của vùng biển Tây Nam chủ
yếu được lấy từ đề tài KC.09.02.
2.1.3 Số liệu mơi trường
a. Độ mặn
Các trạm đo mặn có trong vùng Tứ Giác Long Xuyên rất ít nên số
liệu thu thập được cũng hạn chế, chỉ có 02 trạm có số liệu là Rạch
Giá và Kiên Lương.
Đối với các yếu tố môi trường trên vùng biển Tây Nam, cũng như
số liệu về hải văn, các số liệu chủ yếu có được qua Đề tài
KC.09.02/06-10.
2.2 Phương pháp phân tích, xử lý số liệu
2.2.1 Phương pháp phân tích điều hịa
Từ độ cao mực nước thủy triều sử dụng phương pháp phân tích


6
điều hòa xác định được pha và biên độ của các phân triều.
2.2.2 Khái toán mặt cắt

Chia mặt cắt theo các đường song song với trục thẳng đứng z (yi
= const), từ các giá trị đo của mặt cắt ngang sẽ tính ra các thơng số
địa hình khác.
2.3 Kết quả phân tích, xử lý số liệu
2.3.1 Số liệu vùng biển Tây Nam
Các mảnh bản đồ giấy được quét thành file ảnh, gắn tọa độ, dùng
ArcGis để số hóa thành các lớp (đường bờ, các bãi, đường đẳng sâu,
điểm độ sâu) và được chuyển đổi sang khuôn dạng của phần mềm
Surfer để xử lý tạo file độ sâu cho mơ hình.
Từ số liệu đo của hai trạm hải văn Cà Mau và Chandaburi, sử
dụng phương pháp phân tích điều hịa ta có được các giá trị hằng số
điều hịa, kết hợp với số liệu các hằng số điều hòa từ vệ tinh, sử dụng
phép nội suy sẽ cho ta các giá trị tại các điểm trên biên của miền tính.
2.3.2 Số liệu sông
Với các dữ liệu về mặt cắt ngang của sơng, sử dụng module khái
tốn mặt cắt, có được các cặp giá trị độ rộng lịng, diện tích theo 13
cấp của từng mặt cắt; kết hợp với các giá trị về khoảng cách trắc dọc,
thu được số liệu nhánh sông đã được xử lý để làm đầu vào cho mơ
hình số trị.
Kết luận chương II
Chương II khái quát về các nguồn dữ liệu được thu thập, số lượng
theo không gian và thời gian cũng như các phương pháp được sử
dụng để phân tích, xử lý dữ liệu để làm đầu vào cho mơ hình tính sau
này.
CHƯƠNG III. PHÁT TRIỂN MƠ HÌNH 1-2 CHIỀU THỦY
ĐỘNG LỰC HỌC VÙNG CỬA SƠNG


7
3.1 Cơ sở tốn học của mơ hình

3.1.1 Hệ phương trình 1D
Hệ phương trình Saint Venant 1D mơ tả q trình thủy lực:
H Q
B

q
t
x
Q   Q 2 
 H

 
  gA

Sf   0
t
x 
A 
 x


(3.1)
(3.2)

Trong đó: t - thời gian; A - diện tích ướt mặt cắt ngang của sông;
B - chiều rộng của mặt cắt; H - cao trình mực nước, H=z+h, với z là
cao trình đáy, h là độ sâu của sơng; Q - lưu lượng của dòng chảy; βhệ số hiệu chỉnh động lượng (β≈1); q - lưu lượng bổ sung hoặc mất
đi trên một đơn vị độ dài; R - bán kính thủy lực. Sf - độ dốc ma sát:
Sf = g|Q|Q/C2R.
3.1.2 Hệ phương trình 2D

Hệ phương trình sử dụng trong mơ hình 2D tính tốn thủy động
lực có dạng:
 



 ud  
 vd   0
 t  x
 y

(3.5)

