Mô phỏng quá trình lan truyền vật chất ô nhiễm dưới tác động của các yếu tố động lực tại vịnh cam ranh bằng mô hình số

Mô phỏng quá trình lan truyền vật chất ô nhiễm dưới tác động của các yếu tố động lực tại vịnh Cam Ranh bằng mô hình số Phan Thành Bắc Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Luận văn Thạc sĩ

Mô phỏng quá trình lan truyền vật chất ô nhiễm dưới tác động của các yếu tố động lực

tại vịnh Cam Ranh bằng mô hình số

Phan Thành Bắc

Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Luận văn Thạc sĩ ngành: Hải dương học; Mã số: 60 44 97

Người hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Minh Huấn

Năm bảo vệ: 2012

Abstract: Trình bày mô hình số trị: tình hình nghiên cứu trên thế giới và ở Việt Nam;

MIKE 21 HD; môđun ecolab Tìm hiểu về điều kiện tự nhiên; đặc điểm kinh tế xã hội; hiện trạng môi trường vịnh Cam Ranh Thiết lập các thông tin đầu vào cho mô hình; hiệu chỉnh mô hình; một số kết quả tính toán; đánh giá tác động của các yếu tố ô

nhiễm môi trường vịnh Cam Ranh

Keywords: Hải dương học động lực; Quá trình lan truyền; Chất ô nhiễm; Vịnh Cam

Ranh; Mô hình số

Content

Trong những năm gần đây , khu vực đầm thuỷ triều đang đứng trước nguy cơ ô nhiễm nguồ n nước Đầm Thủy Triều nằm trong vịnh Cam Ranh, thuộc địa bàn huyện Cam Lâm và thành phố Cam Ranh, tỉnh Khánh Hòa Nơi đây phong phú và đa dạng về số lượng cũng như trữ lượng thủy sản Trong tương lai, đầm Thủy Triều còn là mắt xích quan trọng trong việc phát triển du lịch của tỉnh Khánh Hòa khi vịnh Cam Ranh đã được tỉnh này quy hoạch thành trung tâm du lịch biển tầm cỡ quốc gia và quốc tế đến năm 2025

Khi khối nước thải được xả ra đầm , quá trình thuỷ động lực (dòng chảy, gió, quá trình xáo trộn,…) làm khuếch tán các chất đồng thời mang khối nước thải này lên phía bắc hay xuống phía nam theo dòng chảy khi triều lên và triều xuống Vì vậy, các quá trình động lực ở khu vực này đóng vai trò quan tro ̣ng trong viê ̣c phân bố , truyền tải, pha loãng, và làm sạch vùng đầm thuỷ triều

Mô ̣t trong nhưng cách tiếp câ ̣n để nghiên cứu sự ảnh hưởng của khối nước thải từ nhà máy đường là sử dụng các mô hình tính toán để có thể tính toá n và mô phỏng các quá trình

vâ ̣t lý (dòng chảy) và các mô hình sinh hoá diễn ra trong khu vực đầm có sự tác động của khối nước thải Các kết quả tính toán từ mô hình kết hợp với số liệu khảo sát có thể mô phỏng một cách liên tục về các quá trình động lực và quá trình truyền tải vật chất cũng như mô phỏng các kịch bản khác nhau trong những điều kiện động lực khác nhau và điều kiện xả thải khác nhau Viê ̣c mô phỏng các ki ̣ch bản ô nh iễm khác nhau giúp các nhà quản lý phản ứng linh hoa ̣t hơn, hiê ̣u quả hơn và cũng ít tốn kém hơn Từ đó đưa ra được những kế hoa ̣ch , chiến lược để quy hoạch, khai thác mô ̣t cách hiê ̣u quả tài nguyên khu vực đầm cũng như viê ̣c kiểm soát và điều tiết các nguồn thải hợp lý hơn

Các kết quả nghiên cứu trong luâ ̣n văn góp phần bổ sung thêm các thông tin khoa ho ̣c về những nghiên cứu , đánh giá vai trò và sự tác đô ̣ng của các từ các nguồn thải của khu công nghiệp, nuôi trồng thủy sản và khu dân cư tác động ngược lại đối với các khu vực nuôi trồng thủy sản, du lịch sinh thái và các bãi tắm

Nội dung luận văn gồm 3 chương chính được tóm tắt như sau:

CHƯƠNG 1 MÔ HÌNH SỐ TRỊ

1.1 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU

1.1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu trên thế giới

Sử dụng các mô hình số để tính toán, mô phỏng, đánh giá chất lượng môi trường nước khu vực gần bờ, khu bãi tắm, khu nuôi trồng thủy sản đã được thực hiện rất phổ biến trên thế giới Tùy thuộc vào đối tượng và mục đích nghiên cứu, việc áp dụng các loại mô hình tính toán cũng khác nhau Có thể liệt kê một số mô hình thường được áp dụng để đánh giá chất lượng nước trên thế giới

