Tính toán lan truyền vật chất ô nhiễm khu vực vịnh nha trang bằng mô hình số

h          i hc Khoa hc T nhiên Lun Chuyên ngành: Hc; Mã s: 60 44 97 ng dn: PGS. TS.    o v: 2012 Abstract: Tng quan v mô hình s tr Lab. Khái quát v u kin t m kinh t - xã hi và hin trng vnh Nha Trang. Áp dng mô hình: Thit lp các thông tin u vào cho mô hình, Hiu chnh mô hình. Trình bày mt s kt qu tính c. Keywords: Hc; ô nhim; Mô hình s tr; Vnh Nha Trang Content Thành ph Nha Trang là mt trong nhng thành ph ng nht c c. Không nhng th Nha Trang c xp vào gii nhng vp trên th gii c thiên nhiên ban tng. Vi din tích khong 500km 2 o ln nh và 25km b bin, vnh Nha Trang n hàng vt khách du ln tham quan, du lch. M m ca bi  c bin trong xanh, chng c rt tt, s ng sinh hc vi rt nhiu loài sinh vt và nhng rn san hô tht k  Tuy nhiên, trong nhi s phát trin kinh t chung, các ngành ngh kinh t trong thành ph ng vi t nhanh. Mt trái ca s phát trin này là nhng trc tip và gián tip ca các ngành ngh kinh t gây nên nhng áp lc l i v  ng.    suy gim ch  c vnh Nha Trang, s ng sinh h suy thoái h sinh thái, s mt cân bng sinh hc s dn hy hong sng, ng ti chc các bãi tm, chng vùng nuôi trng thy sn. Hu qu ca các bii này lng tr li các ngành ngh ng thy sn, ngành du lch  dch v. c nhng bing xu cng bi có nhiu báo cáo, kin ngh xut, hi ngh ca các nhà qun lý, honh, các nhà khoa hc nhng gii pháp hn, bo v, phc hi vn có ca nó. Công vic này vc trin khai mt cách gp rút và toàn din. Mt trong nhng công c có th c s d giúp công vic này mt cách hiu qu và nhanh chóng,  tn kém là vic s dng mô hình s tr  mô phng các quá trình lan truyn các vt cht gây ô nhim t các ca sông trên nn tng ca các quá trình thng lc. Li th ca các mô hình toán hc là có th mô phng mt cách toàn din theo không gian và thi ng bi có th c nhng d báo, cnh báo v ng. Nhn thc m cp thit ca v ng vnh Nha Trang, hc viên la chng nghiên cu v tài: “Tính toán lan truyền vật chất ô nhiễm khu vực vịnh Nha Trang bằng mô hình số”  có th mô phng mt s vt cht t các ca Sông Cái, Sông Tc có kh n chng.                           .   .                : (NPI)        4 + , NO 3 - , NO 2 - ,   g P, pH, chlorophyll,             . (OPI)    , COD,       . Vi ngun s lic t mt s  tài c thc hin ti Vin H tài c phòng Vt lý bin, phòng Th tài cp Vin Khoa hc và Công ngh, Các D án hp tác quc t, tác gi s dng gói phn mm MIKE 21 HD, ECO Lab  mô phng quá trình lan truyn mt s vt cht có th gây ô nhim t các côn kh ca luc tiêu ca hc viên là có th tính toán, mô phc bc tranh v ng lc và quá trình truyn ti các vt ch BOD, DO, NO 3 - , PO 4 + , NH 3 + , t ca  Sông Cái Nha Trang, Sông Tc Nha trang và Sông Cái Ninh Hòa ti vc bit là các bãi tm Nha Trang.                                                   a Trang. Các kt qu nghiên cu              ,                                       . L  là tài liu tham kho liên quan ti vn  t nóng bng và nhy cm khu vc vnh Nha Trang   .  