  2u  2u 

u u u

u u 2  v2
u v
 g  f
 v  x  Dh  2  2  (3.6)
t
x y
x
d
d
 x  y 


  2v  2v 

v v v

v u 2  v2
u v
 g
f
 u  y  Dh  2  2  (3.7)
t
x y
y
d
d
 x  y 
3.1.3 Lan truyền chất
3.1.3.1 Phương trình 1D
Phương trình khuếch tán mơ tả q trình lan truyền mặn 1 chiều
có dạng:


8
∂At C
∂t

+

∂QC
∂x

=

∂
∂x

( 𝐴𝑡 𝐷

∂C
∂x

) + 𝐺(𝐶)

3.1.3.2 Phương trình 2D
Phân bố nồng độ và sự lan truyền của một số chất hồ tan có thể
được mơ tả bằng phương trình bảo toàn vật chất 2 chiều ngang như
sau:

 (d C)

udC    vdC  

 t
x
y
 
C  
C
 dDs

 dDn
  dFD (C )  G (C )
s 

s  n 
n 

(3.9)

3.2 Phương pháp giải số
3.2.1 Đối với hệ phương trình 1 chiều
Phương pháp sai phân hệ phương trình 1D: Sử dụng sơ đồ sai
phân ẩn 4 điểm của Preissman.
3.2.2 Đối với hệ phương trình 2 chiều
Phương pháp sai phân hệ phương trình 2D: Sơ đồ sai phân hiện
leap-frog, lưới sai phân xen kẽ, áp dụng kỹ thuật ghép lưới.
3.2.2 Phương pháp đánh giá độ tin cậy của mơ hình
Để phân tích và đánh giá độ chính xác từ các kết quả của mơ hình
tốn với các số liệu thực đo, NCS sử dụng chỉ số hiệu quả NashSutcliffe (NSE).
3.3 Kỹ thuật ghép nối lưới tính
3.3.1 Ghép lưới miền 2 chiều

v
u



Trong nghiên cứu này sẽ áp
dụng phương pháp ghép lưới theo
sơ đồ trong Hình 3.5. Tất cả các
giá trị của u và v nằm trên đường
giới hạn của lưới mịn sẽ được xác

Hình 3.5 Sơ đồ ghép 2 lưới.

9
định bằng phép nội suy. Đường lưới thứ 2 kể từ biên vào của lưới
mịn sẽ trùng với đường lưới của lưới thô. Trên các đường lưới này
cần phải xác định u (nếu đường lưới song song với trục x) và v (nếu
song song với trục y).
3.3.2 Kết nối 1-2D
Tại điểm ghép lưới các điều kiện bảo toàn về động lượng và liên
tục về mực nước được đảm bảo.
3.4 Kỹ thuật tính tốn song song và đồ họa
3.3.1 Kỹ thuật tính tốn song song
NCS lựa chọn kỹ thuật song song sử dụng OpenMP cho vùng 2D
tại một số vòng lặp chính và thử nghiệm trên 2 loại CPU: Intel Atom
Z3740 4 lõi với tốc độ 1.8GHz và Intel Core i7 3770 4 lõi với tốc độ
4.2GHz.
Kết quả mọi bước
tính của phương pháp
song song phải đảm
bảo khơng có sai khác
với phương pháp tính
tuần tự.
Việc song song
phần mềm tính tốn

Hình 3.12 So sánh thời gian (s) tính tuần tự
và song song của của phương án tính 30h.

để tận dụng tất cả các lõi của 01 CPU cũng mang lại hiệu quả đáng
kể như Hình 3.12, giảm thời gian tính xuống chỉ cịn 60% - 70%.

3.4.2 Liên kết bản đồ GIS
Để hỗ trợ người dùng đánh giá các kết quả tính và đưa ra các
quyết định điều chỉnh kịp thời, NCS lựa chọn MapWindow là một hệ
mã nguồn mở cho GIS trên nền hệ điều hành Windows cho phép xử
lý, phân tích và hiển thị dữ liệu và các thuộc tính của dữ liệu theo


10
chuẩn định dạng của GIS để ứng dụng vào mô hình.
3.5 Xây dựng chương trình 1-2D tính tốn thủy lực và các yếu tố
mơi trường

Hình 3.14 Sơ đồ khối của
module tính truyền tải khuếch
tán.

