Hội thảo khoa học Quốc gia Khí tượng Thủy văn, Môi trường Biến đổi khí hậu lần thứ XVI NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH Ô NHIỄM KIM LOẠI NẶNG VỊNH CAM RANH – KHÁNH HOÀ THEO CÁC KỊCH BẢN KINH TẾ XÃ HỘI Nguyễn Thị Thuỵ Hằng1, Nguyễn Kỳ Phùng2, Nguyễn Thị Bảy3 (1) Trường Đại học Khoa học Tự nhiên TpHCM, TpHCM, (2) Sở Khoa học Công nghệ TpHCM, (3) Trường Đại học Bách khoa TpHCM Vịnh Cam Ranh – Khánh Hoà vùng hội tụ nhiều tiềm phát triển kinh tế, đặc biệt kinh tế biển như: cảng biển; du lịch; nuôi trồng, đánh bắt, chế biến thủy, hải sản; sản xuất muối tập trung,…Các ngành sản xuất có nguy gây ô nhiễm nghiêm trọng nguồn nước đây. Hiện nay, nguồn gây ô nhiễm cho vịnh Cam Ranh chủ yếu nguồn ô nhiễm hữu từ nhà máy đường, nhà máy chế biến thuỷ sản, nước thải sinh hoạt nuôi trồng thuỷ sản,…. Nguồn ô nhiễm kim loại nặng không đáng kể. Tuy nhiên, với kế hoạch cụm công nghiệp Cam Thành Bắc vào hoạt động năm 2014, khu vực có nguy tình hình ô nhiễm kim loại nặng trầm trọng. Dựa mô hình MIKE 21, tác giả nghiên cứu tính toán, dự báo, đánh giá tình hình ô nhiễm kim loại (Fe, Cu) vùng vịnh Cam Ranh theo kịch kinh tế xã hội (KTXH) trạng, năm 2015 năm 2020. 1. Giới thiệu Tải lượng nguồn thải Fe, Cu nhà máy, cụm công nghiệp, khu dân cư, nuôi trồng thuỷ sản, vùng ven bờ vịnh Cam Ranh tính toán dựa vào kịch phát triển KTXH vùng. Từ số liệu thống kê, tính toán tải lượng ô nhiễm số liệu đo đạc mực nước, dòng chảy, số liệu nồng độ chất ô nhiễm Fe, Cu vùng nghiên cứu, mô hình MIKE 21 ứng dụng để hiệu chỉnh tình kiểm tra mô hình thuỷ lực, mô hình lan truyền chất cho Fe Cu, từ tính toán trình thuỷ lực lan truyền ô nhiễm kim loại Fe, Cu cho khu vực nghiên cứu (Hình 1), gồm kịch bản: kịch trạng, kịch năm 2015 kịch năm 2020. Từ kết tính toán được, tiến hành đánh giá đặc điểm phân bố kim loại nặng kịch trạng thay đổi phân bố kim loại trường hợp giả định địa hình đáy khu vực nghiên cứu không thay đổi, tải lượng chất ô nhiễm thay đổi theo kịch phát triển KTXH vùng. 2. Dữ liệu phương pháp nghiên cứu 2.1. Phương pháp nghiên cứu Trong nghiên cứu tác giả sử dụng phương pháp nghiên cứu sau đây: phương pháp kế thừa sở liệu; phương pháp xử lý số liệu, kỹ thuật GIS, phương pháp mô hình toán,…Trong phương pháp mô hình toán phương pháp chủ đạo. Môđun thuỷ lực HD môđun ECOLAB mô hình MIKE 21 sử dụng để tính toán thuỷ lực môi trường vùng nghiên cứu [2]. ECOLAB môđun mô hình MIKE 21, công cụ chung mở cho mô hình sinh thái để mô tả chất lượng nước, tượng phú dưỡng, kim loại nặng,… Môđun phát triển để mô tả trình hóa học, sinh học,…. Cơ sở khoa học để phát triển môđun giải phương trình truyền tải vật chất. [4]. 314 Tập 2: Thủy văn - Tài nguyên nước, Biển, Môi trường Hội thảo khoa học Quốc gia Khí tượng Thủy văn, Môi trường Biến đổi khí hậu lần thứ XVI 2.2. Số liệu tính toán - Địa hình đáy lưới tính Lưới tính vùng tính lớn xây dựng lưới tam giác phi cấu trúc gồm 10335 nút, 19389 phần tử, góc nhỏ phần tử tam giác 330, khoảng cách nút từ 30m đến 150m tuỳ khu vực khác vùng tính. Từ lưới tính xây dựng số liệu thu thập được, dùng Mike Zero phần mềm Mike DHI để thiết lập địa hình đáy cho vùng tính. - Điều kiện ban đầu: lấy số liệu đo đạc vào tháng 5/2011 tháng 10/2011 khu vực nghiên cứu. - Điều kiện biên: Điều kiện biên đưa vào mô hình dựa vào số liệu đo đạc phân tích đợt năm 2011: mùa khô (tháng 5/2011) mùa mưa (tháng 10/2011). Theo số liệu nồng độ biên đưa vào mô sau: nồng độ Fe mùa khô 106,8 µg/l, mùa mưa108µg/l; nồng độ Cu mùa khô 1,8 µg/l, mùa mưa 2,9µg/l Hình 1: Địa hình đáy vùng nghiên cứu - Hệ số khuếch tán: tính tương ứng theo hệ số nhớt rối, với hệ số Prandtl=1 - Hệ số biến đổi 0,005/ngày - Nguồn thải: Các nguồn thải đưa vào mô hình số liệu thu thập, thống kê, tính toán tương ứng với kịch phát triển KTXH địa phương. Nguồn thải cho vào mô sau: Bảng 1: Tải lượng thải Cu Fe vùng vịnh Cam Ranh theo kịch KB trạng TT Nguồn thải Cụm CN Cam Thành Bắc Chế biến thủy sản Cam Lâm nguồn từ NN, SH & NTTS Nhà máy chế biến thủy sản Ba Ngòi Nguồn thải NN, SH & NTTS (Cam Nghĩa) Nguồn thải NN, SH & NTTS (Cam Phú, Cam Phúc) X Y 109010'39,82'' 12002'25,07'' Fe (kg/ ngày) KB năm 2020 Fe Cu Cu (kg/ Fe (kg/ Cu (kg/ (kg/ (kg/ ngày) ngày) ngày) ngày) ngày) - 12 109010'25,08'' 12003'25,83'' 3,147 0,024 15,592 0,2668 47,91 0,814 109008'47,17'' 11054'0,55'' 0,006 1,0496 0,0177 1,433 0,024 109011'54,29'' 11059'37,03'' 0,9505 0,0219 1,7832 0,0411 2,632 0,061 109010'57,22'' 11056'15,61'' 2,7629 0,0227 5,8723 0,0482 10,58 0,087 Tập 2: Thủy văn - Tài nguyên nước, Biển, Môi trường - KB năm 2015 0,975 12 315 Hội thảo khoa học Quốc gia Khí tượng Thủy văn, Môi trường Biến đổi khí hậu lần thứ XVI KB trạng TT Nguồn thải NN, SH & NTTS (Ba Ngòi, Cam Linh, Cam Lợi, Cam Thuận) NN, SH & NTTS (Cam Thịnh Đông) NN, SH & NTTS (Cam Lập) X Y Fe (kg/ ngày) KB năm 2015 KB năm 2020 Fe Cu Cu (kg/ Fe (kg/ Cu (kg/ (kg/ (kg/ ngày) ngày) ngày) ngày) ngày) 109008'25,82'' 11054'32,73'' 4,9049 0,0402 7,4230 0,0609 11,75 0,096 109006'46,86'' 11052'19,38'' 2,3088 0,0532 1,1713 0,0270 1,616 0,037 109008'53,87'' 11049'22,32'' 0,9092 0,0210 1,6134 0,0372 2,124 0,049 2.3. Hiệu chỉnh kiểm tra mô hình Sau hiệu chỉnh kiểm tra mô hình thuỷ lực, tiến hành hiệu