Báo cáo " Mô phỏng lan truyền dầu trong sự cố tràn dầu trên vịnh Bắc Bộ bằng mô hình số trị " pot

Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 29, Số 1S (2013) 168-178 168 Mô phỏng lan truyền dầu trong sự cố tràn dầu trên vịnh Bắc Bộ bằng mô hình số trị Nguyễn Quốc Trinh 1 , Nguyễn Minh Huấn 2, *, Phùng Đăng Hiếu 3 , Dư Văn Toán 3 1 Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Trung ương, 4 Đặng Thái Thân, Hà Nội, Việt Nam 2 Khoa Khí tượng Thủy văn và Hải dương học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN, 334 Nguyễn Trãi, Hà Nội, Việt Nam 3 Viện Nghiên cứu Quản lý Biển và Hải đảo, 125 Trung Kính, Hà Nội, Việt Nam Nhận ngày 01 tháng 4 năm 2013 Chấp nhận xuất bản ngày 29 tháng 4 năm 2013 Tóm tắt. Tràn dầu là một trong những sự cố gây tác động môi trường nghiêm trọng nhất, dầu tràn có thể gây ô nhiễm tại những khu vực rộng lớn, gây thiệt hại cả về kinh tế và môi trường. Vì vậy, vấn đề nghiên cứu tính toán mô phỏng quá trình lan truyền dầu sau khi xảy ra các sự cố tràn dầu trên biển để đề ra các phương án ứng cứu thích hợp là rất cần thiết. Một mô hình tràn dầu được chúng tôi nghiên cứu và phát triển, trong mô hình này, dầu được phân chia làm hai lớp: lớp dầu trên mặt và lớp dầu dưới mặt. Quá trình trao đổi dầu giữa lớp mặt và lớp dưới mặt cũng như quá trình trao đổi dầu giữa lớp dưới mặt và đáy biển được mô phỏng chi tiết. Mô hình tràn dầu đã được áp dụng thử nghiệm để mô phỏng một số kịch bản lan truyền dầu trên vịnh Bắc Bộ. Từ khóa: tràn dầu, mô hình tràn dầu hai lớp, vịnh Bắc Bộ. 1. Mở đầu  Tràn dầu luôn là một trong những sự cố gây tác động môi trường nghiêm trọng nhất, dầu tràn có thể gây ô nhiễm tại những khu vực rộng lớn, gây thiệt hại cả về kinh tế và môi trường. Vì vậy, vấn đề nghiên cứu tính toán mô phỏng quá trình lan truyền dầu sau khi xảy ra các sự cố tràn dầu trên biển để đề ra các phương án ứng cứu thích hợp là rất cần thiết. Lớp các bài toán mô phỏng quá trình tràn dầu trên biển hiện nay có thể phân biệt làm hai _______  Tác giả liên hệ. ĐT: 84-913571080 E-mail: nmhuan61@gmail.com loại. Loại thứ nhất là mô phỏng hai chiều theo phương ngang với ưu điểm là thời gian tính toán ngắn và không yêu cầu năng lực tính toán lớn, tuy nhiên, mô hình dạng này không tính toán được quá trình nhũ tương hoá dầu với độ chính xác cao, quá trình hoà tan dầu vào trong nước và quá trình nổi của dầu đã hoà tan lên mặt nước, tức là quá trình trao đổi dầu giữa các lớp nước mặt và các lớp nước dưới mặt. Loại thứ hai là mô phỏng ba chiều có thể mô phỏng tất cả các quá trình lan truyền dầu, đặc biệt là quá trình hoà tan, lắng đọng và trao đổi dầu giữa các lớp nước, các mô hình loại này yêu cầu cần phải có phân bố vận tốc dòng chảy 3 N.Q. Trinh và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 29, Số 1S (2013) 168-178 169 chiều do đó yêu cầu kỹ thuật lập trình phức tạp, bộ nhớ máy tính lớn và thời gian tính toán dài. Để khắc phục một phần các yếu điểm của hai loại mô