Slide: ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE 11 MÔ PHỎNG XÂM NHẬP MẶN HẠ LƯU HỆ THỐNG SÔNG LAM

TRƯỜNG ĐH KHTN – ĐH QGHN
KHOA KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN VÀ HẢI DƯƠNG HỌC
Cán bộ hướng dẫn: PGS.TS Trần Ngọc Anh
Sinh viên thực hiện: Phan Thị Ghi
Báo cáo khóa luận
ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE 11
MÔ PHỎNG XÂM NHẬP MẶN
HẠ LƯU HỆ THỐNG SÔNG LAM
ĐẶT VẤN ĐỀ
Xâm
nhập
mặn biến
động
phức tạp
theo
không
gian và
thời gian
Công trình
giao thông thủy
Cung cấp nước
cho nông nghiệp
và sinh hoạt
Nuôi trồng thủy sản
…
Để khai thác mặt lợi, hạn chế mặt hại do xâm nhập mặn gây ra trước hết cần
phải đánh giá đúng đắn quy luật diễn biến theo không gian và thời gian của nó.
Sông Lam là lưu vực lớn thứ 2 ở vùng Bắc Trung Bộ, việc cung cấp nguồn nước
cho dân cư trong khu vực hạ lưu đóng vai trò quan trọng trong phát triển kinh
tế.
 Mô phỏng xâm nhập mặn vùng hạ lưu sông Lam là đề tài có nhu cầu cấp

thiết và ý nghĩa thực tiễn cao.
Bờ biển VN
dài, nhiều
cửa sông
đổ trực tiếp
ra biển .
Tại đây xảy
ra hiện
tượng xâm
nhập mặn
Chương 1: Giới thiệu chung về khu vực
nghiên cứu
Chương 2: Cơ sở lý thuyết mô hình
MIKE 11
Chương 3: Ứng dụng mô hình vào tính toán
xâm nhập mặn
BỐ CỤC
Lưu vực sông Lam
Diện tích: 27.200 km2
(Việt Nam: 17.730 km2)
•
18º15'05" - 20º10'30" vĩ độ Bắc
•
103º14'10" - 105º47‘53" kinh
độ Đông
•
Phía Bắc giáp với lưu vực sông
Chu, sông Bạng
•
Phía Tây giáp với lưu vực sông

Mêkông
•
Phía Tây Nam giáp với lưu vực
sông Gianh
•
Phía Đông giáp với biển Đông
1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU
Khu vực nghiên cứu (hạ lưu hệ
thống sông Lam):

Nghệ An: huyện Nam Đàn (23
xã), huyện Hưng Nguyên (23
xã), huyện Nghi Lộc (32 xã),
thành phố Vinh (16 xã), thị xã
Cửa Lò (7 xã)

Hà Tĩnh: huyện Đức Thọ (35
xã), huyện Nghi Xuân (19 xã),
thị xã Hồng Lĩnh (6 xã), Huyện
Hương Sơn (31 xã)
2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÔ HÌNH MIKE 11
1. Mô đun thủy động lực - HD
Hệ phương
trình
Saint-
Venant
Trong đó:
A - diện tích mặt cắt ngang (m2)
t - thời gian (s)
Q - lưu lượng nước (m3/s)

x - biến không gian
g - gia tốc trọng trường (m/s2)
ρ
- mật độ của nước (kg/m3)
b - độ rộng của lòng dẫn (m)
R - bán kính thủy lực (m)
2. Mô đun khuyếch tán - AD
Phương trình khuyếch tán:
Trong đó:
C – nồng độ chất ô nhiễm
D – hệ số khuyếch tán
A – diện tích mặt cắt ngang
K – hệ số tự phân hủy tuyến tính
C2 – nồng độ của nguồn nhập/ra khỏi hệ thống
q – lượng gia nhập khu giữa
X, t – tọa độ theo không gian và thời gian
Phương pháp giải: pp sai phân
b)Thiết lập mạng thủy lực:
Đoạn diễn toán giới hạn bởi:
-)
Sông chính là sông Cả dài 67km từ trạm
Yên Thượng → cửa Hội
-)
Nhánh cấp 1 sông La dài 17,5 km từ trạm
Linh Cảm tới hợp lưu với sông Cả tại điểm
gần trạm Chợ Tràng.
-)
2 nhánh cấp 2 là sông Ngàn Sâu dài 25km từ
trạm Hòa Duyệt và sông Ngàn Phố dài 28km
từ trạm Sơn Diệm đến đoạn nhập lưu tạo

thành sông La tại trạm Linh Cảm.
-)
Tổng số mặt cắt là 106, trung bình 1.3km/1
mặt cắt.
3. ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE 11 VÀO TÍNH TOÁN
XÂM NHẬP MẶN
1. Xây dựng mô hình:
c) Điều kiện biên:
- Biên thủy lực:

Biên trên: Lưu lượng thực đo tại các trạm Yên Thượng, Hòa Duyệt và Sơn Diệm

Biên dưới: Mực nước thực đo tại Cửa Hội
3. ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE 11 VÀO TÍNH TOÁN
XÂM NHẬP MẶN
1. Xây dựng mô hình:
- Biên mặn:

Độ mặn tại các biên trên : giả thiết bằng 0

Độ mặn tại biên dưới – Cửa Hội (giả thiết bằng hằng số: 32‰)
3. ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE 11 VÀO TÍNH TOÁN
XÂM NHẬP MẶN
Hiệu chỉnh từ 1h00 ngày 2/2/2006 - 1h00 ngày 31/3/2006
Kiểm định từ 1h00 ngày 2/2/2007 - 1h00 ngày 31/3/2007
Tại các trạm Linh Cảm, Chợ Tràng và Bến Thủy.
Sai số thu được từ mô hình tính theo chỉ tiêu Nash:













−
−
−=
∑
∑
=
=
n
i
i
n
i
ii
OO
OP
Nash
1
2
1
2
)(

)(
1
Nash > 0.4 phương án dự báo đạt
Pi: giá trị dự báo
Oi: giá trị thực đo
: trung bình thực đo
n: số giá trị trong lần dự báo
O
a) Hiệu chỉnh và kiểm định mô đun HD:
2. Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình:
Nash (%) Đánh giá chất lượng dự báo
< 40 Kém
40 – 70 Trung bình
70 – 85 Khá
85 – 100 Tốt
3. ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE 11 VÀO TÍNH TOÁN
XÂM NHẬP MẶN
2. Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình:

Hiệu chỉnh
mô đun HD:
- Kết quả so sánh H mô phỏng và thực đo tại Chợ Tràng thời
đoạn 1h00 ngày 2/2/2006 - 1h00 ngày 31/3/2006: Nash = 42%
2-2-2006 7-2-2006 12-2-2006 17-2-2006 22-2-2006 27-2-2006 4-3-2006 9-3-2006 14-3-2006 19-3-2006 24-3-2006 29-3-2006
-1.2
-1.1
-1.0
-0.9
-0.8
-0.7

-0.6
-0.5
-0.4
-0.3
-0.2
-0.1
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
1.1
1.2
1.3
[meter]
Time Series Water Level
2-2-2006 7-2-2006 12-2-2006 17-2-2006 22-2-2006 27-2-2006 4-3-2006 9-3-2006 14-3-2006 19-3-2006 24-3-2006 29-3-2006
-0.8
-0.7
-0.6
-0.5
-0.4
-0.3
-0.2

-0.1
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
1.1
1.2
1.3
1.4
[meter]
Time Series Water Level
Trạm Linh Cảm: Nash = 68%
7-2-2006 12-2-2006 17-2-2006 22-2-2006 27-2-2006 4-3-2006 9-3-2006 14-3-2006 19-3-2006 24-3-2006 29-3-2006
-0.8
-0.7
-0.6
-0.5
-0.4
-0.3
-0.2
-0.1
0.0
0.1

0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
1.1
[meter]
Time Series Water Level
Trạm Bến Thủy: Nash = 83%
Trạm Bến Thủy: R = 0.89
0 10 20 30 40 50 60 70
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
R² = 0.01
H tinh toan
H thuc do
3. ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE 11 VÀO TÍNH TOÁN
XÂM NHẬP MẶN
2. Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình:

Hiệu chỉnh
mô đun HD:

Nhận xét:
- Kết quả so sánh giá trị thực đo và tính toán tại Chợ Tràng, Linh Cảm và Bến
Thủy cho thấy giá trị tính toán từ mô hình tương đối phù hợp với giá trị thực đo,
nhất là về pha dao động. Tùy triều cường hay triều kém mà một ngày có 1 (2) lần
mực nước cực đại và 1 (2) lần mực nước cực tiểu.
3. ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE 11 VÀO TÍNH TOÁN
XÂM NHẬP MẶN
2. Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình:
Bộ thông số HD
River Name Chainage Resistance
SONG CA 55200 0.045
SONG CA 38523 0.045
SONG CA 73327 0.045
NGAN SAU 33130 0.030
NGAN SAU 59530 0.030
NGAN SAU 72800 0.030
NGAN PHO 10025 0.040
NGAN PHO 27470 0.040
3. ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE 11 VÀO TÍNH TOÁN
XÂM NHẬP MẶN
2. Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình:

Kiểm định
mô đun HD:
1-2-2007 6-2-2007 11-2-2007 16-2-2007 21-2-2007 26-2-2007 3-3-2007 8-3-2007 13-3-2007 18-3-2007 23-3-2007 28-3-2007
-0.9
-0.8
-0.7
-0.6
-0.5

-0.4
-0.3
-0.2
-0.1
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
1.1
1.2
1.3
[meter]
Time Series Water Level
Trạm Linh Cảm: Nash = 58%
1-2-2007 6-2-2007 11-2-2007 16-2-2007 21-2-2007 26-2-2007 3-3-2007 8-3-2007 13-3-2007 18-3-2007 23-3-2007 28-3-2007
-1.2
-1.1
-1.0
-0.9
-0.8
-0.7
-0.6
-0.5

-0.4
-0.3
-0.2
-0.1
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
1.1
1.2
[meter]
Time Series Water Level
Trạm Chợ Tràng: Nash = 56%
6-2-2007 11-2-2007 16-2-2007 21-2-2007 26-2-2007 3-3-2007 8-3-2007 13-3-2007 18-3-2007 23-3-2007 28-3-2007
-0.9
-0.8
-0.7
-0.6
-0.5
-0.4
-0.3
-0.2
-0.1

0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
[meter]
Time Series Water Level
Trạm Bến Thủy: Nash = 64%
0 10 20 30 40 50 60 70
-1.5
-1
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
2.5
R² = 0
H tinh toan
H thuc do
Trạm Bến Thủy: R = 0.64
3. ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE 11 VÀO TÍNH TOÁN
XÂM NHẬP MẶN

2. Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình:

Kiểm định
mô đun HD:
3. ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE 11 VÀO TÍNH TOÁN
XÂM NHẬP MẶN
2. Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình:

Hiệu chỉnh mô đun AD:
Sai số thu được từ mô hình tính theo chỉ tiêu IOA (theo WMO) cho mô đun
xâm nhập măn:
IOA > 0.5 phương án dự báo đạt
Pi: giá trị dự báo
Oi: giá trị thực đo
: trung bình thực đo
n: số giá trị trong lần dự báo
O












−+−

−
−=
∑
∑
=
=
n
i
ii
n
i
ii
OOOP
PO
IOA
1
2
1
2
)(
)(
1
Giữ nguyên bộ thông số thủy lực đã tìm được, tiến hành hiệu chỉnh hệ số khuyếch
tán với thời đoạn 1h00 ngày 2/2/2006 đến 1h00 ngày 31/3/2006 tại trạm Bến Thủy.
a) Hiệu chỉnh và kiểm định mô đun AD:
7-2-2006 12-2-2006 17-2-2006 22-2-2006 27-2-2006 4-3-2006 9-3-2006 14-3-2006 19-3-2006 24-3-2006 29-3-2006
0.0
0.2
0.4
0.6

