The paper presents researched results on simulation and calculation of wind-induced flow and pollutant transport in
West Lake - Hanoi using the non-commercial EFDC computer code developed under the support of the Environmental
Protection Agency (EPA) of the US. The West Lake model, input/output data processing, and the presentation of
calculated results have been done using the pre/post processor EFDC_Explorer (EE), WEB version. Flow and pollutant
transport simulation is for a period in dry season (e.g. calculation with wind data of the first part of December 2010). The
simulated results of wind-induced current in the lake give us an interesting idea of the detailed circulation of the water in
the lake, a subject that has not yet been experimentally studied till now. The results of pollutant transport simulation
firmly confirm, and clearly explain the reason of the difference in water quality between the southern part of the lake and
the northern one, which has been found in field observations. Hopefully, high resolution results of this research and
further results of simulations of the future West Lake development plans will contribute useful information to Hanoi city
authorities. Concurrently this research confirms the promise in using the EFDC free code to study other practical
problems in Vietnam.
8 trang |
Chia sẻ: honghp95 | Lượt xem: 714 | Lượt tải: 0
Bạn đang xem nội dung tài liệu Mô phỏng, tính toán dòng chảy và quá trình truyền tải, khuếch tán nước thải ô nhiễm trong hồ, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
369
33(3), 369-376 Tạp chí CÁC KHOA HỌC VỀ TRÁI ĐẤT 9-2011
MÔ PHỎNG, TÍNH TOÁN DÒNG CHẢY VÀ
QUÁ TRÌNH TRUYỀN TẢI, KHUẾCH TÁN
NƯỚC THẢI Ô NHIỄM TRONG HỒ
NGUYỄN TẤT THẮNG
Email: ntthang@imech.ac.vn
Viện Cơ học - Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam
Ngày nhận bài: 25 - 5 - 2011
1. Mở đầu
Nghiên cứu, mô phỏng và tính toán dòng chảy
mặt thoáng và chất lượng nước mặt sử dụng các
mô hình, phần mềm tính toán tự phát triển và các
phần mềm thương mại đã được thực hiện từ lâu tại
các nhóm nghiên cứu về cơ học chất lỏng nói
chung và tại Phòng Thủy khí Công nghiệp và Môi
trường Lục địa, Viện Cơ học - Viện Khoa học và
Công nghệ Việt Nam, nói riêng [11-14]. Nhìn
chung, các mô hình đã được sử dụng là các mô
hình một chiều hoặc hai chiều dựa trên việc giải số
hệ phương trình Saint-Venant kết hợp với phương
trình truyền tải, khuếch tán chất trong dòng chảy.
Việc phát triển và ứng dụng rộng rãi các mô hình
mô phỏng, tính toán dòng chảy và chất lượng nước
dựa trên việc giải số hệ phương trình Navier-
Stokes đầy đủ có xét đến ảnh hưởng của rối, còn
nhiều hạn chế và chưa phổ biến. Các mô phỏng
thông thường là đối với dòng chảy trong sông hay
các miền thoát lũ với vận tốc dòng chảy tương đối
lớn và thường bỏ qua ảnh hưởng của ứng suất gió
trên bề mặt [11-14]. Các mô phỏng, tính toán dòng
chảy và chất lượng nước trong các hồ chưa được
quan tâm nhiều.
Trong điều kiện của Việt Nam nói chung và Hà
Nội nói riêng có rất nhiều hồ lớn nhỏ liên quan đến
nhiều lĩnh vực khác nhau của đời sống xã hội, từ
các hồ tạo cảnh quan, điều hòa môi trường, chứa
nước tưới tiêu, phân lũ tới các hồ thủy điện phục
vụ sản xuất. Nhiều hồ có liên quan mật thiết tới đời
sống của dân cư xung quanh và các vùng phụ cận.