1 1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu 1.1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu trên thế giới S dng các mô hình s  tính toán, mô phng c khu vc gn b, khu bãi tm, khu nuôi trng thy sc thc hin rt ph bin trên th gii. Tùy thung và mu, vic áp dng các loi mô hình  lit kê mt s c áp dn  giá chc trên th gii. Mô hình WASP7 (Water Quality Analysis Simulation Program 7). c s d mô t và d báo chc giúp các nhà qung quynh, gi  i phó vi các hi ng ô nhim do t    i. Mô hình AQUATOX là mô hình mô phng h sinh thái thy sinh. Mô hình có th d báo quá trình suy tàn do nhiu loi cht gây nhing, hóa hc hnh ng ca chúng lên các h sinh thái, bao gm các ng vng và các loài thc vt thy sinh. Mô hình QUAL2K (hay Q2K) (River and Stream Water c nâng cp t  (Brown và ng chc sui và sông mt chiu có s tham gia ca quá trình xáo trn ri và bên. DELFT 3D ca Vin nghiên cu thu lc Hà Lan cho phép kt hp gia mô hình thu lc 3 chiu vi mô hình chc. m ca mô hình này là vic kt hp gia các module tính toán phc t  nhng kt qu tính mô phng cho nhiu cht và nhiu quá trình tham gia. SMS ca Trung tâm nghiên cu và phát trin k thut ci M xây dng cho phép kt hp gia mô hình thu lc 1, 2 chiu vi mô hình chodule RMA4 là mô hình s tr vn chuyn các yu t ch  c phân b ng nh   sâu. ECOHAM (phiên bn 1 và 2) là mô hình s 3D kt hp gia module thy lc vi module c phát trin bi nhóm nghiên cu ci hc). Mô hình ch yu tính toán da trên chu trình ca các hp phn c    n c thc v  ng v    c bin. ECOSMO (ECOSystem MOdel) là mô hình cp ba chiu thng lc n  a hóa. Mô hình c phát trin da trên mô hình thng l c liên kng lc - nhing lc bin -  c NPZD da trên quá trình chuyn i gia mu tiên và th hai trong chui thu khin bi các thông ng N hotpho và Silic. BASINS ca EPA nhm tr    m tra h thng d ling, giúp các h thng và phân tích n lý. B phn mm MIKE do Vin Thu lch (DHI) phát trii hoá. Mm mnh ca MIKE rt d s dng vi các giao din Windows, kt hp cht ch vi GIS (h tha lý). MIKE tích hp các module thu lc (HD) và chc (ECO Lab), bao gm: thu lc, truyn ti - khuch tán chc. MIKE là mt mô hình vi nhinh, kh  ng dng rng rãi cho nhiu dng thu vc khác nhau. 1.1.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu trong nước  c ta, trong nhng nghiên cu, xây dng và s dng mô hình trong nghiên cu thng lc  ng nghiên cu tra, tính toán ô nhinh và khu vc ven bin - khu vc tp trung ch yu các hong kinh t cc tin hành. p tác vp tác Quc t Nht Bn - JICA (1995  1998) ca Ving bin  Vin Khoa hc và Công ngh Vic u s dng t cht b sung (Flux) và qu ngun (Budget) chy trên phn mm chuyên dng CABARET of LOICZ (M  tích t và khuch tán vt cht ti mt s m thuc vnh H Long. Tính toán m ng ca h m phá Tam Giang  Cu Hai (Tha Thiên Hu trong phm vi lun án ti dng phn mm DELFT 3D -  u ti ô nhim ca H Tây vi m khoa hc trong vic xây dng k hoch bo v và phát trin H Tây. Ti khu vc vt s công trình nghiên cu v ng liên quan ti s truyn ti các vt cht t các ca sông, các quá trình t làm sng. Mt s công trình nghiên cc li Phan Minh Th, Nguyn H d trình sinh h nghiên cu quá trình t làm sch cng bin khu vc vnh Nha Trang vi ngun thc sinh hot b ô nhim t sông Cái Nhóm tác gi Thái Ngc Chin, Nguyn Tác An, Bùi Hng Long - Vin Hng dng mô hình s 3 ching lc hng trong vnh Vân Phong (Nha Trang - c nhng theo mùa ca nng  nh. M tài cp Vin Khoa hc và Công ngh Vit Nam c tin hành nghiên cu sc tng ti vnh Cam Ranh bng mô hình ECOSMO do Vin Hc ch trì tài s d tính toán, mô phng quá trình lan truyn mt s thành phn vt cht gây ô nhim, các quá trình sinh hóa t  quá trình t làm sch vnh. Qua các công trình nghiên c  , có th thy rng, các nghiên cu v môi c các nhà khoa hc quan tâm và có nhng kt qu nghiên cu nht nh t thng kê, phân tích s liu hoc s dng các mô hình s tr. Riêng ti vnh Nha có các công trình nghiên cu v ng khu v ng tp trung phân tích hin trnhiu kt qu nghiên cu da trên các mô hình s tr  có th mô phng quá