0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
2.0
2.2
2.4
2.6
2.8
3.0
3.2
3.4
3.6
3.8
4.0
4.2
[PSU]
Time Series Salinity
3. ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE 11 VÀO TÍNH TOÁN
XÂM NHẬP MẶN
2. Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình:

Hiệu chỉnh mô đun AD:
Trạm Bến Thủy: IOA = 51%
Bộ thông số AD
River Name Chainage
Dispersion
factor

Exponent
Minimum
coef.
Maximum
coef.
SONG CA 0 10 10 250 500
SONG CA 55200 10 10 250 500
SONG CA 73327 10 10 250 500
NGAN PHO 0 9 10 200 400
NGAN PHO 27470 9 10 200 400
NGAN SAU 0 8 10 180 300
NGAN SAU 72800 8 10 180 300
SONG LAM 0 7 10 150 250
SONG LAM 9600 7 10 150 250
3. ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE 11 VÀO TÍNH TOÁN
XÂM NHẬP MẶN
2. Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình:

Kiểm định mô đun AD:
Giữ nguyên bộ thông số khuyếch tán, tiến hành kiểm định với số liệu độ mặn tại
Bến Thủy từ 1h ngày 2/2/2007 đến 1h ngày 31/3/2007: IOA = 62%
6-2-2007 11-2-2007 16-2-2007 21-2-2007 26-2-2007 3-3-2007 8-3-2007 13-3-2007 18-3-2007 23-3-2007 28-3-2007
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4

1.6
1.8
2.0
2.2
2.4
2.6
2.8
3.0
3.2
3.4
3.6
3.8
4.0
4.2
[PSU]
Time Series Salinity
Nhận xét:
- Với số liệu độ mặn thực đo và tính toán tại Bến Thủy, giá trị trung bình giữa
tính toán và thực đo tương đối phù hợp:
+ Hiệu chỉnh: Stbtt = 1.26; Stbtđ = 0.73; ΔStb= 0.53
+ Kiểm định: Stbtt = 1.14; Stbtđ = 0.74; ΔStb = 0.4
- Sự phù hợp giữa số liệu tính toán và thực đo đã khẳng định bộ thông số hệ số
khuyếch tán tìm được đủ khả năng thể hiện được các tính chất và đặc trưng của
các quá trình lan truyền chất nói chung và mặn nói riêng.
Kết luận:
Bộ thông số thủy lực (HD), khuyếch tán (AD) tìm được đủ đảm bảo độ tin cậy
để có thể áp dụng mô hình cho các phương án tính toán tiếp theo.
3. ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE 11 VÀO TÍNH TOÁN
XÂM NHẬP MẶN
2. Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình:


Kiểm định mô đun AD:
3. ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE 11 VÀO TÍNH TOÁN
XÂM NHẬP MẶN
3. Ứng dụng mô hình vào tính toán xâm nhập mặn theo các kịch bản:
Dự báo sự dâng mực nước biển trung bình tùy theo các kịch bản phát triển
kinh tế và công nghệ khác nhau
a) Dự báo của IPCC:
-
Theo dự báo của IPCC
đến năm 2100 mực
nước biển trung bình
của các đại dương thế
giới sẽ tăng thêm
khoảng 0,1 - 0,9m so
với năm 1990 tùy theo
các kịch bản về phát
triển kinh tế và công
nghệ.
Dự báo mực nước biển dâng theo kịch bản phát thải cao
Dựa trên các phân tích và đánh giá trên, tiến hành thử nghiệm bộ mô hình đã
được kiểm định với kịch bản theo hướng bất lợi (kịch bản phát thải cao) cho
3 trường hợp:
Kịch bản 1: Q năm 2007 tại các biên trên, biên dưới là biên triều năm 2007
cộng với mực nước biển dâng theo dự báo 20cm (dự báo năm 2040).
Kịch bản 2: Q năm 2007 tại các biên trên, biên dưới là biên triều năm 2007
cộng với mực nước biển dâng theo dự báo 60cm (dự báo năm 2080).
Kịch bản 3: Q năm 2007 tại các biên trên, biên dưới là biên triều năm 2007
cộng với mực nước biển dâng theo dự báo 90cm (dự báo năm 2100).
3. ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE 11 VÀO TÍNH TOÁN

