Áp dụng mô hình MIKE 21 tính lan truyền chất ô nhiễm nước từ nguồn thải công nghiệp vùng cửa sông ven biển quận Hải An, thành phồ Hải Phòng.

Ô nhiễm nguồn nước là một trong những thách thức toàn cầu đối với tất cả các quốc gia trên thế giới. Đây là một trong những tác động rõ nét nhất của phát triển kinh tế đến môi trường và sức khoẻ con người. Thông thường, có 3 nguồn thải chính gây ô nhiễm nguồn nước là nguồn thải sinh hoạt, nguồn thải nông nghiệp và nguồn thải công nghiệp. Ở nhiều quốc gia trên thế giới – trong đó có Việt Nam, rất nhiều nguồn thải đổ trực tiếp ra nơi tiếp nhận mà chưa qua xử lý. Trong khi nước thải sinh hoạt chủ yếu mang theo chất ô nhiễm hữu cơ và vi sinh vật gây hại thì nguồn nước thải nông nghiệp thường gồm thành phần thuốc bảo vệ thực vật cho cây trồng và nước thải công nghiệp thường mang theo lượng lớn kim loại nặng, chất độc hại. Khu kinh tế Đình VũCát Hải là một trong hai khu kinh tế ven biển ở miền Bắc Việt Nam, được thành lập vào tháng 01 năm 2008. Toàn bộ diện tích của khu khoảng 216 km², bao trùm một phần huyện Thủy Nguyên (cụ thể là các xã Trung Hà, Thủy Triều, An Lư, Ngũ Lão, Phục Lễ, Phả Lễ, Lập Lễ, Tam Hưng), đảo Vũ Yên, đảo Đình Vũ, đảo Cát Hải của thành phố Hải Phòng. Ranh giới của khu kinh tế ở hai phía Bắc và Đông lần lượt là sông Bạch Đằng và sông Giá; phía Nam giáp vịnh Bắc Bộ. Khu kinh tế Đình VũCát Hải được thành lập nhằm phát triển kinh tế hàng hải mà trọng tâm là dịch vụ cảng biển. Việc xây dựng khu kinh tế được đặt trong quy hoạch phát triển vùng kinh tế trọng điểm Bắc bộ, hành lang kinh tế Côn Minh Hà Nội Hải Phòng và vành đai kinh tế vịnh Bắc Bộ. Tuy nhiên, bên cạnh các tác động tích cực trong việc phát triển kinh tế xã hội, các nguồn thải từ khu kinh tế Đình VũCát Hải cũng sẽ tác động đến ngành nuôi trồng thuỷ sản khu vực cửa sông Bạch Đằng nơi tiếp nhận nguồn thải của khu kinh tế Đình Vũ thuộc quận Hải An. Từ vùng cửa sông, chất ô nhiễm tiếp tục sẽ gây hệ luỵ đến chất lượng nước vùng biển bên ngoài. Do đó, học viên đã chọn và thực hiện đề tài luận văn thạc sỹ: “Áp dụng mô hình MIKE 21 tính lan truyền chất ô nhiễm nước từ nguồn thải công nghiệp vùng cửa sông ven biển quận Hải An, thành phố Hải Phòng”. Đề tài này sẽ tập trung đánh giá tác động nguồn thải từ khu kinh tế Đình Vũ đến nơi tiếp nhận nguồn thải là khu vực cửa sông ven biển thuộc quận Hải An thông qua việc sử dụng mô hình phân tích ảnh hưởng của chất ô nhiễm đến việc nuôi trồng thuỷ sản khu vực ven biển huyện Hải An, thành phố Hải Phòng. Luận văn đã ứng dụng thành công mô hình chất lượng nước MIKE 21 mô phỏng quá trình lan truyền một số chất ô nhiễm từ nguồn thải khu công nghiệp Đĩnh Vũ ra nơi tiếp nhận. Kết quả hiệu chỉnh cho thấy mô hình MIKE 21 tương đối phù hợp với khu vực nghiên cứu. Luận văn đã sử dụng mô hình để mô phỏng trường hợp xảy ra sự cố với nhà máy xử lý nước thải của khu công nghiệp, từ đó đề xuất một số giải pháp để ứng phó sự cố. Cụ thể các kết quả đạt được của luận văn như sau: Khái quát tình hình nghiên cứu mô phỏng lan truyền chất ô nhiễm trong nước và trên thế giới. Nghiên cứu, tổng hợp tài liệu về điều kiện tự nhiên kinh tế xã hội, chất lượng nước ven biển Đình Vũ, hiện trạng hoạt động cũng như đặc trưng nguồn thải của khu công nghiệp Đình Vũ. Qua đó cho thấy, khu vực nghiên cứu có nhiều khu công nghiệp, hải cảng đã, đang và sẽ đi vào hoạt động sẽ góp phần quan trọng trong phát triển kinh tế xã hội và cũng là khu vực chịu áp lực về môi trường trong tương lai. Thu thập số liệu xả thải cũng như nồng độ một số chất của khu công nghiệp Đình Vũ và khu công nghiệp lân cận trong khu vực nghiên cứu. Thiết lập được bộ thông số thủy lực MIKE 21 HD cho mô hình với kết quả hiệu chỉnh và kiểm nghiệm tốt, chỉ số Nash Sutcliffe lần lượt đạt 89% và 90%. Thiết lập được bộ thông số cho mô đun chất lượng nước EcoLab với kết quả hiệu chỉnh và kiểm nghiệm tốt, sai số mô đun chất lượng nước EcoLab ở mức dưới 20%. Mô phỏng hai kịch bản xảy ra sự cố nhà máy xử lý nước thải tập trung của khu công nghiệp, từ đó đưa ra một số giải pháp nhằm ứng phó trường hợp xảy ra sự cố nói trên. Bên cạnh những kết quả đã đạt được, luận văn vẫn còn tồn tại một số hạn chế: Thiếu số liệu về sóng, dòng chảy, mực nước và số liệu về chất lượng nước theo chuỗi thời gian tại khu vực nghiên cứu để nâng cao độ chính xác quá trình hiệu chỉnh kiểm định bộ thông số mô hình, từ đó mô phỏng chính xác hơn diễn biến chất lượng nước khu vực ven biển quận Hải An, thành phố Hải Phòng. Hạn chế về thời gian, kinh phí để điều tra khảo sát các nguồn thải cũng như lấy mẫu phân tích chất lượng nước, từ đó cung cấp số liệu chất lượng nước đầy đủ, chính xác cũng như tổng hợp chi tiết các nguồn xả ra khu vực nghiên cứu giúp quá trình mô phỏng nguồn thải vào nơi tiếp nhận được chính xác, đồng thời có có sở dữ liệu đầy đủ để hiệu chỉnh kiểm định tìm bộ thông số mô hình chất lượng nước phù hợp nhất cho khu vực nghiên cứu. Trong phạm vi luận văn mới chỉ thực hiện mô phỏng cho 4 thông số ô nhiễm điển hình Cu, Hg, As, Cd, chưa có điều kiện xét đến các thông số ô nhiễm khác như Phenol, Xyanua, dầu mỡ,… Để có thể đánh giá một cách toàn diện tác động khu công nghiệp đến khu vực nghiên cứu thì cần tiếp tục đánh giá thêm các chất ô nhiễm từ nguồn thải công nghiệp trong thời gian tới.

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

Nguyễn Văn Nhật

ÁP DỤNG MÔ HÌNH MIKE 21 TÍNH LAN TRUYỀN CHẤT Ô NHIỄM NƯỚC TỪ NGUỒN THẢI CÔNG NGHIỆP VÙNG CỬA SÔNG VEN

BIỂN QUẬN HẢI AN, THÀNH PHỐ HẢI PHÒNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – Năm 2018

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

-

Nguyễn Văn Nhật

ÁP DỤNG MÔ HÌNH MIKE 21 TÍNH LAN TRUYỀN CHẤT Ô NHIỄM NƯỚC TỪ NGUỒN THẢI CÔNG NGHIỆP VÙNG CỬA SÔNG VEN

BIỂN QUẬN HẢI AN, THÀNH PHỐ HẢI PHÒNG

Chuyên ngành: Khoa học môi trường

Mã số: 8440301.01

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS TS NGUYỄN CHU HỒI

Hà Nội – Năm 2018

MỤC LỤC

Mục lục i

Danh Mục Bảng Biểu iii

Danh mục hình iv

Bảng ký hiệu viết tắt vi

Mở đầu 1

Chương 1: Tổng quan 4

1.1 Tình hình nghiên cứu mô hình lan truyền chất ở ven biển 4

Tình hình nghiên cứu mô hình lan truyền chất ở ven biển trên thế giới 4

Tình hình nghiên cứu mô hình lan truyền chất ở ven biển Việt Nam 6

1.2 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng mô hình MIKE 21 8

Tình hình nghiên cứu và ứng dụng MIKE 21 trên thế giới 8

Tình hình nghiên cứu và ứng dụng MIKE 21 ở Việt Nam 11

1.3 Tình hình nghiên cứu chất lượng môi trường khu vực Hải Phòng 12

1.4 Mô tả tóm tắt vùng nghiên cứu 14

Giới thiệu về khu công nghiệp Đình Vũ 14

Các hoạt động của khu công nghiệp Đình Vũ 15

Đặc trưng điều kiện tự nhiên 16

Điều kiện thủy hải văn 23

Đặc điểm thuỷ sinh vật 25

1.5 Đặc trưng nguồn thải khu công nghiệp Đình Vũ 27

Chương 2: Đối tượng, phạm vi và phương pháp nghiên cứu 29

2.1 Đối tượng nghiên cứu 29

2.2 Phạm vi nghiên cứu 29

Phạm vi địa lý 29

Phạm vi vấn đề 29

2.3 Phương pháp nghiên cứu 30

Phương pháp thu thập và tổng hợp thông tin 30

Phương pháp kế thừa 30

Phương pháp mô hình toán 30

Phương pháp bản đồ 38

Phương pháp xử lý thông tin và dữ liệu 39

Chương 3: Kết quả nghiên cứu và thảo luận 40

3.1 Một số vấn đề chất lượng nước cửa sông ven biển 40

3.2 Mô phỏng lan truyền chất trong nước khu vực nghiên cứu 43

Xây dựng miền tính 43

Một số chỉ tiêu sử dụng để đánh giá mức độ phù hợp kết quả tính toán và thực đo các mô hình sử dụng trong luận văn 45