trình lan truyn các vt cht gây ô nhim vnh t các ca sông da trên mi liên h vng lc. Vì th, tính toán lan truyn vt cht ô nhim vnh Nha Trang bng da trên công c phn mm MIKE là m ng nghiên cu mi mà hc viên la chn. 1.2 Môđun MIKE 21 HD 1.2.1 Cơ sở toán học Mô hình MIKE 21 HD là gói công c trong b phn mc xây dng bi Vin Thy Ly hai chiu trong mt lp cht lng ng nhng. Các phương trình nước nông ng và liên tc tích phân trên toàn b c c vit l   +    +    =    +  2  +       =       0      2 2 0   +    0     0  1  0     +    +       +     +      +       +  2  =       0      2 2 0   +    0     0  1  0     +    +     +     +    (1.1) (1.2) (1.3) ti gian; x, y là t   mc b m sâu ca c  c tng cng; u, v là các thành phn vn t           n tc góc c       a lý); (  ,   ), (  ,   ) ng là các thành phn ng sut tti mt và tc trng;  là m c;   ,   ,   và   là các thành phn tng sut bc x;   là nht rng;   là áp sut khí quyn;  0 là m c cc ng cung cm ngun và (  ,   ) là vn tc t ng xung quanh. Phương trình truyền tải nhiệt độ và độ muối Cn ti nhit - mui tích phân trên toàn b cc vii dng:    +    +    =   +   +       +   +   =   +    (1.6) (1.7) t  và  ng là nhi  mu sâu, F T và F s  ng là các h s khuch tán ngang nhi  mui,   là nhóm ngun liên qua ti i nhit vi khí quyn. Phương trình truyền tải cho đại lượng vô hướng (scalar quantity) Cn tng tích phân t sâu có dng:    +    +    =   +     +    (1.8) vi     sâu c ng, F C là nhóm khuch tán theo ng, k p là t suy gim tuyn tính cng vô ng, C s là n cng tm ngun. 1.3 Môđun ECO Lab 1.3.1 Cơ sở lý thuyết [15] ng lc hc ca các bin trng thái trong ECO Lab có th c mô t bng các truyn ti ca vt cht không bo toàn, có dng:   +    +    =    2   2 +    2   2 +   +   (1.25) t c: N ca bin trng thái ECO Lab u, v: Các thành phn vn tc dòng chy D x , D y : Các h s khuch tán theo  S c : Ngun sinh và ngun mt P c : Các quá trình trong ECO Lab n ti có th c vit li:   =   +   (1.26) , nhóm AD c i din cho t i n gây ra b khuch tán (bao gm các ngun sinh và mt). Khi tính toán các bin i n c tip theo, m Lab s c thay th n ti tích phân theo thi gian. M xp x c s dng trong ECO Lab là xem thành ph   c i trong mc thi gian. Vic gii c hai thành ph ng ca ECO Lab là tng hp ca t i gây ra do chính các quá trình ni t - khuch tán.   +   =        +    +   (1.27) Thành ph - khuc xp x bng công thc   =   +    +     ()  (1.28) t tc thi c * c cho bi quá trình truyn ti bin trng thái trong ECO Lab khi vt chc bo toàn trong sut chu k  s d Mt li th chính ci hin và các vn  phi tuyn t các ngun ECO Lab phc tp, vì vy ECO Lab và thành ph - khuch tán có th c gii mt cách riêng l. i s c s dng trong mô hình ECO Lab là p Kutta 4, Runge Kutta 5.   2.1 Tổng quan về điều kiện tự nhiên Vnh Nha Trang n Nha Trang, thuc tnh Khánh Hòa, gii hn phía bi din tích khong 500km 2 , vnh c che chn bo ln nho ln nho Hòn Tre rng khong 36km 2 . Gió khu vc vm gió ven b Khánh Hòa, là ch  gió mùa nhit  bin. Mc a vùng ven bin, gió  c Tu Bông). S ng ca hai h tht  bio nên nhc m khác bit trong bia gió trong khu vc. Va hình khu vc min trung, các sông suc tnh Khánh u ngn và dn nht bao gm Sông Cái Nha Trang và Sông Cái Ninh Hòa. Vnh Nha Trang là vi r i ln. Kh  c gia vnh và Bia phía bc và phía nam. Nhi c có th t ct cc tiu 22.0 mui t cc tiu 27.0 vào  Trong bi nhi t cc tiu vào tháng 1, tháng 6 có mt cc tiu ph là khong thi gian b mc nhn bc x t mt tri ít nhng thi gian mt tr i gian nhi t ci vào tháng 5 và ci nh t hin vào tháng 10.  