Sự tồn tại và giá trị tự nhiên của các hồ nhiều khi
trở nên quá quen thuộc và được xem là mặc nhiên
trong khi sự hiểu biết thấu đáo về chúng chưa phải
là đã hoàn toàn đầy đủ, đặc biệt là đối với các hồ
có diện tích lớn và điều kiện tự nhiên phức tạp [2,
16]. Sự phát triển kinh tế xã hội trong cả nước đã
và đang gây ảnh hưởng, từ mức độ nhẹ đến mức độ
trầm trọng, tới điều kiện tự nhiên, môi trường của
các hồ. Việc nghiên cứu để hiểu rõ điều kiện tự
nhiên, dòng chảy và môi trường của các hồ cũng
như ảnh hưởng của quá trình phát triển kinh tế xã
hội, đô thị hóa và sản xuất công, nông nghiệp tới
các hồ là cấp thiết. Với sự phát triển của khoa học
kỹ thuật và công nghệ thông tin, các công cụ mô
hình hóa, mô phỏng và tính toán dòng chảy, truyền
tải và khuếch tán chất thải, vận tải và lắng đọng
bùn cát, chất lượng nước ngày càng được hoàn
thiện và phát triển. Các mô hình máy tính ngày nay
đã đạt được độ chính xác cao và đã được sử dụng
rộng rãi trong nghiên cứu, mô phỏng, tính toán
dòng chảy và môi trường nước các sông, hồ, biển
và đại dương. Trong số đó, một số phần mềm máy
tính đã trở nên phổ biến và có thể được cung cấp
miễn phí tới cộng đồng nghiên cứu khoa học trên
thế giới. Việc khai thác sử dụng trực tiếp các phần
mềm này tiết kiệm được rất nhiều thời gian, chi phí
và đó chính là lợi ích thiết thực của quá trình toàn
cầu hóa mang lại và cần được triệt để khai thác
trong điều kiện của Việt Nam. Vì thế, chúng tôi đã
tìm hiểu và khai thác chương trình toán EFDC và
phần mềm giao diện EFDC_Explorer. EFDC
(Environmental Fluid Dynamics Code) là chương
trình tính toán dòng chảy, vận tải nhiệt, chất và
chất lượng nước được Cục Môi trường Mỹ (EPA)
tài trợ phát triển dựa trên việc giải số hệ phương
trình Navier-Stokes đầy đủ, ba chiều sử dụng kết
370
hợp phương pháp sai phân hữu hạn và phương
pháp thể tích hữu hạn trên lưới cong trực giao
tuyến tính có cấu trúc, sử dụng ngôn ngữ lập trình
Fortran [1, 4]. Chương trình này liên tục được phát
triển cập nhật, bổ sung các chức năng và hoàn
thiện bởi nhiều nhóm nghiên cứu khác nhau trên
thế giới [1]. Chương trình tính toán, mã nguồn
mở và các tài liệu có liên quan của EFDC được
EPA cung cấp miễn phí. Tại Việt Nam đã có một
số nghiên cứu của các tác giả khác nhau sử
dụng chương trình tính toán này và đã thu được
kết quả tốt [2, 6, 9, 15]. Phần mềm giao diện
EFDC_Explorer được phát triển nhằm hỗ trợ các
công đoạn thiết lập mô hình, chuẩn bị số liệu đầu
vào, điều kiện biên, lưới tính toán, theo dõi quá
trình tính toán, kết xuất dữ liệu và trình diễn đồ họa
các kết quả tính toán. Phần mềm này được viết
bằng ngôn ngữ Visual Basic, hết sức tiện dụng và
thân thiện với người sử dụng [10].
Đối tượng của nghiên cứu này là hồ Tây thuộc
thành phố Hà Nội, trung tâm văn hóa kinh tế xã hội
của cả nước.
