MÔ HÌNH TOÁN PHỤC VỤ ĐÁNH GIÁ SỨC TẢI MÔI TRƯỜNG KHU VỰC VỊNH HẠ LONG- BÁI TỬ LONG

Tuyển tập Tài nguyên Môi trường biển, tập 17 2012 ISSB 978-604-913-106-6 MƠ HÌNH TỐN 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 Môi trường biển, 246 Đà Nẵng Ngơ Quyền, Hải Phịng Email: vinhvd@imer.ac.vn MỞ ĐẦU Khái niệm sức tải môi trường lần nhà khoa học Mỹ sử dụng xác định mật độ chăn thả gia súc phù hợp cao nguyên Kaibad vào đầu kỷ 20 [6] Đến nay, việc đánh giá sức tải áp dụng vào nhiều lĩnh vực có tài nguyên môi trường biển Đối tượng đánh giá sức tải môi trường không vài yếu tố liên quan trực tiếp mà tổng hợp nhiều yếu tố khác có tác động qua lại chịu ảnh hưởng lẫn [3] Vì cần có đánh giá tổng hợp, có tính hệ thống mang tính định lượng Trong thủy vực hệ sinh thái diễn tương tác nhiều yếu tố khác [10] cần tính đến việc đánh giá sức tải môi trường mà để tổng hợp chúng sử dụng mơ hình tốn (MHT) học [3, 7] Những ứng dụng mơ hình kể đến kết mơ hình thủy động lực (TĐL) để đánh giá điều kiện TĐL, giới hạn hoạt động di chuyển khối nước, trao đổi nước [1, 9, 18] Ngồi mơ hình TĐL, mơ hình chất lượng nước (CLN)- sinh thái học sử dụng để để nghiên cứu biến đổi, chuyển hóa nhóm chất dinh dưỡng, hữu hịa tan mơi trường nước [6, 7, 8, 13] Những kết mơ hình theo hướng không cung cấp hiểu biết diễn biến q trình chuyển hóa vật chất thủy vực mà cịn đưa đánh giá định lượng khả tiếp nhận thêm chất gây ô nhiễm vào khu vực nghiên cứu [2, 9, 13] Đóng góp khác MHT cho đánh giá sức tải môi trường thực tính tốn vận chuyển bùn cát biến đổi địa hình thủy vực [11, 14] Khu vực nghiên cứu nằm vùng biển ven bờ phía Đơng Bắc Việt Nam, giới hạn khoảng 106°58'-107°22' kinh Đông 20°45'-21015 vĩ Bắc, thuộc tỉnh Quảng Ninh cách thủ Hà Nội khoảng 150km phía Đơng – Đơng Bắc Đây vùng biển giàu tài nguyên thiên nhiên tiềm để phát triển kinh tế xã hội phải đối mặt với thách thức mơi trường biển Chính vậy, vấn đề đánh giá giới hạn tiếp nhận chất gây ô nhiễm hay sức tải môi trường khu vực có ý nghĩa thực tiễn, đặc biệt kết mang tính định lượng Trên sở ứng dụng mơ hình tổng hợp chiều (Delft3D) với kịch thiết lập khác mơ hình TĐL, CLN, vận chuyển trầm tích mơ hình sinh thái khu vực vịnh Hạ Long (VHL)-Bái Tử Long (BTL), kết nhận có đóng góp quan trọng cho việc đánh giá sức tải môi trường khu vực TÀI LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP 2.1 Tài liệu Các tài liệu cần thiết sử dụng bao gồm tài liệu thu thập khảo sát địa hình, khí tượng, thủy văn hải, CLN, sinh thái khuôn khổ đề tài: Nghiên cứu đánh giá sức tải môi trường đề xuất giải pháp quản lý, bảo vệ mơi trường VHL-BTL Ngồi ra, tài liệu phương pháp ứng dụng mơ hình tài liệu liên quan khác sử dụng Trên sở tài liệu này, MHT học thiết lập theo kịch khác cho khu vực tiến hành MHT sử dụng nhóm mơ hình TĐL, chất lượng nước, vận chuyển trầm tích mơ hình sinh thái sở mơ hình 213 Delft3D Viện thủy lực Delft (Hà Lan) nghiên cứu phát triển 2.2 Phương pháp Để có số liệu cho biên mở biển mơ hình TĐL khu vực VHL-BTL, phương pháp NESTHD [4] sử dung Theo phương pháp này, kết mơ hình với phạm vi lớn (lưới thô) sử dụng làm đầu vào cho điều kiện biên mở lưới tính khu vực nghiên cứu (lưới chi tiết) Lưới tính