Hình 3.13 Sơ đồ khối của chương
trình tính.
3.6 Tính tốn kiểm tra qua một số bài tốn mẫu
Chương trình được kiểm định qua các bài tốn mẫu 1D, bài tốn
2D có ghép lưới cũng như áp dụng tính cho cửa biển vùng Cửa Ba
Lạt (miền bao gồm hệ thống sơng Hồng – Thái Bình kết nối với vịnh
Bắc Bộ). Kết quả thu nhận được phù hợp cả về mặt định tính và định
lượng, khá trùng với các phần mềm thương mại khác.
Kết luận chương III


11
Chương III trình bày về cơ sở khoa học, phương pháp giải cũng
như các kỹ thuật xử lý, sơ đồ khối chương trình tính của mơ hình 1-2

chiều được NCS phát triển. Áp dụng các giải pháp tính tốn song
song, liên kết bản đồ GIS, giao diện tương tác đồ họa. Mơ hình đã
được kiểm tra, thử nghiệm qua một số bài toán mẫu, bài toán giả định
cũng như bài toán thực tế, cho kết quả tốt về mặt định tính và định
lượng, đủ độ tin cậy để áp dụng tính cho vùng nghiên cứu.
CHƯƠNG IV. ỨNG DỤNG MƠ HÌNH SỐ TRỊ CHO VÙNG
CỬA SÔNG TÂY NAM VIỆT NAM
4.1 Thiết lập mơ hình số trị
Hệ thống sơng 1D bao gồm các
sông, kênh của vùng tứ giác Long
Xuyên (giới hạn bởi 4 điểm Châu Đốc,
Hà Tiên, Rạch Giá, Long Xuyên) với
1368 mắt cắt thuộc 425 nhánh sông
giao nhau tại 233 nút. Số biên trên là 3
bao gồm biên tại Châu Đốc, Vàm Nao Hình 4.1 Hệ thống sơng 1D
của mơ hình
và Cần Thơ (sơng Hậu).
Vùng biển tính 2D của mơ hình gồm
3 lưới chồng nhau có kích thước:
Lưới 1 (lưới mịn nhất): bao gồm 739
x 649 ô lưới với mỗi ô kích thước 132m
x 132m bao phủ vùng ven biển Tây
Nam từ Hà Tiên đến Rạch Giá.
Lưới 2: bao gồm 151 x 118 ơ lưới

Hình 4.2 Ba lưới tính chồng
với mỗi ô kích thước 1.188m x 1.188m nhau trên miền 2D của mơ
hình
bao gồm tồn bộ Vịnh Rạch Giá và đảo
Phú Quốc.

12
Lưới 3: bao gồm 105 x 119 ô lưới với mỗi ơ kích thước 3.564m x
3.564m bao gồm vùng có hình chữ nhật với 2 trạm hải văn Cà Mau,
Chandaburi nằm trên 2 cạnh (để xác định các giá trị HSĐH trên biên
lỏng miền 2 chiều).
Mạng sông 1D kết nối với vùng biển 2D tại 20 điểm cửa sông.
4.2 Hiệu chỉnh mơ hình số trị cho vùng nghiên cứu
Thay đổi các tham số khi tính tốn là q trình Thử-Sai lặp đi lặp
lại cho đến khi sai số giữa các kết quả tính tốn và số liệu thực đo là
chấp nhận được trong cùng một điều kiện.
Sử dụng số liệu mực nước thực đo tại Rạch Giá để xác định các
thời điểm triều cường, triều kiệt, rút ra được các khoảng thời gian
cần tính trong Bảng 4.1.
Bảng 4.1 Các khoảng thời gian lựa chọn để hiệu chỉnh mơ hình.
Năm Mùa