hình nêu trên, chúng tôi nghiên cứu và phát triển một mô hình mô phỏng quá trình tràn dầu, trong mô hình này dầu được phân chia làm hai lớp: lớp dầu trên mặt và lớp dầu dưới mặt. Lớp dầu dưới mặt được xem là có độ dày 10m. Quá trình trao đổi dầu giữa lớp mặt và lớp dưới mặt cũng như quá trình trao đổi dầu giữa lớp dưới mặt và đáy biển được mô phỏng chi tiết. Ngoài ra, các quá trình khác ảnh hưởng tới quá trình lan truyền dầu như gió, nhiệt độ và dòng chảy cũng được tính đến thông qua kết quả của các hệ thống mô hình khác. Mô hình tràn dầu đã được áp dụng để mô phỏng một số kịch bản lan truyền dầu trên vịnh Bắc Bộ do vịnh Bắc Bộ là khu vực có nhiều hệ thống cảng biển của Việt Nam và Trung Quốc, tuyến hàng hải chính ở giữa vịnh với các nhánh rẽ về phía các cảng. Bên cạnh đó, thời tiết ở vịnh bị ảnh hưởng gió mùa mạnh, hiện tượng sương mù thời kỳ giao mùa lớn và dày đặc làm giảm tầm nhìn đáng kể, hiện tượng áp thấp nhiệt đới và bão có tần suất cao [1]. Do vậy, khả năng nguy cơ tai nạn tàu biển và sự cố tràn dầu là rất lớn. Hơn nữa, ở vịnh Bắc Bộ có nhiều khu vực bảo tồn sinh thái và đa dạng sinh học, có nhiều khu du lịch, nghỉ mát và các bãi biển đẹp, môi trường và các hoạt động sẽ bị ảnh hưởng nếu xảy ra sự cố tràn dầu. 2. Cơ sở lý thuyết của mô hình 2.1. Mô hình lan truyền dầu 2.1.1. Các phương trình bình lưu và khuyếch tán dầu Sự cố tràn dầu ở các vùng cửa sông và ven bờ chủ yếu do tai nạn tàu thuyền. Thông thường, sau một khoảng thời gian nhất định, dầu tràn trở thành một lớp mỏng trên bề mặt biển, có độ dày khoảng một vài chục milimét hay nhỏ hơn. Quá trình lan truyền và biến đổi của dầu tràn trên mặt nước bao gồm quá trình lan truyền do trọng lực, quá trình bốc hơi của dầu, quá trình pha trộn của dầu vào nước, quá trình phân tán, quá trình nhũ tương hóa và quá trình dầu bám đọng tại bờ và bãi biển. Để phân biệt lớp dầu tràn trên bề mặt và lớp dầu hòa tan trong nước, trong mô hình này dầu tràn được phân chia thành hai lớp, lớp dầu trên mặt và lớp dầu hòa tan. Thông thường, lớp dầu hòa tan có nồng độ cao nhất gần mặt và giảm dần theo độ sâu. Với giả thiết là độ dày lớp dầu không đáng kể so với độ sâu cột nước, phương trình tổng quát cho chuyển động và loang của dầu tràn trên mặt nước được viết dưới dạng phương trình bình lưu - khuyếch tán như sau:       y,xDSCSCCCv y C K yx C K x Cv y Cu xt C s dsessvb s y s x ssss s                                    (1) ở đây: x, y và t là biến không gian và thời gian; C s là mật độ dầu trên một đơn vị bề mặt nước; C v là mật độ thể tích dầu dạng lơ lửng trong lớp nước có dầu hòa tan; u s và v s là thành phần vận tốc theo trục x và y; K x và K y là hệ số khuếch tán dầu theo các trục x và y;  là hệ số thể hiện xác suất để dầu hòa tan trong nước nổi lên mặt nước; v b là tốc độ nổi của dầu trong lớp nước lơ lửng;  là hệ số mô tả tốc độ dầu tại bề mặt được phân tán hoà tan trong cột nước; S d và S e là tốc độ phân huỷ và bốc hơi trên một đơn vị diện tích của bề