muc bin vùng ven b vnh Nha Trang chu ng bi khc ngt t các ca sông. S ng này th hin khá rõ vào thi k  mùa khô. Trong su mui cao và ít bing, trung bình khong 33.0  mui nh ng 29. Dòng chy vnh Nha Trang chu ng ch yu bi ba yu t chính: H thng gió a hình khu vc vnh, quá trình truyn triu t bin vào. Mùa ng dòng chy lp b mt phn ln chng Nam  Tây nam. Dc theo di sát b và eo bin phía nam dòng chy b ng dc b. Vào thi k gió mùa Tây nam, dòng chy tng mng Bc  c. T dòng ci ghi nhc có th n dòng không triu (ch yu là dòng gió kt hp dòng quán tính) có th  ng mnh, t t khong 30.3cm/s vào gia thi k gió mùa mnh. Các giá tr ci, cc ting vi thi k gió mùa và thi k gió mùa mnh là 37.7 và 44.0 cm/s; 1.0 và 17.0cm/s. Thy triu trong khu vc bin Khánh Hòa mang tính cht nht triu. Giá tr ca ch s Vaderstok là 2.6. Mc cao nht là 235cm, mc thp nht là 4cm, m         ng m c ln nh   là 222cm, trung bình là 212cm. 2.2 Hiện trạng môi trường vịnh Nha Trang H thc thi t các xí nghi ra sông vi h thng cng thc sinh hot  lí trc tip hay gián ti ra bin. H thng c th vào các con sông chy ra ca sông v và khng lu vào thi k  thc thi thành ph c chia thành ba vùng chính: Vùng th nht nm phía bc thành phc thi ch yu t các nhà máy ch bin thc ngt Nha c, ch Vùng th hai là vùng trung tâm thành ph. Vùng phía nam là khu vc thi ch yu là Nhà máy thuc lá, xí nghip ch bi lnh, xí nghip song mây, dt Tân Tic cng  c thi sinh ho ra Sông Tc và Ca Bé làm ng rt ln ti vùng bin Ca Bé và khu vc xung quanh. Trong nhng vn ra vi xu th xit hin nhiu n h a ng sinh hc.  các   các sông   3.  3.1 Thiết lập các thông tin đầu vào cho mô hình 3.1.1 Thu thập số liệu  phc v cho lu p và chn lc nhng chui s liu phù hp phc v cho lun s li dng da trên các b s liu: S liu dòng chy t  tài KC. 09.06-24.10, D án Vic, D án Vit Nga, D án NUFU, D án CLIMEEViet; S liu các yu t ng t   2007 Phòng Thy - a - Hóa, D án NUFU; S liu mc ti trm C. 3.1.2 Địa hình đáy a hình vùng nghiên cc ly t a cht bin vi t l 1:100000 vi các ng mc 1m. H quy chiu là h quy chi sâu kho sát là t c t c quy v  sâu h. Vùng nghiên cc gii hn trong khu v t 298n 326084 t 1340616n 1378054m. 3.1.3 Thiết lập lưới tính Mt trong nhng công c t ca phn mm MIKE là thit li mt cách tin li và nhanh chóng. Vm ca khu vc nghiên cu gm rt nhio nh và các bãi sa hình vnh Nha Trang càng tr nên phc t i tính mô phng a hình gn va hình thc t vùng nghiên cu, dng ci là mt trong nhng gic s dng trong mô hình. [...]... thu được từ mô hình tính toán, trên cơ sở phân tích, thống kê, tác giả đưa ra một số kết luận sau: - Việc sử dụng gói công cụ MIKE đã đáp ứng được mục tiêu và nội dung đặt ra trong luận văn Các kết quả tính toán từ mô hình đã mô phỏng được các quá trình dòng chảy, quá trình lan truyền các chất gây ô nhiễm khu vực vịnh Nha Trang từ các cửa sông - Trường phân bố dòng chảy có hướng từ đông bắc xuống... các yếu tố đại diện cho mùa khô Số liệu đầu vào cho mô hình tính toán lan truyền vật chất ô nhiễm được lấy từ chuyến khảo sát vào tháng 6/2008 nằm trong nội dung của Dự án NUFU mà học viên đã tham gia Thời gian tính toán trong mô hình bắt đầu từ 1/6/2008 – 30/6/2008 Đặc điểm động lực Đặc điểm động lực khu vực vịnh Nha Trang tương đối phức tạp Qua kết quả tính toán trong khoảng thời gian nửa... đầ u tinh ́ Các thành phần vậ n tố c dòng chảy bằ ng không Giá trị nồ ng ô ̣ các chấ t ô nh iễm trên toàn bô ̣ miề n tính đươ ̣c nô ̣i su y từ số liê ̣u quan trắ c ta ̣i 17 trạm phân bố trên toàn vịnh và các giá trị tại các biên 3.2 Hiệu chỉnh mô hình Khi đã thiết lập các thông tin cần thiết cho mô hình, tiến hành kiểm tra và hiệu chỉnh mô hình phù hợp với các đặc trưng vùng... các con sông thường đạt đỉnh trong hai tháng này Để mô tả quá trình động lực và sự lan truyền vật chất ô nhiễm từ cửa sông ra ngoài vịnh, đã tính toán và mô phỏng trong tháng 12/2008 Nguồn số liệu về các yếu tố môi trường được lấy từ kết quả khảo sát đầm Nha Phu, vịnh Bình Cang - Nha Trang vào mùa mưa thuộc dự án NUFU Đã tiến hành quan trắc tại 17 trạm mặt rộng với các yếu tố môi trường... hệ số khác nhau thì bộ hệ số này cho kết quả phù hợp với thực tế nhất Đây cũng là bộ hệ số được sử dụng trong mô un MIKE 21 HD và mô un ECO Lab 3.3 Một số kết quả tính toán 3.3.1 Kết quả tính toán cho mùa khô Mùa khô bắt đầu từ tháng 3 tới tháng 9, tác giả chọn tháng 6 là tháng đại diện cho mùa khô vì đây là tháng có lượng mưa tương đối thấp, lưu lượng nước sông tương đối nhỏ Mặt khác, chuỗi số. .. tử cửa Sông Cái Nha Trang tới chất lượng nước các bãi tắm giảm dần từ phía bắc xuống phía nam nhưng vẫn nằm trong giới hạn cho phép Sự ảnh hưởng của Sông Cái Ninh Hòa và Sông Tắc Nha Trang tới các bãi tắm và khu vực vịnh Nha Trang là không đáng kể trong cả hai mùa khô và mùa mưa - Với kịch bản ô nhiễm môi trường, kết quả đã cho thấy sự vượt ngưỡng giới hạn cho phép của nồng độ một số chất... lượng nước khu vực bãi tắm Nha Trang - Các kết quả nghiên cứu trong luận văn góp phần làm sáng tỏ thêm bức tranh thủy động lực – môi trường liên quan tới các vấn đề ô nhiễm môi trường, quy hoạch, sử dụng và khai thác hợp lý tài nguyên môi trường vịnh Nha Trang References Tiếng Việt 1 Nguyễn Tác An (1998), Báo cáo đề tài: “Điề u tra hiê ̣n tra ̣ng môi trường ven biể n thành ph ố Nha Trang -... trong thời gian triều xuống Dòng chảy khu vực vịnh Nha Trang chủ yếu là dòng triều và chịu sự tác động của chế độ gió mùa trên khu vực này - Trong thời kỳ mùa khô, các thành phần vật chất gây ô nhiễm khu vực vịnh Nha Trang không ảnh hưởng tới chất lượng các bãi tắm dọc theo bãi biển Nha Trang Trong thời kỳ mùa mưa, khu vực bãi tắm bị ảnh hưởng lớn nhất là khu vực bãi tắm trước Ủy ban Nhân... PO3 lại tăng hơn so với nồ ng ô ̣ các chấ t này ta ̣i cửa Sông Cái Nha Trang 3.3.3 Kết quả tính toán kịch bản ô nhiễm thời kỳ mùa mưa Với kich bản ô nhiễm , dọc theo tuyến mặt cắt SC , nồ ng ô ̣ BOD nhanh chóng giảm ̣ xuố ng từ giá tri ̣ 19.6 mg/l ta ̣i cửa Sông Cái xuố ng còn 0.8 mg/l ta ̣i vi ̣trí SC 1 Nồ ng ô ̣ DO tăng lên vươ ̣t ngưỡng giới ha ̣n cho phép ta ̣i đ ểm này... của mô hình cũng như các kết quả tính toán Với chuỗi số liệu dòng chảy liên tục hai ngày đêm được tiến hành khảo sát vào tháng 9/2010 tại cửa vịnh Bình Cang thuộc dự án nghiên cứu biến đổi khí hậu CLIMATEViet do Viện Hải Dương học chủ trì, tác giả đã sử dụng để so sánh và hiệu chỉnh các thông số của mô hình So sánh thành phần dòng chảy theo phương vĩ tuyến giữa số liệu quan trắc và số liệu tính toán . Nha Trang, hc viên la chng nghiên cu v tài: Tính toán lan truyền vật chất ô nhiễm khu vực vịnh Nha Trang bằng mô hình số  có th mô. mô hình: Thit lp các thông tin u vào cho mô hình, Hiu chnh mô hình. Trình bày mt s kt qu tính c. Keywords: Hc; ô