Nghiên cứu phát triển mô hình thủy động lực 3 chiều FVCOM trong tính toán động lực cửa sông

Phương pháp nghiên cứu, phân tích đánh giá chế độ thủy động lực cửa sông ven biển chủ yếu dựa trên số liệu đo đạc và kết quả từ mô hình toán. Trong đó, phương pháp mô hình toán được áp dụng rộng rãi trong những năm gần đây do sự phát triển nhanh của công nghệ máy tính.

Có 2 loại phần mềm mô hình toán là phần mềm thương mại (có bản quyền và phải trả tiền mua phần mềm) và phần mềm với mã nguồn mở (thông thường miễn phí). Mỗi một loại mô hình đều có những ưu, nhược điểm nhất định. Tuy nhiên, số lượng các mô hình mã nguồn mở chưa được sử dụng nhiều ở Việt Nam. Thêm nữa, mặc dù yếu tố khí tượng gió đóng một vai trò quan trọng về phân bố dòng chảy nhưng ít có nghiên cứu sử dụng số liệu trường gió thay đổi theo không gian và thời gian làm số liệu đầu vào cho mô hình thủy động lực ở Việt Nam.

Do vậy, việc nghiên cứu ứng dụng mô hình thủy động lực mã nguồn mở trong nghiên cứu các vấn đề về thủy động lực học cửa sông với số liệu khí tượng đầu vào phân bố theo không gian và thời gian, xem xét khả năng ứng dụng, mức độ chính xác của mô hình trong điều kiện khí hậu, hải văn, và địa hình tại cửa sông ven biển ở Việt Nam là rất cần thiết và có ý nghĩa lớn và có thêm công cụ tính toán.

Xuất phát từ những lý do và lập luận kể trên, đề tài “Nghiên cứu phát triển mô hình thủy động lực 3 chiều FVCOM trong tính toán động lực cửa sông” được thực hiện do Cơ quan chủ trì Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam phối hợp cùng Chủ nhiệm đề tài PGS. TS. Nguyễn Thanh Hùng với mục tiêu chính là nghiên cứu, phát triển và đánh giá khả năng áp dụng mô hình này vào tính toán động lực cửa sông ở Việt Nam dựa trên số liệu đầu vào từ mô hình khí tượng WRF thông qua tính toán thử nghiệm cho cửa sông Nhật Lệ - tỉnh Quảng Bình.

Đề tài đã thực hiện đầy đủ nội dung đã được phê duyệt trong đó ứng dụng 2 phần mềm mã nguồn mở WRF và FVCOM để tính toán chế độ thủy động lực cửa sông Nhật Lệ bao gồm dòng chảy, sóng, nhiệt độ nước.

Kết quả tính toán cho thấy mô hình FVCOM đã khôi phục dòng chảy khu vực cửa sông Nhật Lệ và cho kết quả khá tốt. Kết quả tính toán đã được kiểm tra với số liệu đo dòng chảy và sóng bằng thiết bị đo lưu lượng/ lưu tốc trên sông (ADCP) và cho kết quả khá tốt và đủ độ tin cậy. Vận tốc lớn nhất khu vực ven biển đạt tới 0.5m/s và có hai hướng dòng chảy chủ đạo là Tây bắc và Đông nam. Có sự tạo thành xoáy khu vực cửa sông.

Sự phân bố nhiệt độ nước theo không gian khá rõ rệt với nhiệt độ cao ở khu vực gần cửa sông và nhiệt độ thấp hơn ở khu vực xa bờ với độ chênh nhiệt độ từ 1.0 đến 2.5 độ C.

Vùng động lực cửa sông nơi có sự tác động tương hỗ giữa sông và biển đã được mô phỏng qua bài toán “xả thải” giả định. Sự vận chuyển của chất thải dưới tác động của tất cả các ngoại lực đã được tính toán để thấy rõ đặc điểm quan trọng tại khu vực này. Đó là vùng động lực di chuyển qua lại theo hướng bắc nam và ngược lại. Nghiên cứu bước đầu cho thấy tốc độ pha loãng chất thải ở cửa sông chậm, khối chất thải di chuyển qua lại cửa sông do tác động của triều, sóng và dòng chảy.

Đề tài đã gửi đăng 01 bài báo trên tạp chí uy tín chuyên ngành.

Mô hình đã được chuyển giao cho cán bộ trong nhóm thực hiện đề tài đáp ứng được yêu cầu nâng cao năng lực của đơn vị.

Từ kết quả và sản phẩm nghiên cứu của đề tài này có thể kết luận rằng mô hình thủy động lực 3 chiều FVCOM hoàn toàn phù hợp cho các nghiên cứu cửa sông ở Việt Nam và góp phần bổ sung thêm công cụ nghiên cứu mới.

Có thể tìm đọc báo cáo kết quả nghiên cứu (mã số 15799/2019) tại Cục Thông tin KHCNQG.

Đ.T.V (NASATI)