thơ mơ hình hệ lưới cong trực giao với phạm vi vùng tính mở rộng tới gần đảo Bạch Long Vĩ (BLV) Miền tính có kích thước khoảng 129km theo phương đông tây 122km theo phương bắc nam, diện tích mặt nước khoảng 7905.94km2 chia thành 130 x 128 điểm tính với lưới có kích thước biến đổi từ 262.75-1357.75m Theo phương thẳng đứng, lưới tính thơ sử dụng hệ tọa độ  với lớp nước với tỷ lệ từ mặt xuống đáy 33%, 34% 33% độ sâu cột nước Điều kiên biên mơ hình số điều hịa sóng triều O1, K1, P1, Q1, M2, S2 sở liệu thủy triều Fes2004 [12] Điều kiện biên nhiệt-muối mơ hình lấy từ số liệu trung bình tháng sở liệu WOA09 [19] Số liệu gió dùng cho mơ hình số liệu quan trắc với tần suất 6h/lần BLV Lưới tính chi tiết hệ lưới cong trực giao, có phạm vi vùng tính bao gồm vùng nước VHL, vịnh BTL, vịnh Cửa Lục Miền tính có kích thước khoảng 78 km theo chiều đông tây 56 km theo chiều bắc nam, với diện tích mặt nước khoảng 1987.4km2 chia thành 327 x 286 điểm tính, kích thước lưới biến đổi từ 65.25 đến 296.5m (hình 1) Các lưới tính theo chiều thẳng đứng sử dụng hệ toạ độ  với lớp nước với tỷ lệ từ mặt xuống đáy 33%, 34% 33% Đối với điều kiện biên sông mơ hình chi tiết, sử dụng số liệu lưu lượng nước, nhiệt độ, độ mặn trung bình sơng Chanh, sơng Kinh Trai, sơng Bình Hương, sơng Trới, sông Diên Vọng sông Mông Dương Ghi chú: vị trí biên mở Hình Luới tính vị trí biên mở mơ hình thuỷ động lực vịnh Hạ Long- Bái Tử Long Mơ hình vận chuyển trầm tích lơ lửng (TTLL) xây dựng sở kết tính tốn dự báo mơ hình TĐL, có phạm vi miền tính Phạm vi vùng tính mơ hình lan truyền TTLL bao gồm vùng nước VHL-BTL, vịnh Cửa Lục, phía tây nam đảo Tuần Châu Các biên mở sông 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 sông Mông Dương (Cửa Ông) Để đánh giá biến động địa hình số khu vực VHLBTL, số điểm tính mơ hình theo mặt cắt (từ bờ ra) đưa khu vực phía ngồi Tuần Châu, Bãi Cháy, Hịn Gai, Cẩm Phả, Cửa Ơng Mông Dương 214 Tuyển tập Tài nguyên Môi trường biển, tập 17 2012 ISSB 978-604-913-106-6 Mơ hình CLN sinh thái học thiết lập sở kết mơ hình TĐL Các kết gồm: phạm vi miền tính, vị trí biên cứng biên mở, trường dòng chảy, độ sâu, trường nhiệt muối v.v Các thơng số tính tốn mơ hình CLN bao gồm: NO3, NH4, PO4, Si2O3, BOD, COD, suất sơ cấp thực vật (TVN) Các nhóm mơ hình thiết lập chạy với kịch khác nhau, bao gồm: Hiện trạng (đặc trưng mùa): mùa mưa (tháng năm 2008); mùa khô tháng 12 năm 2008) Các kịch sử dụng số liệu đo đạc tính tốn thực tế khu vực nghiên cứu thời gian tính tốn Các kịch dự báo theo gia tăng tải lượng thải nhóm chất dinh dưỡng, hữu TTLL Nhằm đánh giá ảnh hưởng hoạt động khai thác khống sản đến biến đổi địa hình đáy khu vực nghiên cứu chúng tối thiết lập thêm trường hợp tính: có khai thác khống sản khơng có khai thác khoáng sản so sánh hai trường hợp Điều kiện ban đầu cho lần chạy sử dụng giá trị trung bình mùa nhiệt độ, giá trị cho độ mặn, mực nước nhóm dinh dưỡng, hữu cơ, TTLL Sau lần chạy đầy tiên, điều kiên ban đầu mô hiình sử dụng kết trường nhiệt độ, độ muối mực nước sau 30 ngày tính Hiệu chỉnh kiểm chứng độ tin cậy mơ hình Để đánh giá hiệu chỉnh cho mơ hình TĐL khu vực nghiên cứu, tiến hành phân tích so sánh kết tính mơ hình với số quan trắc mực nước, dòng chảy, chất lượng nước thời gian tính tốn Đối với mực nước, sau lần hiệu chỉnh cuối, kết tính tốn cho thấy sai số bình phương trung bình mực nước quan trắc tính tốn có giá trị nhỏ 0.2m Sai số chấp nhận điều kiện địa hình khu vực tính phức tạp biên độ dao động mực nước lớn khu vực VHL-BTL Dao động mực nước tính tốn mơ hình với mực nước bảng thủy triều quan trắc cho thấy có phù hợp pha triều độ lớn So sánh kết tính mơ hình quan trắc dịng chảy, hàm lượng số chất dinh dưỡng, hữu khu vực nghiên cứu cho thấy phù hợp KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Điều kiện thủy động lực khả trao đổi nước Điều kiện TĐL có vai trò quan trọng việc vận chuyển, phát tán, hịa tan chất gây nhiễm Nó sở để tính tốn, đánh giá phân bố biến động theo không gian thời gian nhóm chất gây nhiễm Đối với khu vực VHL-BTL, kết mô điều kiện TĐL cho thấy chế độ dòng chảy khu vực liên quan chặt chẽ đến dao động thuỷ triều dịng chảy tổng hợp thể tính chất dịng triều Trường dịng chảy khu vực có vận tốc nhỏ mực nước đạt cực trị vận tốc lớn pha triều lên xuống Trong pha triều xuống, vận tốc dòng chảy cực đại thường lớn pha triều lên kết hợp dịng triều dịng chảy từ sơng đưa Trường dịng chảy khu vực VHL-BTL có hướng chủ đạo liên quan đến pha triều hướng Bắc - Đông Bắc Tây Bắc (triều lên) hướng Nam - Tây Nam Đông Nam (triều xuống) Tính chất dịng chảy tổng hợp mùa mưa mùa khơ khơng có khác biệt nhiều dịng triều định tính chất dịng chảy tổng hợp Chính tính chất dịng chảy tổng hợp biến động theo pha triều lên pha triều xuống, chất gây nhiễm dịng nước đưa mạng từ bờ phía ngồi (hình 2-a) Ngược lại pha triều lên, phần lại bị đẩy trở lại vùng ven bờ (hình 2-b) Điều quan trọng khí muốn giảm ảnh hưởng chất ô nhiễm đến môi trường nước chọn thời điểm xả thải hợp lý 215 (a) (b) Hình Trường dịng chảy khu vực vịnh Hạ Long - Bái Tử Long (a-triều lên; - triều xuống) Khả trao đổi nước đặc điểm TĐL quan trọng ảnh hưởng lớn đến q trình biến đổi chất gây nhiễm thuỷ vực khả tiếp nhận chất nhiễm Việc tính tốn khả trao đổi nước thực qua đánh giá lưu lượng nước vào (ra) thể tích nước thủy vực Những yếu tố khó xác định hay đánh giá từ số liệu khảo sát thể tích, diện tích mặt cắt không chế khu vực trao đổi nước vận tốc dịng chảy ln biến động theo thời gian theo dao động thủy triều Tuy nhiên ứng dụng MHT 216 Tuyển tập Tài ngun Mơi trường biển, tập 17 2012 ISSB 978-604-913-106-6 vấn đề lại giải cách dễ dàng MHT việc tính tốn thực phương pháp tích phân Bảng Lượng nước tỷ lệ nước trao đổi trung bình ngày Vịnh Hạ Long –Bái Tử Long Lượng nước trao đổi (triệu m3) Khu vực Tỷ lệ nước trao đổi Diện tích Thể tích** (tr m2) (tr m3) Mùa mưa Mùa khơ vào vào 90,0 90,3 114,2 109,2 Mùa mưa Mùa khô vào vào ra Bãi Cháy 22,4 128,9 Cẩm Phả 117,0 1003,3 1304,0 1360,5 1591,8 1643,1 1,3 1,356 1,586 1,638 Giữa Vịnh BTL 183,1 2207,1 2670,9 2688,3 3256,9 3263,1 1,21 1,28 1,476 1,479 Giữa Vịnh HL 275,8 2652,0 1850,4 1877,3 2286,0 2300,7 0,698 0,708 0,862 0,868 Vịnh Hạ Long 361,6 2927,2 1760,6 1882,2 2219,8 2289,2 0,601 0,643 0,758 0,782 Vịnh BTL 359,6 3755,1 2442,7 2434,2 2963,3 2933,7 Vịnh Cửa Lục 22,9 125,1 Vịnh HL-BTL * 721,1 6682,3 27,7 70,4 45,0 70,0 4203,3 4316,4 5183,1 