Nghiên cứu này nhằm làm sáng tỏ chế độ dòng
chảy do gió trong hồ Tây, quá trình lan truyền,
khuếch tán chất thải lơ lửng từ các nguồn nước thải
gây ô nhiễm vào hồ trong một khoảng thời gian
giữa mùa kiệt (thời gian mà ảnh hưởng của chất
thải đến chất lượng nước hồ Tây là trầm trọng nhất
do mực nước bị hạ thấp trong mua khô). Các kết
quả thu được có ý nghĩa thực tiễn cũng như có thể
được sử dụng để đối chứng với các kết quả khảo
sát môi trường hồ Tây đã được một số báo cáo
khác đưa ra. Trên cơ sở đó, nghiên cứu đặt nền
tảng cho việc làm chủ, khai thác phần mềm tính
toán hết sức tiện dụng và hiệu quả EFDC và
EFDC_Explorer, hướng tới việc sử dụng hiệu quả
công cụ này nghiên cứu dòng chảy, vận tải bùn cát
và chất lượng nước hồ nói riêng và hệ thống sông
hồ, biển nói chung, đặc biệt là đánh giá ảnh hưởng
của sự phát triển đô thị hóa, phát triển kinh tế, xã
hội, sản xuất công, nông nghiệp đến các hệ thống
sông hồ trong cả nước.
Nghiên cứu này bắt đầu từ việc thu thập các số
liệu địa hình lòng hồ Tây. Số liệu cao trình lòng hồ
(hình 1) được tham khảo theo [2]. Miền lòng hồ
được chia thành lưới tính toán có cấu trúc dạng
lưới cong trực giao tuyến tính. Các số liệu điều
kiện biên (lưu lượng các cống thoát nước thải vào
hồ trong mùa kiệt) được tham khảo theo [2]. Số
liệu khí tượng (trường gió khu vực Hà Nội) được
thu thập từ cơ sở dữ liệu khí tượng toàn cầu
(website www.wunderground.com). Mô hình mô
phỏng tính toán cho hồ Tây được xây dựng và tính
toán cho một khoảng thời gian mùa kiệt (số liệu
gió được sử dụng trong khoảng thời gian từ
15/11/2010 đến 15/12/2010).
Hình 1. Bản đồ đường đồng mức cao trình đáy hồ Tây [2]
2. Điều kiện tự nhiên, khí tượng - thủy văn và
môi trường của hồ Tây
2.1. Điều kiện tự nhiên
Hồ Tây là hồ lớn nhất của Hà Nội, nằm ở phía
tây bắc thành phố, có vai trò quan trọng trong đời
sống kinh tế, văn hóa, xã hội của thủ đô. Cùng với
tốc độ đô thị hóa, sự can thiệp của con người đã và
đang làm cho hồ Tây bị biến dạng, theo đó là ô
nhiễm môi trường, mất đi nhiều loài thủy sản, đặc
sản có giá trị [2, 16].
Theo các kết quả điều tra, khảo sát, diện tích hồ
Tây hiện nay vào khoảng 526,16ha, chu vi
18.967m, chỗ rộng nhất là 3724m, chỗ hẹp nhất là
2618m, độ sâu trung bình 1,5-2,0m, nơi sâu nhất là
3,0m. Một số đo đạc cụ thể cho thấy phân bố độ
sâu nước hồ như sau: cách bờ 1-2m, nông nhất là
0,6-0,7m; sâu nhất là 1,5-1,7m; cách bờ 15-20m
nông nhất là 1,2-1,3m; sâu nhất là 2,0-2,4m; cách
bờ từ 100m; từ 2,4 đến 2,8m.
Lượng nước trung bình khoảng 10 triệu mét
khối. Hồ Tây có sự đa dạng sinh học cao và điển
hình ở vùng đồng bằng sông Hồng [2, 16].
371
2.2. Điều kiện khí tượng - thủy văn
Theo số liệu đo đạc tại trạm Láng và Hoài Đức
(Hà Nội), tổng lượng bức xạ đo đạc và tính toán
được ở khu vực hồ Tây có giá trị cực đại là
304,5cal/cm2.ngày (tháng 4); giá trị cực tiểu là
137,2 cal/cm2.ngày (tháng 1) [2].
Nhiệt độ không khí khu vực ven hồ nhìn chung
thấp hơn khu vực khác trong thành phố và đạt giá
trị cực đại nhiều năm vào tháng 7 (29,1°C) và đạt
giá trị cực tiểu vào tháng 1 (14°C). Độ ẩm không
khí trung bình tháng dao động từ 80-90% và biến
động theo mùa.