Thiết lập và hiệu chỉnh mô hình sóng 45

Thiết lập và hiệu chỉnh mô hình thuỷ lực 49

Thiết lập và hiệu chỉnh mô hình lan truyền chất 56

Kết quả mô phỏng lan truyền nồng độ một số kim loại nặng năm 2016 63

Trường hợp xảy ra sự cố 67

Nhận xét 85

3.3 Đề xuất giải pháp giảm thiểu tác động ô nhiễm của nguồn thải công nghiệp 85

Kết luận và khuyến nghị 91

Tài liệu tham khảo 93

Phụ lục 96

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1-1: Nhiệt độ trung bình tháng ở khu vực nghiên cứu (oC) 17

Bảng 1-2: Độ ẩm tương đối trung bình tháng ở khu vực nghiên cứu (%) 17

Bảng 1-3: Lượng mưa bình quân tháng, năm ở khu vực nghiên cứu (mm) 18

Bảng 1-4: Tần suất hướng và tốc độ gió Hòn Dấu mùa khô thời kỳ 1956-2016 19

Bảng 1-5: Tần suất hướng và tốc độ gió Hòn Dấu mùa mưa thời kỳ 1956 -2016 21

Bảng 1-6: Tổng số ngày có sương mù trong tháng và cả năm (ngày) 22

Bảng 1-7: Số ngày có tầm nhìn xa tại trạm Hòn Dấu 23

Bảng 1-8: Trung bình dao động mực nước triều (cm) đặc trưng tại Hòn Dấu 24

Bảng 1-9: Trung bình dao động mực nước triều (cm) theo hai mùa tại Hòn Dấu 24

Bảng 1-10: Danh sách các loài tảo biển khu vực biển An Hải 25

Bảng 1-11: Kết quả phân tích nước thải sau xử lý của khu công nghiệp Đình Vũ 27

Bảng 3-1: Tiêu chí đánh giá các chỉ tiêu chất lượng cho mô hình 45

Bảng 3-2: Bộ tham số mô đun sóng 47

Bảng 3-3: Bộ hệ số tối ưu của mô hình MIKE 21 FM 53

Bảng 3-4: Đánh giá kết quả quá trình hiệu chỉnh kiểm định 55

Bảng 3-5: Một số thông số chính sử dụng trong mô đun chất lượng nước 58

Bảng 3-6: Bảng sai số các chất ô nhiễm tháng 8 năm 2015 59

Bảng 3-7: Bảng sai số các chất ô nhiễm tháng 11 năm 2015 60

Bảng 3-8: Bảng sai số các chất ô nhiễm tháng 8 năm 2016 61

Bảng 3-9: Bảng sai số các chất ô nhiễm tháng 11 năm 2016 62

Bảng 3-10: Các kịch bản mô phỏng sự cố 68

DANH MỤC HÌNH

Hình 1-1: Thành phần khu công nghiệp Đình Vũ 15

Hình 1-2: Hoa gió mùa khô trạm Hòn Dấu thời kỳ 1956 - 2016 19

Hình 1-3: Hoa gió mùa mưa trạm Hòn Dấu thời kỳ 1956 - 2016 20

Hình 2-1: Vị trí khu vực nghiên cứu 29

Hình 2-2: Sơ đồ liên kết các mô hình trong luận văn 39

Hình 3-1: Ảnh vệ tinh khu vực nghiên cứu 43

Hình 3-2: Khu vực nghiên cứu 44

Hình 3-3: Địa hình biển khu vực nghiên cứu 44

Hình 3-4: Độ cao sóng trung bình tính toán và thực đo khu vực nghiên cứu 48

Hình 3-5: Độ cao sóng lớn nhất tính toán và thực đo khu vực nghiên cứu 48

Hình 3-6: Hướng sóng tính toán và thực đo khu vực nghiên cứu 48

Hình 3-7: Gió tháng 8 năm 2016 49

Hình 3-8: Gió tháng 11 năm 2016 50

Hình 3-9: Hoa sóng tháng 8 năm 2016 50

Hình 3-10: Hoa sóng tháng 11 năm 2016 50

Hình 3-11: Vị trí biên đất liền và biên mở 51

Hình 3-12: Số liệu mực nước biển tại trạm hải văn Hòn Dấu 52

Hình 3-13: Kết quả kiểm định tháng 8 năm 2015 tại Trạm Hòn Dấu 54

Hình 3-14: Kết quả kiểm định tháng 11 năm 2015 tại Trạm Hòn Dấu 54

Hình 3-15: Kết quả kiểm định tháng 8 năm 2016 tại Trạm Hòn Dấu 54

Hình 3-16: Kết quả kiểm định tháng 11 năm 2016 tại trạm Hòn Dấu 55

Hình 3-17: Vị trí xả thải của vực xung quanh khu công nghiệp Đình Vũ 56

Hình 3-18: Vị trí quan trắc nước biển ven bờ vùng biển Hải Phòng 57

Hình 3-19: Nồng độ các chất ô nhiễm thực đo và tính toán tháng 8 năm 2015 58

Hình 3-20: Nồng độ các chất ô nhiễm thực đo và tính toán tháng 11 năm 2015 59

Hình 3-21: Nồng độ các chất ô nhiễm thực đo và tính toán tháng 8 năm 2016 61

Hình 3-22: Nồng độ các chất ô nhiễm thực đo và tính toán tháng 11 năm 2016 62

Hình 3-23: Kết quả mô phỏng Asen triều lên 63

Hình 3-24: Kết quả mô phỏng Asen triều xuống 64

Hình 3-25: Kết quả mô phỏng Cd triều lên 64

Hình 3-26: Kết quả mô phỏng Cd triều xuống 65

Hình 3-27: Kết quả mô phỏng Cu triều lên 65

Hình 3-28: Kết quả mô phỏng Cu triều xuống 66

Hình 3-29: Kết quả mô phỏng Hg triều lên 66

Hình 3-30: Kết quả mô phỏng Hg triều lên 67

Hình 3-31: Kết quả mô phỏng asen với kịch bản 1 69

Hình 3-32: Kết quả mô phỏng cadimi với kịch bản 1 71

Hình 3-33: Kết quả mô phỏng đồng với kịch bản 1 73

Hình 3-34: Kết quả mô phỏng thuỷ ngân với kịch bản 1 75

Hình 3-35: Kết quả mô phỏng Asen với kịch bản 2 78

Hình 3-36: Kết quả mô phỏng Cadimi với kịch bản 2 79

Hình 3-37: Kết quả mô phỏng đồng với kịch bản 2 81

Hình 3-38: Kết quả mô phỏng thuỷ ngân với kịch bản 2 83

GFS : Hệ thống dự báo toàn cầu

GIS : Hệ thống thông tin địa lý

HD : Thuỷ động lực

KCN : Khu công nghiệp

NOAA : Cục quản lý khí tượng và đại dương quốc gia Mỹ

QCVN : Quy chuẩn Việt Nam

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Ô nhiễm nguồn nước là một trong những thách thức toàn cầu đối với tất cả các quốc gia trên thế giới Đây là một trong những tác động rõ nét nhất của phát triển kinh tế đến môi trường và sức khoẻ con người Thông thường, có 3 nguồn thải chính gây ô nhiễm nguồn nước là nguồn thải sinh hoạt, nguồn thải nông nghiệp và nguồn thải công nghiệp Ở nhiều quốc gia trên thế giới – trong đó có Việt Nam, rất nhiều nguồn thải đổ trực tiếp ra nơi tiếp nhận mà chưa qua xử lý Trong khi nước thải sinh hoạt chủ yếu mang theo chất ô nhiễm hữu cơ và vi sinh vật gây hại thì nguồn nước thải nông nghiệp thường gồm thành phần thuốc bảo vệ thực vật cho cây trồng và nước thải công nghiệp thường mang theo lượng lớn kim loại nặng, chất độc hại

Trong khi nguồn nước sông đóng vai trò quan trọng trong nông nghiệp thì nguồn nước khu vực cửa sông ven biển tác động trực tiếp đến ngành nuôi trồng thuỷ sản Chất lượng nước sông và vùng cửa sông ven biển biến động phụ thuộc không chỉ vào việc phân bố không gian mà còn theo thời gian của các chất gây ô nhiễm Với hiện trạng kinh tế ngày càng phát triển như hiện nay, việc đánh giá sự thay đổi theo mùa của chất lượng nước mặt là một khía cạnh quan trọng để đánh giá sự tác động của các nguồn xả ra sông và vùng cửa sông ven biển

Khu kinh tế Đình Vũ-Cát Hải là một trong hai khu kinh tế ven biển ở miền Bắc Việt Nam, được thành lập vào tháng 01 năm 2008 Toàn bộ diện tích của khu khoảng