mặt dầu loang; D s là tốc độ lắng đọng và tái khuếch tán của dầu tại đường bờ. N.Q. Trinh và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 29, Số 1S (2013) 168-178 170 Phương trình mô tả quá trình vận chuyển và biến đổi của dầu lơ lửng trong lớp nước dưới mặt có thể được viết như sau:     vvbs v y v x vvv CCvC y C HK yx C HK x y HvC x HuC t HC                                   (2) ở đây: C v là mật độ thể tích dầu trong lớp lơ lửng ngay dưới mặt nước; u và v là các thành phần dòng chảy trung bình theo độ sâu tương ứng theo các trục x và y; β là hệ số xác định tốc độ lắng đọng của dầu xuống đáy biển. Giá trị độ sâu nước H được lấy bằng 10m khi độ sâu nước thực tại vị trí xem xét lớn hơn 10m. 2.1.2. Các quá trình vận chuyển dầu, vết dầu loang và phân huỷ dầu Ngoài trực tiếp hòa tan vào trong khối nước, quá trình lan toả dầu dưới dạng vết dầu loang bao phủ một diện tích lớn của bề mặt nước và dầu có thể được di chuyển bởi gió, sóng bề mặt và dòng chảy. Các quá trình vật lý và hoá học khá phức tạp xảy ra khi vết dầu di chuyển được mô tả chi tiết dưới đây. a. Quá trình bình lưu Bình lưu là quá trình cơ học xảy ra do tổng hợp các ảnh hưởng của dòng chảy bề mặt và lực kéo của gió. Vận tốc trôi của dầu tại bề mặt được xem là tổng tác động của vận tốc gió và dòng chảy trung bình như sau   ccwwss VVvuV  , (3) ở đây: V w là vận tốc gió tại độ cao 10m trên mặt nước; V c là vận tốc dòng chảy trung bình;  w là hệ số trôi của gió, thường được chọn bằng 0,3;  c là hệ số trôi của dòng chảy, thường được chọn bằng 1,1 (Stolzenbach và cs, 1977) [2]. b. Khuếch tán ngang Hệ số khuếch tán rối ngang phụ thuộc vào điều kiện sóng, gió, dòng chảy và độ sâu nước. Trong biển, hệ số khuếch tán rối ngang có thể lấy trong khoảng từ 0,15m 2 /s (gần bờ) tới 0,6m 2 /s (trong cửa sông hẹp với vận tốc dòng chảy khá đáng kể) (Fischer et al, 1979) [3]. c. Sự loang dầu cơ học Sự loang dầu cơ học là một trong các quá trình quan trọng trong di chuyển ban đầu của dầu loang. Sự loang dầu cơ học được xác định từ cân bằng giữa lực trọng trường, lực nhớt và sức căng mặt ngoài và có thể được chia thành 4 pha (Yapa, 1994) [4]. Trong pha ban đầu, lực trọng trường và lực quán tính đóng vai trò chủ đạo. Trong pha thứ 2, lực trọng trường và lực nhớt đóng vai trò làm loang dầu. Trong pha thứ 3, sức căng mặt ngoài và lực nhớt đóng vai trò chủ đạo. Cuối cùng, vết dầu loang đạt tới trạng thái cân bằng. Phương trình mô tả chi tiết các pha như sau. Pha thứ nhất: trọng lực và lực quán tính đóng vai trò chủ đạo, bán kính [m] khu vực dầu loang R được tính như sau:   25.0 2 14.1 gVtR  (4) Pha thứ hai: trọng lực và lực nhớt giữ vai trò chủ đạo   167.0 5.05.12 /98.0  tgVR  (5) Pha thứ ba: sức căng mặt ngoài và lực nhớt giữ vai trò chủ đạo    25.0 232 /6.1 w tR   (6) Pha cuối, cân bằng   5.0 75.05 14159.3/10 VR  (7) N.Q. Trinh và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 29, Số 1S (2013) 168-178 171 với  = (ρ w – ρ o )/ρ w là tỷ số mật độ tương đối; ρ w là mật độ của nước; ρ o là mật độ của dầu; V là thể tích dầu tràn, ν là hệ số nhớt động học của nước; σ là sức căng mặt ngoài. d. Sự đọng dầu trên bãi biển và bờ Khi dầu loang tới bãi biển và bờ, nó sẽ đọng lại trên bãi. Sau khi đã lắng đọng trên bãi, dầu sẽ được sóng, gió và dòng chảy đưa trở lại biển. Trên cơ sở công thức chu kỳ bán phân rã, thể tích dầu còn lại trên bãi biển có thể được xác định theo công thức sau: V 2 =V 1 e -k(t2-t1) (8) trong đó: V 1 và V 2 là thể tích của dầu trên bãi biển trong thời gian t1 và t2 (tính bằng ngày); k = (-ln(1/2))/ là hệ số suy giảm; với  là chu kỳ bán phân rã. Giá trị của hệ số suy giảm k thay đổi từ 0.001 - 0.01 đối với đầm lầy tới 0.99 đối với bờ biển đá trong điều kiện sóng nhẹ. e. Quá trình bốc hơi Quá trình bốc hơi dầu là quá trình làm mất dầu nhiều nhất. Phần thể tích dầu bị bốc hơi được xác định theo Mackey và cs (1980) [5] như sau : (9) 1 lnln 1                  o eo P tCKP C F với: E = K e t là số hạng lộ bay hơi, phụ thuộc vào thời gian và các điều kiện môi trường; ome RTVAvKK / (10) K m = 0.0025V w 0.78 là hệ số trao đổi vật chất, m/s; A là diện tích vết dầu m 2 ; ν là thể tích phân tử, m3/mol; R = 82.06 x 10 -6 là hằng số khí, atm m3/(mol K); T là nhiệt độ tuyệt đối của dầu, có thể lấy bằng nhiệt độ nước biển; V o là thể tích dầu tràn ban đầu, m 3 ; Áp suất hơi ban đầu P o tính bằng atm tại nhiệt độ T e được tính như sau ln P o = 10.6 (1 – T o /T e ) (11) trong đó T o là nhiệt độ sôi ban đầu của dầu, tính bằng độ Kelvin ; Đối với dầu thô 1435.1 9.1158   APIC (12) 43 2 00026040034390 5651275306542 API.API. API.API T o   (13) với API là chỉ số dầu, được tính theo khối lượng riêng của dầu theo công thức ρ o = 141.5 / (API + 131.5) (14) Thể tích phân tử của dầu được tính từ trọng lượng phân tử của dầu, giá trị biến đổi trong khoảng từ 150.10 -6 tới 600.10 -6 , tuỳ thuộc vào thành phần dầu. Với dầu đốt, giá trị này nằm trong khoảng 200.10 -6 m 3 /mol. f. Các quá trình hòa tan và lắng đọng Các quá trình hòa tan, bao gồm hòa tan của dầu trong nước do quá trình nhũ tương hóa và quá trình lắng đọng dầu được xác định theo các công thức thực nghiệm (Cohen và cs (1980)) [6]. g. Ảnh hưởng của sóng tới quá trình hoà tan dầu Sóng có ảnh hưởng rất mạnh tới quá trình lan truyền dầu. Sóng tạo ra dòng chảy ven, cùng các dòng chảy có nguồn gốc khác vận chuyển dầu dưới dạng bình lưu. Sóng vỡ, nhất là sóng bạc đầu ảnh hưởng rất mạnh tới quá trình nhũ tương hoá và hoà tan của dầu trong nước. Sóng vỡ ven bờ chỉ giới hạn trong một khoảng hẹp nên có thể bỏ qua ảnh hưởng của nó tới quá trình lan truyền dầu. Việc mô phỏng sóng bạc đầu trên toàn miền tính khá phức tạp nên trong nghiên cứu này tạm thời chưa tính đến ảnh hưởng của sóng vỡ tới quá trình lan truyền dầu. 2.2. Mô hình dòng chảy hai chiều N.Q. Trinh và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 29, Số 1S (2013) 168-178 172 Mô hình mô phỏng dòng chảy hai chiều được xây dựng dựa trên