Mô hình toán phục vụ đánh giá sức tải môi trường khu vực vịnh Hạ Long - Bái Tử Long
Tuyển tập Tài nguyên và Môi trường biển, tập 17. 2012. ISSB 978-604-913-106-6
MÔ HÌNH TOÁN PHỤC VỤ ĐÁNH GIÁ SỨC TẢI MÔI TRƯỜNG KHU
VỰC VỊNH HẠ LONG- BÁI TỬ LONG
VŨ DUY VĨNH, TRẦN ĐỨC THẠNH, CAO THỊ THU TRANG
Viện Tài nguyên và Môi trường biển, 246 Đà Nẵng Ngô Quyền, Hải Phòng
1. MỞ ĐẦU
Khái niệm sức tải môi trường lần đầu tiên được các nhà khoa học Mỹ sử dụng khi xác
việc đánh giá sức tải đã được áp dụng vào nhiều lĩnh vực trong đó có tài nguyên và môi
trường biển. Đối tượng đánh giá sức tải môi trường không chỉ là một vài yếu tố liên quan trực
Vì vậy cần có những đánh giá tổng hợp, có tính hệ thống và mang tính định lượng.
Trong các thủy vực cũng như các hệ sinh thái luôn diễn ra sự tương tác của rất nhiều yếu
có thể kể đến là các kết quả của mô hình thủy động lực (TĐL) để đánh giá các điều kiện TĐL,
Ngoài mô hình TĐL, các mô hình chất lượng nước (CLN)- sinh thái học được sử dụng để
để nghiên cứu biến đổi, chuyển hóa của các nhóm chất dinh dưỡng, hữu cơ hòa tan trong môi
hiểu biết về diễn biến của các quá trình chuyển hóa vật chất trong thủy vực mà còn có thể đưa
ra những đánh giá định lượng về khả năng tiếp nhận thêm các chất gây ô nhiễm vào khu vực
Khu vực nghiên cứu nằm ở vùng biển ven bờ phía Đông Bắc của Việt Nam, giới hạn
trong khoảng 106°58'-107°22' kinh Đông và 20°45'-21015 vĩ Bắc, thuộc tỉnh Quảng Ninh
cách thủ đô Hà Nội khoảng 150km về phía Đông – Đông Bắc. Đây là vùng biển giàu tài
nguyên thiên nhiên và tiềm năng để phát triển kinh tế xã hội nhưng cũng đã và đang phải đối
mặt với những thách thức về môi trường biển. Chính vì vậy, vấn đề đánh giá giới hạn tiếp
nhận chất gây ô nhiễm hay sức tải môi trường ở khu vực này rất có ý nghĩa thực tiễn, đặc biệt
là các kết quả mang tính định lượng. Trên cơ sở ứng dụng mô hình tổng hợp 3 chiều
(Delft3D) với kịch bản được thiết lập khác nhau của mô hình TĐL, CLN, vận chuyển trầm
tích và mô hình sinh thái ở khu vực vịnh Hạ Long (VHL)-Bái Tử Long (BTL), những kết quả
nhận được đã có đóng góp quan trọng cho việc đánh giá sức tải môi trường ở khu vực này.
2. TÀI LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP
2.1. Tài liệu
Các tài liệu cần thiết đã được sử dụng bao gồm các tài liệu thu thập và khảo sát về địa
hình, khí tượng, thủy văn hải, CLN, sinh thái trong khuôn khổ đề tài: Nghiên cứu đánh giá
sức tải môi trường và đề xuất các giải pháp quản lý, bảo vệ môi trường VHL-BTL.
Ngoài ra, các tài liệu về phương pháp ứng dụng mô hình và tài liệu liên quan khác cũng
đã được sử dụng. Trên cơ sở những tài liệu này, các MHT học được thiết lập theo những kịch
bản khác nhau cho khu vực này đã được tiến hành. MHT được sử dụng ở đây là các nhóm mô
hình TĐL, chất lượng nước, vận chuyển trầm tích và mô hình sinh thái trên cơ sở mô hình
213
Delft3D do Viện thủy lực Delft (Hà Lan) nghiên cứu phát triển.
2.2. Phương pháp
Để có số liệu cho các biên mở biển của mô hình TĐL khu vực VHL-BTL, phương pháp
lớn hơn (lưới thô) đã được sử dụng làm đầu vào cho các điều kiện biên mở của lưới tính khu
vực nghiên cứu (lưới chi tiết).
Lưới tính thô của mô hình cũng là hệ lưới cong trực giao với phạm vi vùng tính mở rộng
ra tới gần đảo Bạch Long Vĩ (BLV). Miền tính này có kích thước khoảng 129km theo phương
đông tây và 122km theo phương bắc nam, diện tích mặt nước khoảng 7905.94km2 được chia
thành 130 x 128 điểm tính với các ô lưới có kích thước biến đổi từ 262.75-1357.75m. Theo
phương thẳng đứng, lưới tính thô cũng sử dụng hệ tọa độ với 3 lớp nước với tỷ lệ từ mặt
xuống đáy lần lượt là 33%, 34% và 33% độ sâu cột nước. Điều kiên biên của mô hình này là
các hằng số điều hòa của các sóng triều chính O1, K1, P1, Q1, M2, S2 trong cơ sở dữ liệu thủy
suất 6h/lần tại BLV.
Lưới tính chi tiết là hệ lưới cong trực giao, có phạm vi vùng tính bao gồm các vùng nước
của VHL, vịnh BTL, vịnh Cửa Lục. Miền tính có kích thước khoảng 78 km theo chiều đông
tây và 56 km theo chiều bắc nam, với diện tích mặt nước khoảng 1987.4km2 được chia thành
327 x 286 điểm tính, kích thước các ô lưới biến đổi từ 65.25 đến 296.5m (hình 1). Các ô lưới
tính theo chiều thẳng đứng sử dụng hệ toạ độ với 3 lớp nước với tỷ lệ từ mặt xuống đáy lần
lượt là 33%, 34% và 33%.
