Thông tin tài liệu
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN …………………… Phan Thành Bắc MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH LAN TRUYỀN VẬT CHẤT Ơ NHIỄM DƯỚI TÁC ĐỘNG CỦA CÁC YẾU TỐ ĐỘNG LỰC TẠI VỊNH CAM RANH BẰNG MƠ HÌNH SỐ LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2012 z ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Phan Thành Bắc MƠ PHỎNG Q TRÌNH LAN TRUYỀN VẬT CHẤT Ô NHIỄM DƯỚI TÁC ĐỘNG CỦA CÁC YẾU TỐ ĐỘNG LỰC TẠI VỊNH CAM RANH BẰNG MƠ HÌNH SỐ Chun ngành: Hải dương học Mã số: 60.44.97 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Người hướng dẫn khoa học: PGS TS Nguyễn Minh Huấn Hà Nội - 2012 z LỜI CẢM ƠN Tác giả xin dành lời bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy, giáo khoa Khí tượng, Thủy văn - Hải dương học (trường Đại học Khoa học tự nhiên Hà Nội) nhà khoa học viện Hải dương học tận tình giúp đỡ, truyền thụ, trao đổi kiến thức chuyên môn tác giả thời gian qua Luận văn hoàn thành nỗ lực làm việc thân cịn có cơng lớn thầy giáo PGS.TS Nguyễn Minh Huấn, người không ngừng đôn đốc, động viên truyền thụ kiến thức Tác giả xin gửi lời biết ơn chân thành sâu sắc đến thầy Tác giả xin gửi lời cảm ơn tới ThS Nguyễn Chí Cơng tất cán nghiên cứu phịng Vật Lý Biển nói riêng, Viện Hải Dương học – nơi tác giả công tác nói chung, giúp đỡ nhiệt tình nguồn số liệu sử dụng Bên cạnh đó, tác giả xin gửi lời cảm ơn đến dự án “Nghiên cứu khả tự làm sạch, đề xuất giải pháp nhằm bảo vệ cải thiện chất lượng môi trường đầm Thủy Triều - vịnh Cam Ranh” PGS.TS Bùi Hồng Long ThS Nguyễn Hữu Huân đồng chủ nhiệm, cho phép sử dụng nguồn số liệu phục vụ cho luận văn Suốt trình học tập nghiên cứu luận văn, tác giả giúp đỡ từ dự án chống biến đổi khí hậu CLIMEEViet, hợp tác nghiên cứu Viện Hải Dương học với phủ Đan Mạch, mà đứng đầu PGS.TS Nguyễn Ngọc Lâm Tác giả xin trân trọng cảm ơn dự án tài trợ mặt kinh phí, thiết bị hỗ trợ nghiên cứu nguồn số liệu tham khảo vô quí giá Qua đây, tác giả xin chân thành cảm ơn giúp đỡ thân tình bạn bè, thân hữu trình học tập nghiên cứu trường Đại học Khoa học tự nhiên z MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG MƠ HÌNH SỐ TRỊ 1.1 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU 1.1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu giới 1.1.