việc giải hệ phương trình chuyển động 2 chiều lấy tích phân theo độ sâu của dòng chảy (phương trình Sain - Vernant). Trong mô hình này, có tính đến ảnh hưởng của gió và thủy triều tới dòng chảy. Trong trường hợp này, hệ phương trình vi phân cho cho dòng chảy như sau: Phương trình liên tục: 0         ty q x q y x  (15) Hệ phương trình chuyển động: trong đó q x , q y tương ứng là lưu lượng dòng chảy trên 1 đơn vị chiều rộng, tính từ đáy lên đến mặt và vuông góc với x, y; η - dao động mặt nước so với mực chuẩn (mực “0”); t - thời gian; d - độ sâu; g - là gia tốc trọng trường; f – tham số Coriolis; ν th – hệ số nhớt rối ngang; n - độ nhám thuỷ lực; U w , V w - thành phần vận tốc gió theo trục x và y; và C z - hệ số ma sát gió. Theo số liệu thực nghiệm, hệ số ma sát gió có thay đổi trong khoảng lớn từ 3.10 4 đến 5.10 -3 và là hàm phụ thuộc vào tốc độ gió. Garrat (1977) [7] đã tổng hợp rất nhiều kết quả nghiên cứu về hệ số ma sát gió trên các đại dương và cho rằng đối với vận tốc gió nằm trong khoảng từ 4m/s đến 21 m/s thì C 10 có thể được xấp xỉ bằng hàm mũ như sau: 46.03 10 1051.0 w VC   (18) hoặc theo dạng tuyến tính:   3 10 10   w bVaC (19) trong đó a = 0,75, b = 0,067 và V w là vận tốc gió tại độ cao 10m so với mặt nước biển. Theo các báo cáo của nhiều nhà khoa học khác thì giá trị của a và b nằm trong khoảng 0 < a < 1,18 và 0,016 < b < 0.100 (Krylov và nnk, 1986) []. Wu (1982) [8] cũng chỉ ra rằng công thức (19) với a = 0,8 và b = 0,065 phù hợp với tất cả các số trong toàn bộ phạm vi vận tốc gió, thậm chí còn sử dụng được cho cả gió trong bão. Trong thực tế, hệ số ma sát gió không chỉ phụ thuộc vào tốc độ gió mà còn phụ thuộc những điều kiện ổn định khí quyển gần bề mặt, độ sâu nước v.v. Tuy nhiên, trong những điều kiện nghiên cứu ở đây có thể cho rằng những ảnh hưởng này là không đáng kể và do vậy giá trị của hệ số ma sát gió tính theo biểu thức (19) với các hệ số do Wu (1982) [8] đề nghị đã được lựa chọn. Trên thực tế, hệ số nhớt rối ngang ν th có thể được xác định theo độ sâu nước và vận tốc dòng chảy. Tuy nhiên, sẽ bị mất thêm nhiều thời gian tính mà kết quả thay đổi không đáng kể, nên trong khi thực hiện tính toán chúng tôi lấy giá trị ν th = 0,1 m 2 /s. Giá trị này nói chung nhỏ hơn giá trị hệ số nhớt rối ngang ở vùng gần bờ, nhưng thích hợp cho việc sử dụng mô hình tích phân dòng chảy theo độ sâu. 2.3. Mô hình khí tượng – HRM Mô hình dự báo thời tiết HRM được phát triển tại Cục Khí tượng Đức DWD. HRM là mô hình dự báo thời tiết khu vực, thủy tĩnh, mô phỏng được những quá trình diễn biến động lực và vật lý khí quyển nằm trên thang quy mô vừa α và β. Hiện tại trên thế giới có khoảng hai (16) (17) N.Q. Trinh và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 29, Số 1S (2013) 168-178 173 mươi nước đang sử dụng mô hình này trong nghiệp vụ. Trong hợp tác khoa học giữa Đức và Việt Nam, HRM được đưa vào chạy đầu tiên tại Đại học Quốc gia Hà Nội (Kiều Thị Xin 2002) và được chuyển giao chạy