chỉnh kiểm tra mô hình lan truyền chất tính cho Cu Fe. Các số liệu sử dụng hiệu chỉnh kiểm tra mô hình số liệu đo đạc tháng năm 2011 Viện Hải dương học Nha trang. Vị trí đo đạc, lấy mẫu phân tích thể Hình 2. Do số liệu phân tích chất lượng nước Fe Cu vùng nghiên cứu tương đối rời rạc, nên khó để hiệu chỉnh kiểm tra mô hình cho chuỗi số liệu theo thời gian. Trong nghiên cứu này, việc hiệu chỉnh kiểm tra mô hình chủ yếu dựa vào số liệu trung bình tính toán thực đo. Kết tính toán mô hình cho thấy số liệu tính toán phân tích chênh lệch không nhiều. (Hình 3, 4) Hình 3: Trung bình nồng độ Fe tính toán thực đo Hình 2: Các vị trí hiệu chỉnh kiểm tra mô hình Hình 4: Trung bình nồng độ Cu tính toán thực đo 3. Kết tính toán Thực tính toán lan truyền ô nhiễm cho kịch ứng với kịch phát triển KTXH: Kịch (KB1): Hiện trạng năm 2011; Kịch (KB2): Kịch phát triển kinh tễ xã hội năm 2015; Kịch (KB3): Kịch phát triển KTXH năm 2020. Các Hình đến Hình 28 đặc trưng nồng độ Fe Cu kịch lúc triều dâng triều rút vào mùa khô mùa mưa. 316 Tập 2: Thủy văn - Tài nguyên nước, Biển, Môi trường Hội thảo khoa học Quốc gia Khí tượng Thủy văn, Môi trường Biến đổi khí hậu lần thứ XVI Hình 5: Nồng độ Fe mùa khô triều dâng – KB trạng (3h ngày 22/6/2011) Hình 6: Nồng độ Fe Hình 7: Nồng độ Fe Hình 8: Nồng độ Fe mùa khô triều rút mùa mưa triều mùa mưa triều rút – KB trạng dâng – KB trạng – KB trạng (19h ngày 22/6/2011) (6h ngày 22/11/2011) (11h ngày 22/11/2011) Hình 9: Nồng độ Fe mùa khô triều dâng – KB năm 2015 (3h ngày 22/6) Hình 10: Nồng độ Fe mùa khô triều rút – KB năm 2015 (19h ngày 22/6) Hình 11: Nồng độ Fe mùa mưa triều dâng – KB năm 2015 (6h ngày 22/11) Hình 12: Nồng độ Fe mùa mưa triều rút – KB năm 2015 (11h ngày 22/11) Hình 13: Nồng độ Fe mùa khô triều dâng – KB năm 2020 (3h ngày 22/6) Hình 14: Nồng độ Fe mùa khô triều rút – KB năm 2020 (19h ngày 22/6) Hình 15: Nồng độ Fe mùa mưa triều dâng – KB năm 2020 (6h ngày 22/11) Hình 16: Nồng độ Fe mùa mưa triều rút – KB năm 2020 (11h ngày 22/11) Tập 2: Thủy văn - Tài nguyên nước, Biển, Môi trường 317 Hội thảo khoa học Quốc gia Khí tượng Thủy văn, Môi trường Biến đổi khí hậu lần thứ XVI Hình 17: Nồng độ Cu mùa khô triều dâng – KB trạng (3h ngày 22/6/2011) Hình 18: Nồng độ Cu Hình 19: Nồng độ Cu Hình 20: Nồng độ Cu mùa khô triều rút mùa mưa triều mùa mưa triều rút – KB trạng dâng – KB trạng – KB trạng (19h ngày 22/6/2011) (6h ngày 22/11/2011) (11h ngày 22/11/2011) Hình 21: Nồng độ Cu mùa khô triều dâng – KB năm 2015 (3h ngày 22/6) Hình 22: Nồng độ Cu mùa khô triều rút – KB năm 2015 (19h ngày 22/6) Hình 23: Nồng độ Cu Hình 24: Nồng độ Cu mùa mưa triều mùa mưa triều rút dâng – KB năm 2015 – KB năm 2015 (6h ngày 22/11) (11h ngày 22/11) Hình 25: Nồng độ Cu mùa khô triều dâng – KB năm 2020 (3h ngày 22/6) Hình 26: Nồng độ Cu mùa khô triều rút – KB năm 2020 (19h ngày 22/6) Hình 27: Nồng độ Cu Hình 28: Nồng độ Cu mùa mưa triều mùa mưa triều rút dâng – KB năm 2020 – KB năm 2020 (6h ngày 22/11) (11h ngày 22/11) 318 Tập 2: Thủy văn - Tài nguyên nước, Biển, Môi trường Hội thảo khoa học Quốc gia Khí tượng Thủy văn, Môi trường Biến đổi khí hậu lần thứ XVI 4. Kết luận Để tiện cho việc đánh giá kết tính toán, ta chia vùng nghiên cứu thành khu vực sau: Khu vực I: từ xã Cam Đức trở phía Bắc; Khu vực II: từ Cam Đức đến Cam Thành Nam; Khu vực III: từ Cam Thành Nam đến cửa vịnh; Khu vực IV: khu vực lại (nam Cam Ranh) (Hình 29). Trong vùng nghiên cứu, nguồn ô nhiễm chủ yếu từ bờ tây, bờ tây ô nhiễm bờ đông. Nhìn chung kịch trạng tải lượng ô nhiễm Cu Fe không đáng kể nên nồng độ Cu Fe toàn khu vực nghiên cứu không lớn. Tuy nhiên cụm công nghiêp Cam Thành Bắc vào hoạt động vào năm 2014 khu vực bị ô nhiễm nặng. Đặc điểm dòng chảy mùa khác nên Hình 29: Phân chia khu vực tính chất lan truyền ô nhiễm khác phục vụ đánh giá kết tính theo mùa. Vào mùa mưa, chịu ảnh hưởng toán gió bắc với vận tốc tương đối lớn nên vận tốc dòng chảy vào mùa mưa cao mùa khô (khi triều rút), chất ô nhiễm lan truyền xa hơn, nguồn thải từ lục địa ảnh hưởng đến chất lượng nước vùng nghiên cứu diện rộng so với mùa khô; bờ tây bắc vùng vĩ độ từ 1330000m đến 1334000m bờ đông vùng vĩ độ khoảng 1317000m. Khi cụm công nghiệp Cam Thành Bắc vào hoạt động (dự kiến năm 2014) khu vực lân cận, đặc biệt vùng vĩ độ khoảng từ 1330000m đến 1334000m bị ô nhiễm nghiêm trọng. Không có chênh lệch đáng kể nồng độ kim loại nặng bờ phải bờ trái vịnh khu vực. Nồng độ kim loại nặng khu vực IV thay đổi qua kịch bản. Nồng độ Fe, Cu khu vực I II kịch năm 2020 tăng không đáng kể so với năm 2015. Nồng độ Cu kịch tương lai lớn nhiều so với kịch trạng (ở khu vực I, II), kịch năm 2020 không thay đổi đáng kể so với kịch năm 2015 (các khu vực ký hiệu Hình 29). Khi triều rút ảnh hưởng nguồn thải từ cụm công nghiệp Cam Thành Bắc đến vùng phía nam lớn làm cho chênh lệch đáng kể nồng độ kim loại nặng pha triều dâng lúc triều rút kịch tương lai. Khi triều rút nguồn thải từ cụm công nghiệp Cam Thành Bắc ảnh hưởng phần phía bắc khu vực III . Nồng độ Fe khu vực nghiên cứu vượt tiêu chuẩn chất lượng nước biển ven bờ cho tất mục đích nuôi trồng thuỷ sản, bãi tắm,…Nồng độ Cu kịch trạng đạt tiêu chuẩn QCVN10:2008/BTNMT kịch tương lai cụm công nghiệp Cam