XÂM NHẬP MẶN
3. Ứng dụng mô hình vào tính toán xâm nhập mặn theo các kịch bản:
3. ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE 11 VÀO TÍNH TOÁN
XÂM NHẬP MẶN
Đường quá trình độ mặn lớn nhất dọc sông Cả kịch bản 1
3. Ứng dụng mô hình vào tính toán xâm nhập mặn theo các kịch bản:
Đường quá trình độ mặn lớn nhất dọc sông Cả kịch bản 2Đường quá trình độ mặn lớn nhất dọc sông Cả kịch bản 3
Sơ đồ ranh giới mặn theo kịch bản 1
3. ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE 11 VÀO TÍNH TOÁN
XÂM NHẬP MẶN
3. Ứng dụng mô hình vào tính toán xâm nhập mặn theo các kịch bản:
Độ mặn
dọc sông
Cả
Khoảng cách tính từ cửa biển
Kịch bản 1 Kịch bản 2
Kịch bản
3
Rg1‰
23.5 28.5 37.5
Rg 4‰
17 18.5 19.5
Rg 10‰
15 16 16.5
Sơ đồ ranh giới mặn theo kịch bản 2Sơ đồ ranh giới mặn theo kịch bản 3
3. ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE 11 VÀO TÍNH TOÁN
XÂM NHẬP MẶN
3. Ứng dụng mô hình vào tính toán xâm nhập mặn theo các kịch bản:
•
Kịch bản 3 là kịch bản bất lợi nhất, mặn xâm nhập sâu nhất vào trong đất liền (giới hạn

1‰ vào sâu hơn Kb2 là 9km và sâu hơn Kb1 là 14km).
•
Sự chênh lệch giữa kịch bản 1 và 2 là không quá lớn và chưa gây ảnh hưởng quá nghiêm
trọng đến tình hình xâm nhập mặn ở các vùng hạ lưu sông.
•
Kết quả đưa ra đánh giá được tình hình xâm nhập mặn với điều kiện bất lợi nhất và cảnh
báo, nâng cao nhận thức của người dân về những ảnh hưởng của xâm nhập mặn.

Tổng quan về điều kiện địa lý tự nhiên, kinh tế xã hội và tình hình xâm nhập mặn
khu vực hạ lưu sông Lam.

Tổng quan cơ sở lý thuyết mô hình MIKE 11, tập trung chủ yếu vào 2 mô đun: mô
đun thủy lực (HD) và mô đun khuyếch tán (AD).

Thiết lập mạng lưới thủy lực khu vực hạ lưu sông Lam, đoạn nhánh chính sông Cả
dài khoảng 67km từ trạm Yên Thượng tới Cửa Hội, nhánh phụ lưu cấp 1 sông La
dài khoảng 17.5km từ trạm Linh Cảm tới hợp lưu với sông Cả. 2 nhánh phụ lưu cấp
2 là sông Ngàn Phố dài 28km từ trạm Sơn Diệm đến Linh Cảm, sông Ngàn Sâu dài
25km từ trạm Hòa Duyệt đến Linh Cảm.

Hiệu chỉnh (2/2-31/3/2006) và kiểm định (2/2-31/3/2007) 2 mô đun HD và AD cho
kết quả đạt loại trung bình – khá.

Ứng dụng mô hình với bộ thông số đã được hiệu chỉnh và kiểm định vào mô phỏng,
tính toán xâm nhập mặn theo 3 kịch bản cho trước.
Kết luận
EM XIN CHÂN THÀNH CẢM ƠN!