216 km², bao trùm một phần huyện Thủy Nguyên (cụ thể là các xã Trung Hà, Thủy Triều, An Lư, Ngũ Lão, Phục Lễ, Phả Lễ, Lập Lễ, Tam Hưng), đảo Vũ Yên, đảo Đình

Vũ, đảo Cát Hải của thành phố Hải Phòng Ranh giới của khu kinh tế ở hai phía Bắc

và Đông lần lượt là sông Bạch Đằng và sông Giá; phía Nam giáp vịnh Bắc Bộ Khu kinh tế Đình Vũ-Cát Hải được thành lập nhằm phát triển kinh tế hàng hải mà trọng tâm là dịch vụ cảng biển Việc xây dựng khu kinh tế được đặt trong quy hoạch phát triển vùng kinh tế trọng điểm Bắc bộ, hành lang kinh tế Côn Minh - Hà Nội - Hải Phòng và vành đai kinh tế vịnh Bắc Bộ

Tuy nhiên, bên cạnh các tác động tích cực trong việc phát triển kinh tế - xã hội, các nguồn thải từ khu kinh tế Đình Vũ-Cát Hải cũng sẽ tác động đến ngành nuôi trồng thuỷ sản khu vực cửa sông Bạch Đằng - nơi tiếp nhận nguồn thải của khu kinh tế Đình Vũ thuộc quận Hải An Từ vùng cửa sông, chất ô nhiễm tiếp tục sẽ gây hệ lụy đến chất lượng nước vùng biển bên ngoài Do đó, học viên đã chọn và thực hiện đề

tài luận văn thạc sỹ: “Áp dụng mô hình MIKE 21 tính lan truyền chất ô nhiễm nước

từ nguồn thải công nghiệp vùng cửa sông ven biển quận Hải An, thành phố Hải Phòng” Đề tài này tập trung làm rõ tác động nguồn thải từ khu kinh tế Đình Vũ đến

nơi tiếp nhận nguồn thải là khu vực cửa sông ven biển thuộc quận Hải An thông qua việc áp dụng mô hình MIKE 21 phân tích ảnh hưởng của chất ô nhiễm đến việc nuôi trồng thuỷ sản khu vực ven biển huyện Hải An, thành phố Hải Phòng

2 Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu chung

Nắm được phương pháp nghiên cứu lan truyền chất ô nhiễm cho vùng nước cửa sông ven biển, góp phần hiểu được thực trạng và ảnh hưởng của nguồn thải từ khu kinh tế Đình Vũ đến vùng biển nghiên cứu

Mục tiêu cụ thể

- Nghiên cứu ứng dụng mô hình MIKE 21 SW, MIKE 21 FM với các mô đun thuỷ lực (HD) và mô đun EcoLab (Ecolab) trong nghiên cứu chất ô nhiễm từ Khu công nghiệp Đình Vũ, Hải Phòng

- Mô phỏng chế độ thuỷ lực và lan truyền kim loại nặng cho vùng cửa sông ven biển Hải An, Hải Phòng

- Đề xuất được giải pháp bảo vệ môi trường khu vực cửa sông ven biển Hải An

từ kết quả nghiên cứu

3 Phạm vi nghiên cứu

a) Đối tượng nghiên cứu:

- Chế độ thuỷ lực khu vực cửa sông ven biển Hải An, thành phố Hải Phòng

- Khả năng lan truyền kim loại nặng tại điểm xả của khu công nghiệp Đình Vũ

và vùng cửa sông ven biển Hải An, thành phố Hải Phòng

b) Phạm vi địa lý:

Phía đông quận Hải An, Tp Hải Phòng

c) Phạm vi vấn đề:

(i) Mô phỏng chế độ thuỷ lực khu vực cửa sông ven biển quận Hải An;

(ii) Mô phỏng lan truyền kim loại nặng khu vực cửa sông ven biển quận Hải An; (iii) Đề xuất giải pháp bảo vệ môi trường khu vực ven biển Hải An từ kết quả nghiên cứu

4 Cơ sở tài liệu thực hiện luận văn

Số liệu hải đồ của Bộ tư lệnh Hải quân Việt Nam

Số liệu địa hình khu vực nghiên cứu từ các khảo sát, đo đạc nghiên cứu trong một số dự án, đề tài đã thực hiện

Số liệu lưu lượng các biên cửa sông kế thừa từ đề tài “Xây dựng chương trình

dự báo xâm nhập mặn cho khu vực đồng bằng sông Hồng - Thái Bình”

Số liệu gió tái phân tích của mô hình GFS trong hệ thống dữ liệu của NOAA,

độ phân giải của lưới 0.5x0.5

Số liệu mực nước, sóng, gió tại trạm hải văn Hòn Dấu

Báo cáo xả thải của các khu công nghiệp trong khu vực nghiên cứu: KCN Đình

Vũ, công ty Shinetsu, cảng Đình Vũ, cảng Tân Vũ

Chuỗi số liệu quan trắc thực đo chất lượng nước khu vực biển ven bờ thành phố Hải Phòng, nguồn số liệu được cung cấp bởi Trung tâm quan trắc môi trường - Sở Tài nguyên môi trường Hải Phòng

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tình hình nghiên cứu mô hình lan truyền chất ở ven biển

Tình hình nghiên cứu mô hình lan truyền chất ở ven biển trên thế giới

Ngày nay, việc sử dụng các mô hình số để tính toán, mô phỏng, đánh giá chất lượng môi trường nước khu vực biển 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 này được sử dụng

để mô phỏng và dự báo chất lượng nước giúp các nhà quản lý đưa ra những quyết định, giải pháp đối phó với các hiện tượng ô nhiễm tự nhiên và từ các hoạt động của con người Mô hình này cho phép người sử dụng áp dụng trong không gian 1D nhưng cũng có thể mô phỏng tựa 2D và 3D Mô hình WASP cũng có thể liên kết với các mô hình thủy động lực và vận chuyển trầm tích để mô phỏng trường dòng chảy, nhiệt độ,

độ muối và vận chuyển trầm tích Mô hình WASP đã được sử dụng để mô phỏng quá trình yếm khí trong vịnh Tampa; Cung ứng Photpho cho hồ Okeechobee; Quá trình yếm khí tại cửa sông Neuse River; Ô nhiễm vật chất hữu cơ dễ phân hủy tại cửa sông Delaware, ô nhiễm kim loại nặng tại sông Deep, bắc Carolina

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 ô 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 AQUATOX là công cụ hữu hiệu cho các nhà môi trường học, sinh học, những nhà mô hình hóa chất lượng nước và bất kỳ ai cần quan tâm tới việc đánh giá rủi ro và suy giảm các hệ sinh thái 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 hoàn toàn Một đặc điểm linh hoạt của mô hình này là có thể chạy được trong ngôn ngữ Visual Basic hoặc trong môi trường Excel Mô hình có những đặc điểm sau: có thể tính toán trên từng phân đoạn của sông và các nhánh sông Mô hình tính toán chu trình nitơ; Thông qua các chu trình chuyển hóa nitơ để biểu diễn các hợp chất cacbon (loại ôxy hóa nhanh và chậm), các loại cacbon hữu cơ không sống (các phân tử cacbon, nitơ, phốtpho trong các hợp chất hóa học) Các quá trình thiếu hụt ôxy gần tới giá trị không do các quá trình ôxy hóa, trong đó quá trình khử nitơ là bước tương tác đầu tiên Tính toán thông lượng trao đổi ôxy hòa tan và các dinh dưỡng giữa trầm tích và nước

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 mô đun RMA4 là mô hình số trị vận chuyển các yếu tố chất lượng nước phân bố đồng nhất theo độ sâu Mô đun này có thể tính toán sự tập trung của 6 thành phần bảo toàn hoặc không bảo toàn 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 nhóm nghiên cứu của Trường đại học Hamburg (Đức) phát triển Mô hình chủ yếu tính toán dựa trên chu trình của các hợp phần của nitơ và phốtpho trong đó có tính đến cả thực vật và động vật phù du trong nước biển

ECOSMO (ECOSystem MOdel) là mô hình 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 mô đun sinh học (Schrum, 2006) Mô

đun sinh học NPZD dựa trên quá trình chuyển đổi giữa mức đầu tiên và thứ hai trong chuỗi thức ăn và được điều khiển bởi các thông lượng nitơ, photpho và silic Điều quan trọng trong tính toán mô hình này là thống nhất được giới hạn các chu trình dinh dưỡng vĩ mô và động vật phù du như là mô hình chuẩn đoán biến đổi cho các tương tác phi tuyến trong hệ sinh thái của các mức thứ nhất và thứ hai trong chuỗi thức ăn Thêm vào đó, mô hình còn tính toán sự biến đổi các mảnh vụn và ôxy để có thể đánh giá được lượng còn lại và các quá trình ôxy hóa Các tính toán về sinh khối sơ cấp và thứ cấp Mô hình ECOSMO đã được áp dụng một cách thành công trong việc mô tả khu vực có động lực dinh dưỡng yếu ở khu vực Biển Bắc

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 BASINS có thể dùng cho các mục đích sau: Mô phỏng các điều kiện của lưu vực và đánh giá hiện trạng chất lượng nước; Mô phỏng các tác động của việc thay đổi sử dụng đất có tính đến cân bằng nước, mô phỏng các kịch bản nguồn ô nhiễm điểm và diện, xây dựng và phát triển cách quản lý của cả lưu vực Các nhóm tham số của mô hình bao gồm: Các hợp chất dinh dưỡng của nitơ và phốtpho, DO, BOD, thuốc trừ sâu, thuốc bảo vệ thực vật, bùn