5222,8 0,698 0,701 0,886 0,848 0,65 0,648 0,789 0,781 0,222 0,563 0,36 0,559 0,63 0,65 0,78 0,78 Ghi chú: * giới hạn bờ mặt cắt HL1, HL5, HL6, BTL1, BTL1, BTL2, BTL3, 4SL4; ** tính trung bình dao động mực nước biến đổi từ 0-4m Đối với khu vực VHL, để tính tốn trao đổi nước, chia khu vực thành miền nhỏ ứng với khu vực nhỏ khác Các miền nhỏ bao gồm Bãi Cháy, Cẩm Phả, khu vực VHL, Vịnh BTL, VHL, Vịnh BTL toàn khu vực VHL-BTL Tỷ lệ nước trao đổi tính tỷ số lượng nước trao đổi (vào thể tích vực nước) Các kết tính tốn (bảng 1) cho thấy tỷ lệ nước vào (hoặc ra) so với thể tích thủy vực VHL ngày đêm dao động khoảng từ 60 - 78%, khu vực Vịnh BTL tỷ lệ khoảng 65-79% Tỷ lệ nước vào (ra) so với thể tích tồn VHL-BTL dao động khoảng 63-78% ngày đêm Khu vực ven bờ Cẩm Phả VHL có tỷ lệ trao đổi nước với xung quanh lớn khu vực khác Trong đó, tỷ lệ nước vào (ra) so với thể tích khối nước vịnh Cửa Lục với giá trị biến đổi từ 22 đến 56% ngày đêm, thấp so với khu vực khác Nhìn tổng thể tồn khu vực VHL-BTL, trao đổi nước mùa khô tốt cân vào với tỷ lệ 78%, trao đổi nước mùa mưa hẳn với tỷ lệ vào 63% 65% với đóng góp khối nước sơng Tuy nhiên, nhìn vào tiểu khu vực thấy tranh trao đổi nước không đồng thay đổi phức tạp tiểu khu vực theo mùa Nói chung, tất tiểu khu vực trao đổi nước mùa mưa mùa khô cân lớn cân vào, trừ vịnh BTL chịu ảnh hưởng sơng, cân tương đương Vào mùa khơ có tượng dồn nước cục VHL, đặc biệt Bãi Cháy tượng 217 khối nước chảy nhỏ chảy vào Điều thể trao đổi nước VHL yếu BTL kể xu hướng tỷ số trao đổi 3.2 Biến động theo thời gian không gian chất ô nhiễm Các kết mô phân bố biến động hàm lượng chất gây ô nhiễm khu vực nghiên cứu cung cấp tranh ảnh hưởng chất (BOD, COD, NH4, NO3, PO4) đến môi trường nước, biến động hàm lượng chúng từ vị trí điểm xả thải đến khu vực khác phạm vi nghiên cứu Ở khu vực VHL-BTL, kết mơ hình cho thấy hàm lượng chất nhiễm có xu hướng giảm dần từ khu vực ven bờ phía ngồi biến động vùng nhiễm thay đổi theo pha triều (hình 3) Điều có nghĩa khu vực gần bờ sức chịu tải lại nhỏ, khả tiếp nhận thêm chất nhiễm hạn chế khu vực phía ngồi sức chịu tải lại lớn, khả tiếp nhận thêm chất nhiễm cịn nhiều Ortho-Phosphate (PO4) (gP/m3) 10-Oct-2008 20:00:00 distance (m)  2.35 (a) x 10 0.04 2.34 0.035 2.33 0.03 2.32 0.025 2.31 0.02 2.3 0.015 0.01 2.29 6.8 7.2 7.4 distance (m)  2.35 distance (m)  (a) 7.6 7.8 x 10 Ortho-Phosphate (PO4) (gP/m3) 10-Oct-2008 08:00:00 (b) 0.045 x 10 0.005 0.045 0.04 2.34 0.035 2.33 0.03 2.32 0.025 2.31 0.02 2.3 0.015 2.29 6.8 0.01 7.2 7.4 distance (m)  7.6 7.8 x 10 0.005 Hình Phân bố hàm lượng PO43- khu vực Hạ Long - Bái Tử Long kỳ triều cường - mùa mưa, năm 2008 (a-triều xuống; b- triều lên) Kết khác mơ hình CLN cho khu vực VHL-BTL cung cấp thông tin biến động theo thời gian hàm lượng chất gây ô nhiễm thời điểm khu vực miền tính Theo biết thời điểm hàm lượng chất ô nhiễm đạt giá trị lớn nhất, nhỏ 218 Tuyển tập Tài nguyên Môi trường biển, tập 17 2012 ISSB 978-604-913-106-6 Mực nước (m) NH4_HL NH4 (gN/m ) 4.50 0.1700 (a) 4.00 0.1600 3.50 0.1500 3.00 2.50 0.1400 2.00 0.1300 Mực nước (m) NH4_BTL 18/10/2008 17/10/2008 16/10/2008 15/10/2008 14/10/2008 13/10/2008 12/10/2008 11/10/2008 10/10/2008 