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu nước .6 1.2 MIKE 21 HD .8 1.2.1 Cơ sở toán học 1.2.2 Phương pháp số .12 1.3 MÔĐUN ECOLAB 16 1.3.1 Cơ sở lý thuyết 16 1.3.2 Ơxy hịa tan (DO) nhu cầu ơxy sinh hóa (BOD) 17 1.3.3 Các hợp phần Nitơ 21 1.3.4 Hợp phần Photpho 23 CHƯƠNG TỔNG QUAN VÙNG NGHIÊN CỨU 25 2.1 TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN 25 2.1.1 Vị trí địa lí 25 2.1.2 Đặc điểm gió 25 2.1.3 Đặc điểm thủy, hải văn 26 2.1.4 Đặc điểm nhiệt - muối 28 2.1.5 Đặc điểm dòng chảy 28 2.1.6 Đặc điểm thủy triều dao động mực nước 29 2.2 ĐẶC ĐIỂM KINH TẾ - XÃ HỘI 30 2.3 HIỆN TRẠNG MÔI TRƯỜNG VỊNH CAM RANH .31 2.3.1 Các nguồn thải 31 2.3.2 Chất lượng nước vịnh Cam Ranh 32 z CHƯƠNG ÁP DỤNG MƠ HÌNH VÀ KẾT QUẢ 33 3.1 THIẾT LẬP CÁC THÔNG TIN ĐẦU VÀO CHO MƠ HÌNH .33 3.1.1 Thu thập số liệu 33 3.1.2 Địa hình đáy .36 3.1.3 Thiết lập lưới tính 36 3.1.4 Điều kiện biên điều kiện ban đầu 38 3.2 HIỆU CHỈNH MƠ HÌNH 41 3.3 MỘT SỐ KẾT QUẢ TÍNH TỐN 44 3.3.1 Kết tính tốn cho mùa khô 44 3.3.2 Kết tính tốn cho mùa mưa .73 3.4 ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNG CỦA CÁC YẾU TỐ Ô NHIỄM 105 KẾT LUẬN 123 KIẾN NGHỊ 124 TÀI LIỆU THAM KHẢO 125 z MỞ ĐẦU Trong những năm gầ n , khu vực đầ m thuỷ triề u đứng trước nguy ô nhiễm nguồ n nước Đầm Thủy Triều nằm vịnh Cam Ranh, thuộc địa bàn huyện Cam Lâm thành phố Cam Ranh, tỉnh Khánh Hòa Nơi phong phú đa dạng số lượng trữ lượng thủy sản Trong tương lai, đầm Thủy Triều cịn mắt xích quan trọng việc phát triển du lịch tỉnh Khánh Hòa vịnh Cam Ranh tỉnh quy hoạch thành trung tâm du lịch biển tầm cỡ quốc gia quốc tế đến năm 2025 Theo nhận định người dân nơi đây, vịng gần chục năm nay, tơm, cá loại nghêu, ốc đầm thường chết hàng loạt, chí “sống dai” lồi sá sùng biển (gọi trùn biển) phải chết trắng đầy đầm, môi trường đầm ngày trở nên ngột ngạt, đục ngàu, nước đầm có mùi thối nồng nặc theo thời gian làm cho hệ sinh thái đầm bị biến dạng, nguồn lợi thủy sản không Do vậy, việc đánh khai thác nguồn lợi đầm khơng cịn hiệu quả, đời sống nhân dân lại khốn khó Mơ ̣t những ngun nhân gây ô nhi ễm đầm nhà máy đường Cam Ranh Trong quá trin ̀ h vâ ̣n hành nhà máy , khố i nước thải từ nhà máy sau đươ ̣c xử lí sẽ đổ đầm qua cống xả thải Các kết từ phân tích mẫu nước vị trí cống xả thải khu vực xung quanh nhà máy ghi nhận vượt ngưỡng của các thông số môi trường xung quanh khu vực này Khi khố i nước thải đươ ̣c xả đầ m , trình thuỷ động lực (dịng chảy, gió, q trình xáo trộn ,…) làm khuếch tán chất đồng thời mang khối nước thải lên phía bắ c hay xuố ng phía nam theo dòng chảy triề u lên và t riề u x́ ng Vì vâ ̣y, q trình động lực khu vực đóng vai trị quan trọng việc phân bớ , trù n tải , pha loañ g, làm vùng đầm thuỷ triều Mô ̣t cách tiế p câ ̣n để nghiên cứu sự ảnh hưởng của k hố i nước thải từ nhà máy đường sử dụng mơ hình tính tốn để tính tốn mơ q trình vật lý (dịng chảy) mơ hình sinh hố diễn khu z vực đầ m có sự tác đô ̣ng của khố i nước thải Các kết tính tốn từ mơ hình kết hơ ̣p với số liê ̣u khảo sát có thể mô phỏng mô ̣t cách liên tu ̣c về các quá trin ̀ h đô ̣ng lực và quá trin ̣ bản khác ̀ h truyề n tải vâ ̣t chấ t cũng mô phỏng các kich những điề u k iê ̣n đô ̣ng lực khác và điề u kiê ̣n xả thải khác Viê ̣c mô kịch ô nhiễm khác giúp nhà quản lý phản ứng linh hoa ̣t hơn, hiê ̣u quả tốn Từ đó đưa đươ ̣c những kế hoa ̣ch , chiế n lươ ̣c để quy hoa ̣ch , khai thác mô ̣t cách hiê ̣u quả tài nguyên khu vực đầ m cũng viê ̣c kiể m soát và điề u tiế t các nguồ n thải hơ ̣p lý Nhận thức mức độ cấp thiết vấn đề môi trường vịnh Cam Ranh, học viên lựa chọn hướng nghiên cứu với đề tài: “Mơ q trình lan truyền vật chất nhiễm tác động yếu tố động lực vịnh Cam Ranh mơ hình số” để mơ số vật chất có khả ảnh hưởng đến chất lượng mơi trường Có nhiều kỹ thuật đánh giá mức độ ô nhiễm nước dựa vào giá trị thông số chọn lọc Các kỹ thuật sử dụng số để thực mức độ ô nhiễm Trong đó có thể nêu mô ̣t số chỉ số đươ ̣c công nhâ ̣n nhiễm dinh dưỡ ng (NPI) dựa vào các thông số NH : Chỉ số ô + , NO3-, NO2-, tổ ng P , pH, chlorophyll, đô ̣ dẫn điê ̣n và đô ̣ đu ̣c Chỉ số ô nhiễm hữu (OPI) dựa vào các thông số BOD, COD, nhiê ̣t đô ̣ và DO Với nguồn số liệu có từ số đề tài thực Viện Hải dương học đề tài cấp Cơ sở phòng Vật lý biển, phòng Thủy địa hóa, đề tài cấp Viện Khoa học Cơng nghệ, Các Dự án hợp tác quốc tế, tác giả sử dụng gói phần mềm MIKE 21 HD, ECO Lab để mơ q trình lan truyền số vật chất gây nhiễm từ nguồn thải khu công nghiệp, nuôi trồng thủy sản khu dân cư mùa: mùa mưa mùa khô Trong khuôn khổ luận văn, mục tiêu học viên tính tốn, mơ phỏng, đưa tranh trình động lực trình truyền tải vật chất gờ m BOD, DO, NO3-, PO4+, NH3+ Mô ̣t kich ̣ bản mô phỏng sự lan truyề n các vâ ̣t chấ t ô nhiễm với giả thiết có gia tăng cực đại nồ ng đô ̣ các chấ t gây ô nhiễm t số liệu thực đo cống xả thải cơng suất tính thời điểm khảo sát từ nguồn thải khu công nghiệp, nuôi trồng thủy sản khu dân cư để có thể đánh giá mức đô ̣ lan truyề n và ảnh hưởng vật chất tới chất lượng nước bãi tắm khu vực Cam Ranh z Các kết nghiên cứu luâ ̣n văn góp phầ n bổ sung thêm các thông tin khoa ho ̣c về những nghiên cứu , đánh giá vai trò và sự tác đô ̣ng của các t nguồn thải khu công nghiệp, nuôi trồng thủy sản khu dân cư tác động ngược lại khu vực nuôi trồng thủy sản, du lịch sinh thái bãi tắm z luan.van.thac.si.mo.phong.qua.trinh.lan.truyen.vat.chat.o.nhiem.duoi.tac.dong.cua.cac.yeu.to.dong.luc.tai.vinh.cam.ranh.bang.mo.hinh.soluan.van.thac.si.mo.phong.qua.trinh.lan.truyen.vat.chat.o.nhiem.duoi.tac.dong.cua.cac.yeu.to.dong.luc.tai.vinh.cam.ranh.bang.mo.hinh.soluan.van.thac.si.mo.phong.qua.trinh.lan.truyen.vat.chat.o.nhiem.duoi.tac.dong.cua.cac.yeu.to.dong.luc.tai.vinh.cam.ranh.bang.mo.hinh.soluan.van.thac.si.mo.phong.qua.trinh.lan.truyen.vat.chat.o.nhiem.duoi.tac.dong.cua.cac.yeu.to.dong.luc.tai.vinh.cam.ranh.bang.mo.hinh.so