Mô hình WASP7 (Water Quality Analysis Simulation Program 7) là mô hình được xây dựng dựa trên mô hình trước đó (WASP – được xây dựng bởi Di Toro, 1983; Connolly vaf Winfield, 1984; Ambrose, R.B, 1988)

Mô hình AQUATOX là mô hình mô phỏng hệ sinh thái thủy sinh Mô hình có thể dự báo quá trình suy tàn do nhiều loại chất gây nhiễm môi trường như dinh dưỡng, hóa học hữu cơ, và ảnh hưởng của chúng lên các hệ sinh thái, bao gồm các loài cá, động vật không xương sống

và các loài thực vật thủy sinh

Mô hình QUAL2K (hay Q2K) (River and Stream Water Quality Model) được nâng cấp từ mô hình trước đó là QUAL2E (hay Q2E (Brown và Barnwell 1987)) Đây là mô hình mô phỏng chất lượng nước suối và sông một chiều có sự tham gia của quá trình xáo trộn rối và bên DELFT 3D của Viện nghiên cứu thuỷ lực Hà Lan cho phép kết hợp giữa mô hình thuỷ lực 3 chiều với mô hình chất lượng nước Ưu điểm của mô hình này là việc kết hợp giữa các module tính toán phức tạp để đưa ra những kết quả tính mô phỏng cho nhiều chất và nhiều quá trình tham gia

SMS của Trung tâm nghiên cứu và phát triển kỹ thuật của quân đội Mỹ xây dựng cho phép kết hợp giữa mô hình thuỷ lực 1, 2 chiều với mô hình chất lượng nước, trong đó module RMA4 là mô hình số trị vận chuyển các yếu tố chất lượng nước phân bố đồng nhất theo độ sâu Nó có thể tính toán sự tập trung của 6 thành phần bảo toàn hoặc không bảo toàn được tính toán theo lưới 1 chiều hoặc 2 chiều

ECOHAM (phiên bản 1 và 2) là mô hình số 3D kết hợp giữa module thủy lực với module sinh thái được phát triển bởi nhóm nghiên cứu của Trường đại học Hamburg (Đức) Mô hình chủ yếu tính toán dựa trên chu trình của các hợp phần của Nitơ và Photpho trong đó có tính đến cả thực vật và động vật phù du trong nước biển

ECOSMO (ECOSystem MOdel) là mô hình cặp ba chiều thủy động lực –băng biển – sinh địa hóa Mô hình được phát triển dựa trên mô hình thủy động lực HAMSOM (HAMburg shelf Ocean Model) đã được liên kết mô đun động lực - nhiệt động lực biển - băng (Schrum và Backhaus, 1999) và môđun sinh học (Schrum, 2006)

BASINS của EPA nhằm trợ giúp đánh giá kiểm tra hệ thống dữ liệu thông tin môi trường, giúp các hệ thống phân tích môi trường và phân tích các phương án quản lý Một điểm nổi bật của BASINS là đã đưa vào cách tiếp cận mới dựa trên nền tảng lưu vực sông, có kết hợp quản

lý dữ liệu không gian thông qua hệ thông tin địa lý GIS

Bộ phần mềm MIKE do Viện Thuỷ lực Đan Mạch (DHI) phát triển và được thương mại hoá Một đặc điểm mạnh của MIKE rất dễ sử dụng với các giao diện Windows, kết hợp chặt chẽ

với GIS (hệ thống thông tin địa lý) MIKE tích hợp các module thuỷ lực (HD) và chất lượng nước (ECO Lab), bao gồm: thuỷ lực, truyền tải - khuếch tán chất lượng nước MIKE là một

mô hình với nhiều tính năng mạnh, khả năng ứng dụng rộng rãi cho nhiều dạng thuỷ vực khác nhau

1.1.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu trong nước

Ở nước ta, trong những năm gần đây, hướng nghiên cứu, xây dựng và sử dụng mô hình trong nghiên cứu thủy động lực – môi trường đang rất được quan tâm Trong đó những nghiên cứu, điều tra, tính toán ô nhiễm môi trường các vũng vịnh và khu vực ven biển - khu vực tập trung chủ yếu các hoạt động kinh tế của con người đã, đang được tiến hành Chương trình hợp tác với Cơ quan hợp tác Quốc tế Nhật Bản - JICA (1995 – 1998) của Viện Tài nguyên và Môi trường biển – Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam, đã bước đầu sử dụng phương pháp tính dòng vật chất bổ sung (Flux) và quỹ nguồn (Budget) chạy trên phần mềm chuyên dụng CABARET of LOICZ (Mỹ) để đánh giá mức độ tích tụ và khuếch tán vật chất tại một số điểm thuộc vịnh Hạ Long Sau đó, phương pháp nghiên cứu này còn được sử dụng tính toán mức

độ dinh dưỡng của hệ đầm phá Tam Giang – Cầu Hai (Thừa Thiên Huế) Tuy nhiên, phương pháp này chưa tính toán đến quá trình khuếch tán vật chất trong không gian và chỉ giới hạn tại một số điểm nhất định

Trong khuôn khổ đề tài cấp Bộ Thủy sản, Trần Lưu Khanh và các cộng sự cũng đã tiến hành nghiên cứu sức chịu tải và khả năng tự làm sạch tại khu vực nuôi cá lồng bè ở Phất Cờ (Quảng Ninh) và Tùng Gấu (Hải Phòng) dựa trên quá trình chuyển hóa các hợp chất dinh dưỡng, hữu cơ cũng như chế độ thủy động lực tại thủy vực nghiên cứu

Trong một số nghiên cứu thuộc chương trình cấp Nhà nước và cấp Bộ, các đề tài đã triển khai theo hướng: đánh giá nguồn thải (như ô nhiễm biển do sông tải ra, thuộc đề tài KT.03.07 - 1996), đánh giá tổn thất môi trường do các hoạt động kinh tế gây ra với vùng ven biển Tuy nhiên, những nghiên cứu này chưa thể hiện được mức độ chi tiết cao trong thủy vực nhỏ và

số các biến môi trường còn hạn chế, đồng thời còn mang tính chất vĩ mô cho khu vực nghiên cứu

Tại khu vực vịnh Cam Ranh,tuy đã có một số công trình nghiên cứu về môi trường của các đề tài cấp nhà nước và cấp tỉnh do GS-TS Mai Trọng Nhuận (2008), Phạm Văn Thơm (2005,2008) đã đánh giá sơ bộ về vịnh chính hoặc hiện trạng tại khu vực khảo sát Gần đây nhất việc nghiên cứu liên quan tới sự truyền tải các vật chất từ các cửa sông, các quá trình tự làm sạch môi trường do PGS-TS Bùi Hồng Long, ThS Nguyễn Hữu Huân (2011) đã sử dụng phương pháp mô hình hóa quá trình sinh học để nghiên cứu quá trình tự làm sạch của môi trường biển khu vực vịnh Cam Ranh với nguồn thải là các nhà máy và các khu công nghiệp

Đề tài sử dụng mô hình ECOSMO để tính toán, mô phỏng quá trình lan truyền một số thành phần vật chất gây ô nhiễm, các quá trình sinh hóa từ đó có những đánh giá về quá trình tự làm sạch vịnh Bên cạnh đó còn có các công trình nghiên cứu về môi trường khu vực này nhưng thường tập trung phân tích hiện trạng môi trường và chưa có nhiều kết quả nghiên cứu dựa trên các mô hình số trị để có thể mô phỏng quá trình lan truyền các vật chất gây ô nhiễm vịnh từ các cửa sông dựa trên mối liên hệ với quá trình động lực Ngoài ra, do các yếu tố bảo đảm

về bí mật của căn cứ quân sự Cam Ranh nên trước 2008 chưa có đề tài nào nghiên cứu qui mô toàn vịnh Cam Ranh Phần lớn các nghiên cứu đều tập trung đánh giá phần phía nam vịnh Cam Ranh (là phần vịnh lớn) mà chưa đánh giá được phần đầm Thủy Triều ở phía bắc vịnh Cam Ranh “Theo quan điểm khoa học, khi nghiên cứu tài nguyên sinh vật, cụ thể nghiên cứu các hệ sinh thái và nguồn lợi của vịnh Cam Ranh không nên và không thể tách rời đầm Thủy Triều…” (GS.TS Mai Trọng Nhuận- 2008) Theo bản đồ qui hoạch của tỉnh Khánh Hòa định hướng đến năm 2020 thì đầm Thủy Triều ngày càng đóng vai trò quan trọng đến chất lượng môi trường nước toàn vịnh Cam Ranh Vì thế, tính toán lan truyền vật chất ô nhiễm vịnh Cam Ranh dựa trên công cụ phần mềm MIKE là một hướng nghiên cứu mới mà học viên lựa chọn

1.2 MIKE 21 HD

1.2.1 Cơ sở toán học

Mô hình MIKE 21 HD là gói công cụ trong bộ phần mềm DHI được xây dựng bởi Viện Thủy Lực Hà Lan, đây là mô hình tính toán dòng chảy hai chiều trong một lớp chất lỏng đồng nhất theo phương thẳng đứng

Các phương trình nước nông

Các phương trình động lượng và liên tục tích phân trên toàn bộ cột nước h = η+d trong các phương trình nước nông được viết lại như sau:

Phương trình truyền tải nhiệt độ và độ muối

Các phương trình truyền tải nhiệt - muối tích phân trên toàn bộ cột nước được viết dưới dạng:

Phương trình truyền tải cho đại lượng vô hướng (scalar quantity)

Các phương trình truyền tải đại lượng vô hướng tích phân theo độ sâu có dạng:

(1.8)

Ứng suất đáy

Ứng suất đáy, được xác định từ định luật ma sát bậc hai

(1.9)

Ứng suất mặt

Ứng suất bề mặt được xác định thông qua gió bề mặt Ứng suất mặt được tính toán dựa trên công thức thực nghiệm:

(1.13)

1.2.2 Phương pháp số

a Rời rạc hóa miền không gian

Miền tính được rời rạc hóa bằng phương pháp phần tử hữu hạn Theo phương pháp này, miền tính toán được chia nhỏ thành các phần tử liên tục không chồng nhau Trong không gian hai chiều, vùng tính toán có thể được rời rạc hóa thành từng phần tử dạng đa giác, tứ giác hoặc tam giác

Các phương trình nước nông

Dạng tổng quát của hệ các phương trình nước nông có thể được viết dưới dạng:

(1.16)

a Tích phân theo thời gian

Các phương trình dạng tổng quát được viết:

((1.22)

b Các điều kiện biên

Biên kín

Dọc theo các biên kín (biên đất liền), thông lượng trao đổi qua các biên này thường được áp đặt là giá trị 0 cho tất cả các biên Đối với các phương trình động lượng điều này hướng đến điều kiện biên trượt hoàn toàn dọc theo biên đất

Biên mở

Các điều kiện biên mở có thể được đưa vào theo các dạng là lưu lượng hoặc dao động mực nước mặt cho các phương trình thủy động lực Với các phương trình truyền tải, điều kiện biên có thể là các giá trị xác định hoặc giá trị gradient

Điều kiện khô và ướt

Các giải pháp xử lý các vấn đề về biên di động (front khô và ướt) dựa trên các nghiên cứu của Zhao và cộng sự (1994) và Sleigh và cộng sự (1998) Khi các trường độ sâu nhỏ, vấn đề xảy

ra là các phần tử được loại bỏ từ việc tính toán Công thức tính toán được xây dựng lại bởi sự giảm thông lượng động lượng tới giá trị không và chỉ tính toán tới thông lượng khối lượng

Độ sâu của mỗi phần tử biến đổi và các phần tử được sắp xếp thành các loại khô, bán khô, ướt Khi đó bề mặt các phần tử được kiểm tra để xác định các điều kiện biên ướt

Bề mặt của một phần tử được xác định là ngập nếu thỏa mãn hai tiêu chuẩn: thứ nhất, độ sâu nước tại một cạnh của bề mặt phải nhỏ hơn độ sâu tới hạn khô hdry, và độ sâu nước ở cạnh khác của bề mặt lớn hơn độ sâu độ sâu tới hạn ngập hflood Thứ hai, độ sâu tổng cộng của nước tĩnh tại cạnh có độ sâu nhỏ hơn hdry và mực nước bề mặt tại cạnh khác đều phải lớn hơn giá trị

0

Một phần tử được gọi là khô nếu độ sâu nước nhỏ hơn độ sâu giới hạn khô hdry, và không một cạnh nào bị ngập Phần tử này bị loại ra khỏi miền tính toán

Một phần tử xem như là ngập một phần nếu nếu độ sâu nước lớn hơn hdry và nhỏ hơn độ sâu giới hạn ướt, hoặc khi độ sâu nhỏ hơn hdry và một trong số các cạnh khác là biên ngập nước Trong trường hợp này thông lượng động lượng bằng không và chỉ có thông lượng khối lượng được tính

Một phần tử được gọi là ướt nếu độ sâu nước lớn hơn hwet Trong trường hợp này cả hai thành phần thông lượng khối lượng và thông lượng động lượng được tính

Độ sâu ướt hwet phải lớn hơn độ sâu khô giới hạn hdry và độ sâu giới hạn ngập hflood, được xác định theo điều kiện hdry < hflood < hwet

1.3 MÔĐUN ECOLAB

1.3.1 Cơ sở lý thuyết

Động lực học của bình lưu các biến trạng thái trong ECO Lab có thể được mô tả bằng các phương trình truyền tải của vật chất không bảo toàn, có dạng:

(1.25)

1.3.2 Ôxy hòa tan (DO) và nhu cầu ôxy sinh hóa (BOD)

a Ôxy hòa tan (DO)

DO là lượng ôxy hoà tan trong nước cần thiết cho sự hô hấp của các sinh vật nước (cá, lưỡng thê, thuỷ sinh, côn trùng v.v ) thường được tạo ra do sự hoà tan từ khí quyển hoặc do quang hợp của tảo, Nồng độ ôxy tự do trong nước phụ thuộc vào nhiệt độ, sự phân huỷ hoá chất,

sự quang hợp của tảo và v.v Khi nồng độ DO thấp, các loài sinh vật nước giảm hoạt động hoặc bị chết Do vậy, DO là một chỉ số quan trọng để đánh giá sự ô nhiễm nước của các thuỷ vực