09/10/2008 08/10/2008 07/10/2008 06/10/2008 1.00 05/10/2008 1.50 0.1200 NH4 (gN/m ) 4.50 0.1400 4.00 (b) 3.50 0.1350 3.00 0.1300 2.50 2.00 0.1250 18/10/2008 17/10/2008 16/10/2008 15/10/2008 14/10/2008 13/10/2008 12/10/2008 11/10/2008 10/10/2008 09/10/2008 08/10/2008 07/10/2008 06/10/2008 1.00 05/10/2008 1.50 0.1200 Hình Biến động hàm lượng NH4+ theo thời gian Vịnh Hạ Long (a) Bái Tử Long (b), mùa mưa Một nội dung cần thiết phục vụ đánh giá khả tự làm mơi trường tính tốn phân tích khả hấp thụ chuyển hóa chất gây ô nhiễm vực nước thông qua trình quang hợp phát triển TVN Việc đánh giá ảnh hưởng trình tổng hợp chất hữu TVN tới trình tự làm vực nước vào phương trình quang hợp chúng Thơng qua phương trình ta tính lượng chất hữu (cácbon) dinh dưỡng (ni-tơ, phốt-pho si-líc) hấp thụ chuyển hóa thành vật chất hữu tế bào TVN Đây lượng chất gây nhiễm hữu dinh dưỡng vực nước chuyển hóa sang dạng khác, hay nói cách khác phần chất gây ô nhiễm hữu dinh dưỡng mà vực nước tự làm thơng qua q trình quang hợp Tuy nhiên, vực nước khơng có q trình tổng hợp chất hữu mà cịn có q trình hơ hấp chết (tự nhiên địch hại) TVN Quá trình chết tự nhiên trả lại phần chất hữu (các-bon) dinh dưỡng (ni-tơ, phốt-pho si-líc) cho vực nước thơng q trình phân huỷ phần lắng đọng vào trầm tích mơ tả chi tiết phần trước 219 Việc tính tốn lượng chất hữu dinh dưỡng TVN sử dụng trình quang hợp tương đối đơn giản thực thông qua tỷ lệ C:P, C:N, C:Si sử dụng tính tốn mơ q trình hình thành suất sơ cấp TVN Riêng phần tính toán lượng chất hữu dinh dưỡng trả lại môi trường nước TVN chết tự nhiên khó thực tỷ lệ chết tự nhiên TVN khác tùy theo điều kiện môi trường, khác lồi nhóm lồi Trong khuôn khổ nghiên cứu này, thực việc tính tốn lượng chất hữu dinh dưỡng sử dụng trình quang hợp TVN Cụ thể, tính tốn tổng lượng các-bon, ni-tơ phốt- TVN hấp thụ tổng lượng si-lic nhóm tảo Diatom hấp thụ Kết tính tốn lượng vật chất hữu dinh dưỡng TVN sử dụng trình quang hợp khu vực VHL-BTL thể bảng Kết tính toán lượng vật chất hữu dinh dưỡng tích lũy tế bào TVN thể bảng Bảng Lượng vật chất hữu dinh dưỡng TVN sử dụng trình quang hợp Vịnh Hạ Long (Tht) Vịnh Hạ Long Mùa mưa Thông số Vịnh Bái Tử Long Mùa khô Mùa mưa Mùa khô Triều cường Triều Triều cường Triều Triều cường Triều Triều cường Triều Các-bon (tấn/ngày) 223,59 203,57 302,89 328,39 467,17 438,78 418,66 444,14 Phốt-pho (tấn/ngày) 2,24 2,04 3,03 3,28 4,67 4,39 4,19 4,44 Ni-tơ (tấn/ngày) 35,77 32,57 48,46 52,54 74,75 70,21 66,98 71,06 Si-líc (tấn/ngày) 22,79 20,43 31,51 34,07 52,61 49,58 44,15 46,78 Bảng Lượng vật chất hữu dinh dưỡng tích lũy tế bào TVN Vịnh Hạ Long - BTL Vịnh Hạ Long Thông số Mùa mưa Vịnh Bái Tử Long Mùa khô Mùa mưa Mùa khô Triều cường Triều Triều cường Triều Triều cường Triều Triều cường Triều Các-bon (tấn/ngày) 184,46 167,95 249,88 270,92 385,42 361,99 345,39 366,42 Phốt-pho (tấn/ngày) 1,85 1,68 2,50 2,71 3,85 3,62 3,46 3,66 Ni-tơ (tấn/ngày) 29,51 26,87 39,98 43,35 61,67 57,92 55,26 58,62 Si-líc (tấn/ngày) 18,80 16,85 26,00 28,11 43,40 40,90 36,42 38,59 Kết so sánh khả hấp thụ tích lũy chất dinh dưỡng tế bào TVN lượng chất dinh dưỡng tích lũy nước khu vực nghiên cứu thể bảng cho thấy TVN khu vực nghiên cứu có khả hấp thụ lượng chất dinh dưỡng (ni-tơ phốt-pho) lớn, ni-tơ hòa tan nước Điều thể TVN khu vực 220 Tuyển tập Tài nguyên Môi trường biển, tập 17 2012 ISSB 978-604-913-106-6 nghiên cứu có khả giúp làm vực nước tốt Ngoài ra, kết tính tốn thể bảng cho thấy hàm lượng chất dinh dưỡng ni-tơ phốt-pho khu vực nghiên cứu hoàn toàn đáp ứng nhu cầu dinh dưỡng TVN Trong trường hợp khơng có thêm nguồn cung cấp dinh dưỡng với hàm lượng chất dinh dưỡng tích lũy vào mùa mưa VHL đáp ứng nhu cầu phốt-pho TVN vòng 38 ngày, nhu cầu ni-tơ vịng 12 ngày Vào mùa khơ, khả đáp ứng vịnh hai thông số 20 ngày nhu cầu phốt-pho ngày nhu cầu ni-tơ) Đối với VHL, khả đáp ứng nhu cầu dinh dưỡng sau: mùa mưa – 39 ngày phốt-pho, 12 ngày với ni-tơ; mùa khô – 32 ngày với phốt-pho ngày với ni-tơ Bảng So sánh khả hấp thụ chất dinh dưỡng TVN tổng lượng chất dinh dưỡng tích lũy nước Mùa mưa Khu vực Vịnh Hạ Long Vịnh Bái Tử Long Thông số Tổng tích lũy (tấn) Hấp thu (tấn/ngày) Mùa khơ Tỷ lệ (%) Tổng tích lũy (tấn) Hấp thụ Tỷ lệ (%) (tấn/ngày) Phốt-pho 145,4 3,74 2,57 113,8 3,56 3,13 Ni-tơ 716,1 59,80 8,35 487,4 56,94 11,68 Phốt-pho 145,4 3,74 2,57 113,8 3,56 3,13 Ni-tơ 716,1 59,80 8,35 487,4 56,94 11,68 3.3 Vận chuyển trầm tích biến động địa hình khu vực vịnh Hạ Long – Bái Tử Long Những ảnh hưởng vận chuyển trầm tích biến động địa hình yếu tố cần thiết đánh giá sức tải cho khu vực VHL-BTL Các kết tính tốn từ mơ hình cho thấy: - Nguồn trầm tích, đặc điểm phân bố TTLL, đặc điểm TĐL mà trọng tâm dòng chảy dao động mực nước yếu tố trực tiếp quan trọng ảnh hưởng đến trình bồi lắng đáy VHL-BTL - Hàm lượng TTLL cao tập trung chủ yếu vùng ven bờ vịnh, gần điểm nguồn thải cửa sông đổ vào vịnh, với hàm lượng biến đổi khoảng từ 40-90mg/l Ảnh hưởng trầm tích từ sơng thuộc Hải Phịng đến VHL thể qua dòng bùn cát từ khu cửa Lạch Huyện lên phía Tây Nam Tuần Châu với hàm lượng lớn so với khu vực lại VHL-BTL Tuy nhiên, đáy nông, trao đổi nước nên ảnh hưởng phạm vi nhỏ đối khu vực Tây Nam đảo Tuần Châu Các khu lại hàm lượng TTLL nước tương đối nhỏ với giá trị biến đổi vùng nước theo pha triều thường khoảng 10-30mg/l - TTLL từ cửa sông vùng ven bờ khu vực VHL-BTL điều kiện để phát triển mở rộng phía ngồi xa tải lượng bùn cát từ sơng suối đưa tương đối nhỏ tính chất tuần hồn dòng triều mà phân bố tập trung vùng ven bờ gần nguồn cung cấp Đây khu có khả bồi tụ cao - Các kết tính tốn mơ cho thấy tốc độ bồi tụ đáy khu vực ven bờ VHL-BTL biến đổi khác theo thời gian không gian Tốc độ bồi lắng đáy mùa mưa lớn hẳn mùa khô vùng sát bờ vịnh cao hằn vùng vùng xa bờ vịnh Cả vùng gần bờ xa bờ có tốc độ lắng đọng mùa mưa cao gấp khoảng 1,3 - lần mùa khơ 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 khoảng – 7mm/năm, phổ biến mức 3,0 – 4,5mm/năm; Khu vịnh có tốc độ bồi lắng trung bình 1-2mm/năm khu rìa ngồi vịnh có tốc độ bồi tụ phổ biến khoảng 1mm/năm 221 Trong tốc độ 2mm/năm đặc trưng cho khu vịnh tốc độ 1mm/năm đặc trưng cho khu rìa ngồi vịnh Những nơi sát bờ, tốc độ bồi lắng cao nhất, đạt cục - 7mm/năm Mông Dương Tây Nam Tuần Châu Ước tính trung bình tồn hệ thống VHL-BTL, tốc độ bồi lắng trung bình khoảng 2mm/năm Theo Trần Văn Trị đồng nghiệp [16] hệ thống VHL-BTL có diện tích 1553 km2, có 10% diện tích đảo 90% diện tích mặt vịnh, tương ứng với 1398km2 Nếu tính quy đổi 1,65 trầm tích tương đương 1m3 bồi tích tổng lượng bồi tích đưa bồi lắng lại ước tính 85% lượng bồi tích từ nguồn 655371 tấn/năm khai thác khống sản đưa góp phần bồi lắng đáy vịnh 0,24mm/năm, số tương đối phù hợp với có tính chất kiểm định tính đắn mơ hình tính tốn Việc xác định mức độ bồi lắng đáy vịnh xác định phương pháp thực nghiệm Tuy nhiên, phương pháp địi hỏi nhiều cơng sức khó thực diện rộng thời gian kéo dài Tác giả Nguyễn Quang Tuấn [17] công bố số liệu khảo sát đo thực nghiệm lắng đọng bẫy trầm tích cho mặt rạn san hơ rìa ngồi VHL Kết cho thấy mùa khô, lượng rơi lắng 3,6mg/cm2/24giờ mùa mưa 7,2mg/cm2/24 Nếu quy đổi 1,65 trầm tích tương đương 1m3 trầm tích 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 nêu nghiên cứu Trần Đức Thạnh đồng nghiệp [15] Theo đó, tốc độ rơi lắng có giá trị cao khu vực Cẩm Phả, trung bình 1,822mm/ngày, tương đương 655,742mm/năm Các khu vực khác vịnh có tốc độ lắng đọng cao Lạch Giới (1,645mm/ngày, tương ứng 592,265mm/năm) đảo Đầu Bê (0,919mm/ngày, tương ứng 330,721mm/năm) Khu vực ven bờ Hoàng Tân Vịnh Cửa Lục có tốc độ lắng đọng thấp, đạt 0,099mm/ngày tương ứng 35,062mm/năm Hoàng Tân 0,108mm/ngày tương ứng 38,915mm/năm Vịnh Cửa Lục Những kết tính mơ so sánh với số mẫu khoan phân tích theo phương pháp đồng vị phóng xạ Cs137 Pb210 Phịng Thí nghiệm Địa chất biển Quốc Gia, Trường Đại học Đồng Tế (Thượng Hải) cho thấy kết tương đồng 3.4 Ảnh hưởng từ hoạt động khai thác than đến bồi lắng vịnh Hạ Long- Bái Tử Long Các kết phân tính tốn, phân tích cho thấy, can thiệp khác người hoạt động đổ thải, lấn biển nạo vét trạng thái tự nhiên khu vực VHL-BTL diễn trình bồi lắng làm nơng dần địa hình đáy vịnh với tốc độ khác Đây hậu tác động nhiều yếu tố có vai trò định hoạt động khai thác khoáng sản Để đánh giá ảnh hưởng hoạt động đến biến động bồi lắng trầm tích đáy đáy khu vực nghiên cứu, trường hợp có hoạt động khai thác khống sản khơng có hoạt động khai thác khống sản tính tốn mơ Phân tích kết tính phân bố trầm tích lơ lửng khu vực nghiên cứu cho thấy ảnh hưởng hoạt động khai thác khoảng sản đến phân bố biến động trầm tích lơ lửng khu vực VHL-BTL không lớn Theo giai đoạn khác pha triều, phân bố vùng có hàm lượng TTLL cao tập trung hạn chế gần bờ Mặc dù trường hợp tăng tải lượng thải khai thác khoáng sản làm tăng lượng trầm tích vào khu vực nghiên cứu lượng không đủ làm tăng đáng kể hàm lượng phạm vi phân bố khu vực có hàm lượng bùn cát cao ven bờ Một cách định lượng đánh giá ảnh hưởng hoạt động khai thác khống sản qua tính tốn tốc độ bồi lắng khu vực nghiên cứu trường hợp có khơng có hoạt động Các kết tính tốn phân tích cho thấy tác động rõ rệt khai thác khoáng sản đến tốc độ bồi lắng trung bình khu vực nghiên cứu: làm tăng tốc độ bồi lắng trung bình năm khoảng từ 0,1-1,0mm/năm, tính trung bình tồn hệ thống vịnh 0,25mm/năm, chiếm khoảng 12,5% tổng giá trị bồi lắng 222 Tuyển tập Tài nguyên Môi trường biển, tập 17 2012 ISSB 978-604-913-106-6 Giá trị biến đổi theo xu hướng giảm dần từ bờ phía ngồi tương ứng với phạm vi tác động hoạt động khai thác khống sản giảm từ bờ phía ngồi Tại