nghiệp vụ tại Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Trung ương NCHMF từ năm 2002. Hệ phương trình HRM sử dụng được viết trên hệ tọa độ kinh vĩ địa lý theo phương ngang và hệ tọa độ lai theo phương đứng (λ,φ,η). Các bộ số liệu gồm những phần sau: - Bộ dữ liệu địa lý cho bất kì vùng nào trên thế giới với kích thước có thể từ 30km đến 5km - Bộ chương trình gme2hrm để nội suy số liệu dự báo của mô hình toàn cầu GME của DWD về lưới của HRM. - Bộ chương trình đọc mã GRIB1 các trường dự báo của HRM và cung cấp giao diện đồ họa GRADS và VIS5D Mô hình HRM chạy dự báo cho ra kết quả của áp suất bề mặt p s , nhiệt độ T, hơi nước q v , lượng nước mây q c , lượng băng mây q i , các thành phần gió ngang u,v và một vài thông số bề mặt đất. Ngoài ra mô hình còn cho ra các kết quả chẩn đoán với các biến tốc độ thẳng đứng ω, địa thế vị Φ, độ phủ mây clc, độ khuyếch tán tkvm/h. Các biến này có trong hệ phương trình của mô hình. 3. Điều kiện biên và điều kiện ban đầu Tại các điểm trên biên ngoài khơi, giá trị mực nước được dựa trên hằng số điều hòa trên biên của 08 sóng chính O1, K1,M2, S2, P1, Q1, K2 và N2. Tại các biên trên mặt là trường gió sản phẩm gió từ mô hình HRM. Gradient của nồng độ dầu được cho bằng 0 tại các biên hở ngoài khơi. Điều kiện biên trượt được áp dụng cho tất cả biên cứng. Điều kiện ban đầu là độ dày của lớp dầu tại điểm tràn dầu được tính theo số lượng dầu thoát ra khỏi tàu ngay sau khi có sự cố. 4. Sơ đồ sai phân và lời giải số trị Hệ phương trình được rời rạc hoá bằng một sơ đồ sai phân hữu hạn tiến theo hướng từ ngoài khơi vào bờ và ẩn theo hướng song song với bờ trên một lưới hình chữ nhật với mực nước, nồng độ dầu được tính tại trung tâm ô, các véc tơ thành phần của vận tốc dòng chảy được tính tại các biên của ô lưới. Với sơ đồ sai phân này, bước thời gian được chọn theo điều kiện ổn định Crank - Frich – Lewy. 5. Một số thông tin về đầu vào và kết quả mô phỏng Phạm vi miền tính của mô hình Phạm vi vùng tính của mô hình lan truyền dầu bao gồm các vùng nước của vịnh Bắc Bộ giới hạn trong khoảng từ 105,5-110,0 độ kinh Đông và trong khoảng từ 17,0 – 22,0 độ vĩ Bắc. Miền tính có kích thước khoảng 500 km theo chiều tây - đông và 560 km theo chiều nam- bắc, với diện tích mặt nước bao phủ toàn bộ vùng biển vịnh Bắc Bộ được chia thành 271x301 ô lưới, kích thước khoảng 1852m x1852m. Thời gian tính toán Mô hình thủy động lực khu vực vịnh Bắc Bộ được thiết lập và tính toán với các kịch bản khác nhau trong các tháng 1 và 2, tháng 4 và 5, tháng 7 và 8, và tháng 10 trong năm 2010 tương ứng với các mùa đặc trưng đông, xuân, hạ và thu. Số liệu đầu vào N.Q. Trinh và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 29, Số 1S (2013) 168-178 174 Số liệu khí tượng làm đầu vào là kết quả dự báo của mô hình khi tượng HRM với trường gió bao phủ toàn bộ vịnh Bắc bộ với thời gian giữa các trường số liệu là 3 giờ. Số liệu hải văn làm đầu vào là bộ hằng số điều hòa của 08 sóng chính