Lượng mưa khu vực hồ Tây biến động mạnh
theo không gian và thời gian. Do ảnh hưởng của hồ
nên chế độ mưa ở khu vực hồ Tây khác với các
khu vực khác. Khu vực hồ thường hay có mưa với
cường độ lớn hơn: mùa khô (tháng 10) lượng mưa
trung bình đạt 0,7mm/trận, mùa mưa (tháng 8)
lượng mưa trung bình đạt 15,6mm/trận. Chế độ
bốc hơi chủ yếu phụ thuộc vào gió, nhiệt độ và bức
xạ. Lượng bốc hơi ở giữa hồ bình quân dao động
3,7-5,0mm/ngày.
Hướng gió thịnh hành ở giữa hồ trong mùa
đông là bắc và đông bắc (hướng gió tới), và mùa hè
là đông và đông nam. Tốc độ gió ở giữa hồ dao
động 1,7-7m/s và đạt giá trị cực đại khoảng 7,3-
12m/s (mạnh hơn các khu vực lân cận 2,1-4,8m/s)
(hình 2).
Hình 2. Phân bố vận tốc gió (hướng gió thổi đi) trong một
tháng mùa khô (15/11/2010-15/12/2010, khu vực Hà Nội)
Số liệu gió đã được thu thập cho một tháng mùa
khô (ví dụ của năm 2010) từ cơ sở dữ liệu khí tượng
toàn cầu tại trang web www.wunderground.com.
Gió có liên quan mật thiết và là yếu tố quan trọng
nhất tạo nên dòng chảy trong hồ Tây.
2.3. Môi trường hồ Tây
Những năm gần đây mặt nước của hồ Tây bị
thu hẹp dần và bị ảnh hưởng lớn bởi tốc độ đô thị
hóa. Nhiều tổ chức, cá nhân thuộc các thành phần
kinh tế đã đầu tư và phát triển dịch vụ, du lịch như
Câu lạc bộ Hà Nội, Công viên nước, Du thuyền hồ
Tây,... Một số diện tích ven bờ hồ đã được kè với
mục đích tránh sạt lở và lấn chiếm nhưng hồ vẫn là
nơi chứa các chất xả thải. Theo kết quả khảo sát
của Trung tâm Môi trường Biển cùng với Viện
Hóa học, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam
cho thấy: nước hồ Tây đang bị ô nhiễm khá nặng.
Vùng ven bờ, đặc biệt là khu vực phía nam hồ, gần
hồ Trúc Bạch, về mùa khô mức độ ô nhiễm theo
một số chỉ tiêu có thể cao gấp 1000 lần so với mùa
mưa [2, 8, 16].
Nguyên nhân chính gây ô nhiễm là do một lượng
nước thải lớn của thành phố đổ trực tiếp vào hồ qua
một số cống chính như cống Cây Sy ở đường Thanh
Niên, cống Tàu Bay gần vườn hoa Lý Tự Trọng và
cống Đõ phường Thụy Khuê cộng với nước thải và
một phần rác thải của các nhà hàng, khách sạn
quanh hồ, trên hồ và cư dân xung quanh. Từ năm
2002, người ta đã phát hiện ốc ở hồ Tây bị mất vẩy,
số lượng ốc còn sống sót bị suy giảm mạnh, còn con
nào sống chỉ bé bằng 2/3 những con ốc cùng loại ở
nơi khác. Phòng Sinh thái Môi trường nước thuộc
Viện Sinh thái và Tài nguyên Sinh vật, Viện Khoa
học và Công nghệ Việt Nam cho biết, trước đó họ
chưa từng ghi nhận trường hợp ốc mất vẩy nào như
thế. Giả thiết đưa ra là ốc mất vẩy do bị nhiễm độc.
Bảng 1 dưới đây thống kê các nguồn nước thải
chính đổ vào hồ [2, 16]:
Bảng 1. Danh sách các cống nước thải và lưu lượng
thải vào hồ
STT Tên cống Lưu lượng mùa kiệt (m3/ngày)
Lưu lượng mùa
kiệt (m3/s)
1 Cống Tàu Bay 2592 0,030
2 Cống Cây Sy 10282 0,119
3 Cống Đõ 3268 0,042
4 Nhà nghỉ
Quảng Bá
173
0,002
5 Khách sạn
Tây Hồ
335
0,004
6 Khách sạn
Thắng Lợi
320
0,004
7 Cống Trích Sài 518 0,006
372
Theo các điều tra, khảo sát, một số tham số chất
thải lơ lửng (các kim loại nặng độc hại, độ đục, độ
kiềm, HCO3-, vi khuẩn yếm khí, các coliform,...)
thải vào hồ Tây từ các cống nước thải quanh hồ
trong mùa kiệt có giá trị rất cao, từ vài trăm đến vài
chục nghìn mg/l [2, 16].
Vấn đề ô nhiễm nước hồ Tây do các nguồn chất
thải không những ảnh hưởng đến mỹ quan đô thị,
môi trường sống mà còn tiềm ẩn nguy cơ lây lan
các loại dịch bệnh đến các loài sinh vật sinh sống
trong hồ cũng như các khu vực dân cư ven hồ.
3. Chương trình EFDC
Mô hình tính toán thủy động lực học và môi
trường EFDC được Cục Môi trường Mỹ (EPA) tài
trợ phát triển, xây dựng và liên tục được cập nhật,
bổ sung hoàn thiện [4]. Chương trình tính toán
EFDC gần đây cũng đã được kết hợp với mô hình
vận tải bùn cát tạo điều kiện cho các mô phỏng,
tính toán và nghiên cứu dòng chảy, vận tải bùn cát
và xói mòn địa hình lòng dẫn được thực hiện dễ
dàng hơn.
Chương trình tính toán EFDC giải xấp xỉ hệ
phương trình Navier-Stokes sử dụng kết hợp các
phương pháp sai phân hữu hạn và phương pháp thể
tích hữu hạn, đồng thời kết hợp với việc giải các
phương trình truyền tải và phương trình liên tục
cho các thành phần độ mặn, nhiệt, năng lượng rối
động học và rối cỡ lớn [5]. Các phương trình được
giải trên hệ lưới cong tuyến tính trực giao theo
phương ngang và trên hệ lưới co dãn theo phương
thẳng đứng [4, 5]. Các thành phần khuếch tán theo
phương thẳng đứng của động năng, vật chất và
nhiệt độ được xác định sử dụng các sơ đồ đóng kín
rối Mellor và Yamada [7] và Galperin [3]. Mã
nguồn chương trình EFDC được cung cấp miễn phí
bởi Cục Môi trường Mỹ và đã và đang được áp
dụng trong nhiều nghiên cứu thủy động lực học và
môi trường nước các sông, hồ, các vùng biển và
cửa sông nhiều nơi trên thế giới.
Hiện nay mô hình EFDC đã qua nhiều phát
triển, cập nhật và gồm 4 modul chính: thủy động
học, chất lượng nước, vận chuyển bùn cát, lan
truyền, phân hủy các chất độc trong môi trường
nước mặt. Mô hình thủy động lực học EFDC gồm
6 modul lan truyền vận chuyển, bao gồm: động lực
học, màu sắc, nhiệt độ, độ mặn Kết quả tính toán
từ mô hình thủy động lực học (như độ sâu, vận tốc,
tốc độ xáo trộn) được kết hợp và sử dụng trực
tiếp trong các modul còn lại như mô hình chất
lượng nước, mô hình vận chuyển bùn cát và mô
hình lan truyền, phân hủy độc chất.
4. Kết quả mô hình hóa, tính toán dòng chảy và
truyền tải, khuếch tán nước thải ô nhiễm trong
hồ Tây
4.1. Mô hình hóa
Miền mô phỏng tính toán lòng hồ được chia
thành các ô lưới tính toán như trong hình 4 [10].