CHƯƠNG MƠ HÌNH SỐ TRỊ 1.1 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU 1.1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu giới Sử dụng mơ hình số để tính tốn, mơ phỏng, đánh giá chất lượng môi trường nước khu vực gần bờ, khu bãi tắm, khu nuôi trồng thủy sản thực phổ biến giới Tùy thuộc vào đối tượng mục đích nghiên cứu, việc áp dụng loại mơ hình tính tốn khác Có thể liệt kê số mơ hình thường áp dụng để đánh giá chất lượng nước giới Mơ hình WASP7 (Water Quality Analysis Simulation Program 7) mơ hình xây dựng dựa mơ hình trước (WASP – xây dựng Di Toro, 1983; Connolly vaf Winfield, 1984; Ambrose, R.B, 1988) Mô hình sử dụng để mơ tả dự báo chất lượng nước giúp nhà quản lý đưa định, giải pháp đối phó với tượng ô nhiễm tự nhiên người Mơ hình cho phép người sử dụng áp dụng khơng gian 1D mơ tựa 2D 3D cách chia hộp với đa dạng thành phần chất nhiễm Mơ hình WASP liên kết với mơ hình thủy động lực vận chuyển trầm tích để thu trường dịng chảy, nhiệt độ, độ muối thơng lượng trầm tích Mơ hình WASP sử dụng để mơ q trình yếm khí vịnh Tampa; Cung ứng Photpho cho hồ Okeechobee; Q trình yếm khí cửa sơng Neuse River; Ơ nhiễm vật chất hữu dễ phân hủy cửa sông Delaware, ô nhiễm kim loại nặng sơng Deep, bắc Carolina Mơ hình AQUATOX mơ hình mơ hệ sinh thái thủy sinh Mơ hình dự báo q trình suy tàn nhiều loại chất gây nhiễm môi trường dinh dưỡng, hóa học hữu cơ, ảnh hưởng chúng lên hệ sinh thái, bao gồm loài cá, động vật khơng xương sống lồi thực vật thủy sinh AQUATOX công cụ hữu hiệu cho nhà mơi trường học, sinh học, nhà mơ hình hóa chất lượng nước cần quan tâm tới việc đánh giá rủi ro suy giảm hệ sinh thái thủy sinh luan.van.thac.si.mo.phong.qua.trinh.lan.truyen.vat.chat.o.nhiem.duoi.tac.dong.cua.cac.yeu.to.dong.luc.tai.vinh.cam.ranh.bang.mo.hinh.soluan.van.thac.si.mo.phong.qua.trinh.lan.truyen.vat.chat.o.nhiem.duoi.tac.dong.cua.cac.yeu.to.dong.luc.tai.vinh.cam.ranh.bang.mo.hinh.soluan.van.thac.si.mo.phong.qua.trinh.lan.truyen.vat.chat.o.nhiem.duoi.tac.dong.cua.cac.yeu.to.dong.luc.tai.vinh.cam.ranh.bang.mo.hinh.soluan.van.thac.si.mo.phong.qua.trinh.lan.truyen.vat.chat.o.nhiem.duoi.tac.dong.cua.cac.yeu.to.dong.luc.tai.vinh.cam.ranh.bang.mo.hinh.so z