Đang tải... (xem toàn văn)
Khóa luận được bố cục thành 3 chương (không kể mở đầu và kết luận)Chương 1: Giới thiệu chung về khu vực nghiên cứu và tình hình xâm nhập mặn.Chương 2: Cơ sở lý thuyết mô hình Mike 11Chương 3: Ứng dụng mô hình vào mô phỏng xâm nhập mặn
1 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN VÀ HẢI DƯƠNG HỌC Phan Thị Ghi ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE 11 MÔ PHỎNG XÂM NHẬP MẶN HẠ LƯU HỆ THỐNG SÔNG LAM Khóa luận tốt nghiệp đại học hệ chính quy Ngành Thủy Văn học Hà Nội - 2013 2 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN VÀ HẢI DƯƠNG HỌC Phan Thị Ghi ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE 11 MÔ PHỎNG XÂM NHẬP MẶN HẠ LƯU HỆ THỐNG SÔNG LAM Khóa luận tốt nghiệp đại học hệ chính quy Ngành Thủy Văn học Cán bộ hướng dẫn: PGS.TS Trần Ngọc Anh Hà Nội - 2013 3 LỜI CẢM ƠN sai sót, ong 4 MỤC LỤC MỞ ĐẦU 8 Chương 1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU VÀ TÌNH HÌNH XÂM NHẬP MĂN . 9 1.1 ĐẶC ĐIỂM ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN 9 1.1.1 Vị trí địa lý . 9 1.1.2 Đặc điểm địa hình, địa mạo 9 1.1.3 Cấu tạo địa chất và thổ nhưỡng . 11 1.1.4 Lớp phủ thực vật . 12 1.1.5 Khí hậu . 12 1.1.6 Mạng lưới sông suối lưu vực sông Lam . 14 1.1.7 Tình hình số liệu thu thập 15 1.2 ĐẶC ĐIỂM KINH TẾ XÃ HỘI 17 1.2.1 Dân cư 17 1.2.2. Cơ cấu kinh tế . 18 1.2.3. Nông - Lâm - Ngư nghiệp . 19 1.3 TÌNH HÌNH XÂM NHẬP MẶN . 20 1.3.1 Thủy triều . 20 1.3.2 Xâm nhập mặn 23 Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÔ HÌNH MIKE 11 . 25 2.1 GIỚI THIỆU CHUNG 25 2.2 MÔ ĐUN HD 26 2.3 MÔ ĐUN AD 34 2.3.1 Phương trình khuếch tán 34 2.3.2 Phương pháp giải phương trình truyền tải khuếch tán 36 Chương 3. ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE 11 TÍNH TOÁN XÂM NHẬP MẶN KHU VỰC HẠ LƯU SÔNG LAM . 38 3.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 38 3.2 CHUẨN BỊ SỐ LIỆU ĐẦU VÀO MÔ HÌNH MIKE 11 38 3.2.1 Tài liệu địa hình 39 3.2.2 Tài liệu thủy văn . 39 3.3 THIẾT LẬP MÔ HÌNH . 40 3.3.1 Thiết lập mạng thủy lực . 40 3.3.2 Điều kiện ban đầu và điều kiện biên 41 3.4 HIỆU CHỈNH VÀ KIỂM ĐỊNH MÔ HÌNH 42 3.4.1 Hiệu chỉnh và kiểm định mô đun HD 42 3.4.2 Hiệu chỉnh và kiểm định mô đun AD 49 3.4.3 Kết luận 52 3.5 ỨNG DỤNG MÔ HÌNH VÀO TÍNH TOÁN XÂM NHẬP MẶN . 52 3.5.1 Tác động của biến đổi khí hậu và dự báo của IPCC . 52 3.5.2 Tính toán xâm nhập mặn theo kịch bản . 55 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ . 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO . 62 5 DANH MỤC BẢNG Tình hình số liệu KT-TV đã thu thập trên khu vực nghiên cứu . 16 Diện tích, dân số TB, mật độ dân số năm 2008 khu vực nghiên cứu 17 Mực nước triều lớn nhất trung bình tháng 22 . Mực nước triều trung bình tháng 22 . Mực nước triều nhỏ nhất trung bình tháng 22 Khả năng xuất hiện Hmin vào các tháng 22 . Chênh lệch mực nước lớn nhất của các đặc trưng mực nước triều trong nhiều năm tại Cửa Hội . 23 Nước biển dâng theo kịch bản phát thải thấp (cm) 53 Nước biển dâng theo kịch bản phát thải trung bình (cm) . 53 Nước biển dâng theo kịch bản phát thải cao (cm) . 54 Bảng tóm tắt ranh giới mặn theo các kịch bản . 60 6 DANH MỤC HÌNH DANH MỤC HÌNH 6 Hình 1. Bản đồ lưu vực sông Lam (sông Cả) . 10 Hình 2. Biểu đồ cơ cấu kinh tế tỉnh Nghệ An . 19 Hình 3. Biểu đồ cơ cấu nông nghiệp tỉnh Nghệ An 19 Hình 4a. Sơ đồ sai phân hữu hạn 6 điểm ẩn Abbott . 29 Hình 4b. Sơ đồ sai phân 6 điểm ẩn Abbott trong mặt phẳng x~t 29 Hình 5. Nhánh sông với các điểm lưới xen kẽ 29 Hình 7. Sơ đồ sai phân . 36 Hình 8. Sơ đồ rút gọn mạng lưới tính toán thủy lực hạ lưu sông Lam 40 Hình 9. Sơ đồ mạng lưới tính toán thủy lực hạ lưu sông Lam 41 Hình 10. So sánh mực nước thực đo và tính toán tại Chợ Tràng (2/2 - 31/3/2006) . 44 Hình 11. So sánh mực nước thực đo và tính toán tại Linh Cảm (2/2 - 31/3/2006) 45 Hình 12. Tương quan giữa mực nước tính toán và thực đo tại các ốp có tài liệu thực đo tại Bến Thủy (2/2 - 31/3/2006) 46 Hình 13. So sánh mực nước thực đo và tính toán tại Chợ Tràng (2/2 - 31/3/2007) . 47 Hình 14. So sánh mực nước thực đo và tính toán tại Linh Cảm (2/2 - 31/3/2007) 48 Hình 15. Tương quan giữa mực nước tính toán và thực đo tại các ốp có tài liệu thực đo tại Bến Thủy (2/2 - 31/3/2007) 49 Hình 16. So sánh độ mặn thực đo và tính toán tại Bến Thủy (2/2-31/3/2006) 51 Hình 17. Dự báo sự dâng mực nước biển trung bình tùy theo các kịch bản phát triển kinh tế và công nghệ khác nhau trang 70) . 54 Hình 18. Đường quá trình độ mặn lớn nhất dọc sông Cả kịch bản 1 . 55 Hình 19. Đường quá trình độ mặn lớn nhất dọc sông Lam kịch bản 2 56 Hình 20. Đường quá trình độ mặn lớn nhất dọc sông Lam kịch bản 3 57 Hình 21. Đường quá trình độ mặn lớn nhất dọc sông Ngàn Sâu kịch bản 3 57 Hình 22. Bản đồ ranh giới mặn theo kịch bản 1 . 58 7 Hình 24. Bản đồ ranh giới mặn theo kịch bản 2 . 59 Hình 25. Bản đồ ranh giới mặn theo kịch bản 3 . 59 8 MỞ ĐẦU Việt Nam nằm trong khu vực Đông Nam Á, tiếp giáp với Biển Đông. Nước ta có đường bờ biển dài khoảng 3260 km, trung bình khoảng 20km thì có một cửa sông đổ ra biển. Tại đây có sự giao thoa giữa hai dòng nước từ sông ra và từ biển vào cộng với ảnh hưởng của triều, sóng biển, hoàn lưu gió… nên một số thời điểm nước biển chảy ngược hướng từ vùng cửa sông tiến sâu về vùng thượng lưu sông gây nên hiện tượng xâm nhập mặn. Tình hình xâm nhập mặn ở các vùng cửa sông luôn biến động tương đối phức tạp theo không gian và thời gian, ảnh hưởng lớn tới nhiều lĩnh vực như: nông nghiệp, giao thông vận tải, nuôi trồng thủy sản, sinh hoạt… Bởi