Bộ phần mềm MIKE do Viện Thuỷ lực Đan Mạch (DHI) phát triển và được thương mại hoá Một đặc điểm mạnh của MIKE là 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

mô đun thuỷ lực (HD) và chất lượng nước (ECOLab), 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

Tình hình nghiên cứu mô hình lan truyền chất ở ven biển Việt Nam

Ở nước ta, trong những năm gần đây, việc xây dựng và ứng 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, ngày càng được tập trung phát triển 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 quy 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 phạm vi luận án tiến sĩ, Hoàng Dương Tùng (2004), đã nghiên cứu sử dụng phần mềm DELFT 3D - WAQ đánh giá khả năng chịu tải ô nhiễm của Hồ Tây xét đến khả năng biến động các yếu tố DO, BOD, COD, NH4+, NO3-, PO4- theo không gian 2 chiều và biến đổi theo thời gian với mục đích xây dựng căn cứ khoa học trong việc xây dựng kế hoạch bảo vệ và phát triển Hồ Tây

Trong khuôn khổ đề tài cấp Bộ, Trần Lưu Khanh (2006) và các cộng sự cũng 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 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)

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

Bài báo “Đánh giá chất lượng nước vùng cửa sông và biển ven bờ để định hướng giải pháp công nghệ xử lý phù hợp cho mục đích cấp nước sinh hoạt” của PGS.TS Trần Đức Hạ và cộng sự đánh giá chất lượng nước và khả năng sử dụng nước từ các

vùng cửa sông và ven biển để cấp nước sinh hoạt đồng thời đề xuất công nghệ màng lọc xử lý nước lợ và nước mặn vùng cửa sông và ven biển để cấp nước sinh hoạt được đăng trên Tạp chí khoa học công nghệ xây dựng số 10/9 – 2011 [4]

Bài báo “Dự báo mức độ ô nhiễm môi trường do phát triển công nghiệp trên địa bản tỉnh Long An đến năm 2020” của tác giả Nguyễn Văn Phước và công sự sử dụng

mô hình ISC 3 và MIKE 11 để xác định mức độ lan truyền ô nhiễm môi trường không khí và nước Đối với môi trường nước, dựa trên bản đồ dự báo lan truyền ô nhiễm nước có thể xác định được những nguồn thải nào là nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường nước đăng trên tạp chí phát triển khoa học và công nghệ, tập 14 số M1-2011 [12]

Bài báo “Nghiên cứu biến động chất lượng nước khu vực Vũng An Hoà – huyện Núi Thành – tỉnh Quảng Nam” của tác giả Bùi Thị Hồng và cộng sự đã áp dụng mô hình MIKE 21 Ecolab để nghiên cứu biến động chất lượng nước theo mùa và đề xuất các kịch bản dự báo đến năm 2020 để để xuất giải phpá bào vệ môi trường, xử lý chất thải hiệu quả được đăng trên Tạp chí khí tượng thuỷ văn số tháng 3 – 2017 [6] Bài báo “Ứng dụng mô hình MIKE 11 mô phỏng quá trình lan truyền chất ô nhiễm do nuôi trồng thuỷ sản trên một số sông lớn tỉnh Quảng Trị” của tác giả Nguyễn

Vũ Anh Tuấn và cộng sự đã nghiên cứu ứng dụng mô hình chất lượng nước MIKE

11 để mô phỏng diễn biến chất lượng nước trên các sông chính tỉnh Quảng Trị có xét đến tác động của xả thải từ các điểm nuôi trồng thuỷ sản, kết quả đánh giá được hiện trạng chất lượng nước làm cơ sở để xây dựng công cụ quy hoạch nuôi trông thuỷ sản bảo vệ môi trường đăng trên Tạp chí khoa học DHQGHN: Các khoa học Trái đất và Môi trường, Tập 32, Số 3S – 2016 [15]

1.2 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng mô hình MIKE 21

Tình hình nghiên cứu và ứng dụng MIKE 21 trên thế giới

Changjun Zhu, Qinag Liang, Feng Yan và Wenlong Hao đã sử dụng mô hình MIKE 21 để mô phỏng chất lượng nước hồ chứa Erhai và phân tích khả năng ô nhiễm nguồn nước có thể xảy ra dọc hồ này vào các thời kỳ mùa khô, mùa mưa và bình

thường Kết quả nghiên cứu này được sử dụng để tham khảo trong việc dự báo và bảo

vệ nguồn nước hồ Erhai [3]

Năm 2016, các nhà nghiên cứu Raúl A Cáceres - Khoa Thuỷ lực và Tưới tiêu - Đại học Quốc gia Argentina, Julio A Zyserman - Viện Thuỷ lực DHI, and Gerardo

M E Perillo - Khoa Địa lý - Viện Hải dương học Argentina đã nghiên cứu ứng dụng

mô hình MIKE 21 mô phỏng vận chuyển bùn cát ven biển khu vực cảng Mar del Plata – khu vực quan trọng trong phát triển thuỷ sản ở Argentina Quá trình lắng đọng và xói mòn khu vực nghiên cứu được mô phỏng sử dụng mô hình MIE 21 phát triển bởi DHI Mô hình hình thái đã được hiệu chỉnh và kiểm định dựa trên các thay đổi độ sâu

đo được Mô hình này sau đó được áp dụng cho mô phỏng để đánh giá hiệu quả của việc thiết lập lại chiều sâu thiết kế của kênh dẫn thông qua quá trình nạo vét Mô hình thể hiện được quá trình thủy động lực học và trầm tích chính xảy ra xung quanh lối vào bến cảng, đồng thời cung cấp các thông tin hữu ích cho việc nạo vét bảo trì kênh dẫn [8]

Arue Hammrich và Dagmar Schuster (năm 2014) đã nghiên cứu ứng dụng mô hình MIKE 21 để mô phỏng nồng độ các chất: thực vật phù du, chất diệp lục, động vật phù du, chất hữu cơ, chất vô cơ và ôxy trong sông Elbe ở Hamburg Mô đun mô phỏng quá trình trao đổi chất dinh dưỡng được kết hợp trong mô đun tải khuếch tán

để mô phỏng các quá trình vận chuyển vật lý tại mỗi nút trong mô hình tính toán Mô hình được sử dụng để mô phỏng điều kiện ôxy trong cảng Hamburg, đặc biệt là quá trình trao đổi ôxy hoà tan trong kênh Reiherstieg – kênh thường xuyên được đóng ở phía nam cảng để ngăn không cho chất rắn lơ lửng di chuyển vào phía trong Mô hình

đã chỉ ra rằng chất lơ lửng và độ khoáng hoá các chất hữu cơ giữ vai trò quan trọng trong hệ thống Sự cân bằng giữa việc mở cửa cống để tăng lượng ôxy trong nước ở

vị trí cảng và bảo vệ các thành phần hữu cơ đóng vai trò quan trọng trong việc cân bằng ôxy ở Reiherstieg [2]

Theo kết quả công bố trên tạp chí Oceanography and Fisheries năm 2017, Manivanan R - Trung tâm Nghiên cứu Năng lượng và Nước, Ấn Độ đã đưa ra kết quả ứng dụng mô hình MIKE 21 Ecolab trong mô phỏng chất lượng nước ven biển khu

vực Nandgadon Mục đích là đánh giá khả năng mô hình hóa chất lượng nước ở khu vực ven biển Các nhà phân tích môi trường yêu cầu ước tính mức độ ô nhiễm nước

và các mô hình phân tán / vận chuyển chất thải công nghiệp ra môi trường ven biển trong trường hợp cố ý hoặc xảy ra sự cố Mô hình chất lượng nước hỗ trợ trong việc đánh giá các tác động tiềm tàng đối với sức khỏe con người / môi trường và các hoạt động của Chính phủ bằng cách đưa ra các ước tính dự báo về nồng độ chất ô nhiễm, tốc độ và hướng đi Mô hình chất lượng nước là một công cụ hữu ích cho các dự án

kỹ thuật ven biển [6]

Năm 2010, Anders Christian Erichsen, Flemming Møhlenberg, Rikke Margrethe Closter, Johannes Sandberg - Viện Thuỷ lực DHI đã giới thiệu chi tiết mô hình mô phỏng vận chuyển cácbon, chất hữu cơ và hạt nhân phóng xạ trong hệ sinh thái thuỷ sinh ở Öregrundsgrepen Tác giả đã cung cấp đầu vào bổ sung cho việc đánh giá rủi ro của kho dự trữ chất thải hạt nhân được quy hoạch tại Forsmark Những gì được mô tả trong báo cáo này là phát triển và ứng dụng các mô hình có độ phân giải cao cho hệ sinh thái biển và các quá trình phóng xạ hạt nhân Mô hình mô phỏng sự biến đổi không gian và thời gian trong các quá trình vận chuyển Mô hình thủy động lực học MIKE 21 đã được xây dựng và hiệu chỉnh cho vùng Forsmark Mô hình hệ sinh thái MIKE 21 Ecolab sau đó được phát triển và kết hợp với mô hình thủy động lực học Mô hình mô phỏng hệ sinh thái và hạt nhân phóng xạ được phát triển trong

mô đun MIKE ECOLab liên kết với mô đun thủy động lực MIKE FM Cả mô hình

hệ sinh thái và mô hình phóng xạ đều được chạy trong vài năm (5-8 năm) để đưa các biến trạng thái vào trạng thái cân bằng bán tĩnh trong vùng mô hình Mô hình hệ sinh thái và mô hình hạt nhân phóng xạ liên quan bao gồm một mô-đun trầm tích chi tiết, nơi các hạt nhân phóng xạ có thể bị ràng buộc bởi sự hấp thụ các chất hữu cơ và vô

cơ, được kết tủa, vận chuyển bằng chất lơ lửng và sau đó lắng đọng ở độ sâu lớn hơn Kết quả đáng kể của mô hình là định lượng được sự biến đổi theo mùa và theo không gian [1]