Đối với các điều kiện biên sông của mô hình chi tiết, sử dụng số liệu lưu lượng nước,
nhiệt độ, độ mặn trung bình của các sông Chanh, sông Kinh Trai, sông Bình Hương, sông
Trới, sông Diên Vọng và sông Mông Dương.
Ghi chú:
vị trí các biên mở
Hình 1. Luới tính và vị trí biên mở mô hình thuỷ động lực vịnh Hạ Long- Bái Tử Long
Mô hình vận chuyển trầm tích lơ lửng (TTLL) được xây dựng trên cơ sở các kết quả tính
toán dự báo của mô hình TĐL, trong đó có phạm vi miền tính. Phạm vi vùng tính của mô hình
lan truyền TTLL bao gồm các vùng nước của VHL-BTL, vịnh Cửa Lục, phía tây nam đảo
Tuần Châu. Các biên mở sông là những nguồn cung TTLL chủ yếu cho khu vực tính bao
gồm: sông Chanh, sông Hốt, khu vực Hùng Thắng, Sông Trới, sông Man, sông Diên Vọng và
sông Mông Dương (Cửa Ông). Để đánh giá biến động địa hình ở một số khu vực trong VHL-
BTL, một số điểm tính của mô hình theo các mặt cắt (từ bờ ra) đã được đưa ra tại các khu vực
phía ngoài Tuần Châu, Bãi Cháy, Hòn Gai, Cẩm Phả, Cửa Ông và Mông Dương.
214
Tuyển tập Tài nguyên và Môi trường biển, tập 17. 2012. ISSB 978-604-913-106-6
Mô hình CLN và sinh thái học được thiết lập trên cơ sở các kết quả của mô hình TĐL.
Các kết quả đó gồm: phạm vi miền tính, các vị trí biên cứng và biên mở, trường dòng chảy,
độ sâu, trường nhiệt muối...v.v. Các thông số tính toán của mô hình CLN bao gồm: NO3,
NH4, PO4, Si2O3, BOD, COD, năng suất sơ cấp do thực vật nổi (TVN).
Các nhóm mô hình này được thiết lập và chạy với những kịch bản khác nhau, bao gồm:
Hiện trạng (đặc trưng mùa): mùa mưa (tháng 9 năm 2008); mùa khô tháng 12 năm 2008). Các
kịch bản này sử dụng các số liệu đo đạc tính toán thực tế ở khu vực nghiên cứu trong thời
gian tính toán. Các kịch bản dự báo theo sự gia tăng tải lượng thải của các nhóm chất dinh
dưỡng, hữu cơ và TTLL. Nhằm đánh giá ảnh hưởng của hoạt động khai thác khoáng sản đến
biến đổi địa hình đáy khu vực nghiên cứu chúng tối đã thiết lập thêm các trường hợp tính: có
khai thác khoáng sản và không có khai thác khoáng sản và so sánh hai trường hợp này.
Điều kiện ban đầu cho lần chạy đầu tiên sử dụng các giá trị trung bình mùa của nhiệt độ,
và các giá trị 0 cho độ mặn, mực nước và các nhóm dinh dưỡng, hữu cơ, TTLL. Sau lần chạy
đầy tiên, điều kiên ban đầu của mô hiình sử dụng kết quả của trường nhiệt độ, độ muối và
mực nước sau 30 ngày tính.
Hiệu chỉnh và kiểm chứng độ tin cậy của mô hình
Để đánh giá và hiệu chỉnh cho mô hình TĐL khu vực nghiên cứu, đã tiến hành phân tích
và so sánh kết quả tính của mô hình với một số quan trắc về mực nước, dòng chảy, chất lượng
nước trong thời gian tính toán. Đối với mực nước, sau lần hiệu chỉnh cuối, các kết quả tính
toán cho thấy sai số bình phương trung bình giữa mực nước quan trắc và tính toán đều có giá
trị nhỏ hơn 0.2m. Sai số này có thể chấp nhận được trong điều kiện địa hình khu vực tính
phức tạp và biên độ dao động mực nước lớn như ở khu vực VHL-BTL. Dao động mực nước
tính toán của mô hình với mực nước trong bảng thủy triều và quan trắc cũng cho thấy có sự
phù hợp về pha triều và độ lớn. So sánh kết quả tính của mô hình và quan trắc dòng chảy, hàm
lượng một số chất dinh dưỡng, hữu cơ trong khu vực nghiên cứu cũng cho thấy sự phù hợp.
3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Điều kiện thủy động lực và khả năng trao đổi nước
Điều kiện TĐL có vai trò rất quan trọng trong việc vận chuyển, phát tán, hòa tan các chất
gây ô nhiễm. Nó cũng là cơ sở để tính toán, đánh giá phân bố và biến động theo không gian và
thời gian của các nhóm chất gây ô nhiễm. Đối với khu vực VHL-BTL, kết quả mô phỏng điều
kiện TĐL ở đây cho thấy chế độ dòng chảy của khu vực này liên quan chặt chẽ đến dao động
của thuỷ triều và dòng chảy tổng hợp thể hiện tính chất của dòng triều. Trường dòng chảy
trong khu vực có vận tốc nhỏ khi mực nước đạt các cực trị và vận tốc lớn hơn trong các pha
triều lên hoặc xuống. Trong pha triều xuống, vận tốc dòng chảy cực đại thường lớn hơn trong
pha triều lên do sự kết hợp của dòng triều và dòng chảy từ sông đưa ra. Trường dòng chảy khu
vực VHL-BTL có các hướng chủ đạo liên quan đến pha triều là hướng Bắc - Đông Bắc và Tây
Bắc (triều lên) và hướng Nam - Tây Nam và Đông Nam (triều xuống). Tính chất dòng chảy
tổng hợp giữa mùa mưa và mùa khô không có sự khác biệt nhiều do dòng triều quyết định tính
chất của dòng chảy tổng hợp.