vậy, muốn triệt để khai thác mặt lợi, hạn chế mặt hại do xâm nhập mặn gây ra cần phải đánh giá đúng đắn quy luật diễn biến theo không gian và thời gian của nó. Chính vì vậy công tác tìm hiểu, nghiên cứu và tính toán xâm nhập mặn các vùng cửa sông luôn có nhu cầu cấp thiết và ý nghĩa thực tiễn cao. Sông Lam (hay sông Cả) là một trong 2 sông lớn nhất ở Bắc Trung Bộ Việt Nam. Với tổng diện tích lưu vực 27.200km 2 , sông bắt nguồn từ vùng Nậm Cắn (Lào). Phần chính của dòng sông chảy qua tỉnh Nghệ An, phần cuối của sông Cả hợp lưu với sông La từ Hà Tĩnh, tạo thành biên giới giữa Nghệ An và Hà Tĩnh đổ ra biển tại Cửa Hội. Khu vực vùng Cửa Hội thường xuyên chịu sự tàn phá và đe dọa của các thiên tai như lũ lụt, hạn hán, xâm nhập mặn… Khóa luận với đề tài: “Ứng dụng mô hình Mike 11 mô phỏng xâm nhập mặn khu vực hạ lưu sông Lam” được thực hiện để mô phỏng và đánh giá quy luật diễn biến theo không gian xâm nhập mặn hạ lưu hệ thống sông Lam phục vụ quy hoạch và phát triển kinh tế xã hội trên khu vực . Khóa luận được bố cục thành 3 chương (không kể mở đầu và kết luận) Chương 1: Giới thiệu chung về khu vực nghiên cứu và tình hình xâm nhập mặn. Chương 2: Cơ sở lý thuyết mô hình Mike 11 Chương 3: Ứng dụng mô hình vào mô phỏng xâm nhập mặn 9 Chương 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU VÀ TÌNH HÌNH XÂM NHẬP MĂN 1.1 ĐẶC ĐIỂM ĐỊA LÝ TỰ NHIÊN 1.1.1 Vị trí địa lý Lưu vực sông Lam (sông Cả) nằm ở vị trí từ 18 0 15'05" đến 20 0 10'30" vĩ độ Bắc và 103 0 14'10" đến 105 0 15'20" kinh độ Đông (hình 1). Phía Bắc giáp lưu vực sông Chu, sông Bạng. Phía Tây giáp lưu vực sông Mêkông. Phía Tây Nam giáp lưu vực sông Gianh. Phía Đông giáp lưu vực sông Bùng, sông Cấm và biển Đông. Lưu vực có tổng diện tích tự nhiên là 27200km 2 , trong đó Việt Nam chiếm 17730 km² (65,2% diện tích toàn bộ lưu vực), 34,8% còn lại thuộc nước CHDCND Lào. Diện tích phần đá vôi là 273km 2 chiếm 1% diện tích toàn lưu vực, vùng núi cao chiếm 19.486km 2 chiếm 71,6% diện tích toàn lưu vực, vùng bán sơn địa đồi núi thấp và trung du chiếm 5604km 2 , vùng đồng bằng là 2110km 2 . Dòng chính sông Cả có chiều dài là 531km, trong đó đoạn sông chảy qua lãnh thổ Lào là 170km, còn lại 361km sông chảy qua hai tỉnh Nghệ An và Hà Tĩnh rồi đổ ra biển Đông tại Cửa Hội. [2] 1.1.2 Đặc điểm địa hình, địa mạo Địa hình trên lưu vực nổi bật là địa hình núi thấp và đồi, địa hình đồng bằng chỉ chiếm 13% diện tích toàn lưu vực. Địa hình thấp dần từ Tây Bắc xuống Đông Nam và Tây Nam lên Đông Bắc. Độ cao bình quân toàn lưu vực khoảng 294 m. Đặc điểm địa hình như vậy đã ảnh hưởng trực tiếp tới khí hậu và hình thái sông suối toàn lưu vực sông Cả. Khu vực thượng nguồn sông nhánh Nậm Mô và sông Hiếu có địa hình cao trung bình 780 m còn vùng trung lưu có độ cao trung bình khoảng 300 m. Đặc biệt, tại những đỉnh núi nằm trên đường phân lưu có đỉnh Pu – Lai - Leng (thuộc huyện Kỳ Sơn – Nghệ An) cao khoảng 2711 m, và phía Tây Nam có dãy núi Rào Cỏ cao khoảng 2265 m, đỉnh Pusan cao 2218 m, dãy Pou – Hoat, thuộc huyện Quế Phong - tỉnh Nghệ An cao 2452m, về hạ lưu địa hình thấp dần.[2] 10 Hình 1. Bản đồ lưu vực sông Lam (sông Cả) Lưu vực sông Cả phát triển theo hướng Tây Bắc – Đông Nam, nghiêng dần ra biển. Toàn bộ vùng thượng nguồn trên đất Lào có độ cao bình quân trên 1.000 m. Ở địa phận Việt Nam hơn 80% diện tích là đồi núi. Diện tích đất có độ dốc thoả mãn cho yêu cầu phát triên nông nghiệp chỉ chiếm 19% toàn vùng và 14% toàn lưu vực. Dãy núi Pou – Hoat ở thượng nguồn sông Hiếu có đỉnh cao 2452m, thượng nguồn sông Giăng, sông La là các dãy núi Trường Sơn có độ cao trên 2.00 m, càng gần về phía Nam và Tây nam núi đồi thấp dần xuống độ cao 1300 - 1800m, đến vùng núi đồi Hà Tĩnh độ cao giảm còn 400 - 600m. Dải Trường Sơn và các dãy núi cao của 6 huyện miền núi Nghệ An đã hình thành một bức trường thành ngăn gió biển thổi vào đất Lào tạo nên sự khác biệt về chế độ khí hậu của hai nước.[2] [...]... của MIKE 11 là cấu trúc phân chia theo mô đun tổng hợp và thống nhất cho phép lựa chọn và tính toán nhiều hiện tượng khác nhau liên quan đến hệ thống sông ngòi thông qua việc đưa vào thêm các mô đun có sẵn trong bộ mô hình Với mục đích tính toán và dự báo xâm nhập mặn trên hệ thống sông Lam tỉnh Nghệ An – Hà Tĩnh, với các ưu việt của bộ mô hình MIKE, nghiên cứu này sử dụng mô hình MIKE 11 với các mô. .. chặt chẽ, chạy ổn định, thời gian tính toán nhanh Có giao diện thân thiện, dễ sử dụng, có khả năng tích hợp với một số phần mềm chuyên dụng khác Bộ mô hình MIKE 11 là mô hình tính toán thủy lực mạng sông 1 chiều với các tiểu mô đun về tính thủy lực, tiểu mô đun tính dòng chảy từ mưa, tiểu mô đun cho tính lan truyền chất và vận chuyển bùn cát Mô hình MIKE 11 bao gồm những mô đun cơ bản sau: Mô đun HD... nước mặn rất nhỏ mặn có thể xâm nhập sâu hơn quá Chợ Tràng trên dòng chính sông Cả và qua Trung Lương tới Đức Xá trên một phần nhánh của sông La chảy vào sông Lam 23 Diễn biến xâm nhập mặn ở vùng hạ du phụ thuộc vào thuỷ triều và lưu lượng ở thượng nguồn chảy về: Trên sông Cả tại dòng chính, kiệt tháng thường xảy ra vào tháng III hoặc tháng IV nhưng trên sông Ngàn Phố, Ngàn Sâu thuộc hệ thống sông La Lưu. .. thủy động lực và mô đun lan truyền chất 2.2 MÔ ĐUN HD Mô hình MIKE 11 bao gồm nhiều mô đun, trong đó hạt nhân quan trọng nhất là mô đun thủy – động – lực (HD module) Chính mô đun HD là cơ sở để xây dựng 26 rất nhiều các mô đun khác bao gồm cả dự báo lũ, mô đun lan truyền chất (AD), mô đun chất lượng nước và mô đun vận chuyển bùn cát Mô đun HD trong MIKE giải hệ phương trình cơ bản là hệ phương trình... với mạng lưới sông phức tạp, mô hình cho phép giải hệ phương trình cho nhiều nhánh sông và các điểm tại các phân lưu /nhập lưu Cấu trúc của các nút lưới ở nhập lưu, tại đó ba nhánh gặp nhau, thể hiện trong hình sau (hình 6a): 31 Hình 6a Cấu trúc các điểm lưới xung quanh điểm nhập lưu Hình 6b Cấu trúc các điểm lưới trong mạng vòng Cấu trúc các điểm lưới trong mạng vòng được thể hiện trong hình 6b Tại một... áp dụng mô hình 1 chiều giải hệ phương trình Saint – Venant gồm phương trình liên tục và chuyển động, nghiệm là mực nước và lưu lượng/vận tốc Khi có số liệu địa hình của mạng lưới sông nghiên cứu và số liệu thuỷ văn: mực nước, lưu lượng, mô hình cho phép tính toán mô phỏng quá trình thuỷ động lực trong toàn bộ mạng lưới sông Một khi các kết quả tính toán của mô hình đã được hiệu chỉnh và kiểm chứng... SMS/HEC-RAS của Mỹ (Mô hình HEC-HMS: là mô hình mưa dòng chảy của Trung tâm Thủy văn kỹ thuật quân đội Hoa Kỳ được phát triển từ mô hình HEC-1, mô hình có những cải tiến đáng kể cả về kỹ thuật tính toán và khoa học thủy văn thích hợp với các lưu vực sông vừa và nhỏ Là dạng mô hình tính toán thủy văn được dùng để tính dòng chảy từ số liệu đo mưa trên lưu vực Trong đó các thành phần mô tả lưu vực sông gồm các... thẳng ứng cho sự bảo toàn vật chất và động lượng, tức là hệ phương trình Saint-Venant Các ứng dụng của mô đun HD trong MIKE 11 bao gồm: Dự báo lũ và vận hành hồ chứa Mô phỏng các công trình và biện pháp phòng và chống lũ Vận hành hệ thống tưới và tiêu bề mặt Thiết kế hệ thống kênh mương tưới và tiêu Nghiên cứu hiện tượng nước dâng do bão và sự truyền triều trong sông và các vùng cửa sông 2.2.1... Đông Nam về hạ lưu Thượng nguồn do hai sông Nậm Nơn và Nậm Mô hợp lưu tại Cửa Rào Khi chạy qua huyện Con Cuông, sông Cả nhận thêm nhánh lớn là sông Hiếu từ bờ trái vào Trong lãnh thổ nước ta, tính đến trạm Dừa, hệ thống sông Cả có 24 nhánh cấp I, 41 nhánh cấp II và 13 nhánh cấp III Có một số nhánh tương đối lớn như: Nậm Mô, Nậm Nơn, Khe Choang, sông Hiếu Mật độ sông suối trung bình của sông Cả từ 0.60-0.70km/km2... phải giải gần đúng bằng cách rời rạc hóa hệ phương trình Có nhiều phương pháp rời rạc hóa hệ phương trình, và trong mô hình MIKE 11, các tác giả đã sử dụng phương pháp sai phân hữu hạn 6 điểm ẩn Abbott Hình 4 dưới đây mô tả các cách bố trí sơ đồ Abbott 6 điểm với các phương trình (hình 4a) và các biến trong mặt phẳng x~t (hình 4b) 28 Hình 4a Sơ đồ sai phân hữu hạn 6 điểm ẩn Abbott Lưới tính toán tự động . . 39 3.3 THI T LẬP MÔ HÌNH . 40 3.3.1 Thi t lập mạng thủy. NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN VÀ HẢI DƯƠNG HỌC Phan Thị Ghi ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE 11 MÔ PHỎNG XÂM NHẬP MẶN HẠ LƯU HỆ THỐNG