Louise Kregting và Björn Elsäßer (2014) [4] đã sử dụng mô hình MIKE 21 FM

mô tả sự thay đổi quá trình triều khu vực đảo Strangford Lough, Bắc Ailen Kết quả

tính toán hiệu chỉnh và kiểm định được cho thấy mực nước và tốc độ dòng chảy tính toán so sánh với số liệu thực đo phù hợp tương ứng > 0.98 và > 0.84, xung quanh đảo

có chế độ dòng chảy phức tạp với tốc độ lớn (3.5m/s)

Năm 2011, M Hassannezhad, M Soltanpour, S Haghighi [5] đã mô phỏng trường thủy động lực và dữ liệu thực đo bằng mô hình MIKE 21 HD cho vùng vịnh Chabahar nằm ở phía Bắc của biển Oman Số liệu đầu vào bao gồm trường gió, sóng tại các vị trí khác nhau Quá trình hiệu chỉnh được thực hiện để phân tích độ nhạy của

mô hình như: các điều kiện biên, độ nhớt xoáy, hệ số nhám, hệ số ma sát gió, độ phân giải lưới và các bước thời gian Kết quả hiệu chỉnh cho thấy độ cao thủy triều phù hợp với số liệu thực đo tại các trạm

Tình hình nghiên cứu và ứng dụng MIKE 21 ở Việt Nam

Trần Hồng Thái (2017) đã trình bày kết quả nghiên cứu ứng dụng mô hình MIKE 21 Ecolab [13] vào mô phỏng đánh giá chất lượng nước khu vực ven biển Đình

Vũ, thành phố Hải Phòng - cửa ngõ giao thông ra biển của vùng kinh tế trọng điểm phía Bắc Nơi đây, các hoạt động hàng hải, công nghiệp tại đây đang phát triển một cách nhanh chóng, mạnh mẽ, nhộn nhịp và phức tạp Trong những năm gần đây cùng với sự phát triển nhanh chóng của các ngành công nghiệp, hàng hải, ngư nghiệp và dịch vụ đã và đang gây sức ép không nhỏ đến môi trường trong khu vực Đó cũng chính là nguyên nhân làm cho môi trường khu vực Đình Vũ, thành phố Hải Phòng ô nhiễm một cách đáng báo động, đặc biệt là vấn đề ô nhiễm môi trường nước biển ven

bờ

Năm 2009, Phạm Đức Nghĩa - Trung tâm Nghiên cứu Môi trường và Xử lý nước thải - Viện Khoa học Thuỷ lợi miền Nam đã thực hiện đề tài “Nghiên cứu áp dụng mô hình hai chiều MIKE 21 EcoLab tính toán chất lượng nước trên sông Hậu (đoạn từ Long Xuyên đến thành phố Cần Thơ)” Kết quả mô hình mô phỏng đưa ra bức tranh chi tiết theo không gian và thời gian về chế độ thuỷ lực (mực nước, vận tốc, lưu lượng dòng chảy,…); diễn biến chất lượng nước (nồng độ BOD5 và DO) tại các

vị trí trên sông Hậu đoạn từ Long Xuyên đến Cần Thơ [11]

Trần Duy Kiều - Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường (2016) đã “Nghiên cứu mô phỏng nguy cơ lan truyền vệt dầu trong sự cố tràn dầu trên vùng biển Phú Quốc” Tác giả đã sử dụng bộ mô hình MIKE là một phần mềm kỹ thuật chuyên dụng

do DHI (Viện Thuỷ lực Đan Mạch) xây dựng và phát triển trong khoảng 20 năm trở lại đây, được ứng dụng để mô phỏng quá trình thủy thạch động lực (sóng, dòng chảy, vận chuyển bùn cát, biến đổi đường bờ), chất lượng nước, tràn dầu ở cửa sông và vùng biển Một số mô đun của mô hình MIKE được sử dụng bao gồm: mô đun MIKE

21 HD thuỷ động lực học mô phỏng mực nước và dòng chảy vùng cửa sông, vịnh và ven biển; mô đun MIKE 21 SW dùng để tính toán sự phát triển, suy giảm, lan truyền sóng gió và sóng lừng ở ngoài khơi và khu vực ven bờ; mô đun MIKE 21/3 để theo dõi diễn biến các phần tử, được sử dụng để mô phỏng quá trình vận chuyển, phân hủy chất lơ lửng, chất lắng đọng hoặc sự cố tràn ở vùng hồ, cửa sông, ven biển hay ngoài khơi Trên cơ sở đó tác giả đã đưa ra được bức tranh tổng quát mô phỏng việc lan truyền ô nhiễm dầu trong khu vực [10]

Nguyễn Thanh Hùng (năm 2012) đã ứng dụng mô hình MIKE 21/3 FM COUPLE tính toán một số đặc trưng hải văn tỉnh Bình Thuận trong đó có tính đến trường dòng chảy Kết quả tính toán được hiệu chỉnh kiểm định tại trạm Phan Thiết trong 15 ngày, kết quả tính toán phù hợp với số liệu thực đo, chỉ số Nash đạt được khá cao, có giá trị = 0.89 [7]

Phạm Thu Hương và nnk [8] đã nghiên cứu ứng dụng mô hình MIKE 21 FM nghiên cứu ảnh hưởng của sóng và dòng chảy đến cửa sông Đà Rằng tỉnh Phú Yên

Mô hình được hiệu chỉnh và kiểm định bằng số liệu khảo sát biến trình mực nước các trận lũ tháng 9/2005 và tháng 11/2008 Kết quả tính toán là tương đối phù hợp, khẳng định độ tin cậy của các thông số đã được lựa chọn Mô hình hoàn toàn có thể được

sử dụng cho các tính toán nghiên cứu trong lưu vực

1.3 Tình hình nghiên cứu chất lượng môi trường khu vực Hải Phòng

Dưới đây là một số nghiên cứu liên quan đến đánh giá tác động các nguồn ôn nhiễm đến Hải Phòng nói chung và khu vực Đình Vũ nói riêng

Bài báo “Nghiên cứu lan truyền chất ô nhiễm trên mô hình toán hai chiều vùng biển Đờ Sơn - Hải Phòng” của tác giả Hồ Việt Cường và cộng sự đã trình bày các kết quả nghiên cứu, tính toán chất lượng nước vùng biển Đồ Sơn - Hải Phòng trên mô hình toán hai chiều theo một số kịch bản khác nhau về mùa, gió và sóng sử dụng mô hình MIKE ECOLab với ba modul được tính toán tổng hợp gồm: Modul Hydrodynamic, Spectral Waves và ECO Lab đăng trên Tạp chí khoa học và công nghệ thuỷ lợi số 25 – 2015 [3]

Báo cáo Dữ liệu về diễn biến môi trường thành phố Hải Phòng thuộc chuyên đề

Dữ liệu về diễn biến môi trường của khu vực trọng điểm phát triển kinh tế xã hội khu vực phía Bắc - Nhiệm vụ khoa học “Đánh giá diễn biến môi trường khu vực trọng điểm phát triển kinh tế xã hội của hai vùng tam giác phía Bắc và phía Nam” năm

2004 đã tổng hợp các thông tin về nguổn xả, diễn biến chất ô nhiễm trong môi trường

và hiện trạng môi trường Hải Phòng đến thời điểm nghiên cứu [1]

Báo cáo đánh giá tác động môi trường thuộc Dự án “Đầu tư xây dựng hạ tầng khu công nghiệp và dịch vụ hàng hải” năm 2011 Báo cáo Đánh giá tác động môi trường được thực hiện trên cơ sở kết hợp các phương pháp đánh giá khác nhau để thống kê, tính toán tải lượng, dự báo diễn biến ô nhiễm cho từng giai đoạn hoạt động

và trong suốt quá trình thực hiện dự án; các phương pháp được sử dụng bao gồm phương pháp phân tích hệ thống, phương pháp đánh giá nhanh, phương pháp dự báo (phương pháp chuyên gia); phương pháp điều tra kinh tế - xã hội và phương pháp mô hình toán với các mô hình được sử dụng bao gồm mô hình khuếch tán nguồn đường, công thức Sutton; mô hình khuếch tán nguồn điểm Gauss; mô hình khuếch tán nguồn mặt Báo cáo đã sử dụng một số mô hình để tính toán lan truyền ô nhiễm tuy nhiên các mô hình này phụ thuộc rất nhiều vào yếu tố khách quan; hiện nay với khoa học công nghệ và mô hình ngày càng hiện đại thì việc lựa chọn các mô hình phù hợp hơn

là cần thiết [2]

