Mô hình lan truyền chất ô nhiễm trong nước nhóm 5

Mô hình lan truyền chất ô nhiễm trong nước-mô hình Mike 21
I.Tổng quan về mô hình Mike.
Theo nhiều nguời đánh giá bộ phần mềm MIKE có rất nhiều gói có tính năng nổi trội
so với các công cụ có cùng mục tiêu sử dụng khác. Tổng hợp từ nhiều nguồn thông tin tư
liệu trong và ngoài nuớc, và trải nghiệm của bản thân.
Cách đây 20 năm, phần mềm MIKE phát triển bởi Viện DHI Ðan Mạch. Khởi điểm
ứng dụng truyền thống của MIKE là tài nguyên nước, tiếp đó là cho biển và đô thị. Ở Việt
Nam, khoảng năm 1993-1994 DHI cũng đã triển khai ứng dụng SHE hoặc MIKE SHE mô
hình hóa hệ thống nước ngầm, nước mặt, công trình khai thác nguồn nước cho Ban Me
Thuot basalt plateau.
Ðầu nam 2001, co quan chúng tôi là 1 trong 4 Viện duợc Chính phủ Ðan Mạch tài trợ
qua dự án “Tang cuờng nang lực các Viện ngành nuớc - WRSI 20012005” (Viện Quy
hoạch Thủy lợi, Viện Quy hoạch Thủy lợi miền Nam, Viện Khoa học Thủy lợi và Viện
Khoa học Thủy lợi miền Nam). Một trong những nội dung chủ yếu của dự án là nhiều cán
bộ kỹ thuật đuợc huấn luyện đào tạo sử dụng bộ mô hình MIKE, (đặc biệt là MIKE 11 và
MIKE 21).
Bộ công cụ MIKE bao gồm các mô dun sau:
 Mô đun tính toán thủy lực (MIKE 21/3 HD)
 Các mô đun tính sóng (MIKE 21 SW, NSW, PMS, EMS, BW)
 Các mô đun tính biến đổi đường bờ (LITPACK)
 Các mô đun tính biến đổi bùn cát (MIKE 21/3 ST, MT)
 Các mô đun tính tràn dầu, mô hình sinh thái (MIKE 3 OS, EcoLab)
 Các mô đun tính lan truyền vật chất, truyền nhiệt (MIKE 3 AD)
Với các bộ công cụ nhu trên, có thể nói bộ phần mềm MIKE có thể áp dụng để mô
hình hóa hầu hết các vấn đề liên quan đến động lực dòng chảy biển. Ngoài việc chạy riêng
lẻ các mô dun nhu trên còn có thể chạy tích hợp các mô dun trên dể mô phỏng biến dổi
hình thái (MIKE 21/3 Coupled model, MIKE Coastal rea mophological shell) hoặc mô
phỏng phân tích phần tử, tràn dầu (MIKE 21/3PA/OS).

II.Định nghĩa và các mô đun của Mike 21
-Định nghĩa:Là mô hình dòng chảy mặt 2D,được ứng dụng để mô phỏng các quá trình thuỷ lực và các

hiện tượng môi trường trong các hồ ,các vùng cửa sông,vùng vịnh,vùng ven bờ và các vùng biển.
-Mô đun:


•

PP - Preprocessing and Postprocessing: Mô đun PP cho bạn một môi trường
làm việc tích hợp thuận lợi và phù hợp giúp cho nhiệm vụ nhập dữ liệu đầu vào, phân
tích và trình bày kết quả mô phỏng một cách dễ dàng.
•
HD - Thuỷ động lực (Hydrodynamics): Mô đun HD mô phỏng sự biển đổi
mực nước và dòng chảy theo các phương trình khác nhau.
•
AD - Advection-Dispersion: Mô phỏng vận chuyển, tải khuyếch tán của các
chất hoà tan và chất lơ lửng. Chủ yếu sử dụng tính toán làm lạnh nước và theo dõi ô
nhiểm.
•
ST - Sand Transport (Vận chuyển cát): Mô hình lập mô phỏng vận chuyển cát
với việc hình thành bùn cát do dòng chảy và do sóng/dòng chảy tạo nên bao gồm cả
mô tả 3 chiều tỷ lệ bùn cát vận chuyển. Mô đun này được sử dụng để tối ưu hoá các
nghiên cứu về hình thái cho thiết kế cảng, đánh giá tác động của các công trình bảo vệ
và mức độ ổn định của cửa thủy triều v.v...
•
MT - Mud Transport (Vận chuyển bùn): Một mô hình tính toán nhiều tầng và
nhiều phần tử mô tả xỏi, bồi và vận chuyển bùn (bùn cát kết dính) và ở nơi có kết hợp
giữa bùn và cát Coupled modelling - Mô hình gộp Hệ thống mạnh kết hợp tính sóng,
dòng chảy và bùn cát trong một mô hình hình thái động lực
•
PT - Particle Tracking: Mô tả chuyển động của những chất lơ lửng và hoà tan
bao gồm cả bùn cát.