Chính do tính chất dòng chảy tổng hợp biến động theo pha triều lên trong pha triều
xuống, các chất gây ô nhiễm được dòng nước đưa mạng từ bờ ra phía ngoài (hình 2-a). Ngược
lại trong pha triều lên, một phần nó lại bị đẩy trở lại vùng ven bờ (hình 2-b). Điều này khá
quan trọng khí muốn giảm ảnh hưởng của chất ô nhiễm đến môi trường nước thì có thể chọn
thời điểm xả thải hợp lý.
215
(a)
(b)
Hình 2. Trường dòng chảy khu vực vịnh Hạ Long - Bái Tử Long (a-triều lên; - triều xuống)
Khả năng trao đổi nước là một trong những đặc điểm TĐL quan trọng ảnh hưởng lớn đến
các quá trình biến đổi chất gây ô nhiễm trong thuỷ vực cũng như khả năng tiếp nhận chất ô
nhiễm. Việc tính toán khả năng trao đổi nước được thực hiện qua đánh giá lưu lượng nước vào
(ra) và thể tích nước của thủy vực. Những yếu tố này rất khó xác định hay đánh giá từ số liệu
khảo sát vì thể tích, diện tích mặt cắt không chế khu vực trao đổi nước và vận tốc dòng chảy
luôn biến động theo thời gian theo dao động của thủy triều. Tuy nhiên khi ứng dụng MHT thì
216
Tuyển tập Tài nguyên và Môi trường biển, tập 17. 2012. ISSB 978-604-913-106-6
vấn đề này lại được giải quyết một cách khá dễ dàng do trong MHT việc tính toán này được
thực hiện bằng phương pháp tích phân.
Bảng 1. Lượng nước và tỷ lệ nước trao đổi trung bình ngày tại Vịnh Hạ Long –Bái Tử Long
Lượng nước trao đổi
Tỷ lệ nước trao đổi
(triệu m3)
Diện tích Thể tích**
Khu vực
(tr. m2)
(tr. m3)
Mùa mưa
vào ra
90,0 90,3 114,2 109,2
Mùa khô
Mùa mưa
vào ra
Mùa khô
vào ra
vào ra
Bãi Cháy
Cẩm Phả
0,698 0,701 0,886 0,848
1,3 1,356 1,586 1,638
1,21 1,28 1,476 1,479
0,698 0,708 0,862 0,868
0,601 0,643 0,758 0,782
0,65 0,648 0,789 0,781
0,222 0,563 0,36 0,559
22,4
117,0
183,1
275,8
361,6
359,6
22,9
128,9
1003,3 1304,0 1360,5 1591,8 1643,1
2207,1 2670,9 2688,3 3256,9 3263,1
2652,0 1850,4 1877,3 2286,0 2300,7
2927,2 1760,6 1882,2 2219,8 2289,2
3755,1 2442,7 2434,2 2963,3 2933,7
Giữa Vịnh BTL
Giữa Vịnh HL
Vịnh Hạ Long
Vịnh BTL
Vịnh Cửa Lục
Vịnh HL-BTL *
125,1
27,7
70,4
45,0
70,0
721,1
6682,3 4203,3 4316,4 5183,1 5222,8 0,63 0,65 0,78 0,78
Ghi chú: * giới hạn bởi bờ và các mặt cắt HL1, HL5, HL6, BTL1, BTL1, BTL2, BTL3, 4SL4; ** tính
trung bình khi dao động mực nước biến đổi từ 0-4m
Đối với khu vực VHL, để tính toán trao đổi nước, đã chia khu vực này thành các miền
nhỏ ứng với mỗi khu vực nhỏ khác nhau. Các miền nhỏ này bao gồm Bãi Cháy, Cẩm Phả, khu
vực giữa VHL, giữa Vịnh BTL, cả VHL, cả Vịnh BTL và toàn bộ khu vực VHL-BTL. Tỷ lệ
nước trao đổi được tính bằng tỷ số giữa lượng nước trao đổi (vào hoặc ra trên thể tích vực
nước). Các kết quả tính toán (bảng 1) cho thấy tỷ lệ nước vào (hoặc ra) so với thể tích thủy
vực ở VHL trong một ngày đêm dao động trong khoảng từ 60 - 78%, khu vực Vịnh BTL tỷ lệ
này khoảng 65-79%. Tỷ lệ nước vào (ra) so với thể tích toàn bộ VHL-BTL dao động trong
khoảng 63-78% trong một ngày đêm. Khu vực ven bờ Cẩm Phả và giữa VHL có tỷ lệ trao đổi
nước với xung quanh lớn hơn các khu vực khác. Trong khi đó, tỷ lệ nước vào (ra) so với thể
tích khối nước ở vịnh Cửa Lục với giá trị biến đổi từ 22 đến 56% trong một ngày đêm, khá
thấp so với các khu vực khác.
