CHƯƠNG 1 TONG QUAN 1. Các nghiên cứu và mô hình sử dụng trong mô phong lan truyền chit LLL. Trên thế giới Các phương trinh cơ bản của cơ học chất lỏng có thể được giải theo sơ đồ trong không gian của 1 chiều (1D), hai chiều (2D) hoặc 3 chiều (3D). Tương ứng với các phương trình đó là các mô hình số 1 chiều, 2 chiễu hoặc 3 chiễu đồng thời tính phức tạp cũng lần lượt tăng dan.
Trong tự nhiên, hau hết các quá trình thủy động lực và lan truyỄn nhiệt ở vũng ven sông, cửa sông ven biển như dòng chảy rồi thủy triểu, ứng suất của gió, tác động của sóng, tác động của nhiệt độ không khí, sự: hân ting nhigt-mui, ding chảy nói chung là ác quả tinh 3 chid Vi vậy, khi áp dung và phát tiễn các mô hình toán vào các vùng như đã kẻ trên người ta cổ gắng lựa chọn các mô hình 3 chiêu Mô hình 3 chiều dua trên các phương tình cân bing khối lượng hay khuếch tán đối lưu của chất vận chuyển. Trong phản lớn các mô hình 3 chiều, trường dòng chảy và nồng độ chất vận chuyỂn được tổng hợp (intergrated) và tính toán ở mỗi bước thời gian. Mô hình 3 chigu tính đến cả các thành phần bình lưu và đối lưu của qui trình vận chuyển chất và được dũng khi có sự phân ting vé dong chiy và vận chuyển chit, Các mô hình 3 chiều cung cấp đầy đủ nhất bao gồm cả số lượng các bí của bất kỳ hệ thủy động lực nảo. Việc hiệu chỉnh mô cũng đôi hỏi lượng u lớn và phức tạp hơn, bởi vì các chương trình được yêu cầu phải thể hiện được tắt cả các quá trình phức tạp của điều kiện thủy động lực diễn ra cả trong 3 hướng, ‘Thang thường các sổ liệu đầu vào cho mô hình 3 chiều có được tử các số liệu đúng của các tải liệu nghiên cứu hơn là từ số liệu khảo sét do việc khảo sát các tham số này ở điều kiện 3 chiều cho đến nay côn nhiều khó khăn.
thủy động lực - vận chuyển chất 3 chiều cung cấp sự hiểu biết sâu sắc về diễn biến vả sự tương tác của các quá trình diễn ra trong thủy vực. Một ví dụ của kết quả mô. hình thủy động lực 2 chiều là kết quả đánh giá biển động của các nêm mặn vùng cửa sông. Nhiễu mô hình 3 chiều đã được áp dụng với các qui mô khác nhau như trong phòng thí nghiệm, hay quy mô các khu vie nhỏ.
Việc áp dụng mỗ hình 3 chiều ở quy mô vũng lớn thường gặp khó khăn do thdi gian gian tính toán lâu, vì vay người ta thường chỉ mô phỏng trong phạm vi một thời đoạn, một vai ngày hoặc. một chu kỷ triều. "Trên thể giới và trong nước hiện có nhiều mô hình thủy động lực dang được áp dụng cho nhiễu mục đích khai thác khác nhau như nghiên cứu, quy hoạch và thiết kế hệ thống công trình. tiêu biểu có thé kế đến SORBEK, DELFT3D (Hit Lan), MIKE (Đan Mạch).
Tuy nhiên, mỗi mô hình đều có những ưu nhược điểm riêng và cho đến nay vẫn chưa có một đánh giá toàn diện và chỉ tiết về Kha năng áp dung trong thựctế của các mô hình nói trên. Việc ứng dụng mô hình 3 chiều cin thất nhất ở những vùng có edu trúc thy động lục và qu tỉnh vận chuyển phúc tạp với ic xoáy và biển động mạnh theo không gian. Người ta đã đi dé luận rằng. một mô hình 2 chiều được xử lý và thiết lập tốt có thể trở thành một công cụ ky thuật chuyên nghiệp cho nghiên cứu động lực học công trình bờ.
Một ví dụ khác, O'Connor và Nicholson cung cấp một mô hình 3 chiều diy đủ bao gồm một mô hình vận chuyển chất vận chuyển. Katopodi và Ribberink thông báo về một mô hình tựa 3 chiều (quasi-3D) cho chất vận chuyển dựa trên việc giải gin đúng phương trình khuếch tán- bình lưu cho sóng và dòng chảy. Briand và Kamphuis đưa ra một cách tiếp cá chỉ tiế tính toán lan truyềi nhiệt độ dựa trên kết hợp tinh dong chảy 3 cl u và phân bé nồng độ chất vận chuyển theo phương thẳng đứng. Một môi hình sai phân hữu hạn 3 chiều cho thủy động lực và vận chuyển chất vận chuyển đã được mô tả bởi Caneino và Nev Gin đây, trong một số nghiên cứu của Châu Âu về vùng cửa sông thuộc Trung.
tâm Khoa học và Công nghệ bién (MAST). Một trong những kết quả của trung tâm này là một mô hình kết hợp thủy động lực- sinh thái vùng thém lục địa gọi là mô hình COHERENS. Đây là mô hình tổng hợp của các thành phần vật lý như dòng, chảy, nhiệt độ, độ mu, sác module sinh vật phủ các quả trình sinh- địa- hóa, chit vận chuyển và module phát tin vật chất theo công thức của Eulerian và Lagrangian, Tuy nhiên, phần lan truyền nhiệt độ trong mô hình này chưa tinh đến những biển động của địa hình đáy. Viện Thủy lực Delft cũng đã phát triển hệ thống mô hình tổng hợp (2D/3D) đẻ mô phỏng điều kiện thủy động lực va lan truyền nhiệt độ dưới ảnh hưởng của các lực khí tượng và thủy triểu.
Mô hình nảy tính đến những biến động của địa hình đáy, quả trình lắng đọng, xói lở và có thé kết hợp (coupling) các điều thay động lực - sông và lan truyền nhiệt độ ở mỗi bước thồi gian trong quá tinh tinh toán. Dáng chú ý là phần lớn các mô hình thủy động lực - lan truyền nhiệt độ đều giả thiết là phân bố áp suất thủy tinh va dùng các sơ đổ phẩn tử hữu hạn hoặc sai phân hữu han, phương pháp chuyển đổi hệ tọa độ thẳng đứng sigma, anh hưởng của các lực được phân chia giống nhau lên toàn bộ cột nước. Phin lớn các mô hình này đàng các biễu diễn đại số để tham số hóa các hệ số rồi và ding các phương trinh bán thực nghiệm với các hệ số đã được don giản hóa. Tại Việt Nam Trong những năm gần đây, do sự phát triển của các công cụ tính toán nên môi hình toán học đã dẫn được đưa vào sử dụng trong việc tính toán thủy động lực và lan truyền chất, Các mô hình được sử dụng nhiều ở Việt Nam là MIKE 21 (Viện Địa lý, DH Thủy lợi, Viện KTTV và MT), SMS (Viện KTTV và MT, Viện Cơ học, trường BHKHTN), MDEC (Trường BHKHTN), Delfi3D (Viện Tài nguyên và Môi trường biển, Đại học Thủy lợi).
Những lĩnh vực ứng dụng nhiều của mô hình lan truyền chất như phục vụ đánh giá bồi tụ xôi lờ vùng cửa sông ven biển Bắc Bộ, vũng ven biển miễn Trung và ving biển Nam Bộ, đánh giá xu thể bồi ụ xi lở khu vue Cửa Dáy, lan truyền chất và biến đổi địa hình day vùng cửa sông ven biển Hai Phòng. Trong những nghiên cứu trên, các mô hình vận chuyển bùn cát chủ yếu cđược ding để tính toán dự báo cân bằng của các đồng bùn cat ở vùng ven bờ nhưng c6 it mô hình lan truyền nhiệt được áp dụng. Ứng dụng khác liên quan đến mô hình vận chuyển chất iên quan đến nh vực môi trường là đánh giá phân bố của chất vận chuyển ở các vùng cửa sông ven biển. Một s nghiên cứu tiêu biểu trong lĩnh vực này như ứng dụng mô hình MIKE và SMS đánh giá ảnh hưởng do hoạt động của nhà máy nhiệt điện Mông Dương đến “quá trình vận chuyển nhiệt ở khu vực này; ứng dụng mô hình 3 chiều để nghiền cứu Jan truyền nhiệt ở vũng biển ven bờ Quảng Ninh do NMNĐ Cảm Phả xả ra, vv Điễn hình là các nghiên cứu tương tự về điều kiện thủy động lực và lan truyền nhiệt ở vùng cửa xa của nhà máy nhiệt điện ‘im Phả, Quảng Ninh và nhí điện Ô-Môn (Cần Tho).