Bái báo “Tiến tới hoàn thiện mô hình ba chiều (3D) thuỷ động lực cửa sông ven biển của tác giả Đinh Văn Ưu đã sử dụng mô hình thuỷ động lực biển ven bờ của Trung tâm Động lực và môi trường biển (MDEC) để tính toán thuỷ động lực cho

vùng cửa sông ven biển Hải Phòng nơi có địa hình phức tạp Kết quả áp dụng mô hình đã xác định được tương quan mực nước - lưu lượng tại cửa sông Nam Triệu; mô hình đã được kết nối thành công vào hệ thống mô hình thuỷ động lực và môi trường cửa sông ven biển Hải Phòng Trên cơ sở kế thừa kết quả nghiên cứu này, Phạm Văn Tiến đã nghiên cứu ứng dụng mô hình MDEC này vào đề tài luận văn Thạc sỹ nghiên cứu tính toán chế độ thuỷ động lực và vận chuyển trầm tích vùng cửa sông ven biển Hải Phòng Kết quả nghiên cứu đã đưa ra được kết luận quá trình vận chuyển trầm tích vùng cửa sông ven biển Hải Phòng thì thuỷ triều đóng vai trò chính, đồng thời kết quả tính toán cũng cho thấy luôn có sự hiện diện của dòng chảy thuận nghịch dọc

bờ Cát Hải và dòng chảy ven bờ Đồ Sơn - An Dương; các dòng này đóng vai trò quan trọng trong quá trình vận chuyển, làn truyền trầm tích khu vực nghiên cứu [14,16]

1.4 Mô tả tóm tắt vùng nghiên cứu

Giới thiệu về khu công nghiệp Đình Vũ

Khu kinh tế Đình Vũ - Cát Hải được thành lập vào tháng 1 năm 2008 trên diện tích 216 km², bao gồm một phần huyện Thủy Nguyên (cụ thể là các xã Trung Hà, Thủy Triều, An Lư, Ngũ Lão, Phục Lễ, Phả Lễ, Lập Lễ, Tam Hưng), đảo Vũ Yên, bán đảo Đình Vũ, đảo Cát Hải của thành phố Hải Phòng Ranh giới của khu kinh tế này ở hai phía Bắc và Đông lần lượt là sông Bạch Đằng và sông Giá; phía Nam giáp với Biển Đông Nhiệm vụ chính của khu kinh tế này là phát triển kinh tế hàng hải với trọng tâm là dịch vụ cảng biển Việc xây dựng khu kinh tế này được đặt trong quy hoạch phát triển vùng kinh tế trọng điểm Bắc bộ, hành lang kinh tế Côn Minh - Hà Nội - Hải Phòng và vành đai kinh tế vịnh Bắc Bộ Khu kinh tế Đình Vũ-Cát Hải nằm liền kề cảng Hải Phòng, cách sân bay Cát Bi 12 km, cách ga Hải Phòng 5 km và nằm

ở điểm cuối của quốc lộ 5 mới Riêng khu công nghiệp Đình Vũ gồm 4 tổ hợp công nghiệp:

- Khu DEEP C I: Tổng diện tích là 541 ha; Ngành nghề: Công nghiệp nặng, công nghiệp tổng hợp, hoá dầu, kho vận; Vị trí: Cách cảng Lạch Huyện 12 km

- Khu DEEP C II: Tổng diện tích - 645 ha; Ngành nghề: Công nghiệp tổng hợp, dệt may, kho vận; Vị trí: Cách cảng Lạch Huyện 7 km

- Khu DEEP C III: Tổng diện tích - 550 ha; Ngành nghề: Công nghiệp tổng hợp, kho vận; Vị trí: Nằm liền kề với cảng Lạch Huyện

- Khu DEEP C IV: Tổng diện tích - 487 ha; Ngành nghề: Công nghiệp tổng hợp, kho vận; Vị trí: Cách cảng Lạch Huyện 8 km

Hình 1-1: Thành phần khu công nghiệp Đình Vũ

Các hoạt động của khu công nghiệp Đình Vũ

Khu công nghiệp Đình Vũ bắt đầu hoạt động từ tháng 4 năm 2017 Nơi đây thu hút đầu tư từ các ngành như: công nghiệp nặng, công nghiệp tổng hợp, dệt nhuộm, hoá chất hoá dầu, công trình cảng,…Để cung ứng cho các ngành nghề nói trên, khu công nghiệp Đình Vũ đã phát triển cơ sở hạ tầng một cách phù hợp, cụ thể là:

- Nước cấp: Lấy tại nguồn nước thô từ kênh Hoà Bình (thuộc thôn Vọng Hải,

xã Hưng Đạo, huyện Kiến Thuỵ) bao gồm 2 mạng lưới cấp nước độc lập: Mạng nước thô cho các nhà máy có nhu cầu nước thô cho sản xuất và mạng cấp nước đã qua xử

lý cho sinh hoạt và các đơn vị có nhu cầu dùng nước tinh cho sản xuất có thể cung cấp với khối lượng khoảng 45.000 m3/ngày (bao gồm cả nước thô và nước đã qua xử lý)

- Nước thải sản xuất và sinh hoạt: lưu lượng xả thải của toàn khu công nghiệp Đình Vũ trung bình khoảng 5.500 m3/ngày (tương đương 230 m3/giờ) và cực đại là 6.000 m3/ngày (tương đương 250 m3/giờ) Nước thải đã được xử lý theo QCVN 40:2011/BTNMT trước khi thải vào sông Cấm

- Nước mưa chảy tràn: lưu lượng nước mưa chảy tràn phụ thuộc vào chế độ mưa của khu vực Lượng nước này sẽ được thu gom theo hệ thống riêng sau đó xả ra nguồn tiếp nhận

Nhà máy xử lý nước thải: nhà máy xử lý nước thải tập trung của khu công nghiệp Đình Vũ có công suất 6.000 m3/ngày, là nơi tiếp nhận toàn bộ lượng nước thải phát sinh trong khu công nghiệp, bao gồm: nước thải sinh hoạt và nước thải phát sinh

từ quá trình hoạt động sản xuất của các nhà máy trong khu công nghiệp Khu công nghiệp Đình Vũ là khu công nghiệp đa ngành nghề nên thành phần nước thải cũng có tính đa dạng Nước thải sau khi xử lý đạt loại B theo QCVN 40:2011/BTNMT (với

Kq = 1,2 và Kf = 0,9)

Đặc trưng điều kiện tự nhiên

Khu công nghiệp Đình Vũ nằm trên bán đảo Đình Vũ, với diện tích khoảng 1.177 ha Cao trình bề mặt trung bình dao động trong khoảng 0,7 - 2,7 m, địa hình tương đối bằng phẳng

Nhiệt độ không khí

Trong năm nhiệt độ lớn nhất thường rơi vào tháng 6, 7, 8 với nhiệt độ bình quân trong 5 năm gần đây của 3 tháng mùa hè là 35,6oC, điển hình có những ngày nóng nhiệt độ lên đến 39-40oC Về mùa đông nhiệt độ thấp nhất bình quân rơi vào khoảng

10oC đến 16oC, điển hình cực thấp theo đài quan trắc tại khu vực nghiên cứu xảy ra vào ngày 28/11/1991 là 6,9oC

Nhiệt độ bình quân cao nhất năm từ 29o - 30oC Nhìn chung, khu vực nghiên cứu có nhiệt độ mát hơn đất liền vào mùa hè và ấm hơn vào mùa đông do chịu ảnh hưởng của biển mang tới Nhiệt độ của nước thấp nhất là 13oC, cao nhất là 34oC

Bảng 1-1: Nhiệt độ trung bình tháng ở khu vực nghiên cứu (oC)

Bảng 1-2: Độ ẩm tương đối trung bình tháng ở khu vực nghiên cứu (%)

(Nguồn: Niên giám thống kê thành phố Hải Phòng, 2017) Lượng mưa

Lượng mưa trung bình hàng năm của khu vực tương đối lớn, lượng mưa cao nhất vào tháng 6, 7, 8 và tháng 9, lượng mưa thấp nhất vào tháng 1 và tháng 2 Lượng mưa phân bố không đều trong năm và được chia làm 2 mùa rõ rệt Tổng lượng mưa hàng năm dao động 1.566 mm đến 2.262 mm trong đó năm 2014 tỷ lệ lượng mưa khá thấp 1.190 mm

Bảng 1-3: Lượng mưa bình quân tháng, năm ở khu vực nghiên cứu (mm)

(Nguồn: Niên giám thống kê thành phố Hải Phòng, 2017)

- Mùa mưa thường bắt đầu từ tháng 4 đến tháng 9 chiếm từ 76,3% đến 86,25% tổng lượng mưa cả năm Vào mùa này lượng mưa cao vào những tháng bão có thể đạt trên 500 mm, cụ thể là tháng 8 năm 2015 đạt 571,9 mm

- Mùa khô thường bắt đầu từ tháng 10 hoặc tháng 11 đến tháng 3 năm sau, với tổng lượng mưa khoảng chiếm 13,75% đến 22,07% lượng mưa cả năm, các tháng 12 tháng 1 lượng mưa thường nhỏ, tháng 2 và tháng 3 thời kỳ mưa phùn ẩm ướt

Chế độ gió

Hướng gió trong năm chia thành 2 mùa chính:

- Mùa khô (tháng 1, 2, 11, 12): Hướng gió Đông và Đông Bắc chiếm ưu thế tuyệt đối

- Mùa mưa (tháng 5, 6, 7, 8): Hướng gió Đông Nam và Nam chiếm ưu thế

Tốc độ gió trung bình hàng năm dao động từ 2,7 m/s đến 3,4 m/s, tốc độ gió phụ thuộc mạnh mẽ vào địa hình, địa vật xung quanh