Triều tại Rạch Giá Bắt đầu

Kết thúc

2005 Mùa khô

Triều cường

1/3/2005

10/3/2005

16/4/2005

25/4/2005

3/5/2008

12/5/2008

13/4/2008

22/4/2008

Triều kiệt
2008 Mùa khơ

Triều cường
Triều kiệt

Ví dụ một kết quả hiệu chỉnh tại Rạch Giá trong Hình 4.6.
0.4 m

0.2

-0.6

Rạch Giá tính

4/24/2008

4/22/2008

4/20/2008

4/18/2008

4/16/2008

-0.4

4/14/2008

-0.2

4/12/2008

0

Rạch Giá thực đo

Hình 4.6 Giá trị mực nước (m) tính và thực đo tại trạm Rạch Giá
mùa khô triều kiệt 2008 theo diễn biến thời gian.


13
Vùng biển tính 2D: Hiệu chỉnh hằng số điều hịa của 4 sóng chính
tại 2 trạm đo là Hà Tiên và Rạch Giá. Kết quả hiệu chỉnh với sai số
tại các trạm trong khoảng chấp nhận được cả về pha và biên độ.
Hiệu chỉnh xâm nhập mặn
Kết quả thực hiện hiệu chỉnh độ mặn tại trạm Rạch Giá trong
phương án mùa khô triều cường năm 2008 và so sánh với giá trị thực

đo được biểu thị trong Hình 4.9 với chỉ số Nash-Sutcliffe đạt mức độ
chính xác tốt (NSE > 0.9).
30

‰

Rạch Giá tính

20
10

5/8/2008

5/7/2008

5/7/2008

5/6/2008

5/6/2008

0

Hình 4.9 Giá trị mặn ‰ tính và thực đo tại trạm Rạch Giá mùa khô
triều cường 2008
4.3 Kiểm định mơ hình số trị
a. Đối với thủy lực
Bảng 4.4 Các khoảng thời gian lựa chọn để kiểm định mơ hình.
Năm Mùa
2010 Mùa khơ

Mùa lũ
2011 Mùa khơ
Mùa lũ

Triều tại Rạch Giá Bắt đầu
Kết thúc
Triều cường
8/2/2010 17/2/2010
Triều kiệt
7/4/2010 16/4/2010
Triều cường
4/10/2010 13/10/2010
Triều kiệt
11/11/2010 20/11/2010
Triều cường
20/3/2011 29/3/2011
Triều kiệt
25/4/2011
4/5/2011
Triều cường
26/10/2011 4/11/2011
Triều kiệt
10/9/2011 19/9/2011


14
0.6 m

Rạch Giá tính

Rạch Giá thực đo

0.4
0.2

2/19/2010

2/17/2010

2/15/2010

2/13/2010

2/11/2010

-0.4

2/9/2010

-0.2

2/7/2010

0

Hình 4.10 Giá trị mực nước (m) tính và thực đo tại trạm Rạch Giá
mùa khơ triều cường 2010.
So sánh kết quả tính tốn 8 phương án tại 3 trạm Rạch Giá, Long
Xuyên, Châu Đốc với số liệu thực đo cho thấy kết quả kiểm định
tương đối tốt, các chỉ số NSE đều đạt mức cao cỡ 0.85, đủ độ tin cậy

để sử dụng bộ số liệu này áp dụng cho các phương án tính các năm
khác.
b. Đối với xâm nhập mặn
Hiện tại trong vùng Tứ Giác Long Xuyên, trạm đo giá trị độ mặn
mà NCS thu thập chỉ có tại Rạch Giá, các giá trị đo cũng bị ngắt
quãng nên chỉ thực hiện một số kiểm định tại trạm này theo một số
khoảng thời gian được chọn trong các năm có số liệu đo.
30

Rạch Giá tính

‰

Rạch Giá thực đo

20
10

3/8/2005

3/7/2005

3/7/2005

3/6/2005

3/6/2005

0

Hình 4.26 Giá trị mặn ‰ tính và thực đo tại trạm Rạch Giá mùa
khơ triều cường 2005


