Báo cáo tổng hợpcác phương pháp luận về điều tra đánh giá và dự báo sự cố tràn dầu

; m s TỔNG CỤC MÔI TRƯỜNG cuc K IỂ M SO Á T ÔN H IỄ M N H IÊM VU Điều tra , đánh gỉá dự báo cô trà n dầu gây tổn thương môỉ trường biển Đề xuất giải pháp phong ngùa ứng phó BẢO C Ả O T Ổ N G H Ơ P CÁC PHƯƠNG PHÁP LUẬN VỀ ĐlỀU TRA ĐÁNH GIÁ VÀ D ự BÁO s ự c ố TRÀN DẦư Đơn vi chủ trì nhiêm vu : Cuc Kiểm Sốt Ơ Nhiễm H Nội, tháng 12 năm 2009 ■ mi TỔNG CỤC MÔI TRƯỜNG c u c KIỂM SỐT Ơ NHIỄM NHIÊIVl VU Điều tra , đánh giá dự báo cô tràn dầu gây tổn thương môi trường biên Để xuất giải pháp phong ngùa ứng phó BẢO CẢO TỔNG HƠP CÁC PHUƠNG PHÁP LUẬN VỀ ĐIÊU TRA ĐÁNH GIÁ VÀ DựBÁO s ự c ố TRÀN DẦU Đơn vi chủ trì nhiêm vu : Cục Kiểm Sốt Ơ Nhiễm Hà Nội, tháng 12 năm 2009 Bảo cáo tổng hợp phương pháp luận điều tra, đánh giá dự báo cố tràn dầu MỤC LỤC Phần MỞ ĐẦU Phần I I NỘI DƯNG NGHIÊN c ứ u Chương I THÀNH PHẦN HÓA HỌC II ĐIÊU KIỆN THÀNH T Ạ O III TÌNH HÌNH THĂM DỊ, KHAI THÁC, CHÉ BIÉN,VẬN CHUYỂN, TỊN TRỬ VÀ SỬ DỤNG DẦU KHÍ TRÊN ĐẤT LIÈN VÀ TRÊN BIẺN VIỆT N A M 10 Hoạt động khoan 10 Hoạt động vận chuyển 10 Hoạt động tồn trữ dầu 10 Đuòug ố n g .11 Hoạt động giao, nhận dầu b iế n 11 Nuóc thải chứa d ầ u 11 Hoạt động giao thông 12 Các nhà máy lọc, hóa dầu 12 Các dự án vào hoạt động: 13 Các ngành công nghiệp sản xuất khác ven biển .14 10 Các hoạt động nông nghiệp nuôi trồng thủy sản 15 I NHỮNG ĐẶC ĐIỂM c o BẢN CỦA MƠI TRƯỜNG BIỀN VIỆT NAM18 II TÌNH TRẠNG Ơ NHIỄM MƠI TRƯỜNG BIẺN TẠI VIỆT NAM 19 Tình hình nhiễm 19 Nguyên nhân gây ô nhiễm biển 21 III MỘT SÓ VỤ TRÀN DẦU TRÊN THÉ GIỚI VÀ Ở VIỆT N AM 22 IV CÁC TÁC ĐỘNG CÙA s ự CỐ TRÀN DẦU 24 SỤ BIÉN ĐÒI DẦU 24 ĐỐI TƯỢNG BỊ TÁC ĐỘNG .25 QUY TRÌNH ĐIỀU TRA s ự CỐ TRÀN DÀU 34 Lập kế hoạch điều tra 35 Lấy mẫu dầu tràn để phân tích 36 Thu thập thông tin 36 Xác định nguồn phát tán d ầ u 36 Nhóm tác gia: TS Nguyễn Văn Tiền Báo cảo tổng hợp phương pháp luận điều tra, đánh giá dự báo cố tràn dầu Phát triển chuỗi kiện 37 Phân tích cố 37 Phát triển hoạt động ngăn chặn cố mơi trng tràn dầu 37 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIÈƯ TRA s ụ CÓ TRÀN DÀU KHƠNG RÕ NGN GỐC 38 PhưoTig pháp mơ hình lan truyền dầu nhiễm biến .38 Phương pháp điều tra kết họp lấy mẫu phân tích (fingerprinting) 40 Phưong pháp viễn thám G IS 46 Phưong pháp điều tra tràn dầu máy bay trực thăng gắn radar 49 thống phương pháp ma trận tác động, chuyên gia, Fingerprinting, phân tích hệ 55 QUY TRÌNH ĐÁNH GIÁ s ụ CỐ TRÀN DẦU 56 Phát hiên SU’ cố tràn dầu 56 • • Điều tra cố tràn d ầ u 56 Xác định quy mô tràn dầu 56 Đánh giá mức độ tác động cố tràn d ầu 56 Kết luận cố tràn dầu 