Trên cơ sở bản đồ đường đồng mức địa hình đáy hồ
Tây (hình 1) và các số liệu thu thập được, cao trình
đáy miền tính được xây dựng như trong hình 3 [2].
← Hình 3. Cao trình đáy hồ Tây [10]
373
Hình 4. Lưới tính toán gồm 12634 ô và các biên lưu lượng [2]
Danh sách các biên lưu lượng của các cống
nước thải đổ vào hồ được cho trong bảng 1 và vị trí
của các biên được trình bày trong hình 4. Nhìn
chung trong số 7 cống thì chỉ có 3 cống là có lưu
lượng đáng kể gồm các cống Tàu Bay, Cây Sy và
cống Đõ, trong đó cống Cây Sy có lưu lượng lớn
nhất (bảng 1).
4.2. Kết quả mô phỏng, tính toán dòng chảy trong
hồ Tây
Mô phỏng được thực hiện cho khoảng thời gian
mùa khô (số liệu gió ở đây lấy đầu tháng 12/2010).
Kết quả mô phỏng, tính toán trường vận tốc dòng
chảy trong hồ tại thời điểm trường gió đông bắc
điển hình được trình bày trong hình 5 dưới đây.
Kết quả tính toán cho ta bức tranh toàn cảnh về
dòng chảy trong vùng hồ Tây rộng lớn. Dòng chảy
trong hồ sinh ra do ảnh hưởng của ứng suất gió
trên bề mặt. Vận tốc dòng chảy, các vùng xoáy,
phụ thuộc vào hướng và vận tốc gió cũng như điều
kiện địa hình lòng dẫn. Các vùng xoáy thay đổi
liên tục theo hướng gió. Tốc độ dòng chảy lớn nhất
ở những vùng nước nông, chủ yếu là các vùng ven
bờ. Nhìn chung tốc độ dòng chảy lớn nhất khoảng
vài centimet một giây (hình 5).
4.3. Kết quả mô phỏng, tính toán quá trình truyền
tải, khuếch tán nước thải ô nhiễm trong hồ Tây
Để hiểu được quá trình truyền tải, khuếch tán
dưới tác động của dòng chảy trong hồ tới các chất
thải gây ô nhiễm lơ lửng từ các cống nước thải đổ
vào hồ Tây, ta giả thiết các cống thải xả chất thải lơ
lửng có nồng độ 1000mg/l theo nước thải xả thẳng
vào hồ Tây. Kết quả mô phỏng, tính toán quá trình
lan truyền, khuếch tán của các nguồn chất thải vào
hồ ứng với trường vận tốc trong hình 5 được trình
bày trong hình 6 dưới đây. Với các cống có lưu
lượng thải nhỏ, lượng chất thải lơ lửng đổ vào hồ là
tương đối nhỏ và khó nhận thấy. Với các cống có lưu
lượng xả thải lớn (các cống Tàu Bay, Cây Sy và cống
Đõ), lượng chất thải vào hồ là lớn và dễ dàng quan
sát được. Một đặc điểm quan trọng có thể nhận thấy
là dưới ảnh hưởng của dòng chảy do gió trong hồ mà
chất thải chủ yếu tập trung ở vùng phía nam hồ. Kết
quả này là hết sức lý thú và hoàn toàn trùng hợp với
kết quả của một số điều tra khảo sát chất lượng nước
hồ Tây đã được thực hiện [2, 8, 16].
374
← Hình 5. Kết quả mô phỏng,
tính toán dòng chảy lúc 23h00
ngày 14/12
→ Hình 6 Kết quả mô phỏng,
tính toán truyền tải chất thải lơ lửng
trong hồ lúc 23h00 ngày 14/12
375
5. Kết luận
Nghiên cứu, mô phỏng và tính toán dòng chảy
do gió trong hồ Tây và quá trình truyền tải, khuếch
tán chất thải lơ lửng gây ô nhiễm từ các nguồn
nước thải đổ vào hồ đã được thực hiện sử dụng
chương trình tính toán EFDC và phần mềm giao
diện EFDC_Explorer. Mô phỏng được thực hiện
cho một khoảng thời gian mùa khô (đầu tháng 12)
đã cho chúng ta hình dung được quá trình vận động
của nước trong hồ dưới ảnh hưởng của ứng suất
gió trên bề mặt, một thông số có ý nghĩa lớn mà
cho tới nay vẫn chưa có các kết quả khảo sát, đo
đạc thực nghiệm. Kết quả cho thấy dưới ảnh hưởng
của gió, nhiều vùng xoáy được hình thành trong hồ
và các vùng này cũng thay đổi khi trường gió thay
đổi theo thời gian. Vận tốc dòng chảy trong hồ lớn
nhất ở các vùng nước nông ven bờ hồ và có thể đạt
tới vài centimet mỗi giây.
Kết quả mô phỏng tính toán quá trình truyền
tải, khuếch tán chất thải lơ lửng gây ô nhiễm trong
hồ từ các nguồn nước thải đổ vào hồ Tây là hết sức
lý thú. Nó đã xác nhận kết quả khảo sát đo đạc
quan trắc chất lượng nước nước hồ Tây về chất
lượng môi trường nước vùng phía nam hồ Tây ô
nhiễm trầm trọng hơn so với vùng phía bắc hồ. Bản
chất của điều này chưa được giải thích thấu đáo
trong các đo đạc, phân tích thực nghiệm chất lượng
nước hồ Tây. Căn cứ vào kết quả mô phỏng, điều
đó có thể được giải thích là do đặc tính vận động
của nước trong hồ dưới ảnh hưởng của ứng suất
gió và địa hình lòng hồ. Chất thải gây ô nhiễm sẽ
tập trung chủ yếu ở phần phía nam hồ khiến cho
vùng này bị ô nhiễm nghiêm trọng hơn các vùng
còn lại.
Kết quả mô phỏng, tính toán với độ phân giải
cao đã được thực hiện cho tình trạng hiện tại của
hồ Tây cũng như các mô phỏng, tính toán cho các
kịch bản phát triển của hồ Tây trong tương lai rất
hy vọng sẽ cung cấp thêm thông tin hữu ích cho
các cấp chính quyền cũng như các nhà quy hoạch,
quản lý đô thị Hà Nội (có liên quan đến khu vực
hồ Tây).
TÀI LIỆU DẪN
[1] Dang Huu Chung and Craig P.M., 2009:
Implementation of a Wind Wave Sub-Model for
the Environmental Fluid Dynamics Code, Dynamic
Solutions, LLC.
[2] Lê Quang Đạo, 2008: Chất lượng nước Hồ
Tây sử dụng mô hình EFDC đánh giá chất lượng
nước và đề xuất một số giải pháp quản lý, Luận
văn thạc sỹ khoa học, Trung tâm Nghiên cứu Tài
nguyên và Môi trường.
[3] Galperin, B., L.H. Kantha, S. Hassid, and
A. Rosati, 1988: A quasi_equilibrium turbulent
energy model for geophysical flows, J. Atmos. Sci.,
Vol.45, pp.55-62.
[4] Hamrick, J.M., 1996: User’s Manual for
the Environmental Fluid Dynamics Computer
Code, Special Report No. 331 in Applied Marine
Science and Ocean Engineering, Virginia Institute
of Marine Science, Gloucester Point, VA.
[5] Hamrick, J.M., 1992: A Three-Dimensional
Environmental Fluid Dynamics Computer Code:
Theoretical and Computational Aspects, Special
Report No. 317 in Applied Marine Science and
Ocean Engineering, Virginia Institute of Marine
Science, Gloucester Point, VA. 64pp.
[6] Nguyễn Văn Hoàng và Trần Văn Hùng,
2009: Áp dụng phần mềm thủy lực môi trường
nước (EFDC) đánh giá ảnh hưởng của nước thải
sinh hoạt đến chất lượng nước sông Hồng vào mùa
khô khu vực Hà Nội, Tạp chí Khoa học ĐHQGHN
- Khoa học Tự nhiên và Công nghệ, Số 25, 19-29.