15
30

Rạch Giá tính

‰

Rạch Giá thực đo

20
10

3/25/2011

3/25/2011

3/24/2011

3/24/2011

3/23/2011

3/23/2011

0

Hình 4.27 Giá trị mặn ‰ tính và thực đo tại trạm Rạch Giá mùa
khơ triều cường 2011
Kết luận chương IV
Chương IV trình bày việc ứng dụng mơ hình số trị cho vùng cửa
sơng Tây Nam Việt Nam bằng bộ phần mềm CHB14. Qua nhiều
phương án tính với phép Thử-Sai để hiệu chỉnh, đã rút ra được bộ
tham số đủ tốt để áp dụng tính kiểm định. Việc kiểm định cũng được
thực hiện với nhiều phương án tính tại nhiều điểm đo. Các kết quả
thủy lực nhận được đều có mức độ chính xác tốt, phần lớn chỉ số
Nash-Sutcliffe đều > 0.9, còn một số ít trạm cho kết quả trung bình.
Bên cạnh đó, kết quả về chất lượng nước (ở đây chỉ có số liệu độ
mặn để so sánh) khi kiểm định chỉ ở mức trung bình.
CHƯƠNG V. MỘT SỐ KẾT QUẢ ỨNG DỤNG CHO VÙNG
CỬA SƠNG TÂY NAM VIỆT NAM
5.1 Kết quả tính toán một số đặc trưng thủy động lực học
5.1.1 Ảnh hưởng của thủy triều vào hệ thống sông
Các khoảng thời gian của các phương án tính được lựa chọn như
trong phần hiệu chỉnh và kiểm định mơ hình.
Bảng 5.1 Các phương án tính
PA Năm Mùa
Triều
Bắt đầu
PA01 2005 Mùa khơ Triều cường
1/3/2005
PA02 2005 Mùa khô
Triều kiệt
16/4/2005

Kết thúc
10/3/2005

25/4/2005


16
PA03
PA04
PA05
PA06
PA07
PA08
PA09
PA10
PA11
PA12

2008
2008
2010
2010
2010
2010
2011
2011
2011
2011

Mùa khô
Mùa khô
Mùa khô
Mùa khô

Mùa lũ
Mùa lũ
Mùa khô
Mùa khô
Mùa lũ
Mùa lũ

2

m

Triều cường
Triều kiệt
Triều cường
Triều kiệt
Triều cường
Triều kiệt
Triều cường
Triều kiệt
Triều cường
Triều kiệt

3/5/2008
13/4/2008
8/2/2010
7/4/2010
4/10/2010
11/11/2010
20/3/2011
25/4/2011

26/10/2011
10/9/2011

12/5/2008
22/4/2008
17/2/2010
16/4/2010
13/10/2010
20/11/2010
29/3/2011
4/5/2011
4/11/2011
19/9/2011

Kênh Rạch Giá - Long Xuyên

0
0

10000
20000
PA01
PA02
PA07
PA08

30000
PA03
PA09

40000
PA04
PA10

m

50000
60000
PA05
PA06
PA11
PA12

Hình 5.2 Biên độ dao động mực nước cực trị trên kênh Rạch Giá Long Xuyên.
Đánh giá biên độ dao động mực nước cực trị: Do đặc điểm địa
hình vùng, đầu kênh chịu ảnh hưởng của dao động mực nước sông
Hậu cuối các kênh ảnh hưởng bởi dao động mực nước biển Tây nên
tại hai đầu kênh có biên độ dao động là lớn hơn tại giữa kênh. Qua 12
phương án tính tại 03 kênh (Tri Tơn-Hịn Sóc; Rạch Giá-Long
Xun; Cái Sắn), rút ra đặc trưng: Biên độ dao động mực nước tại
cửa sông giảm tới giá trị nhỏ nhất khi vào sâu trong đất liền khoảng
20km (thời điểm triều cường, vị trí này tiến sâu hơn triều kiệt khoảng
10km), sau đó lại tăng dần do ảnh hưởng của biên thượng lưu.


17
5.1.2 Ảnh hưởng của gió
1 m

0.5

0
0

10000

20000

30000 40000
Khơng tính gió

50000

60000 70000
Có tính gió

m

80000

Hình 5.6 Mực nước cực đại trên kênh Cái Sắn trong phương án có và
khơng có ảnh hưởng của gió.
Nhận xét: Ảnh hướng của gió tác động làm cho mực nước cực trị
trong sông dâng cao khoảng 0,1m tại cửa biển và giảm dần khi vào
sâu trong đất liền. Qua tính tốn tại 3 kênh được xét (Tri Tơn-Hịn
Sóc; Rạch Giá-Long Xuyên; Cái Sắn), giá trị chênh lệch này gần như
khơng đáng kể tại vị trí cách cửa biển 60-70km ví dụ như trong Hình
5.6 tại Cái Sắn cũng như các kênh khác.
Xét tại điểm thuộc miền 2D nối với cửa sông tại Rạch Giá, thử
nghiệm 3 phương án: Chỉ có tác động của thủy triều; Có tác động của

thủy triều và gió; Có tác động của thủy triều, của gió và của dịng
chảy từ sơng.

Hình 5.9 Vận tốc dịng chảy tại điểm cửa sơng Rạch Giá trong các
thử nghiệm số.


18
Kết quả tính tốn thử nghiệm số cho thấy: dịng chảy do gió có
đóng góp đáng kể đến trường dịng chảy chung khu vực cửa sơng, có
những thời điểm dịng chảy gió chiếm đến 20-25% giá trị vận tốc
dịng chảy (xem Hình 5.9). Trong khi đó, dịng chảy từ sơng đổ ra
khá nhỏ nên ảnh hưởng không đáng kể đến bức tranh dịng chảy
chung ở khu vực cửa sơng.
5.2 Kết quả tính tốn một số đặc trưng mơi trường
5.2.1 Đánh giá mức độ xâm nhập mặn
Để đánh giá xâm nhập mặn theo pha triều: lựa chọn kết quả tại
các thời điểm: đỉnh triều, triều rút, chân triều, triều dâng của phương
án tính triều cường mùa khơ năm 2008.

Hình 5.10 Phân bố độ mặn tại thời Hình 5.11 Phân bố độ mặn tại
thời điểm chân triều.
điểm đỉnh triều.
Kết quả tính tốn diện tích ảnh hưởng bởi độ mặn >4‰ cho thấy,
tại thời điểm đỉnh triều là 133,346 Ha, tại thời điểm triều rút là
117.471 Ha, tại thời điểm chân triều là 103.425 Ha và tại thời điểm
triều dâng là 116.320 Ha.
Để đánh giá ảnh hưởng lớn nhất của triều với việc xâm nhập mặn,
2 kịch bản được đưa ra: Lưu lượng biên trên được lấy vào mùa khô
năm 2008, tại cùng thời điểm với mực nước tại cửa biển tương ứng

với thời gian triều cường; Lưu lượng biên trên giống với trường hợp
1, mực nước tại biển tương ứng với thời gian triều kiệt.


19

Hình 5.12 Vùng ảnh hưởng bởi Hình 5.13 Vùng ảnh hưởng bởi
nước mặn >4‰ với kịch bản
nước mặn >4‰ với kịch bản
triều cường.
triều kiệt.
Qua kết quả tính cho thấy trong thời kỳ triều cường, nước mặn lấn
sâu vào trong đất liền. Vùng diện tích bị ảnh hưởng bởi nước mặn
4‰ là lớn nhất, khoảng 162,909.3 Ha. Trong thời kỳ triều kiệt, nước
mặn xâm nhập ít hơn, vùng diện tích bị ảnh hưởng bởi nước mặn 4‰
khoảng 119,150.42 Ha. Xét ví dụ tại kênh Tri Tơn – Hịn Sóc, tính
khoảng cách từ biển vào, nước mặn 4‰ có thể xuất hiện cách cửa
biển 18.8 km trong khi đó với trường hợp triều kiệt, khoảng cách này
chỉ là 6.78 km.