Nhìn trên tổng thể toàn khu vực VHL-BTL, trao đổi nước mùa khô tốt hơn và cân bằng
vào ra với tỷ lệ đều 78%, trao đổi nước mùa mưa kém hơn hẳn với tỷ lệ vào 63% và ra 65%
với sự đóng góp của khối nước sông. Tuy nhiên, nhìn vào từng tiểu khu vực thì thấy bức tranh
trao đổi nước không đồng nhất và thay đổi phức tạp giữa các tiểu khu vực và theo mùa. Nói
chung, ở tất cả các tiểu khu vực trao đổi nước mùa mưa đều kém hơn mùa khô và cân bằng ra
lớn hơn cân bằng vào, trừ vịnh BTL ít chịu ảnh hưởng của sông, cân bằng này là tương đương.
Vào mùa khô có hiện tượng dồn nước cục bộ ở VHL, đặc biệt là tại Bãi Cháy do hiện tượng
217
khối nước chảy ra nhỏ hơn chảy vào. Điều này thể hiện trao đổi nước VHL yếu hơn BTL kể cả
về xu hướng và tỷ số trao đổi.
3.2. Biến động theo thời gian và không gian của các chất ô nhiễm
Các kết quả mô phỏng phân bố và biến động hàm lượng các chất gây ô nhiễm ở khu
vực nghiên cứu đã cung cấp bức tranh về sự ảnh hưởng của các chất này (BOD, COD, NH4,
NO3, PO4) đến môi trường nước, cũng như biến động hàm lượng của chúng từ vị trí các điểm
xả thải đến các khu vực khác nhau trong phạm vi nghiên cứu. Ở khu vực VHL-BTL, các kết
quả của mô hình cho thấy hàm lượng các chất ô nhiễm đều có xu hướng giảm dần từ các khu
vực ven bờ ra phía ngoài và biến động của vùng ô nhiễm cũng thay đổi theo pha triều (hình 3).
Điều này cũng có nghĩa là ở khu vực gần bờ sức chịu tải còn lại nhỏ, khả năng tiếp nhận thêm
chất ô nhiễm hạn chế nhưng ở khu vực phía ngoài sức chịu tải còn lại lớn, khả năng tiếp nhận
thêm chất ô nhiễm còn khá nhiều.
Ortho-Phosphate (PO4) (gP/m3)
0.045
x 106
10-Oct-2008 20:00:00
2.35
0.04
2.34
0.035
2.33
2.32
2.31
2.3
0.03
0.025
0.02
0.015
0.01
2.29
6.8
7
7.2
7.4
7.6
7.8
x 105
0.005
(a)
distance (m)
Ortho-Phosphate (PO4) (gP/m3)
10-Oct-2008 08:00:00
0.045
0.04
x 106
2.35
2.34
2.33
2.32
2.31
2.3
0.035
0.03
(a)
0.025
0.02
0.015
0.01
2.29
(b)
6.8
7
7.2
7.4
7.6
7.8
x 105
0.005
distance (m)
3-
Hình 3. Phân bố hàm lượng PO4 ở khu vực Hạ Long - Bái Tử Long kỳ triều cường - mùa mưa,
năm 2008 (a-triều xuống; b- triều lên)
Kết quả khác của mô hình CLN cho khu vực VHL-BTL là cung cấp các thông tin về biến
động theo thời gian của hàm lượng chất gây ô nhiễm tại bất kỳ thời điểm nào ở mỗi khu vực
trong miền tính. Theo đó có thể biết thời điểm nào hàm lượng chất ô nhiễm đạt giá trị lớn nhất,
nhỏ nhất.
218
Tuyển tập Tài nguyên và Môi trường biển, tập 17. 2012. ISSB 978-604-913-106-6
Mự c nướ c
NH4_HL
NH4 (gN/m3)
(m)
4.50
4.00
3.50
3.00
2.50
2.00
1.50
1.00
0.1700
(a)
0.1600
0.1500
0.1400
0.1300
0.1200
Mự c nướ c
NH4_BTL
NH4 (gN/m3)
(m)
4.50
4.00
3.50
3.00
2.50
2.00
1.50
1.00
0.1400
0.1350
0.1300
0.1250
0.1200
(b)
+
Hình 4. Biến động hàm lượng NH4 theo thời gian ở Vịnh Hạ Long (a) và Bái Tử Long (b), mùa mưa
Một trong những nội dung cần thiết phục vụ đánh giá khả năng tự làm sạch môi trường là
tính toán và phân tích khả năng hấp thụ và chuyển hóa các chất gây ô nhiễm của vực nước
thông qua quá trình quang hợp và phát triển của TVN. Việc đánh giá ảnh hưởng của quá trình
tổng hợp chất hữu cơ của TVN tới quá trình tự làm sạch của vực nước căn cứ vào phương trình
quang hợp của chúng. Thông qua phương trình này ta sẽ tính được lượng chất hữu cơ (các-
bon) và dinh dưỡng (ni-tơ, phốt-pho và si-líc) được hấp thụ và chuyển hóa thành vật chất hữu
cơ trong tế bào của TVN. Đây chính là lượng chất gây ô nhiễm hữu cơ và dinh dưỡng trong
vực nước được chuyển hóa sang dạng khác, hay nói cách khác đây là một phần chất gây ô
nhiễm hữu cơ và dinh dưỡng mà vực nước tự làm sạch thông qua quá trình quang hợp. Tuy
nhiên, trong vực nước không chỉ có quá trình tổng hợp các chất hữu cơ mà còn có cả quá trình
hô hấp và chết (tự nhiên và do địch hại) của TVN. Quá trình chết tự nhiên sẽ trả lại một phần
chất hữu cơ (các-bon) và dinh dưỡng (ni-tơ, phốt-pho và si-líc) cho vực nước thông quá các
quá trình phân huỷ và một phần sẽ lắng đọng vào trầm tích như đã mô tả chi tiết ở phần trước
219
Việc tính toán lượng chất hữu cơ và dinh dưỡng được TVN sử dụng trong quá trình
quang hợp tương đối đơn giản và được thực hiện thông qua các tỷ lệ C:P, C:N, C:Si được sử
dụng khi tính toán mô phỏng quá trình hình thành năng suất sơ cấp của TVN. Riêng phần tính
toán lượng chất hữu cơ và dinh dưỡng được trả lại môi trường nước do TVN chết tự nhiên là
rất khó thực hiện vì tỷ lệ chết tự nhiên của TVN khác nhau tùy theo điều kiện môi trường, cũng
như khác nhau giữa các loài và nhóm loài. Trong khuôn khổ của nghiên cứu này, chỉ thực hiện
việc tính toán lượng chất hữu cơ và dinh dưỡng được sử dụng trong quá trình quang hợp của
TVN. Cụ thể, sẽ tính toán tổng lượng các-bon, ni-tơ và phốt- pho do TVN hấp thụ và tổng
lượng si-lic được nhóm tảo Diatom hấp thụ.