luan.van.thac.si.mo.phong.qua.trinh.lan.truyen.vat.chat.o.nhiem.duoi.tac.dong.cua.cac.yeu.to.dong.luc.tai.vinh.cam.ranh.bang.mo.hinh.soluan.van.thac.si.mo.phong.qua.trinh.lan.truyen.vat.chat.o.nhiem.duoi.tac.dong.cua.cac.yeu.to.dong.luc.tai.vinh.cam.ranh.bang.mo.hinh.soluan.van.thac.si.mo.phong.qua.trinh.lan.truyen.vat.chat.o.nhiem.duoi.tac.dong.cua.cac.yeu.to.dong.luc.tai.vinh.cam.ranh.bang.mo.hinh.soluan.van.thac.si.mo.phong.qua.trinh.lan.truyen.vat.chat.o.nhiem.duoi.tac.dong.cua.cac.yeu.to.dong.luc.tai.vinh.cam.ranh.bang.mo.hinh.so Mơ hình QUAL2K (hay Q2K) (River and Stream Water Quality Model) nâng cấp từ mơ hình trước QUAL2E (hay Q2E (Brown Barnwell 1987)) Đây mô hình mơ chất lượng nước suối sơng chiều có tham gia q trình xáo trộn rối bên Một đặc điểm linh hoạt mô hình chạy mơi trường Visual basic mơi trường Excel Mơ hình có đặc điểm sau: tính tốn phân đoạn sơng nhánh sơng Mơ hình tính tốn chu trình Nitơ Thơng qua chu trình chuyển hóa nitơ để biểu diễn hợp chất cacbon (loại ơxy hóa nhanh chậm), loại cacbon hữu không sống (các phân tử cacbon, nitơ, phôtpho hợp chất hóa học) Các q trình thiếu hụt ôxy gần tới giá trị không trình ơxy hóa, q trình khử nitơ bước tương tác Tính tốn thơng lượng trao đổi ơxy hịa tan dinh dưỡng trầm tích nước DELFT 3D Viện nghiên cứu thuỷ lực Hà Lan cho phép kết hợp mơ hình thuỷ lực chiều với mơ hình chất lượng nước Ưu điểm mơ hình việc kết hợp module tính tốn phức tạp để đưa kết tính mơ cho nhiều chất nhiều trình tham gia SMS Trung tâm nghiên cứu phát triển kỹ thuật quân đội Mỹ xây dựng cho phép kết hợp mơ hình thuỷ lực 1, chiều với mơ hình chất lượng nước, module RMA4 mơ hình số trị vận chuyển yếu tố chất lượng nước phân bố đồng theo độ sâu Nó tính tốn tập trung thành phần bảo tồn khơng bảo tồn tính tốn theo lưới chiều chiều ECOHAM (phiên 2) mô hình số 3D kết hợp module thủy lực với module sinh thái phát triển nhóm nghiên cứu Trường đại học Hamburg (Đức) Mơ hình chủ yếu tính tốn dựa chu trình hợp phần Nitơ Photpho có tính đến thực vật động vật phù du nước biển ECOSMO (ECOSystem MOdel) mơ hình cặp ba chiều thủy động lực – băng biển – sinh địa hóa Mơ hình phát triển dựa mơ hình thủy động lực HAMSOM (HAMburg shelf Ocean Model) liên kết mô đun động lực nhiệt động lực biển - băng (Schrum Backhaus, 1999) môđun sinh học luan.van.thac.si.mo.phong.qua.trinh.lan.truyen.vat.chat.o.nhiem.duoi.tac.dong.cua.cac.yeu.to.dong.luc.tai.vinh.cam.ranh.bang.mo.hinh.soluan.van.thac.si.mo.phong.qua.trinh.lan.truyen.vat.chat.o.nhiem.duoi.tac.dong.cua.cac.yeu.to.dong.luc.tai.vinh.cam.ranh.bang.mo.hinh.soluan.van.thac.si.mo.phong.qua.trinh.lan.truyen.vat.chat.o.nhiem.duoi.tac.dong.cua.cac.yeu.to.dong.luc.tai.vinh.cam.ranh.bang.mo.hinh.soluan.van.thac.si.mo.phong.qua.trinh.lan.truyen.vat.chat.o.nhiem.duoi.tac.dong.cua.cac.yeu.to.dong.luc.tai.vinh.cam.ranh.bang.mo.hinh.so z
Ngày đăng: 22/01/2024, 22:44
Xem thêm:
