Báo cáo nghiên cứu khoa học Phát triển và ứng dụng mô hình tính toán vận chuyển chất lơ lửng và biến động trầm tích đáy cho vùng biển vịnh Hạ Long

Đã phát triển và ứng dụng hệ thống mô hình thuỷ động lực và vận chuyển vật chất lơ lửng đối với vùng biển vịnh Hạ Long. Hệ thống này bao gồm các mô hình 3 chiều (3D) thuỷ-nhiệt động lực và vận chuyển vật chất lơ lửng, mô hình lớp biên đáy.Những kết quả ban đầu cho thấy hệ thống các mô hình có thể ứng dụng cho các khu vực biển có điều kiện địa hình và thuỷ động lực phức tạp nh- vịnh Hạ Long cũng nh- các vùng cửa sông ven biển nhằm mục...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Báo cáo nghiên cứu khoa học " Phát triển và ứng dụng mô hình tính toán vận chuyển chất lơ lửng và biến động trầm tích đáy cho vùng biển vịnh Hạ Long "T¹p chÝ Khoa häc ®hqghn, KHTN & CN, T.xxII, Sè 1PT., 2006Ph¸t triÓn vµ øng dông m« h×nh tÝnh to¸n vËn chuyÓn chÊt l¬ löng vµ biÕn ®éng trÇm tÝch ®¸y cho vïng biÓn vÞnh H¹ Long §inh V¨n ¦u Trung t©m §éng lùc vµ M«i tr−êng BiÓn Tãm t¾t. §· ph¸t triÓn vµ øng dông hÖ thèng m« h×nh thuû ®éng lùc vµ vËn chuyÓn vËt chÊt l¬ löng ®èi víi vïng biÓn vÞnh H¹ Long. HÖ thèng nµy bao gåm c¸c m« h×nh 3 chiÒu (3D) thuû-nhiÖt ®éng lùc vµ vËn chuyÓn vËt chÊt l¬ löng, m« h×nh líp biªn ®¸y. Nh÷ng kÕt qu¶ ban ®Çu cho thÊy hÖ thèng c¸c m« h×nh cã thÓ øng dông cho c¸c khu vùc biÓn cã ®iÒu kiÖn ®Þa h×nh vµ thuû ®éng lùc phøc t¹p nh− vÞnh H¹ Long còng nh− c¸c vïng cöa s«ng ven biÓn nh»m môc ®Ých x©y dùng hÖ thèng m« h×nh monitoring vµ dù b¸o m«i tr−êng biÓn. Tõ kho¸: hÖ thèng m« h×nh 3D,vËt chÊt l¬ löng, VÞnh H¹ Long1. §Æt vÊn ®Ò Sù hiÖn diÖn cña c¸c chÊt l¬ löng trong n−íc ®−îc nghiªn cøu th«ng qua ph©nt¸ch toµn bé líp n−íc thµnh hai phÇn: phÇn n−íc n»m trªn cã nång ®é t−¬ng ®èi thÊpvµ phÇn s¸t ®¸y cã nång ®é cao (líp ®¸y láng). §èi víi phÇn trªn, chóng ta cã thÓ södông hÖ c¸c ph−¬ng tr×nh b×nh l−u - khuÕch t¸n vËt chÊt ¸p dông cho nång ®é chÊt l¬löng, cßn ®èi víi phÇn s¸t ®¸y th× sö dông ph−¬ng tr×nh biÕn ®æi ®é dµy cña toµn líptrÇm tÝch. M« h×nh nµy cã thÓ ¸p dông ®ång thêi còng nh− t¸ch biÖt v× vËy dÔ dµngph¸t triÓn cho c¸c lo¹i bµi to¸n kh¸c nhau tõ nghiªn cøu vËn chuyÓn phï sa, x¸c ®Þnhnguån gèc trÇm tÝch ®¸y, båi xãi ®¸y s«ng, biÓn ®Õn c¸c bµi to¸n lan truyÒn « nhiÔm. Trong khu«n khæ cña bµi b¸o nµy, chóng t«i giíi thiÖu c¸c kÕt qu¶ b−íc ®Çu gi¶ibµi to¸n tÝnh biÕn ®éng líp trÇm tÝch ®¸y, vµ chÊt l¬ löng lµ phï sa. C¸c kÕt qu¶ thu®−îc lµ c¬ së ®Ó ph¸t triÓn øng dông cho bµi to¸n vËn chuyÓn c¸c chÊt l¬ löng trongn−íc biÓn vµ kh¶ n¨ng ¶nh h−ëng cña chóng lªn chÊt l−îng m«i tr−êng n−íc vµ trÇmtÝch ®¸y. ViÖc øng dông m« h×nh 3D ph−¬ng tr×nh b×nh l−u - khuÕch t¸n nghiªn cøu lantruyÒn vËt chÊt cho phÐp gi¶i quyÕt bµi to¸n mét c¸ch chÝnh x¸c h¬n so víi líp c¸c m«h×nh 2D vµ tùa 3D tr−íc ®©y. ViÖc ¸p dông ph−¬ng ph¸p thÓ tÝch h÷u h¹n trong m«h×nh sè còng gãp phÇn n©ng cao kh¶ n¨ng øng dông cña m« h×nh.1.1. M« h×nh vËn chuyÓn chÊt l¬ löng trong líp n−íc Sö dông ph−¬ng tr×nh b×nh l−u - khuÕch t¸n ®Çy ®ñ ®èi víi nång ®é chÊt l¬ löng: 11 §inh V¨n ¦u12 ∂c ∂ ∂ ∂ + (cu ) + (cv) + (cw) = ∂t ∂x ∂y ∂z (1) ∂ϕ y ∂ϕ z ∂ϕ ∂ ∂c ∂ ∂c ∂ ∂c = φ −[ x + ] = φ + λx + λy + λz + ∂x ∂y ∂z ∂x ∂x ∂y ∂y ∂z ∂zvíi hµm nguån bao gåm suÊt nhËp (s¶n sinh), xuÊt (tiªu hñy) vµ l¾ng ®äng: r φ = S + I − ∇.(cm) . (2) §èi víi chÊt l¬ löng lµ phï sa - mét hîp phÇn tùa bÒn v÷ng víi c¸c nguån xuÊt -nhËp hÇu nh− chØ xÈy ra trªn biªn, v× vËy chØ cÇn chó ý duy nhÊt ®Õn qu¸ tr×nh l¾ng®äng. Tr−íc m¾t c¸c ®iÒu kiÖn biªn ®èi víi c¸c biªn biÓn hë cã thÓ cho gi¸ trÞ kh«ng ®æivÒ nång ®é hoÆc l−u l−îng phï sa dùa theo ®¸nh gi¸ thùc tÕ th«ng th−êng cã gi¸ trÞkh«ng ®¸ng kÓ. C¸c ®iÒu kiÖn t−¬ng tù còng cã thÓ ¸p dông ®èi víi c¸c biªn cöa s«ngvíi nh÷ng gi¸ trÞ nhÊt ®Þnh. §èi víi mÆt ph©n c¸ch gi÷a líp n−íc vµ líp ®¸y, c¸c th«ngl−îng trao ®æi ®−îc tÝnh th«ng qua qu¸ tr×nh bøt xãi vµ l¾ng ®äng trÇm tÝch. SuÊt l¾ng ®äng qua biªn nµy ®−îc tÝnh dùa vµo vËn tèc l¾ng ®äng, nång ®é chÊt l¬löng t¹i chç vµ gi¸ trÞ vËn tèc ®éng lùc t−¬ng ®èi so víi gi¸ trÞ tíi h¹n cho phÐp l¾ng®äng xuèng ®¸y. ⎛ ⎛u ⎞ 2 ⎞ ⎟ ≈ w c ⎛1 − τ ⎞ D = w s c b ⎜1 − ⎜ * ⎟ ⎜ ⎟, (3) ⎜ ⎜ u*d ⎟ s b⎜ ⎟ ⎟ ⎝ τd ⎝⎝ ⎠ ⎠ ⎠víi ®iÒu kiÖn u* < u*d hoÆc t−¬ng øng τ < τd. Gi¸ trÞ cña vËn tèc l¾ng ®äng cña chÊt l¬ löng phô thuéc mét c¸ch phøc t¹p vµo®Æc tr−ng cña trÇm tÝch vµ yÕu tè ®éng lùc häc. Van Rijn (1984) ®· ®−a ra mét c«ngthø ...