Kết quả tính toán lượng vật chất hữu cơ và dinh dưỡng được TVN sử dụng trong quá
trình quang hợp tại khu vực VHL-BTL được thể hiện trên bảng 2. Kết quả tính toán lượng vật
chất hữu cơ và dinh dưỡng được tích lũy trong tế bào TVN được thể hiện trong bảng 3.
Bảng 2. Lượng vật chất hữu cơ và dinh dưỡng được TVN sử dụng trong quá trình quang
hợp tại Vịnh Hạ Long (Tht)
Vịnh Hạ Long
Mùa mưa Mùa khô
Vịnh Bái Tử Long
Mùa mưa Mùa khô
Thông số
Triều
cường
Triều Triều
kém cường
Triều Triều Triều Triều
kém cường kém cường
Triều
kém
Các-bon (tấn/ngày)
Phốt-pho (tấn/ngày)
Ni-tơ (tấn/ngày)
223,59 203,57 302,89 328,39 467,17 438,78 418,66
444,14
2,24
35,77
22,79
2,04
32,57
20,43
3,03
48,46
31,51
3,28
52,54
34,07
4,67
4,39
4,19
66,98
44,15
4,44
74,75 70,21
52,61 49,58
71,06
46,78
Si-líc (tấn/ngày)
Bảng 3. Lượng vật chất hữu cơ và dinh dưỡng được tích lũy trong tế bào TVN ở Vịnh Hạ Long - BTL
Vịnh Hạ Long
Mùa mưa Mùa khô
Vịnh Bái Tử Long
Mùa mưa Mùa khô
Thông số
Triều
cường
Triều Triều
kém cường
Triều Triều Triều Triều
kém cường kém cường
Triều
kém
Các-bon (tấn/ngày)
Phốt-pho (tấn/ngày)
Ni-tơ (tấn/ngày)
184,46 167,95 249,88 270,92 385,42 361,99 345,39
366,42
1,85
29,51
18,80
1,68
26,87
16,85
2,50
39,98
26,00
2,71
43,35
28,11
3,85
3,62
3,46
55,26
36,42
3,66
61,67 57,92
43,40 40,90
58,62
38,59
Si-líc (tấn/ngày)
Kết quả so sánh khả năng hấp thụ và tích lũy chất dinh dưỡng trong tế bào TVN và
lượng chất dinh dưỡng tích lũy trong nước khu vực nghiên cứu được thể hiện trong bảng 4 cho
thấy TVN ở khu vực nghiên cứu có khả năng hấp thụ một lượng chất dinh dưỡng (ni-tơ và
phốt-pho) khá lớn, nhất là đối với ni-tơ hòa tan trong nước. Điều này thể hiện TVN ở khu vực
220
Tuyển tập Tài nguyên và Môi trường biển, tập 17. 2012. ISSB 978-604-913-106-6
nghiên cứu có khả năng giúp làm sạch vực nước khá tốt. Ngoài ra, kết quả tính toán thể hiện
trong các bảng cũng cho thấy hàm lượng chất dinh dưỡng ni-tơ và phốt-pho ở khu vực nghiên
cứu hoàn toàn đáp ứng được nhu cầu về dinh dưỡng của TVN. Trong trường hợp không có
thêm nguồn cung cấp dinh dưỡng thì với hàm lượng chất dinh dưỡng tích lũy hiện tại vào mùa
mưa VHL có thể đáp ứng được nhu cầu phốt-pho của TVN trong vòng 38 ngày, nhu cầu ni-tơ
trong vòng 12 ngày. Vào mùa khô, khả năng đáp ứng của vịnh đối với hai thông số này lần
lượt là 20 ngày nhu cầu phốt-pho và 6 ngày nhu cầu ni-tơ). Đối với VHL, khả năng đáp ứng
nhu cầu dinh dưỡng lần lượt như sau: mùa mưa – 39 ngày đối với phốt-pho, 12 ngày với ni-tơ;
và mùa khô – 32 ngày với phốt-pho và 9 ngày với ni-tơ.