[7] Mellor, G.L. and T. Yamada, 1982:
Development of a turbulence closure model for
geophysical fluid problems, Rev. Geophys. Space
Phys., Vol.20, pp.851-875.
[8] Hoang Thi Nghia, Nguyen Thai Hiep Nhi,
Nguyen Thi Xuan Anh, Nguyen Bao A, 2001: The
Microbial Water Quality of the West Lake, Hanoi -
Bacterial Indicators, Tuyển tập báo cáo hội nghị
Wastewater reuse in agriculture in Vietnam: Water
management, environment and human health
aspects, Hà Nội, Việt Nam, tr.31-32.
[9] Paul Craig Michael và Nguyễn Văn
Hoàng, 2011: Đánh giá vận chuyển bùn cát sông
Hồng đoạn Đan Phượng - Vạn Phúc bằng mô hình
thủy lực - môi trường EFDC, Viện Thủy công.
[10] Craig, Paul M., 2010: User’s Manual for
EFDC_Explorer: A Pre/Post Processor for the
Environmental Fluid Dynamics Code, Dynamic
Solutions, LLC, Knoxville, TN, Nov 2010.
[11] Nguyến Tất Thắng, Nguyễn Văn Hạnh và
Nguyến Thế Đức, 2004: Một số kết quả bước đầu
áp dụng một sơ đồ giải số kiểu Godunov giải hệ
376
phương trình nước nông hai chiều, Tuyển tập công
trình Hội nghị Khoa học Cơ học Thủy khí Toàn
quốc năm 2004, tr.565-587.
[12] Nguyen Tat Thang and Nguyen The
Hung, 2009: Application of a Godunov type
numerical scheme and a domain decomposition
technique to the parallel computation of tidal
propagation, VNU Journal of Science, Earth
Sciences, Vol. 25, No. 2, pp. 104-115.
[13] Nguyễn Tất Thắng, 2010: Xây dựng
chương trình mô phỏng dòng chảy mặt thoáng hai
chiều tổng quát; Phần I: Mô hình số, Tạp chí Khí
tượng Thủy văn, Tập 595, tr.24-35.
[14] Nguyễn Tất Thắng, 2010: Xây dựng
chương trình mô phỏng dòng chảy mặt thoáng hai
chiều tổng quát; Phần II: Các kết quả tính toán
kiểm nghiệm và so sánh, Tạp chí Khí tượng Thủy
văn, Tập 596, tr.12-24.
[15] Phạm Đức Thắng và Vũ Đình Hùng,
2005: Nghiên cứu chế độ thủy lực tại khu vực cửa
lấy nước bằng mô hình số trị ba chiều, Tạp chí
Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn, Số 1.
[16] Nguyễn Thị Vinh, 2011: Xác định hàm
lượng một số kim loại nặng trong động vật nhuyễn
thể ở khu vực Hồ Tây, Luận văn thạc sỹ khoa học,
Đại học Quốc Gia Hà Nội.
SUMMARY
Simulation and calculation of flow and pollutant transport in lake
The paper presents researched results on simulation and calculation of wind-induced flow and pollutant transport in
West Lake - Hanoi using the non-commercial EFDC computer code developed under the support of the Environmental
Protection Agency (EPA) of the US. The West Lake model, input/output data processing, and the presentation of
calculated results have been done using the pre/post processor EFDC_Explorer (EE), WEB version. Flow and pollutant
transport simulation is for a period in dry season (e.g. calculation with wind data of the first part of December 2010). The
simulated results of wind-induced current in the lake give us an interesting idea of the detailed circulation of the water in
the lake, a subject that has not yet been experimentally studied till now. The results of pollutant transport simulation
firmly confirm, and clearly explain the reason of the difference in water quality between the southern part of the lake and
the northern one, which has been found in field observations. Hopefully, high resolution results of this research and
further results of simulations of the future West Lake development plans will contribute useful information to Hanoi city
authorities. Concurrently this research confirms the promise in using the EFDC free code to study other practical
problems in Vietnam.
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- 344_832_1_pb_1446_2068778.pdf