57 III CÁC PHƯƠNG PHÁP DỤ BÁO s ụ CỐ TRÀN DẦU 58 Phương pháp phân tích hệ thống .58 Phưong pháp thống k ê 58 Phương pháp viễn thám GIS, lập đồ dự báo 63 Thiết lập mạng lưới quan trắc giám sát môi trường biển, xây dựng báo cáo trạng môi trường thường niên tổng kết năm đánh giá diễn biến môi trường 65 PHƯƠNG PHÁP MỎ HÌNH 65 Lý thuyết lan truyền 65 Mơ hình số trị tính toán lan truyền dầu cố tràn dầu vùng cửa sơng ven bị' 67 Tính tốn mơ hình lan truyền chất sử dụng phần mềm ANSYS 72 Phương pháp mơ hình hóa lan truyền dầu ven biển cửa sông 74 a Nguyên lý phương pháp Mơ hình 75 b Phương trình chuyển động khuyếch tán d ầ u 75 c Mơ hình truyền sóng vùng gần b 76 d Mô hình dịng chảy gần b 76 e Điều kiện biên điều kiện ban đầu 76 Phần III 77 Nhóm tác giả: TS Nguyễn Văn Tiền Báo cáo tổng hợp phương pháp luận điều tra, đánh giá dự báo cố tràn dầu KÉT LUẬN VÀ KIÉN NGHỊ 77 QUY TRÌNH ĐIỀU TRA s ự CÓ TRÀN DÀU 33 Lập kế hoạch điều tra 34 Lấy mẫu dầu tràn để phân tích 35 Thu thập thông tin 35 Xác định nguồn phát tán dầu 35 Phát triển chuỗi kiện 36 Phân tích cố 36 Phát triển hoạt động ngăn chặn cố mơi trưịng tràn dầu 36 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU TRA s ụ CĨ TRÀN DÀU KHƠNG RÕ NGN GĨC 37 Phương pháp mơ hình lan truyền dầu nhiễm biến 37 Phương pháp điều tra kết họp lấy mẫu phân tích (fingerprinting) 39 Phương pháp viễn thám GIS 45 Phương pháp điều tra tràn dầu máy bay trực thăng gắn radar 48 II CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ s ự CÓ TRÀN DẦU 48 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ s ự CÓ TRÀN DẦU 48 Phương pháp điều tra thực địa 48 Phưoìig pháp thống kê 49 Phương pháp Bản đồ, Viễn thám GIS 49 Phưong pháp mô hình hóa 51 Phương pháp lượng giá thiệt hại kinh tế môi trường 52 phương pháp ma trận tác động, chuyên gia, Fingerprinting, phân tích hệ thống 54 QƯY TRÌNH ĐÁNH GIÁ s ụ CỐ TRÀN DẦU .55 Phát cố tràn dầu 55 Điều tra cố tràn dầu .55 Xác định quy mô tràn dầu .55 Đánh giá mức độ tác động cố tràn dầu .55 Kết luận cố tràn dầu .56 III CÁC PHƯƠNG PHÁP D ự BÁO s ự CÓ TRÀN D À U 57 Phtrong pháp phân tích hệ thống 57 Phương pháp thống kê 57 Phưong pháp viễn thám GIS, lập đồ dự báo 62 Nhóm tác già: TS Nguyễn Văn Tiền Báo cáo tông hợp phương pháp luận điểu tra, đánh giá dự báo cố tràn dầu Thiết lập mạng lưói quan trắc giám sát môi trường biển, xây dựng báo cáo trạng mơi trường thưịng niên tổng kết năm đánh giá diễn biến mơi trưịìig 64 PHƯƠNG PHÁP MƠ HÌNH 64 Lý thuyết lan truyền 64 Mơ hình số trị tính toán lan truyền dầu cố tràn dầu vùng cửa sông ven bờ 66 Tính tốn mơ hình lan truyền chất sử dụng phần mềmANSYS 71 Phuoiig pháp mơ hình hóa lan truyền dầu ven biển cửasông 73 a Nguyên lý phương pháp Mô hình 74 b Phương trình chuyển động khuyếch tán dầu 74 c Mơ hình truyền sóng vùng gần bờ 75 d Mơ hình dịng chảy gần bờ 75 e Điều kiện biên điều kiện ban đầu 75 Phần III KÉT LUẬN VÀ KĨÉN NGHỊ 76 I KẾT LUẬN 76 II K1ÉN NGHỊ 77 Nhóm túc giả: TS Nguyễn Văn Tiền Báo cáo tổng hợp cúc phương pháp luận điều tra, đánh giả dự báo cố tràn dầu Phần I MỞ ĐÀU Việt Nam nằm bên bờ Biển Đông, đường giao thông huyết mạch từ Án Độ Dươne sane Thái Bình Dương Hoạt động dầu khí biển Đơne trở nên nhộn nhịp, năm có khoảng 200 triệu dầu vận chuyển qua vùng biên ngồi khơi Việt Nam từ Trung Đơna tới Nhật Bản Triều Tiên Các hoạt động vận chuyển, thăm dị, khai thác dầu khí vùng biển Việt Nam khu vực Biển Đông đana tăng lên Nước ta có bờ biển dài 3.655km từ Móng Cái tới Hà Tiên Chúng ta có khoảng triệu Km2 thềm lục địa vùng biển với nhiều tài nguyên quý Trong năm qua khu vực kinh tế biển đạt nhiều thạnh tựu to lớn Hai ngành dầu khí xuất thủy hải sản góp phần lớn cho ngân sách nhà nước Biển nước ta có nhiều điều kiện thuận lợi đe phát triển du lịch biên-đảo: nhiều bãi tắm rộng, phong cảnh đẹp, khí hậu tốt thuận lợi cho phát triển du lịch an dưỡng; nhiều hoạt động du lịch thể thao nước phát triển Loại hình du lịch biểnđảo thu hút nhiều du khách Biển nguồn tài nguyên thiên nhiên vô quý giá, cung cấp nguồn lợi kinh tế lớn, mà cịn có vai trị quan trọng việc điều hồ khí hậu, cân sinh thái Những năm gần đây, Việt Nam trở thành quốc gia xuất khấu dầu thơ có vị trường quốc tế Các hoạt động thăm dò, khai thác, vận chuyển dầu khí vùng biển Việt Nam khu vực biển Đông tăng lên hàng năm Tuy nhiên, hoạt động nguyên nhân dẫn đến cố tràn dầu biển Theo thống kê, từ năm 1987 đến xảy 90 vụ tràn dầu Việt Nam, gây tổn thất lớn môi trường kinh tế xã hội Nhiều trường hợp, dầu tràn vào bờ biển Việt Nam không rõ nguồn gốc gây ô nhiễm môi trường biển Cùng với phát triển mạnh mẽ kinh tế đất nước, kinh tế biển nói chung, hệ thống cảng biển Việt Nam có bước phát triển vượt bậc Hàng năm, tàu thuyền đến cảng biển Việt Nam tăng sổ lượng kích cờ, theo đó, hàng hóa thơng qua hệ thống cảng biển gia tăng đáng kể Đi đôi với lớn mạnh ấy, nguy cố tràn dầu (SCTD) ngày lớn hơn, gây ô nhiễm môi trường ảnh hưởng nhiều đến đời sổng kinh tế - xã hội Hơn nữa, SCTD để lại hậu nghiêm trọng làm ô nhiễm mỏi trường, ảnh hưởng đến môi trường sinh thái, tài nguyên thủy sinh, tài nguyên nước, tài nguyên đất khu vực rộng, gây thiệt hại đến hoạt động kinh tế, đặc biệt hoạt động liên quan đến khai thác sử dụng tài nguyên thủy sản, tổ chức, cá nhân sinh