Bảng 4. So sánh khả năng hấp thụ chất dinh dưỡng bởi TVN và tổng lượng chất dinh
dưỡng tích lũy trong nước
Mùa mưa
Mùa khô
Khu vực
Thông số
Tổng tích
lũy (tấn)
Hấp thu
(tấn/ngày)
Tỷ lệ
(%)
Tổng tích
lũy (tấn) (tấn/ngày)
Hấp thụ
Tỷ lệ (%)
Phốt-pho
Ni-tơ
145,4
716,1
145,4
716,1
3,74
2,57
113,8
3,56
3,13
Vịnh Hạ Long
59,80
3,74
8,35
2,57
8,35
487,4
113,8
487,4
56,94
3,56
11,68
3,13
Phốt-pho
Ni-tơ
Vịnh Bái Tử Long
59,80
56,94
11,68
3.3. Vận chuyển trầm tích và biến động địa hình ở khu vực vịnh Hạ Long – Bái Tử Long
Những ảnh hưởng của sự vận chuyển trầm tích cũng như biến động địa hình là các yếu tố
cần thiết khi đánh giá sức tải cho khu vực VHL-BTL. Các kết quả tính toán từ mô hình cho
thấy:
- Nguồn trầm tích, đặc điểm phân bố của TTLL, đặc điểm TĐL mà trọng tâm là dòng chảy
và dao động mực nước là những yếu tố trực tiếp và quan trọng nhất ảnh hưởng đến quá trình
bồi lắng đáy VHL-BTL.
- Hàm lượng TTLL cao tập trung chủ yếu ở vùng ven bờ vịnh, gần các điểm nguồn thải và
cửa sông đổ vào vịnh, với hàm lượng biến đổi trong khoảng từ 40-90mg/l. Ảnh hưởng của
trầm tích từ các sông thuộc Hải Phòng đến VHL được thể hiện qua dòng bùn cát từ khu cửa
Lạch Huyện đi lên phía Tây Nam Tuần Châu với hàm lượng khá lớn so với các khu vực còn lại
trong VHL-BTL. Tuy nhiên, do đáy ở đây khá nông, sự trao đổi nước kém nên những ảnh
hưởng đó chỉ ở phạm vi khá nhỏ đối khu vực Tây Nam đảo Tuần Châu. Các khu còn lại hàm
lượng TTLL trong nước tương đối nhỏ với giá trị biến đổi giữa các vùng nước và theo các pha
triều thường chỉ trong khoảng 10-30mg/l.
- TTLL từ các cửa sông và vùng ven bờ ở khu vực VHL-BTL không có điều kiện để phát
triển mở rộng ra phía ngoài xa do tải lượng bùn cát từ sông suối đưa ra tương đối nhỏ và tính
chất tuần hoàn của dòng triều mà chỉ phân bố tập trung ở vùng ven bờ và gần các nguồn cung
cấp. Đây cũng là những khu có khả năng bồi tụ cao.
- Các kết quả tính toán mô phỏng cho thấy tốc độ bồi tụ đáy ở khu vực ven bờ VHL-BTL
biến đổi khác nhau theo thời gian và không gian. Tốc độ bồi lắng đáy mùa mưa lớn hơn hẳn
mùa khô và ở các vùng sát bờ vịnh cao hơn hằn các vùng vùng xa bờ vịnh. Cả vùng gần bờ và
xa bờ có tốc độ lắng đọng mùa mưa cao gấp khoảng 1,3 - 2 lần mùa khô. Khu gần bờ có chiều
rộng cách bờ từ 2km (phía Bãi Cháy) đến 5km (phía Vân Đồn) có tốc độ bồi lắng trung bình
trong khoảng 2 – 7mm/năm, phổ biến ở mức 3,0 – 4,5mm/năm; Khu giữa vịnh có tốc độ bồi
lắng trung bình 1-2mm/năm và khu rìa ngoài vịnh có tốc độ bồi tụ phổ biến khoảng 1mm/năm.
221
Trong đó tốc độ 2mm/năm đặc trưng cho khu giữa vịnh và tốc độ 1mm/năm đặc trưng cho khu
rìa ngoài vịnh. Những nơi sát bờ, tốc độ bồi lắng cao nhất, đạt cục bộ 6 - 7mm/năm ở Mông
Dương và Tây Nam Tuần Châu. Ước tính trung bình trên toàn hệ thống VHL-BTL, tốc độ bồi
lắng trung bình khoảng 2mm/năm.
đó có 10% là diện tích đảo và 90% là diện tích mặt vịnh, tương ứng với 1398km2. Nếu tính
quy đổi 1,65 tấn trầm tích tương đương 1m3 bồi tích và tổng lượng bồi tích đưa ra được bồi
lắng lại ước tính 85% thì lượng bồi tích từ nguồn 655371 tấn/năm do khai thác khoáng sản
hiện nay đưa ra góp phần bồi lắng đáy vịnh bằng 0,24mm/năm, con số này tương đối phù hợp
với và có tính chất kiểm định tính đúng đắn của mô hình tính toán.
Việc xác định mức độ bồi lắng đáy vịnh có thể xác định bằng các phương pháp thực
nghiệm. Tuy nhiên, phương pháp này đòi hỏi nhiều công sức và khó có thể thực hiện trên diện
sát và đo thực nghiệm lắng đọng bằng bẫy trầm tích cho trên mặt rạn san hô ở rìa ngoài VHL.
Kết quả cho thấy về mùa khô, lượng rơi lắng là 3,6mg/cm2/24giờ và mùa mưa là 7,2mg/cm2/24
giờ. Nếu quy đổi 1,65 tấn trầm tích tương đương 1m3 trầm tích thì tốc độ rơi lắng trầm tích
trung bình xấp xỉ 12mm/năm.
Thí nghiệm xác định tốc độ rơi lắng trầm tích lên đáy VHL-BTL cũng đã được nêu trong
nhất ở khu vực Cẩm Phả, trung bình 1,822mm/ngày, tương đương 655,742mm/năm. Các khu
vực khác giữa vịnh cũng có tốc độ lắng đọng cao là Lạch Giới (1,645mm/ngày, tương ứng
592,265mm/năm) và đảo Đầu Bê (0,919mm/ngày, tương ứng 330,721mm/năm). Khu vực ven
bờ Hoàng Tân và Vịnh Cửa Lục có tốc độ lắng đọng thấp, đạt 0,099mm/ngày tương ứng
35,062mm/năm tại Hoàng Tân và 0,108mm/ngày tương ứng 38,915mm/năm tại Vịnh Cửa Lục.
Những kết quả tính của mô hình như ở trên cũng đã được so sánh với một số mẫu khoan
được phân tích theo phương pháp đồng vị phóng xạ Cs137 và Pb210 tại Phòng Thí nghiệm Địa
chất biển Quốc Gia, Trường Đại học Đồng Tế (Thượng Hải) cho thấy kết quá khá tương đồng.
3.4. Ảnh hưởng từ hoạt động khai thác than đến bồi lắng của vịnh Hạ Long- Bái Tử Long
Các kết quả phân tính toán, phân tích ở trên cho thấy, ngoài các can thiệp khác của con
người như hoạt động đổ thải, lấn biển và nạo vét thì ở trạng thái tự nhiên hầu như các khu vực
trong VHL-BTL đều diễn ra quá trình bồi lắng làm nông dần địa hình đáy vịnh với những tốc
độ khác nhau. Đây là hậu quả tác động của rất nhiều các yếu tố trong đó có vai trò nhất định
của các hoạt động khai thác khoáng sản. Để đánh giá ảnh hưởng của hoạt động này đến biến
động bồi lắng trầm tích đáy đáy của khu vực nghiên cứu, các trường hợp có hoạt động khai
thác khoáng sản và không có hoạt động khai thác khoáng sản đã được tính toán mô phỏng.
Phân tích các kết quả tính về phân bố của trầm tích lơ lửng trong khu vực nghiên cứu cho
thấy ảnh hưởng của các hoạt động khai thác khoảng sản đến phân bố và biến động trầm tích lơ
lửng ở khu vực VHL-BTL là không lớn. Theo các giai đoạn khác nhau của pha triều, phân bố
vùng có hàm lượng TTLL cao chỉ tập trung hạn chế ở gần bờ. Mặc dù trong trường hợp tăng
tải lượng thải do khai thác khoáng sản làm tăng lượng trầm tích vào khu vực nghiên cứu nhưng
lượng đó không đủ làm tăng đáng kể hàm lượng và phạm vi phân bố khu vực có hàm lượng
bùn cát cao ở ven bờ.
Một cách định lượng có thể đánh giá ảnh hưởng của các hoạt động khai thác khoáng sản
qua tính toán tốc độ bồi lắng ở khu vực nghiên cứu trong 2 trường hợp có và không có hoạt
động này. Các kết quả tính toán và phân tích cho thấy những tác động rõ rệt hơn do khai thác
khoáng sản đến tốc độ bồi lắng trung bình ở khu vực nghiên cứu: làm tăng tốc độ bồi lắng
trung bình hằng năm ở đây khoảng từ 0,1-1,0mm/năm, tính trung bình trên toàn hệ thống vịnh
là 0,25mm/năm, chiếm khoảng 12,5% tổng giá trị bồi lắng.
222
Tuyển tập Tài nguyên và Môi trường biển, tập 17. 2012. ISSB 978-604-913-106-6
Giá trị này biến đổi theo xu hướng giảm dần từ bờ ra phía ngoài tương ứng với phạm vi
tác động do các hoạt động khai thác khoáng sản giảm từ bờ ra phía ngoài. Tại các điểm phía
ngoài của các mặt cắt, tốc độ bồi tụ nhỏ, sự chênh lệch giá trị này trong cả hai trường hợp có
và không có hoạt động khai thác khoáng sản hầu như không đáng kể.
Ở những khu vực khác nhau, ảnh hưởng của các hoạt động khai thác khoáng sản đến tốc
độ bồi lắng đáy VHL-BTL cũng khác nhau. Một số khu vực tốc độ bồi lắng tăng nhiều hơn
(trong trường hợp có khai thác khoáng sản) như Cẩm Phả, phía ngoài cửa sông Mông Dương
với sự chênh lệch có thể lên tới 1mm. Các khu vực khác có tốc độ bồi tụ tăng do khai thác
khoáng sản nhỏ hơn với giá trị chênh lệch lớn nhất chỉ khoảng 0,5-0,7mm. Theo thời gian,
những tác động đến tốc độ bồi lắng biến đổi rõ rệt theo mùa. Trong mùa mưa, tốc độ bồi lắng
trung bình lớn hơn và chênh lệch do ảnh hưởng của các hoạt động khai thác than so với không
có khai thác than cũng lớn hơn.
4. KẾT LUẬN
MHT học là công cụ hữu ích phục vụ đánh giá sức tải môi trường của các thủy vực ven
biển. Công cụ này không những cung cấp các kết quả mang tính chất định tính và định lượng
cho các điều kiện hiện tại mà còn có thể dùng để dự báo với những kịch bản khác nhau.
Ứng dụng MHT học ở khu vực VHL-BTL đã cung cấp các kết quả về điều kiện thủy động
lực, khả năng trao đổi nước ở các khu vực khác nhau trong vùng, đặc điểm lan truyền các chất
gây ô nhiễm, khả năng chuyển hóa chất gây ô nhiễm trong môi trường nước cũng như sự hấp
thụ các chất này của thực vật phù du.
Ngoài ra, kết quả ứng dụng MHT học ở khu vực VHL-BTL cũng đã cung cấp các thông
tin về đặc điểm vận chuyển trầm tích và biến động địa hình ở khu vực này do các yêu tố khác
nhau, trong đó có vai trò của hoạt động khai thác khoáng sản.
Lời cảm ơn
Các tác giả xin chân thành cảm ơn những nhận xét, góp ý hết sức sâu sắc của TS. Nguyễn
Hữu Cử trong quá trình hoàn thiện bài viết này.
