Xem mẫu
- Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020. ISBN: 978-604-82-3869-8
MÔ HÌNH HÓA NHIỆT ĐỘ HỒ KÍN NỘI ĐÔ
Nghiêm Tiến Lam1, Bùi Quốc Lập2
1
Khoa Công trình, Trường Đại học Thủy lợi, email: lam.n.t@tlu.edu.vn
2
Khoa Hóa và Môi trường, Đại học Thủy lợi
1. GIỚI THIỆU Trong đó: T - nhiệt độ của nước (°C); t -
Các hồ nước trong các đô thị có vai trò quan thời gian (s); x,y,z - các biến không gian (m);
trong trong việc cải tạo điều kiện vi khí hậu và u,v,w - các thành phần vận tốc theo các
tạo vẻ đẹp cảnh quan đô thị. Ngoài ra, một số phương x,y,z (m); Dx,Dy,Dz - các hệ số
hồ còn gắn với các giá trị văn hóa và lịch sử. khuếch tán rối theo các phương x,y,z (m²/s);
Đặc điểm chung của đa số các hồ nội đô là SH - trao đổi nhiệt với bên ngoài (°C/s).
nông và kín, ít trao đổi nước với bên ngoài. Sự trao đổi nhiệt của hồ với bên ngoài chủ
Đối với các hồ nước kín trong các đô thị, động yếu là trao đổi nhiệt giữa nước với không khí
lực học và nhiệt độ nước phụ thuộc chủ yếu và với đáy. Trao đổi nhiệt giữa nước và
vào các tác động khí tượng như bức xạ mặt trời không khí bao gồm các thông lượng nhiệt
và gió. Nhiệt độ nước của hồ là đặc tính vật lý đến do bức xạ sóng ngắn từ Mặt Trời và bức
quan trọng vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến khả xạ sóng dài từ khí quyển; các thông lượng
năng hòa tan ô-xy của nước và chi phối nhiều
nhiệt đi do bức xạ sóng dài từ thể nước, nhiệt
quá trình sinh hóa và sinh lý trong hồ [3].
Bài báo này sẽ trình bày nghiên cứu về mô cảm do sự truyền nhiệt giữa nước và không
hình hóa nhiệt độ cho một hồ kín, nhỏ nội đô khí, nhiệt ẩn do bốc hơi. Trao đổi nhiệt giữa
sử dụng mô hình số trị EFDC. Đối tượng nước và không khí được tính toán phụ thuộc
nghiên cứu là hồ Cự Chính thuộc quận Thanh vào vị trí địa lý của hồ, thời gian, nhiệt độ
Xuân, Hà Nội. Đây là một hồ nhỏ, nông, có nước của hồ và các đặc trưng khí tượng như
diện tích mặt nước khoảng 4000 m², độ sâu nhiệt độ không khí, bốc hơi, tốc độ gió, độ
nước từ 1,5 - 1,7 m. Hồ có ít trao đổi nước che phủ của mây. Trao đổi nhiệt giữa nước
với bên ngoài do đã được kè bờ chắc chắn và và đáy phụ thuộc vào chênh lệch nhiệt độ
nước thải xung quanh hồ đã được thu gom giữa nước và đáy, hệ số truyền nhiệt giữa
vào hệ thống riêng biệt [1]. nước và đáy và độ sâu lớp bùn cát tham gia
vào quá trình trao đổi nhiệt.
2. CƠ SỞ MÔ HÌNH TRUYỀN NHIỆT
Mô hình EFDC là mô hình số trị mô phỏng 3. MÔ HÌNH HỒ CỰ CHÍNH
các quá trình thủy động lực học, vận chuyển
Mô hình lan truyền nhiệt cho hồ Cự Chính
bùn cát, các chất ô nhiễm và chất lượng nước
cho các thể nước mặt [2]. Mô hình EFDC được thiết lập dựa trên số liệu nhiệt độ nước
giải bài toán lan truyền nhiệt dựa trên phương của 16 lần đo đạc tại hồ Cự Chính trong thời
trình chuyển tải và khuếch tán nhiệt trong gian từ 17/04/2017 đến 08/03/2018.
nước như sau: Số liệu đầu vào của mô hình chủ yếu là số
T uT vT wT liệu khí tượng thực đo tại các trạm Láng, Hà
Đông và sân bay Nội Bài trong các năm 2017
t x y z
(1) và 2018 do không trạm nào có đầy đủ bộ số
T T T liệu đồng bộ. Trong đó, lượng mưa sử dụng số
D D D S
x x x y y y z z z H liệu thực đo của trạm Láng, nhiệt độ không khí,
298
- Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020. ISBN: 978-604-82-3869-8
khí áp và gió sử dụng số liệu thực đo trạm Hà Bảng 1. Các thông số mô hình
Đông, độ ẩm không khí và độ che phủ của mây
Thông số mô hình truyền nhiệt Giá trị
sử dụng số liệu thực đo tại sân bay Nội Bài.