Thành Bắc vào hoạt động phía bắc khu vực II bị ô nhiễm nghiêm trọng, nồng độ kim loại vượt nhiều lần so với QCVN10:2008/BTNMT. Tập 2: Thủy văn - Tài nguyên nước, Biển, Môi trường 319 Hội thảo khoa học Quốc gia Khí tượng Thủy văn, Môi trường Biến đổi khí hậu lần thứ XVI TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. DHI (2007), Mike 21 & Mike flow model FM – Advection-Dispersion module – Scientific documentation. 2. DHI (2007), Mike 21 & Mike flow model FM – Hydrodynamic and transport modules – Scientific documentation. 3. DHI (2007), Mike 21 flow model FM – Ecolab module – User guide. 4. DHI (2007), Mike 21 flow model FM – Hydrodynamic module – User guide. 5. Nguyễn Kỳ Phùng (2008), “Đánh giá rủi ro môi trường vịnh Vân Phong”, Đề tài NCKH cấp tỉnh CALCULATING HEAVY METAL POLLUTION IN CAM RANH BAY – KHANH HOA BASING ON SOCIAL – ECONOMIC SCENARIOS Nguyen Thi Thuỵ Hang1, Nguyen Ky Phung2, Nguyen Thi Bay3 (1)HCMC University of Science, (2) HCMC Department of Science and Technology (3) HCMC University of Technology Cam Ranh bay in Khanh Hoa is the area converged of many potential economic sectors, especially sea economic branches such as: sea port, tourism, aquaculture, fishing, fish processing, salt producing, . Surface water is seriously at risk of pollution because of the development of these economic sectors. Currently, the polluting sources to Cam Ranh Bay are mainly organic substances from the sugar factories, fish processing plants, aquaculture, domestic waste water, .Polluted sources of heavy metal is almost negligible. As planned, Cam Thanh Bac industrial cluster will operate in 2014, the situation of heavy metal pollution in this area will be supper higher with risks. Applying the MIKE 21 model, the authors calculated, predicted and evaluated the heavy metal pollution (namely Fe, Cu) in Cam Ranh bay based on socio-economic scenarios which are actual state of 2011, 2015 and 2020. 320 Tập 2: Thủy văn - Tài nguyên nước, Biển, Môi trường . ô nhiễm kim loại nặng trầm trọng. Dựa trên mô hình MIKE 21, các tác giả nghiên cứu tính toán, dự báo, đánh giá tình hình ô nhiễm các kim loại năng (Fe, Cu) vùng vịnh Cam Ranh theo các kịch bản. Biển, Môi trường NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH Ô NHIỄM KIM LOẠI NẶNG VỊNH CAM RANH – KHÁNH HOÀ THEO CÁC KỊCH BẢN KINH TẾ XÃ HỘI Nguyễn Thị Thuỵ Hằng 1 , Nguyễn Kỳ Phùng 2 , Nguyễn Thị. lực và lan truyền ô nhiễm kim loại Fe, Cu cho khu vực nghiên cứu (Hình 1), gồm 3 kịch bản: kịch bản hiện trạng, kịch bản năm 2015 và kịch bản năm 2020. Từ các kết quả tính toán được, tiến hành