Hình 5.14 Mực nước (m), vận
tốc (m/s) và độ mặn (‰) tính
tốn tại Rạch Giá.

Hình 5.15 Giá trị mặn tại một
số điểm quan sát trên kênh Tri
Tơn – Hịn Sóc.


20

Hình 5.14 cho thấy giá trị mặn đồng pha với mực nước, cho thấy
sự lan truyền mặn chủ yếu qua q trình tải, ảnh hưởng ít của q
trình khuếch tán. Khi vận tốc dòng tăng đẩy nước ra biển, giá trị mặn
giảm tương ứng. Hình 5.15 thể hiện giá trị mặn theo thời gian tại các
điểm quan sát trên cùng một nhánh sông, với khoảng cách tăng dần
từ cửa biển, dao động giá trị mặn cũng thay đổi cả về biên độ giá trị
và dáng điệu.
5.2.2 Bài toán phát thải
Với số liệu thu thập được rất ít, chỉ có giá trị BOD và DO trong
vùng Tứ Giác Long Xuyên tại một số điểm, NCS thử nghiệm bài
toán phát thải để đánh giá ảnh hưởng đến mơi trường vùng.

Hình 5.16 Giá trị BOD cực đại
trên hệ thống sông theo phương
án mức xả năm 2008.

Hình 5.17 Giá trị DO cực đại
trên hệ thống sơng theo phương
án mức xả năm 2008.

Hình 5.18 Giá trị BOD trên
vùng 2D theo phương án mức
xả năm 2008.

Hình 5.19 Giá trị DO trên
vùng 2D theo phương án mức
xả năm 2008.


21

Kết quả tính được chỉ ra tại các Hình 5.16-5.19: tại vùng 1D, các
giá trị nồng độ BOD và DO vẫn dưới ngưỡng tiêu chuẩn cho phép
theo QCVN. Hình 5.16 cho thấy vùng diện tích ảnh hưởng bởi giá trị
nồng độ BOD > 0.5mg/L, và khơng có vùng diện tích nào ảnh hưởng
bởi nồng độ BOD >1 mg/L. Điều này cho thấy tại đây, các yếu tố
môi trường vẫn trong tiêu chuẩn phạm vi cho phép, thậm chí vẫn cịn
khá tốt. Miền 2D gần như khơng có thay đổi đáng kể.
5.3 Dự báo xu thế
NCS dựa vào các chỉ số tăng dự kiến về kinh tế - xã hội từ năm
2015 đến 2020 với tốc độ 15% mỗi năm, giả thiết lượng chất thải ra
mơi trường cũng tăng tương ứng.

Hình 5.20 Giá trị BOD cực đại
Hình 5.21 Giá trị DO cực đại
trên hệ thống sông trong
trên hệ thống sông trong
phương án tính xả dự báo.
phương án tính xả dự báo.
Qua Hình 5.20, 5.21 cho thấy khi tăng lưu lượng nguồn xả BOD,
DO, giá trị nồng độ trên toàn miền tăng lên đáng kể, dù các giá trị
này vẫn nằm trong ngưỡng tốt theo QCVN nhưng xuất hiện nhiều
vùng có các giá trị cao hơn so với với các vùng khác một cách rõ rệt.
Do đó, bài tốn quy hoạch vùng là cấp thiết được đặt ra cho dù các
chỉ số môi trường vẫn đang ở mức tốt ở thời điểm hiện tại.
Khi tăng giá trị các nguồn xả trong vùng 1D, tại vùng 2D, số
lượng cửa sông bị tác động rõ nét tăng cả về số vùng và giá trị.


22
Tại vùng vịnh Rạch

Giá, do vận tốc dòng
chảy ở đây yếu nên các
yếu tố môi trường phân
tán chủ yếu xung quanh
vị trí xả thải, cịn tại các
vị trí khác, do ảnh
hưởng của dòng chảy,
các yếu tố này phân tán
theo chiều dịng chảy tác
động.

Hình 5.22 Giá trị BOD trên vùng 2 chiều
trong phương án tính xả dự báo.