Hình 1 biểu diễn số liệu nhiệt độ không khí và Hệ số suy giảm ánh sáng, WQKEB (1/m) 0.86
vận tốc gió sử dụng cho mô hình. Hình 2 biểu Hệ số truyền nhiệt đối lưu, RCHC
18.98
thị hoa gió. Từ hình 1 và hình 2 có thể thấy (W/m²/°C)
vận tốc gió trong khu vực khá yếu, phần lớn là Hệ số trao đổi nhiệt với đáy, HTBED2
218.64
gió tây nam với vận tốc dưới 5 m/s trong thời (W/m²/°C)
kỳ mùa hè và gió bắc với vận tốc khoảng Độ dày của lớp đáy trao đổi nhiệt,
5 m/s trong thời kỳ mùa đông. 5.4
DABEDT (m)
Nhiệt độ đáy ban đầu, TBEDIT (°C) 27
Bảng 2. Chỉ tiêu đánh giá mô hình
Nhiệt độ không khí (°C)
Vận tốc gió (m/s)
Chỉ tiêu đánh giá Giá trị
Sai số trung bình, ME -0.12°C
Sai số tương đối, RME -0.45%
Sai số quân phương, RMSE 0.97°C
Sai số quân phương tương đối, RRMSE 7.07%
Chỉ số Nash-Sutcliffe, NSE 94.55%
Hình 1. Số liệu nhiệt độ không khí
và vận tốc gió
From 2017-04-01 to 2018-04-01
N
W NN
NN E
W
E
N
N
W
E
EN
WN
Calm
3.00%
Hình 3. So sánh nhiệt độ nước hồ
5%
W
giữa kết quả mô hình và số liệu thực đo
E
10
WS
ES
%
15
Wind Speed (m/s)
%
Thông qua các kết quả trong bảng 1 và
20
8.0 - 10.8
SW
SE
%
5.5 - 8.0
17383 records used.
SS
W
S
SS
E 3.3 - 5.5
1.5 - 3.3
bảng 2 có thể thấy mô hình một ô lưới và một
Direction is coming from. 0.5 - 1.5
lớp nước của hồ Cự Chính khá phù hợp với
số liệu thực đo. Điều này cho thấy thủy động
Hình 2. Hoa gió thời kỳ tính toán
lực của hồ rất yếu do không có trao đổi nước
Do hồ nông và kín nước trong nội đô nên với bên ngoài. Tác động của bức xạ mặt trời
quá trình hiệu chỉnh mô hình được thực hiện đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp
với việc mô hình hồ bằng 1 ô lưới có kích ánh sáng và năng lượng cho hồ. Ánh sáng có
thước 200 m × 200 m, độ sâu 1,6 m, giả thiết thể truyền đến hầu hết độ sâu nước trong hồ,
hồ hoà trộn hoàn toàn. giúp cho tảo có đủ ánh sáng để phát triển
Bộ thông số mô hình lan truyền nhiệt được trong khoảng độ sâu nước này. Ngoài ra, trao
xác định thông qua quá trình hiệu chỉnh mô đổi nhiệt giữa nước và đáy bùn cát cũng ảnh
hình như trong bảng 1. Các chỉ tiêu đánh giá hưởng lớn đến quá trình điều hòa nhiệt độ
mô hình so với số liệu như trong bảng 2. của nước hồ.
299
- Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020. ISBN: 978-604-82-3869-8
Hình 3 so sánh nhiệt độ nước tính toán 4. KẾT LUẬN
bằng mô hình so với số liệu thực đo. Kết quả
Bài báo đã trình bày kết quả mô hình hóa
tính toán bằng mô hình cho thấy nhiệt độ
nhiệt độ cho một hồ nước trong nội đô. Với
nước trong hồ có sự dao động đáng kể theo
một hồ nội đô nông và kín nước, có thể mô
chu kỳ ngày và đêm. Trong thời kỳ mùa hè,
hình hóa hồ bằng 1 ô lưới và 1 lớp nước do
dao động nhiệt độ ngày đêm của hồ có thể
động lực của hồ yếu và bức xạ mặt trời có
đến 2°C (hình 4). Trong thời kỳ mùa đông,
khả năng truyền nhiệt cho phần lớn độ sâu
dao động nhiệt độ ngày đêm của hồ nhỏ hơn,
nước trong hồ. Trao đổi nhiệt giữa nước hồ
chỉ vào khoảng 1°C (hình 5).
và đáy bùn cát cũng đóng vai trò quan trọng
trong điều hòa nhiệt độ của nước hồ. Việc
ứng dụng mô hình số trị EFDC cho thấy sự
phù hợp khá tốt giữa kết quả mô phỏng với
các giá trị thực đo và mô tả chi tiết quá trình
Nhiệt độ (°C)
biến đổi của nhiệt độ nước trong hồ theo thời
gian, đặc biệt là sự dao động nhiệt độ trong
một ngày đêm. Các kết quả này là cơ sở quan
trọng để có thể tiếp tục mô phỏng sự phát
triển của tảo, quá trình phú dưỡng và chất
lượng nước trong hồ.
Hình 4. Dao động ngày đêm của nhiệt độ 5. TÀI LIỆU THAM KHẢO
nước hồ thời kỳ mùa hè [1] Tạ Đăng Thuần, Bùi Quốc Lập. 2019. Phân
tích sự biến đổi theo mùa các yếu tố ảnh
hưởng tới sự sinh trưởng của tảo ở một hồ
nội đô Hà Nội sử dụng mô hình phú dưỡng.
Tạp chí Khoa học Kỹ thuật Thủy lợi và Môi
trường, Số 64 (3/2019), tr.60-68.
Nhiệt độ (°C)
[2] DSI, LLC. 2020. EFDC+ Theory version
8.5. Edmonds, WA, USA.
[3] Zhen-Gang Ji. 2017. Hydrodynamics and
water quality: modeling rivers, lakes, and
estuaries. 2nd edt., Wiley.
Hình 5. Dao động ngày đêm của nhiệt độ
nước hồ thời kỳ mùa đông
300
nguon tai.lieu . vn