Abstract:
A NUMERICAL MODEL FOR ASSESSMENT OF ENVIRONMENTAL CAPACITY
IN THE COASTAL ZONE OF HALONG-BAI TU LONG BAY
Vu Duy Vinh, Tran Duc Thanh, Cao Thi Thu Trang
Numerical models have developed incessantly and gradually become effective tools for study on
marine environment. This paper presents results application a numerical model system for assessment of
environment capacity in the coastal zone of Ha Long-Bai Tu Long bay. The model used in this study is
integrated model system – Delft3d which developed by Delft Hydraulic (Netherlands). With differently
scenarios for hydrodynamics condition, water quality, biological and sediment transport as well as
morphological change, the results of the model have supply effective information about hydrodynamics
condition, water exchange ability, transform ability of pollutions in the study area as well as
morphological change in Ha Long – Bai Tu Long bay. These results are really necessary for assessment
of environmental capacity in the coastal zone of Ha Long- Bai Tu Long Bay.
223
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Bacher, C., Duarte, P., Ferreira, J.G., Héral, M., Raillard, O., 1998. Assessment and
comparison of the Marennes-Oléron Bay (France) and Carlingford Lough (Ireland) carrying
capacity with ecosystem models. Aquat. Ecol. 31, 379–394.
2. Carver, C.E.A., Mallet, A.L., 1990. Estimating the carrying capacity of a coastal inlet for
mussel culture. Aquaculture 88, 39–53.
3. Christopher W. McKindsey, Helmut Thetmeyer, Thomas Landry, William Silvert, 2006.
Review of recent carrying capacity models for bivalve culture and recommendations for
research and management. Aquaculture 261 (2006) 451–462
4. Delft Hydraulics, 2003. Delft3D-FLOW User Manual; Delft3D-WAQ User Manual
5. Duarte P., R. Meneses , A.J.S. Hawkins, M. Zhu, J. Fang, J. Grant, 2003. Mathematical
modelling to assess the carrying capacity for multi-species culture within coastal waters.
Ecological Modelling 168 (2003) 109–143
6. Edwards, R. Y., and C. D. Fowle, 1974. "The Concept of Carrying Capacity." In Readings
in Wildlife Management, edited by J. A. Bailey, W. Elder, and T. D. McKinney. Washington,
DC: The Wildlife Society
7. Ferreira, J.G., Duarte, P., Ball, B., 1998. Trophic capacity of Carlingford Lough for oyster
culture—analysis by ecological modelling. Aquat. Ecol. 31, 361–378.
8. Herman, M.J., 1993. A set of models to investigate the role of benthic suspension feeders
in estuarine ecosystems. In: Dame, R.F. (Ed.), Bivalve Filter-Feeders in Estuarine and Coastal
Ecosystems. NATO ASI Series, pp. 421–454.
9. Jiang, W.M., Gibbs, M.T., 2005. Predicting the carrying capacity of bivalve shellfish
culture using a steady, linear food web model. Aquaculture 244, 171–185.
10. Knauss, J.A., 1997. Introduction to Physical Oceanography. Prentice-Hall, Englewood
Cliffs, NJ, 309 pp.
11. Lin, H.J., Shao, K.T., Kuo, S.R., Hsieh, H.L., Wong, S.L., Chen, I.M., Lo, W.T., Hung,
J.J., 1999. A trophic model of a sandy barrier lagoon at Chiku in southwestern Taiwan.
Estuar. Coast. Shelf Sci. 48, 575–588.
12. Lyard F., F. Lefevre, T. Letellier, and O. Francis, 2006. Modelling the global ocean tides:
modern insights from FES2004. Ocean Dynamics, 56:394–415, 2006.
13. Raillard, O., Ménesguen, A., 1994. An ecosystem model for the estimating the carrying
capacity of a macrotidal shellfish system. Mar. Ecol. Prog. Ser. 115, 117–130.
14. Schendel, E.K., Nordstrom, S.E., Lavkulich, L.M., 2004. Floc and sediment properties
and their environmental distribution from a marine fish farm. Aquac. Res. 35, 483–493.
15. Trần Đức Thạnh, Đỗ Đình Chiến, Trần Anh Tú và nnk, 2007. Xây dựng mô hình lan
truyền chất ô nhiễm cho Vịnh Hạ Long - Bái Tử Long. Đề tài cấp tỉnh Quảng Ninh. Lưu trữ
tại Viện TN&MT biển và Sở KH&CN tỉnh Quảng Ninh.
16. Trần Văn Trị, Trần Đức Thạnh, Waltham Tony, Lê Đức An, Lại Huy Anh, 2003. The Ha
Long Bay world heritage: outstanding geological values. J.Geology. Series B, No.22. Hà Nội.
1-18.
17. Nguyễn Quang Tuấn, 2000. Vật liệu trầm tích lục nguyên trên một số rạn san hô rìa ngoài
Vịnh Hạ Long. Tài nguyên và Môi trường biển. T.VII. Nxb, KH&KT. Hà Nội. Tr. 25 – 34.
18. Wan, Z., 2001. Simulation of hydrodynamic processes in Jiaozhou and Sungo Bay. In:
Carrying Capacity and Impact of Aquaculture on the Environment in Chinese Bays. INCO-
DC, contract number ERBIC18CT980291, EU.
224
12 trang
12/01/2024
24520
Free
Bạn đang xem tài liệu "Mô hình toán phục vụ đánh giá sức tải môi trường khu vực vịnh Hạ Long - Bái Tử Long", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- mo_hinh_toan_phuc_vu_danh_gia_suc_tai_moi_truong_khu_vuc_vin.pdf