•
SA - Spill Analysis (Phân tích tràn): Mô phòng sự lan toả và tràn của các chất
lơ lửng và được sử dụng cho mô phỏng tràn dầu. ECO Lab - Ecological Modelling
(Mô hình sinh thái) Vui lòng xem thêm trang 17.
•
SW - Spectral Waves (Sóng phổ): Mô hình sóng phổ do gió mô phỏng sự phát
triển, chuyển đổi và tan của sóng do gió tạo ra. NSW - Near Shore Spectral (Sóng phổ
gần bờ) Sóng do gió Mô hình mô tả sự hình thành, phát triển và tan của sóng cho các
khu vực gần bờ có tần sóng ngắn.
•
PMS - Parabolic Mild Slope Waves (Sóng dốc parabol): Mô hình nhiễu sóng
- phản sóng tuyến tính được sử dụng để nghiên cứu sự nhiễu sóng trong các khu vực
bờ biển mở.
•
EMS - Elliptic Mild Slope Waves (Sóng dốc elip): Mô hình hiệu quả được sử
dụng để nghiên cứu động lực của sóng ở các khu vực cửa biển, ví dụ cộng hưởng sóng
trong cảng đối với lực sóng đơn tuyến tính.
•
BW - Boussinesq Waves: Một công cụ tiến tiến để nghiên cứu và phân tích sự
rối sóng trong cảng, bến cảng và các khu vực bờ biển. Bao gồm cả động lực khu vực
sóng vỗ và sóng nhào. MỚI: BW hiện nay được thực hiện song song trên PC nhiều lõi
tính.
•
WS WAT - Wave Analysis Tool (Công cụ phân tích sóng): Phân tích sống chi
tiết: Phân tích Sóng phổ tuyến tính, Phân tích lọc, Phân tích sóng có hướng và Sóng
ngang. Xử lý kết quả của MIKE 21 BW.


III.Cơ chế tính toán và ứng dụng mô hình mike 21
-Cơ chế tính toán :

Hệ thống MIKE 21 bao gồm các cơ chế mô phòng sau:
•
Lưới đơn (Single Grid) - mô hình dạng lưới đơn tuyến tính dễ lập, dễ trao đổi
đầu vào/ đầu ra
•
Lưới đa (Multiple Grids) - mô hình lưới tuyến tính gộp với khả năng mô phỏng
độ phân giải tốt hơn
•
Lưới phi cấu trúc (Flexible Mesh) - độ linh hoạt tối đa cho nhiều mức phân
giải khác nhau cho mô hình Mô phỏng với lưới FM cho phép xử lý song song
-Ứng dụng:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•

Thiết kế đánh giá dữ liệu cho các công trình ven biển và xa bờ
Tối ưu hoá bố trí cảng và các biện pháp bảo vệ bờ
Phân tích làm lạnh nước, phân huỷ mặn và hoàn lưu
Tối ưu hoá nguồn xả
Đánh giá tác động môi trường của các cơ sở hạ tầng biển
Lập mô hình sinh thái bao gồm tối ưu hoá hệ thủy sinh
Tối ưu hoá hệ thống sản xuất năng lượng được đổi mới
Dự báo nước cho các hoạt động bảo vệ biển và giao thông

Cảnh bảo lũ bờ biển và nước dâng do bão
Lập mô hình ngập lũ trong đất liền và dòng chảy tràn

IV.Ưu điểm và nhược điểm của mô hình mike 21
-Ưu điểm:

•

Giao diện dễ dùng, thân thiện, tích hợp GIS (Hệ thống thông tin địa lý) nên
truy xuất dữ liệu dễ dàng, trích xuất kết quả trực quan, quá trình lập mô hình nhanh.
-Nhược điểm:
•
Khi tính toán trường hợp unsteady thường báo lỗi không ổn định tại một số
mặt cắt, mực nước tính toán vượt cao trình đỉnh đê/bờ. Đây là một lỗi khá
phổ biến và việc xử lý (để đạt trạng thái ổn định) thường không dễ, mặc dù
hệ số courant vẫn đảm bảo;
•
-Tương tự, đối với bài toán AD (advection dispersion) lan truyền chất thường
khó đạt được tiêu chí ổn định.
•
Đã có trường hợp tính toán cho kết quả không đúng, không bảo toàn vật chất,
tổng lượng nước vào khác tổng lượng nước ra.
•
Sai sót trong lệnh điều khiển có điều kiện khi mô tả vận hành công trình;
•

V.Kết luận:


MIKE 21 được ví như con dao Thụy sĩ tối ưu cho việc lập mô hình những vấn đề liên quan đến

sông. Nếu bạn muốn lập mô hình mô tả diễn biến vật lý, hoá học hay sinh học của các khu vực biển
và cửa biển thì MIKE 21 chắc chắn là công cụ mà bạn cần đến.