Quá trình cân bằng ôxy được xem xét theo các mức độ phức tạp khác nhau của cân bằng tùy thuộc vào mục đích của người sử dụng Có 4 mức độ khác nhau mô tả cân bằng khối DO, trong phạm vi nghiên cứu của luận văn, chỉ tập trung vào mức cân bằng bậc 3 Mức cân bằng này giả thiết rằng sự biến đổi của nồng độ ôxy là tổng hợp của các quá tương tác nước - khí quyển (mặt phân cách), quá trình đạm hóa, nhu cầu ôxy sinh hóa, quá trình quang hợp, quá trình hô hấp, nhu cầu ôxy trầm tích (chỉ ở đáy) Các quá trình đó được mô tả bằng phương trình cân bằng sau:

(1.29)

trong đó:

a Nhu cầu ôxy sinh hoá (BOD)

BOD (Biochemical oxygen Demand - nhu cầu oxy sinh hoá) là lượng oxy cần thiết để vi sinh

vật oxy hoá các chất hữu Trong môi trường nước, khi quá trình oxy hoá sinh học xảy ra thì các vi sinh vật sử dụng oxy hoà tan, vì vậy xác định tổng lượng oxy hoà tan cần thiết cho quá trình phân huỷ sinh học là phép đo quan trọng đánh giá ảnh hưởng của một dòng thải đối với nguồn nước BOD có ý nghĩa biểu thị lượng các chất thải hữu cơ trong nước có thể bị phân huỷ bằng các vi sinh vật

Dạng cân bằng của nhu cầu ôxy sinh hóa (BOD) được mô tả bằng phương trình:

(1.30 )

Giải thích các từ ngữ:

1.3.3 Các hợp phần của Nitơ

a Hợp phần Amôni (NH 3 - )

Dạng cân bằng của thành phần Amoni được thể hiện thông qua phương trình sau:

(1.31)

b Hợp phần Nitrite (NO 2 - )

Dạng cân bằng của hợp phần nitrite được mô tả bằng phương trình:

(1.32)

c Hợp phần Nitrate (NO 3 - )

Các nhân tố ảnh hưởng tới quá trình cân bằng khối nitrite được cho bởi phương trình

(1.33 )

1.3.4 Hợp phần của Photpho

BOD chứa đựng photpho Khi BOD bị phân hủy lượng photpho này sẽ được giải phóng dưới dạng của muối photphat Để xác định sự phấp thụ của các muối photpho trong các sản phẩm của tảo, phương trình chủ đạo về chuyển đổi gốc muối có dạng

(1.34)

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VÙNG NGHIÊN CỨU

2.1 TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN

2.1.1 Vị trí địa lí

Vịnh Cam Ranh nằm phía nam thành phố Nha Trang, phía đông thành phố Cam Ranh, thuộc tỉnh Khánh Hòa, giới hạn bởi các kinh độ 109o07,171’ và 109o12,967’ Đông, các vĩ độ 12o 49.227’ và 12o07.011’ Bắc là một vực nước tương đối kín và thường được phân biệt thành 2 thành phần:

- Đầm Thủy Triều kéo dài từ phía nam núi Cù Hin đến Mỹ Ca, phần này dài khoảng 16km và có chiều ngang hẹp, chỗ hẹp nhất chỉ đạt khoảng 250m

- Phần trong của vịnh Cam Ranh có chiều dài hơn 19km, chiều ngang chỗ rộng nhất khoảng 7km, thong với phần ngoài qua eo Sộp rộng 1,4km

Bao chung quanh khu vực vịnh Cam Ranh có 11 xã/phường thuộc thành phố Cam Ranh (các phường Cam Phúc Bắc, Cam Phúc Nam, Cam Phú, Cam Thuận, Cam Linh, Cam Lợi, Ba Ngòi, các xã Cam Nghĩa, Cam Thịnh Đông, Cam Bình, Cam Lập) và 5 xã thuộc huyện Cam Lâm (xã Cam Hòa, Cam Hải Đông, Cam Hải Tây, Cam Đức và Cam Thành Bắc)

Phân bố tập trung dọc bờ tây của vực nước là các khu dân cư, các cơ sở công nghiệp (nhà máy đường, nhà máy đóng tàu, nhà máy chế biến thủy sản,…) các cảng hàng hóa (công suất khoảng 400 lượt tàu/năm) và cảng cá Ba Ngòi Các sự cố về môi trường thỉnh thoảng xảy ra ở các khu vực lân cận điểm xả thải của nhà máy đường , các ao nuôi thủy sản cũng phát triển chủ yếu theo ven bờ tây và nam

2.1.2 Đặc điểm gió

Hoạt động của gió theo hai hướng chủ yếu trong năm: hướng đông nam và tây nam (thịnh hành trong mùa khô), bắc và đông bắc (thịnh hành trong mùa mưa) tốc độ gió trung bình từ 3,6 đến 5,1 m/s Gió khô nóng tập trung vào một số ngày trong tháng 8 với tính chất làm tăng nhiệt độ, giảm độ ẩm trong không khí Do dặc điểm địa hình chi phối nên làm thay đổi cả tốc

độ và hướng gió ở Cam Ranh so với các vùng khác trong vùng biển Khánh Hòa Ở Nha Trang, tần suất gió hướng đông vượt quá 30% trong hầu hết các tháng mùa hạ, ở Cam Ranh vào thời kỳ này tần suất gió tây nam lại lấn át so với gió đông nam

Ngoài ra, vùng Cam Ranh còn chịu sự tác động tổng hợp của hai hệ thống gió mùa và gió đất – biển đã tạo nên những đặc điểm khác biệt trong biến động ngày đêm của gió trong khu vực Vào mùa hè, gió thổi từ đất liền ra biển với tốc độ tương đối nhỏ nhưng vào buổi tối, gió thổi từ biển vào bờ với tốc độ tương đối lớn Vào các buổi chiều, từ tháng XI đến tháng I, gió thổi chủ yếu từ hướng Bắc, từ tháng II đến tháng III gió có hướng đông – đông bắc, từ tháng IV đến tháng V gió lại có hướng đông – đông nam, từ tháng VI đến tháng VIII gió lại có hướng tây – nam, từ tháng IX đến tháng XII gió chuyển dần từ tây nam sang đông nam và cuối cùng

ổn định ở hướng nam vào tháng XI đến hết tháng I năm sau

2.1.3 Đặc điểm thủy, hải văn

a Đặc điểm thủy văn

Hệ thống sông suối trong khu vực nghiên cứu không nhiều, bắt nguồn chủ yếu từ vùng đồi núi kéo dài thành hình cánh cung từ phía bắc (núi Cù Hin) vòng qua phía tây đến phía nam và đông nam (bán đảo Sộp) Một số lưu vực nằm trên địa phận của các tỉnh lân cận Các sông suối hầu hết đều mang đặc trưng của địa hình khu vực miền trung là ngắn, dốc và nhỏ Đáng chú ý có các hệ thống sông sau đây:

- Sông Trường gồm 2 nhánh có chiều dài nguyên thủy là 11,4km và 17 km đổ vào khu vực đỉnh đầm Do việc xây đập thủy lợi Cam Ranh Thượng, chiều dài thực tế hiện nay của các nhánh sông này còn lần lượt là 9,8km và 8km hệ thống sông này nhận nước từ một lưu vực rộng 109,2km2 Nước từ một phần lưu vực rộng khoảng 62,3km được giữ lại bởi hồ thủy lợi Cam Ranh Thượng có diện tích 2.400.000 m2, dung tích 22 triệu m2 Ngoài việc cấp nước tưới, một phần nước qua đập tràn được dẫn về Cam Đức dung trong cấp nước sinh hoạt Phần sông phía đông nhận được nước từ lưu vực rộng 46,9km2

trong đó 31,8km2 là sườn phía nam núi Cù Hin, vùng còn lại là đồng bằng cát

- Sông Cạn (còn được gọi là suối Nước Ngọt) có chiều dài 20km, đổ vào phần phía bắc vịnh Cam Ranh Sông này chỉ có nước vào mùa mưa, lượng nước không lớn

- Sông Trà Dục, còn được gọi là sông Tà Rục, có chiều dài 22km và Suối Hành (dài 19km) đổ vào phía tây nam vịnh ở khu vực gần cảng Ba Ngòi; lưu vực của 2 sông này rộng 186km2

Phía trên đã xây dựng đập Tà Rục để ngăn nước từ phần lưu vực rộng 63,3km2

phía tây sông

Tà Dục Dung tích thiết kế của hồ này là 22,65 triệu m3 Ở thượng nguồn Suối Hành cũng có đập Suối Hành đã đi vào sử dụng từ nhiều năm nay Dung tích của hồ là 8 triệu km3

- Đổ vào vịnh Cam ranh ở khu vực Cam Thịnh Đông là 2 sông nhỏ có chiều dài lần lượt là 6

và 7km có diện tích lưu vực 25 km2 Tại khu vực Cam Lập có sông Cạn dài 10km được cung cấp nước từ lưu vực rộng 63,3km2

và sông Trâu (diện tích lưu vực 94,5km2, chủ yếu nằm trong địa phận tỉnh Ninh Thuận) Sông Cạn hầu như chỉ có nước vào mùa mưa Trong lưu vực sông Trâu, vào năm 2005 tỉnh Ninh Thuận đã xây dựng đập thủy điện sông Trâu (dung tích 33 triệu m3) nên lượng nước đổ vào vịnh Cam Ranh không đáng kể

Phía đông nam là vùng núi đá của bán đảo Sộp Diện tích lưu vực 50,0km2, khu vực này có các suối nhỏ và ngắn đổ trực tiếp vào vịnh trong đó có suối Nước Ngọt có khả năng sử dụng vào việc phục vụ du lịch Ngoài ra còn có các suối nhỏ tích nước vào mùa mưa

b Đặc điểm hải văn:

Sóng biển: do Cam Ranh là vịnh kín nên sóng ở khu vực này nhỏ và yếu Đặc trưng của sóng thay đổi theo mùa: vào mùa khô, ở phía bắc của vịnh Cam Ranh và vùng cửa vịnh, sóng thường nhỏ hơn ở phía nam độ cao của sóng hướng tây nam thường nhỏ hơn nhiều so với hướng đông bắc

Thủy triều: vùng biển Khánh Hòa trải dài theo chiều kinh tuyến, với khoảng 120km và có nhiều vũng vịnh sâu, kín, khúc khuỷu Vì vậy, chế độ thủy triều biến đổi từ vùng này sang vùng khác ở khu vực vịnh Cam Ranh, chế độ triều là bán nhật triều, biên độ triều trung bình 1,5m

Dòng chảy: phân bố dòng chảy trên toàn bộ bề mặt vịnh tương đối phức tạp, phương

và chiều của dòng chảy tại các điểm biến đổi khá rõ rệt Theo số liệu khảo sát tháng 8 năm

2003 cho thấy: vận tốc dòng chảy cao nhất tại tầng mặt là 46cm/s ở khu vực trung tâm vịnh, tốc độ dòng chảy dao động trong khoảng 6 – 46cm/s, cao hơn ở khu vực đầm Thủy Triều (tốc

độ nhỏ khoảng 4-7cm/s) Tại các eo và khu vực hẹp tốc độ dòng chảy tương đối lớn: mũi Hòn Lương 26cm/s, vùng bở thôn Mỹ Ca 32cm/s Vào pha triều lên, có thể thấy xu thế truyền triều từ đông sang tây, từ nam lên bắc Đặc biệt, giai đoạn khảo sát vào thời kỳ triều cường vì vậy tốc độ và hướng dòng tầng mặt và đáy sai khác rất ít

2.1.4 Đặc điểm nhiệt - muối

Vịnh Cam Ranh là vịnh tương đối nhỏ và độ sâu trung bình tương đối thấp Khả năng trao đổi nước giữa vịnh và Biển Đông tương đối ma ̣nh thông qua cửa lớn phía đông nam Mặt khác, vịnh Cam Ranh không chịu ảnh hưởng bởi khối nước ngọt từ hệ thống cửa sông nên bức tranh phân bố nhiệt muối thể hiện rất đặc trưng của nước biển từ ngoài cửa lớn truyền vào vịnh Trên cơ sở phân tích xu thế biến động theo không gian và thời gian các yếu tố nhiệt - muối cho thấy: Nhiệt độ nước có thể đạt cực đại 32,0°C vào mùa hè, đạt cực tiểu 20,27°C vào mùa đông, độ muối đạt cực đại 34,42‰ vào mùa hè và cực tiểu 29.51‰ vào mùa đông

Phân bố nhiệt độ tầng mặt: nhiệt độ giảm dần từ 32°C ở đỉnh đầm Thủy Triều đến 25°C ở cửa vịnh Nhiệt độ thấp nhất là 24,53°C, cao nhất là 32,33°C, nhiệt độ trung bình của tầng mặt toàn vịnh là 28,21°C Phân bố nhiệt độ tầng đáy: nhiệt độ giảm dần từ đỉnh đầm Thủy Triều ra tới cửa vịnh Cam ranh (từ 31,5°C xuống 21°C) Nhiệt độ thấp nhất là 20,27°C, nhiệt độ cao nhất là 32,16°C, trung bình tầng đáy toàn vịnh là 23,55°C Sự chênh lệch của nhiệt độ trung bình ở tầng đáy so với tầng mặt tương đối cao (5,58°C)

Phân bố độ mặn ở tầng mặt: các đường đồng mức độ mặn có giá trị giảm dần từ cửa vịnh lên phía bắc Biến đổi độ mặn theo không gian tương đối rõ rệt và đều đặn so với nhiệt độ độ mặn thấp là 30,59‰, cao nhất là 34,16‰, mức chênh lệch là 3,57‰, giá trị trung bình tầng mặt là 33,47‰ Phân bố độ mặn ở tầng đáy, các đường đẳng độ mặn cũng có giá trị giảm dần từ cửa vịnh trở vào nhưng mức độ chênh lệch cao hơn một chút Cực tiểu độ mặn là 29,51‰,

cực đại là 34,42‰ và độ mặn trung bình 33,85‰ Chênh lệch độ mặn trung bình giữa tầng mặt và tầng đáy là 0,38‰