O1, K1,M2, S2, P1, Q1, K2 và N2. Số liệu dầu tràn Vị trí xảy ra sự cố giả định được xác định cho khu vực với các vị trí nằm trên tuyến hàng hải quốc tế. Hàm lượng dầu tràn ra khi có sự cố được xác định dựa trên những cơ sở và dữ liệu đã có bằng 0,7% tải trọng dầu của con tàu. Khu vực này có mật độ tàu hoạt động và neo đậu khá phức tạp cho nên nhóm tác giả đã lựa chọn lượng dầu tràn ra trên 10 điểm là 500 tấn với thời gian tràn liên tục trong 10 giờ. Hình 1. Bản đồ vị trí sự cố tràn dầu giả định trên khu vực vịnh Bắc Bộ. a1 Trường gió dự báo sau 12 giờ. a2 Trường dòng chảy- mực nước dự báo sau 12 giờ. a3 Trường dầu dự báo sau 12 giờ. Hình 2. Bản đồ các trường gió, dòng chảy mực nước và dầu dự báo từ 0 giờ ngày 01/10/2010. N.Q. Trinh và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 29, Số 1S (2013) 168-178 175 b1. Trường gió dự báo sau 24 giờ. b2. Trường dòng chảy - mực nước dự báo sau 24 giờ. b3. Trường dầu dự báo sau 24 giờ. Hình 3. Bản đồ các trường gió, dòng chảy mực nước và dầu dự báo từ 0 giờ ngày 02/10/2010. c1. Trường gió dự báo sau 72 giờ c2. Trường dòng chảy - mực nước dự báo sau 72 giờ c3. Trường dầu dự báo sau 72 giờ Hình 4. Bản đồ các trường gió, dòng chảy mực nước và dầu dự báo từ 0 giờ ngày 04/10/2010. c1. Trường gió dự báo sau 72 giờ c2.Trường dòng chảy - mực nước dự báo sau 72 giờ c3. Trường dầu dự báo sau 72 giờ Hình 5. Bản đồ các trường gió, dòng chảy mực nước và dầu dự báo từ 0 giờ ngày 05/10/2010. N.Q. Trinh và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 29, Số 1S (2013) 168-178 176 b1. Trường gió dự báo sau 24 giờ. b2. Trường dòng chảy - mực nước dự báo sau 24 giờ. b3. Trường dầu dự báo sau 24 giờ Hình 6. Bản đồ các trường gió, dòng chảy mực nước và dầu dự báo từ 0 giờ ngày 07/10/2010. b1. Trường gió dự báo sau 24 giờ b2. Trường dòng chảy - mực nước dự báo sau 24 giờ b3. Trường dầu dự báo sau 24 giờ Hình 7. Bản đồ các trường gió, dòng chảy mực nước và dầu dự báo từ 0 giờ ngày 08/10/2010. c1. Trường gió dự báo sau 72 giờ c2. Trường dòng chảy - mực nước dự báo sau 72 giờ c3. Trường dầu dự báo sau 72 giờ Hình 8. Bản đồ các trường gió, dòng chảy mực nước và dầu dự báo từ 0 giờ ngày 10/10/2010. N.Q. Trinh và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 29, Số 1S (2013) 168-178 177 a. Tháng 1 b. Tháng 2 a. tháng 4 b. tháng 5 c. Tháng 8 d. Tháng 10 Hình 9. Các bản đồ về lượng dầu tràn cực đại đồng thời tại tất các kịch bản theo từng tháng [...]... nhiên và Công nghệ 29, Số 1S (2013) 168-178 (tháng 1, 2, 4, 5, 8 và 10) trong năm 2010 trên vịnh Bắc Bộ Nhìn chung, khi sự cố tràn dầu xảy ra sẽ gây ô nhiễm cho vùng biển, mức độ ảnh hưởng sẽ phụ thuộc vào tổng lượng, thời gian và thời điểm tràn dầu Theo các kịch bản mô phỏng đã được thực hiện vào thời điểm gió mùa đông bắc (tháng 12, tháng 1 và tháng 2) thì nguy cơ ảnh hưởng của dầu tràn đến vùng biển... tây bắc nên nguy cơ ảnh hưởng đến vùng ven biển vịnh Bắc Bộ của nước ta là thấp Để có thể áp dụng tính toán phục vụ thực tế, mô hình này cần phải được kiểm chứng với các số liệu đo đạc hiện trường của các sự cố đã xảy ra trong quá khứ Tuy nhiên, các số liệu dạng này ở Việt Nam rất khan hiếm nên việc kiểm chứng mô hình hiện tại chưa thực hiện được Trong tương lai, dự kiến sẽ tiến hành thu thập các số. .. tháng 1 và tháng 2) thì nguy cơ ảnh hưởng của dầu tràn đến vùng biển từ Nghệ An đến Quảng Trị là khá cao với nồng độ dầu vượt xa mức tiêu chuẩn hàng chục lần Thời kỳ đổi mùa (tháng 4 và tháng 5) dầu tràn có nguy cơ ảnh hưởng đến vùng biển từ Quảng Ninh đến Hà Tĩnh Thời kỳ chính mùa mưa bão (tháng 7 và tháng 8) dầu tràn có nguy cơ ảnh hưởng đến vùng biển từ Quảng Ninh đến Thanh Hóa Còn thời kỳ đổi mùa... nhiên, các số liệu dạng này ở Việt Nam rất khan hiếm nên việc kiểm chứng mô hình hiện tại chưa thực hiện được Trong tương lai, dự kiến sẽ tiến hành thu thập các số liệu trong nước và nước ngoài để kiểm chứng đánh giá và hiệu chỉnh mô hình Tài liệu tham khảo [1] Trung tâm Khí tượng Thuỷ văn Biển Sổ tra cứu các đặc trưng khí tượng thuỷ văn vùng thềm lục địa Việt Nam, Nhà xuất bản Nông nghiệp, Hà Nội,... Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 29, Số 1S (2013) 168-178 194 Nguyen Quoc Trinh1, Nguyen Minh Huan2, Phung Dang Hieu3, Du Van Toan3 1 National Centre for Hydro-Meteorological Forecasting, No 4 Dang Thai Than Str., Hanoi, Vietnam 2 Faculty of Hydro-Meteorology and Oceanography, VNU University of Science, No 334 Nguyen Trai Str., Hanoi, Vietnam 3 Institute for Marine and Island Research and Management, No... predicting the behaviour of surface oil slicks Rep Massachusetts Inst Technol., Dep Civil Engng N° 222, 315 pp [unpubl Manuscript] [3] Fischer, H.B., E.J List, R.C.Y Koh, J Imberger, and N.H Brooks Mixing in inland and coastal water, Academic Press, 1979 [4] Yapa, P.D., Oil Spill Processes and Model Development Journal of Advanced Marine Technology , 1994, 11, 1-22 [5] Mackay, D., I.A Buist, R Mascarenhas and... Oil spill can contaminate large areas, cause great damage in terms of both economy and environment So the simulation of the oil spread after the incident occurs on the sea to set out appropriate rescue plans is necessary An oil spill modeling has been researched and developed, in this model the oil is divided into two layers: surface layer and below surface layer Exchange processes between the surface . được mô phỏng chi tiết. Mô hình tràn dầu đã được áp dụng thử nghiệm để mô phỏng một số kịch bản lan truyền dầu trên vịnh Bắc Bộ. Từ khóa: tràn dầu, mô hình tràn dầu hai lớp, vịnh Bắc Bộ. 1 ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 29, Số 1S (2013) 168-178 168 Mô phỏng lan truyền dầu trong sự cố tràn dầu trên vịnh Bắc Bộ bằng mô hình số trị Nguyễn Quốc Trinh 1 , Nguyễn Minh Huấn 2, *,. thông qua kết quả của các hệ thống mô hình khác. Mô hình tràn dầu đã được áp dụng để mô phỏng một số kịch bản lan truyền dầu trên vịnh Bắc Bộ do vịnh Bắc Bộ là khu vực có nhiều hệ thống cảng