Những nghiêncứu i quan về lan tu này đã được tiến hành thông qua ứng dụng mô hình MIKE 3 để đánh giá điều kiện động lực, dự báo lan truyền nhiệt khu vực trong các điều kiện gió đặc trưng. Vige ứng dụng các mô hình toán học nghiên cứu đặc điểm lan truyền nhiệt ở vũng cửa xả của nhà máy nhiệt điện ở nước ta vẫn chưa nhiều và vẫn còn có những, hạn chế, đặc biệt là vấn đề số liệu đầu vào cho mô hình. Nguồn số liệu cung cắp cho các mô hình ở nước ta thường thiểu số lượng, thiêu đồng bộ, hệ thống và cả độ chính xác. Do đồ việc xử lý số liệu đầu vào, hiệu chỉnh các tham số nh toán để lựa chọn được những tham số phù hợp cho mô hình vẫn là một vẫn đề tồn tai cần giải “quyết tong hồi gian tối Mô hình DELFT3D.
Đây là mô hình tổng hợp 3 chiểu (3D) do Viện Thủy lực DELFT (Hà Lan) nghiên cứu phát tr rằm có các module cơ bản như thủy động lực (DELFT3D-FLOW), sóng (DELFT3D-WAVE), vận chuyển bùn cát (ĐELFT3D-SED), chit lượng nước (DELFT 3-WAQ) vi sinh thái học (DELFT3D- ECO). Mô hình này có thể mô phông tt điều kiện hủy động lực - sông, vận chuyển bùn cát, chất lượng nước ở vùng cửa sông ven bờ. Module thủy động lực (DELFT3D-FLOW) có thé tinh toán kết hợp đồng thời (online coupling) với các, module khác như sóng (DELFT3D-WAVE), lan truyền nhiệt độ (DELET3D-SED). Việc tính toán kết hợp đồng thời có thể cho thấy được sự tương tác gii các quá trình thủy động lực - sóng và lan truyền nhiệt độ tại mỗi thời điểm tính của mô hình.
Co sở toán học của mô hình thủy động lực trong DELFT3D là giải phương trình Navier Stokes với chất long không nén trong nước nông và phương pháp xấp xi Boussinesq, Sự biến đổi của thành phin vận tốc thing đứng trong phương trình động lượng được bô qua. Với mô hình 3 chiều, thành phần vận tốc thẳng đúng được tinh toán từ phương trình liên tục. Mô hình MIKE 3 EM được nghiên cứu tính toán lan truyền nhiệt trong nước. biển khu vực nhà máy nhiệt điện Quảng Trạch của tác giả Phạm Văn Tiền, Lê Huy, Trần Duy Hiền, Khương Văn Hải, Nghiên cứu đã chứng tô mô hình có thé mô phỏng tốt quá trình lan truyền và khuếch tán nhiệt trong môi trường nước biển dưới tác động của các yéu tổ khí tượng, (huỷ hải vấn trong khu vực nhà mấy nhiệt điện Quảng Trạch.
Viing cửa sông Trà Née (khu vực tiếp giấp với sông Hậu) là nơi hing ngày tiếp nhận một lượng nước ấm xà thải từ quá trình làm mút của nhà máy nhiệt điện Cần Thơ. Nước thải im mắt thiết bị: 288.000 mỶ/ngây đêm (khoảng 3.33 ms), lưu lượng tối da 312 100 m'/ngay đêm (khoảng 3,6 m4). Nhiệt độ nước làm mắt cao độ nước sông xung quanh khoảng 10°C. Bi cân bằng thái như tăng số loài sinh vật thủy sinh ưa nóng và giảm số loài không thích.