điểm phía ngồi mặt cắt, tốc độ bồi tụ nhỏ, chênh lệch giá trị hai trường hợp có khơng có hoạt động khai thác khống sản khơng đáng kể Ở khu vực khác nhau, ảnh hưởng hoạt động khai thác khoáng sản đến tốc độ bồi lắng đáy VHL-BTL khác Một số khu vực tốc độ bồi lắng tăng nhiều (trong trường hợp có khai thác khống sản) Cẩm Phả, phía ngồi cửa sơng Mơng Dương với chênh lệch lên tới 1mm Các khu vực khác có tốc độ bồi tụ tăng khai thác khoáng sản nhỏ với giá trị chênh lệch lớn khoảng 0,5-0,7mm Theo thời gian, tác động đến tốc độ bồi lắng biến đổi rõ rệt theo mùa Trong mùa mưa, tốc độ bồi lắng trung bình lớn chênh lệch ảnh hưởng hoạt động khai thác than so với khơng có khai thác than lớn KẾT LUẬN MHT học công cụ hữu ích phục vụ đánh giá sức tải mơi trường thủy vực ven biển Công cụ cung cấp kết mang tính chất định tính định lượng cho điều kiện mà cịn dùng để dự báo với kịch khác Ứng dụng MHT học khu vực VHL-BTL cung cấp kết điều kiện thủy động lực, khả trao đổi nước khu vực khác vùng, đặc điểm lan truyền chất gây nhiễm, khả chuyển hóa chất gây ô nhiễm môi trường nước hấp thụ chất thực vật phù du Ngoài ra, kết ứng dụng MHT học khu vực VHL-BTL cung cấp thông tin đặc điểm vận chuyển trầm tích biến động địa hình khu vực yêu tố khác nhau, có vai trị hoạt động khai thác khoáng sản Lời cảm ơn Các tác giả xin chân thành cảm ơn nhận xét, góp ý sâu sắc TS Nguyễn Hữu Cử q trình hồn thiện viết 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 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 Carver, C.E.A., Mallet, A.L., 1990 Estimating the carrying capacity of a coastal inlet for mussel culture Aquaculture 88, 39–53 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 Delft Hydraulics, 2003 Delft3D-FLOW User Manual; Delft3D-WAQ User Manual 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 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 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 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 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 nnk, 2007 Xây dựng mơ hình lan truyền chất ô nhiễm cho Vịnh Hạ Long - Bái Tử Long Đề tài cấp tỉnh Quảng Ninh Lưu trữ Viện TN&MT biển 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 ngun số rạn san hơ rìa ngồi Vịnh Hạ Long Tài nguyên 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 INCODC, contract number ERBIC18CT980291, EU 19 World Ocean Atlas, 2009 National Oceanographic Data Center 30-03-2010 http://www.nodc.noaa.gov/OC5/WOA09/pr_woa09.html Retrieved 19-5-2010 224 ... Đối v? ??i khu v? ??c VHL, để tính tốn trao đổi nước, chia khu v? ??c thành miền nhỏ ứng v? ??i khu v? ??c nhỏ khác Các miền nhỏ bao gồm Bãi Cháy, Cẩm Phả, khu v? ??c VHL, V? ??nh BTL, VHL, V? ??nh BTL toàn khu v? ??c VHL-BTL... dùng cho mơ hình số liệu quan trắc v? ??i tần suất 6h/lần BLV Lưới tính chi ti? ??t hệ lưới cong trực giao, có phạm vi v? ?ng tính bao gồm v? ?ng nước VHL, v? ??nh BTL, v? ??nh Cửa Lục Miền tính có kích thước... nước v? ?o (ra) so v? ??i thể tích tồn VHL-BTL dao động khoảng 63-78% ngày đêm Khu v? ??c ven bờ Cẩm Phả VHL có tỷ lệ trao đổi nước v? ??i xung quanh lớn khu v? ??c khác Trong đó, tỷ lệ nước v? ?o (ra) so v? ??i