Chế độ gió là một yếu tố quan trọng trong quá trình phát tán và lan truyền các chất ô nhiễm Dưới đây là đặc điểm chế độ gió nhiều năm khu vực nghiên cứu

a Đặc điểm chế độ gió mùa khô nhiều năm

Dữ liệu gió được phân tích từ chuỗi số liệu quan trắc gió tại trạm Hòn Dấu từ năm 1975 đến năm 2016, từ đó đưa ra các tham số về giá trị gió trung bình cho từng mùa, tháng

Hình 1-2: Hoa gió mùa khô trạm Hòn Dấu thời kỳ 1956 - 2016

Bảng 1-4: Tần suất hướng và tốc độ gió Hòn Dấu mùa khô thời kỳ 1956-2016

10.7 - 17.1 5.4 - 10.7

Below 0.3

N

Calm 0.00 %

10 %

Ghi chú: n là số lần xuất hiện; p là tần suất (%)

b Đặc điểm chế độ gió mùa mưa nhiều năm

Hình 1-3: Hoa gió mùa mưa trạm Hòn Dấu thời kỳ 1956 - 2016

Dữ liệu gió mùa mưa được phân tích từ chuỗi số liệu quan trắc gió tại trạm Hòn Dấu từ năm 1975 đến 2016, từ đó đưa ra các tham số về giá trị gió trung bình cho từng mùa, tháng Kết quả phân tích cho thấy tốc độ gió trung bình mùa mưa là 5,6 m/s với hướng gió trung bình 162 độ

Palette Above 32.6 22.4 - 32.6 10.7 - 17.1 5.4 - 10.7 Below 0.3

N

Calm 0.00 %

10 %

Bảng 1-5: Tần suất hướng và tốc độ gió Hòn Dấu mùa mưa thời kỳ 1956 -2016

Bão và nước dâng do bão

Bão sớm có thể xuất hiện từ tháng 4 Thời gian xuất hiện bão trùng với mùa mưa kéo dài từ tháng 4 đến 10 hằng năm đôi khi xuất hiện cả vào tháng 11 Tuy nhiên, tần xuất bão xuất hiện nhiều nhất thường là vào các tháng 7, 8, 9 chiếm 35-36% lượng

bão hằng năm Vào tháng 12 là thời gian thường không có bão, tần suất có bão từ tháng 1 đến tháng 5 chiếm 2,5%

Hải Phòng nằm trong khu vực có tần suất bão đổ bộ trực tiếp lớn nhất của miền Bắc (28%) Hàng năm khu vực triển khai luận văn chịu ảnh hưởng trực tiếp 1-2 cơn bão và chịu ảnh hưởng gián tiếp của 3-4 cơn bão Gió trong bão của khu vực thường đạt cấp 9-10, có khi giật lên cấp 12 hoặc trên cấp 12, kèm theo bão là mưa lớn, lượng mưa trong bão chiếm tới 25-30% tổng lượng mưa cả mùa

Theo số liệu thống kê và tính toán cho thấy khi bão đổ bộ vào vùng ven bờ Bắc

Bộ, mực nước biển có thể dâng cao tối đa tới 2,8m Tuy nhiên, độ cao nước dâng do bão không thể hiện đồng đều trên mọi đoạn bờ biển mà phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó có địa hình bờ đóng vai trò quan trọng

Tầm nhìn xa và sương mù

- Sương mù: Sương mù trong năm thường tập trung vào các tháng mùa Đông từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau, bình quân trong năm có khoảng 24 ngày, tháng có sương mù nhiều nhất là tháng 4 có 9 ngày, các tháng mùa hè hầu như không có sương

mù như tháng 6 và tháng 8

Bảng 1-6: Tổng số ngày có sương mù trong tháng và cả năm (ngày)

Do ảnh hưởng của sương mù nên tầm nhìn xa bị hạn chế, số ngày có tầm nhìn dưới 1km thường xuất hiện vào các tháng mùa đông, còn các tháng mùa hè thì hầu như tầm nhìn xa đều trên 10km

Bảng 1-7: Số ngày có tầm nhìn xa tại trạm Hòn Dấu

1-10km km 2,3 2,4 4,3 2,5 0,4 0,5 0,7 0,9 1,1 0,5 0,8 1,5 17,9

(Nguồn Đài Khí tượng Thủy văn Đông Bắc, 2017)

Điều kiện thủy hải văn

Thủy triều và mực nước

Chế độ thủy triều khu vực ven bờ Hải Phòng là nhật triều thuần nhất với biên

độ dao động vào loại lớn của Việt Nam Thông thường trong ngày xuất hiện 1 đỉnh triều (nước lớn) và một chân triều (nước ròng) Trung bình trong một tháng có 2 kỳ triều cường (spring tide), mỗi chu kỳ kéo dài 11 - 13 ngày với biên độ dao động mực nước từ 2,0 - 4,0 m Trong kỳ triều kém (neap tide) tính chất nhật triều giảm đi rõ rệt, tính chất bán nhật triều tăng lên, trong ngày xuất hiện 2 đỉnh triều: cao và thấp Đặc điểm chế độ thủy triều và biên độ triều tác động quan trọng đến điều kiện thủy thạch

- động lực di chuyển bùn cát tại khu vực

Xu thế biến thiên mực nước vùng biển Hải Phòng khá giống nhau; thời gian triều rút lớn hơn triều dâng trung bình ở Hòn Dấu và mũi Đồ Sơn là 2 giờ 16 phút; cửa Nam Triệu – 1 giờ 15’; cảng Hải Phòng - 1giờ 05’

Hằng năm, thủy triều có biên độ lớn vào các tháng 5, 6, 7 và 10, 11, 12, biên độ nhỏ vào các tháng 3, 4 và 8, 9 Mùa đông, mực nước cực tiểu thường xuất hiện vào ban ngày, mùa hè mực nước cực tiểu thường xuất hiện vào ban đêm Tài liệu quan trắc mực nước trong 64 năm (1930 - 1994) tại Trạm Hải văn Hòn Dấu cho thấy: biên

độ dao động mực nước triều lớn nhất có thể đạt là 4,25 m (25/10/1985) và mực nước triều nhỏ nhất là -0,07 m (21/12/1964)

Dao động mực nước trung bình theo hai mùa thể hiện rất rõ mực nước mùa mưa cao hơn mùa khô Trong mùa khô mực nước trung bình dao động khoảng 176 - 189

cm, trung bình 176,67 cm; mực nước cao nhất dao động khoảng 351- 400 cm, trung bình 377,17 cm và mực nước thấp nhất dao động từ (-7cm) đến (+12cm), trung bình 2,33 cm Trong mùa mưa mực nước trung bình dao động khoảng 186 - 199cm, trung bình 191,83cm; mực nước cao nhất dao động khoảng 371- 425cm, trung bình 395,33cm và mực nước thấp nhất dao động từ (-6cm) đến (+26cm), trung bình 8,67cm Như vậy, mực nước trung bình năm là 185,75cm, cao nhất 386,25cm và thấp nhất 5,5cm

Bảng 1-8: Trung bình dao động mực nước triều (cm) đặc trưng tại Hòn Dấu

T bình 180 176 176 177 180 183 185 186 194 204 199 189 Lớn nhất 392 379 351 356 385 404 389 383 371 425 400 400

Bảng 1-9: Trung bình dao động mực nước triều (cm) theo hai mùa tại Hòn Dấu

Sóng

Khu vực ven biển Hải Phòng chủ yếu là sóng truyền từ ngoài khơi đã bị khúc

xạ và phân tán năng lượng do ma sát đáy, chế độ sóng phụ thuộc vào chế độ gió thay đổi theo mùa và hình dạng đường bờ

- Mùa đông, hướng sóng thịnh hành đông với tần suất 34% và Đông Bắc với tần suất 14%, độ cao trung bình 0,5-0,7 m

- Mùa hè, hướng sóng thịnh hành Đông Nam với tần suất 22% với độ cao sóng đạt 0,7-0,9 m Trong năm, độ cao sóng cực đại xấp xỉ 1-1,25 m, nhưng có thể đạt 5-5,6 m trong bão

- Trong các tháng chuyển tiếp (tháng 4 và tháng 10) sóng hướng Đông và Đông Nam chiếm ưu thế, tần suất 25-32%, độ cao sóng bình quân 0,75 m

Chế độ sóng ảnh hưởng không nhỏ đến quá trình thuỷ động lực học cũng như lan truyền vật chất, trên đây là phân tích đặc điểm chế độ sóng nhiều năm xung quanh khu vực nghiên cứu

Đặc điểm thuỷ sinh vật

Rừng ngập mặn

Diện tích rừng ngập mặn hiện nay còn khoảng 775,98 ha, phổ biến nhất là hai loài Rhizophora stylosa và Avicennia marina Sự phân bố của rừng ngập mặn được chia làm 2 kiểu: kiểu ngoài các đầm nuôi hải sản có diện tích khoảng 224,74 ha và kiểu trong đầm nuôi hải sản có diện tích khoảng 551,24 ha

Rong tảo, cỏ biển

Cỏ biển có phạm vi phân bố hẹp, chủ yếu trong vùng triều lầy ngập nước (thuộc

khu vực có thảm rừng ngập mặn) Ngoài ra còn có loài Halophila beccarii là loài nằm trong nhóm “sắp nguy cấp” trong Sách Đỏ

Hai loài tảo biển Chaetomorpha capillaris và Enteromorpha compressa là các

loài phổ biến nhất trong khu vực Tổng cộng có 17 loài thuộc 9 họ thuộc khu vực ven biển An Hải, cụ thể được trình bày trong Bảng 1-10:

Bảng 1-10: Danh sách các loài tảo biển khu vực biển An Hải

1 Gracilariaceae Gracilaria tenuispitata

2 Bonnemaisoniaceae Asparagopsis taxiformis

3

Ceramiaceae Bostrychia binderi

5 Delesseriaceae Caloglosa ogasawaraensis

6 Scytosiphonaceae Colpomenia sinuosa

2006)

Động, thực vật phù du

Khu vực ven biển Hải An có khoảng 134 loài Chi Chaetoceros đóng vai trò

quan trọng làm nguồn thức ăn cho cá và các loài sinh vật biển khác, đặc biệt là trong giai đoạn đầu trong vòng đời của chúng Trong mùa khô đã phát hiện được 35 loài động vật phù du, trong đó có 5 loài là ấu trùng cá Tuy nhiên trong mùa mưa chỉ phát hiện được 21 loài động vật phù du, không phát hiện được ấu trùng cá Đây cũng đứng

về quy luật mùa sinh sản của cá thường rơi vào tháng chuyển tiếp từ mùa xuân sang

hè (trùng với các tháng mùa khô)

Động vật đáy biển

Khu vực biển Hải An đa dạng và phong phú các loài cá, trong đó có loài cá bống bớp (Bostrychus sinensis) và loài cá mòi không răng (Anodontostoma chacunda) là những loài có tên trong Sách đỏ Việt Nam trong nhóm “Cực kỳ nguy cấp” và “Sắp

nguy cấp” Ngoài ra có các loài các thuộc họ cá đù và các loài cá có giá trị kinh tế cao được người dân địa phương khai thác

Ngoài các loài cá, khu vực biển Hải An có 15 loài thường gặp, là đối tượng khai thác của người dân địa phương Mật độ cá thể các loài này vào mùa mưa (trung bình khoảng 11 cá thể/m2) thấp hơn so với mùa khô (trung bình khoảng 49 cá thể/m2)

1.5 Đặc trưng nguồn thải khu công nghiệp Đình Vũ

Khu công nghiệp Đình Vũ là khu công nghiệp đa ngành nghề với các lĩnh vực chính như: Công nghiệp tổng hợp và kho bãi, Công nghiệp hoá chất, hoá dầu, công nghiệp liên quan đến cảng hàng lỏng; Công trình cảng Do đó đặc trưng của nước thải được tổng hợp theo đặc thù của từng loại hình sản xuất Chất lượng nước thải sau khi

xử lý được trình bày trong Bảng 1-11:

Bảng 1-11: Kết quả phân tích nước thải sau xử lý của khu công nghiệp Đình Vũ

100ml

CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tượng nghiên cứu

- Mô hình MIKE 21 SW, MIKE 21 FM HD và MIKE 21 FM Ecolab của Viện thuỷ lực Đan Mạch

- Chế độ thuỷ lực tại cửa sông ven biển quận Hải An

- Quá trình lan truyền một số chất kim loại nặng trong nước

(ii) Mô phỏng lan truyền chất với 4 chất: Cadimi, Asen, Đồng và Thuỷ ngân; (iii) Đề xuất giải pháp bảo vệ môi trường khu vực ven biển Hải An từ kết quả nghiên cứu

2.3 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp thu thập và tổng hợp thông tin

Mục đích để tìm hiểu hiện trạng chất lượng nước khu vực cửa sông ven biển quận Hải An và các khía cạnh liên quan thông qua nắm bắt những nội dung và kết quả từ nguồn thứ cấp và sơ cấp Các thông tin như vậy thường được thu thập từ các

cơ quan, các nhà khoa học đi trước có liên quan

Trên cơ sở các thông tin hiện có thu thập được, học viên tiến hành xử lý tổng hợp, phân tích đánh giá hiện trạng số liệu và xác định thông tin cần phải thu thập bổ sung bằng các phương pháp khác trong quá trình thực hiện luận văn Điều này rất quan trọng vì sẽ không mất thời gian lặp lại những công việc người đi trước đã thực hiện

Phương pháp kế thừa

Đây là phương pháp không thể thiếu trong quá trình làm nghiên cứu Kế thừa các số liệu liên quan đến chất lượng nước, sóng, gió, dòng chảy, mực nước đã được công bố rộng rãi, từ nhiều nguồn như: các bài luận văn tham khảo; các công trình nghiên cứu khoa học được thẩm định; các tạp chí; sách báo có liên quan, bài giảng của các giáo viên,

Kế thừa phải dựa trên cơ sở có chọn lọc Các thông tin kế thừa phải có cơ sở khoa học rõ ràng, được ghi nguồn trích dẫn đầy đủ Các tài liệu được kế thừa phần lớn là các tài liệu của Trung tâm Tư vấn, Dịch vụ Khí tượng Thủy văn và Biến đổi khí hậu và Trung tâm quan trắc môi trường - Sở Tài nguyên môi trường Hải Phòng

Phương pháp mô hình toán

Mô hình toán là hệ thống mô phỏng các quá trình tự nhiên bằng các phương trình thuỷ văn, thuỷ lực kết hợp với các phương trình truyền tải vật chất không bảo toàn để cho ra kết quả đầu ra Để mô phỏng gần chính xác thực tế cần xác định các

bộ thông số của mô hình Thông số của mô hình là các đặc trưng cho hệ thống cần

mô phỏng

Việc ứng dụng mô hình toán thuỷ văn để mô phỏng lan truyền vật chất là cần thiết bởi mô hình toán là công cụ tối ưu tiết kiệm công sức cũng như thời gian tính toán để mô phỏng một không gian trong thời gian dài như việc mô phỏng chất lượng nước ven biển Trong luận văn, học viên đã sử dụng bộ mô hình MIKE của Viện thuỷ lực Đan Mạch MIKE là bộ mô hình được xây dưng với nhiều mô hình phục vụ các mục đích sử dụng khác nhau Có thể chia bộ mô hình MIKE thành một số mô hình chính:

- Mô hình thuỷ lực 1 chiều: bao gồm các mô hình thuộc họ MIKE 11: Mô hình thuỷ lực MIKE 11 HD, mô hình chất lượng nước 1 chiều MIKE 11 Ecolab, mô hình truyền tải khuếch tán MIKE 11 AD, mô hình bùn cát một chiểu MIKE 11 ST… Bộ

mô hình một chiều thường được sử dụng để mô phỏng chế độ thuỷ lực trong sông

- Mô hình thuỷ văn: mô hình MIKE NAM được sử dụng để mô phỏng quá trình mưa rào hình thành dòng chảy

- Mô hình 2 chiều: mô phòng dòng chảy hai chiều thường áp dụng cho khu vực cửa sông ven biển và khu vực biển, có mô hình MIKE 21 (lưới vuông) và MIKE 21

FM (lưới phi cấu trúc) với các mô hình: MIKE 21 SW - dùng mô phỏng sóng nước nông; MIKE 21 FM HD - mô hình thuỷ lực 2 chiều lưới phi cầu trúc, mô hình MIKE 21FM Ecolab - mô hình mô phỏng chất lượng nước hai chiều lưới phi cấu trúc; MIKE

21 FM ST - mô hình mô phỏng quá trình vận chuyển bùn cát hai chiều lưới phi cấu trúc ; MIKE 21 FM MT - mô hình mô phỏng quá trình vận chuyển bùn kết dính hai chiều lưới phi cấu trúc; MIKE 21 FM PT - mô hình mô phỏng quá trình di chuyển các phân tử chất rắn trong nước hai chiều lưới phi cấu trúc

- Mô hình 3 chiều MIKE 3: mô phỏng quá trình thuỷ lực, vận chuyển các chất

có xét đến phần tầng các lớp nước – thường áp dụng cho bài toán mô phỏng lan truyền nhiệt hoặc lan truyền chất thải của các nguồn xả nước làm mát, nguồn thải của nhà máy nhiệt điện

- Mô hình LIPTRACK: mô phỏng diễn biến đường bờ

- Mô hình mô phỏng ngập lụt MIKE FLOOD: phù hợp giải quyết các bài toán

sử dụng các mô hình thuộc họ MIKE 21 FM để giải quyết nội dung nghiên cứu, các

mô hình được sử dụng bao gồm mô hình lan truyền sóng MIKE 21 SW và mô hình MIKE 21 FM với 2 thành phần là mô hình thuỷ lực MIKE 21 FM HD và mô hình chất lượng nước MIKE 21 FM Ecolab, cụ thể như sau:

Mô hình sóng MIKE 21 SW

Dữ liệu trường sóng là dữ liệu quan trọng để phục vụ quá trình tính toán xói bồi

và lan truyền chất Trong luận văn này, MIKE 21 SW được sử dụng để mô phỏng trường sóng cho khu vực nghiên cứu

MIKE 21 SW là mô hình tính trường sóng gió được tính toán dựa trên lưới phi cấu trúc Mô hình này tính toán sự phát triển, suy giảm và truyền sóng tạo ra bởi gió

và sóng lừng ở ngoài khơi và khu vực ven bờ Động lực học của sóng trọng lực (the dynamics o the gravity wave) được mô phỏng dựa trên phương trình mật độ tác động sóng (wave action density) Khi áp dụng tính cho vùng nhỏ thì phương trình cơ bản được sử dụng trong hệ toạ độ Cartesian, còn khi áp dụng cho vùng lớn thì sử dụng hệ toạ độ cầu (spherical polar coordinates) Phổ mật độ tác động sóng thay đổi theo không gian và thời gian là một hàm của 2 tham số pha sóng Hai tham số pha sóng là vector sóng k với độ lớn k và hướng θ Ngoài ra, tham số pha sóng cũng có thể là