2.1.5 Đặc điểm dòng chảy

Dòng chảy vịnh Cam Ranh cũng chịu ảnh hưởng chủ yếu bởi ba yếu tố chính: Hệ thống gió mùa và gió địa phương, địa hình khu vực vịnh, quá trình truyền triều từ biển vào Tuy nhiên, vịnh tương đối kín chỉ thông qua ra biển khơi bằng một cửa duy nhất, độ sâu và chiều rộng của vịnh không lớn, vịnh trải dài, phần đỉnh vịnh nhỏ hẹp nên dòng chảy ở đây hoàn toàn bị chi phối bởi dòng triều

Vào mùa khô, dòng chảy tầng mặt trừ khu vực đầm Thủy Triều các khu vực khác có độ sâu tương đối lớn D ≈ 20m, do đó tốc độ dòng chảy phân bố tương đối đều Vtb ≈ 0,15m/s, Vmax ≈ 0.27m/s, tốc độ dòng chảy lớn xuất hiện dọc trung tâm của vịnh, vịnh Bình Ba Dải ven bờ phía tây và đầm thủy triều có tốc độ dòng chảy nhỏ hơn Do khu vực có độ sâu lớn tập trung dọc theo trục vịnh nên hướng dòng chảy chỉ có chiều vào và ra Riêng khu vực phía nam của vịnh đã hình thành hoàn lưu xoáy thuận tương đối rõ nét Điều này có thể lý giải do vịnh Cam ranh là một lạch hẹp, sâu nên dòng triều trên các tầng là tương đối đồng nhất Nhìn chung khả năng trao đổi nước trên toàn vịnh vào mùa khô là tương đối tốt, trừ dải ven bờ phía tây đầm Thủy Triều (nơi có độ sâu nhỏ)

Vào mùa mưa, dòng chảy tầng mặt có tốc độ lớn tại khu vực trung tâm vịnh dao động trong khoảng Vtb ≈ 0,25m/s, Vmax ≈ 0.50m/s và có xuất hiện xoáy thuận phía nam tương đối rõ nét Khả năng trao đổi nước trên toàn vịnh là khá tốt Theo đánh giá của các đề tài khác, thời kỳ này ngoài tác động của dòng chảy thì còn có tác động đáng kể của sóng mặt giúp quá trình trao đổi nước được tốt hơn

Sự phân bố của dòng chảy tại vịnh Cam Ranh cho thấy dòng triều có vai trò quyết định trong quá trình trao đổi nước của vịnh Trong vịnh Cam Ranh có dòng chảy đồng nhất cà về hướng

và cường độ, hướng dòng chảy tập trung theo xu thế chảy vào – ra Khu vực phía nam vịnh hình thành tương đối rõ nét hoàn lưu xoáy thuận Phần phía đông trao đổi nước tốt hơn bờ tây Nhìn chung đây là vịnh có sự trao đổi nước với biển lớn rất tốt

2.1.6 Đặc điểm thủy triều và dao động mực nước

Vịnh Cam Ranh có dòng chảy chịu tác động của thủy triều là chủ yếu do đó trao đổi nước, khả năng tự làm sạch, khả năng chống tai biến thiên nhiên phụ thuộc chặt chẽ vào chế độ triều cũng như dao động mực nước Vì vịnh trao đổi với biển lớn thông qua 1 cửa nên chịu ảnh hưởng của chế độ triều trong khu vực biển Khánh Hòa Thủy triều trong khu vực biển Khánh Hòa mang tính chất nhật triều không đều Các kết quả nghiên cứu và tính toán từ số liệu mực nước tại trạm Cầu Đá Nha Trang cho thấy rằng, giá trị của chỉ số Vaderstok là 2.6 Kết quả thống kê cùng chỉ ra rằng: mực nước cao nhất là 235cm, mực nước thấp nhất là 4cm, mực nước trung bình là 124cm Biên độ dao động mực nước lớn nhất trong năm là 222cm, trung bình là 212cm

2.2 ĐẶC ĐIỂM KINH TẾ - XÃ HỘI

Thành phố Cam Ranh gồm 9 phường và 18 xã Tổng dân số thành phố ước đạt 500.224 người, với mật độ dân số đạt 400 người/km2 Dân cư chủ yếu là dân tộc Kinh, phân bố không đồng đều, tập trung đông ở tất cả các phường và một số xã như Cam Đức, Cam Bình, Cam Thành Bắc, Cam Hải Tây,… nơi nằm ven các trục giao thông, cảng biển hoặc là địa bàn thuận lợi cho hình thành, phát triển đô thị và các khu công nghiệp, địch vụ, du lịch

Thành phố Cam Ranh có nhịp độ phát triển các ngành kinh tế khá cao, đặc biệt là trong các ngành công nghiệp, dịch vụ và du lịch Khu vực mang các đặc điểm địa sinh thái của vùng ven biển Nam Trung Bộ, vì thế tài nguyên ven biển tạo các sinh kế chính cho cộng đồng bên