Kết luận chương V
Qua một số phương án tính với các số liệu đo cũng như các điều
kiện giả định, mơ hình đã đưa ra được đặc trưng về biên độ dao động
mực nước cực trị dọc theo 3 tuyến kênh lớn; đã chỉ ra sự ảnh hướng
của gió mùa tác động tới mực nước cực trị trong sông; đưa ra được
một số đặc trưng xâm nhập mặn của vùng nghiên cứu: theo mùa, theo
quá trình triều, theo pha triều,…; đưa ra một số kết quả về bức tranh
phân bố BOD và DO trong khu vực cũng như dự báo xu thế biến đổi
của chúng khi mức phát thải tăng dựa trên các chỉ số tăng dự kiến về
kinh tế, xã hội.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Trên cơ sở kế thừa các kết quả nghiên cứu của các đề tài, dự án đã
có, cũng như kế thừa các kết quả trước đây của các cá nhân và các
tập thể nghiên cứu, luận án đã thu được những kết quả chính như sau:
 Phát triển chương trình kết nối 1-2D tính thủy lực và mơi trường:
+ Xây dựng module tính tốn chất lượng nước và chu trình dinh

dưỡng trong hệ thống sơng (1D) và kết nối với thủy vực (2 chiều).
+ Hoàn thiện việc xử lý các điều kiện biên và kết nối 1-2D: cho
phép sử dụng các điều kiện biên khác phụ thuộc vào hiện trạng số
liệu có được.


23
 Chuyển đổi sang tính tốn song song: Sử dụng kỹ thuật song song
OpenMP, chương trình chạy được trên mọi máy tính cá nhân đa lõi
sử dụng hệ điều hành Windows. Việc song song hóa đã giúp chương
trình giảm được thời gian tính tốn xuống cịn khoảng 60%.
 Xây dựng phần giao diện đồ họa Winform bằng ngôn ngữ Fortran
và module có khả năng liên kết với GIS: phần mềm đáp ứng được
tương tác giữa phần giao diện và tính tốn, có thể vừa tính tốn vừa
vẽ đồ thị,… Phần mềm sử dụng mã nguồn mở MapWinGIS để trình
diễn trực tiếp các kết quả tính tốn trên nền bản đồ GIS. Bên cạnh đó,
xây dựng được các module phụ hữu ích cho việc chuẩn bị số liệu
tính, trình diễn các kết quả tính được từ mơ hình theo nhiều tiêu chí.
 Tiến hành tính tốn kiểm tra chương trình tính qua các bài toán
mẫu và bài toán thực tế kết nối 1-2D vùng cửa Ba Lạt.
 Thiết lập mơ hình số trị và áp dụng tính cho vùng cửa sơng Tây
Nam Việt Nam:
+ Thu thập khối lượng lớn các số liệu 1-2D, xử lý các số liệu này
thành dữ liệu đầu vào chạy mơ hình.
+ Hiệu chỉnh, kiểm tra mơ hình và so sánh với các số liệu thực
đo, cho kết quả chấp nhận được.
+ Tính tốn một số đặc trưng thủy động lực học và mơi trường
+ Tính tốn một số phương án theo kịch bản phát triển kinh tế xã
hội đến năm 2020.
Qua kết quả tính tốn, đã đưa ra một số nhận xét về đặc trưng

thủy động lực học và môi trường của vùng:
Thủy lực: Dọc theo các kênh hướng từ sông Hậu ra đến cửa sông,
biên độ dao động mực nước tại cửa sông giảm tới giá trị nhỏ nhất
khi vào sâu trong đất liền khoảng 20km (lúc triều cường, vị trí này
tiến sâu hơn lúc triều kiệt khoảng 10km), sau đó lại tăng dần do
ảnh hưởng của biên thượng lưu. Vào mùa kiệt, khi triều cường,
điểm có biên độ dao động mực nước nhỏ nhất cách cửa sơng
khoảng 25 km, trong khi đó điểm có biên độ dao động mực nước