sống có hoạt động phát triển ven bờ đánh bắt, nuôi trồng thủy sản, du lịch, làm muối, nông nghiệp Các hoạt động kinh tế từ đất liền đóng góp khoảng 10% cho số vụ tràn dầu nước ta Các vùng giáp biển với lợi thể giao thông đường thủy, nên hoạt động kinh tế thường diễn sôi nổi, tiềm ẩn nguy xảy cố tràn đổ hóa chất có xăng dầu kênh rạch (hoặc biển) biển Các hoạt động kinh tế thường thấy ven biển như: Hóa dầu, ngành cơng nghiệp khác, hoạt động bn bán, tồn trừ Nhóm tác giả: TS Nguyễn Văn Tiền Báo cáo tổng hợp phương pháp luận điều tra, đảnh giá dự báo cố tràn dầu xăng dâu gần biển tác nhân quan trọng mang lại ô nhiễm dầu ven biển Các tàu nhỏ chạy bane xăng dầu thải khoảne 70% lượng dầu thải vào biên Ngoài ra, hoạt động tàu thươna mại qua tuyến hàng hải quốc tế cắt qua Biển Đông thài vào biển Việt Nam lượng lớn dầu rò ri, dầu thải chất thải sinh hoạt mà đến chưa thể thống kê đầy đủ Hiện na\\ hàm lượng dầu nước biên Việt Nam nhìn chung vượt giới hạn tiêu chuân Việt Nam vượt xa tiêu chuẩn Hiệp hội Nước Đơng Nam Á (ASEAN) Đặc biệt, có thời điểm vùng nước khu vực cảng Cái Lân có hàm lượng dầu đạt mức 1,75 mg/1, gấp lần giới hạn cho phép; vịnh Hạ Long có 1/3 diện tích biên hàm lượng dầu thường xuyên từ đến 1,73 mg/1 Việc điều tra, đánh giá dự báo cố tràn dầu cần thiết Ngoài việc xác định mức độ ảnh hưởng để tìm cách ứng phó, phục hồi mơi trường, cịn coi sở pháp lý cho mức độ chịu trách nhiệm thủ phạm gây cố tràn dầu Báo cáo bước đầu tổng hợp số phươne pháp luận, quy trinh công nghể? cho việc điều tra, đánh giá dự báo cổ tràn dầu hoạt động từ đất liền, cac hoa? đô?ig thăm do' va' khai thac dẩu khi' từ hoạt động giao thông, vận tải, cảng biển để đưa biện pháp ứng phó thích hợp Nhóm tác già: TS Nguyễn Văn Tiền Báo cáo tống hợp phương pháp luận điều tra, đánh giá dự bảo cố tràn dầu Phần II NỘI DUNG NGHIÊN c ứ u Chương I HOẠT ĐỘNG THĂM DÒ, KHAI THÁC, CHẾ BIÉN, VẶN CHUYÊN, TÒN TRỮ VẰ SỬ DỤNG DẦU KHÍ TRÊN ĐÁT LIÈN VÀ TRÊN BIỀN VIỆT NAM I THÀNH PHẦN HĨA HỌC Dầu mỏ khí đốt Hydrocacbon, có thành phần Cacbon (C) Hydro (H) Từ thành phần dầu đến thành phần khí, hàm lượne H tăng dần lên Tỉ lệ C/H xem tiêu đặc trưng thành phần dầu thơ, tỉ lệ tăng theo tỉ trọng dầu Ngồi Hydrocacbon, dầu thơ cịn thường xuyên có yếu tố N, o, s số kim loại khác dạng vi lượng Khoảng nhiệt độ sôi sản phảm dầu mỏ chưng cất phân đoạn điều kiện áp suất khí tính theo độ c là: - Xăng ête: 40-70°C (được sử dụng dung môi); - Xăne nhẹ: 60-100°C (nhiên liệu cho ô tô); - Xăng nặng: 100-150°c (nhiên liệu cho ô tô); - Dầu hỏa nhẹ: 120-150°c (nhiên liệu đung mơi gia đình); - Dầu hỏa: 150-300°c (nhiên liệu ); - Dầu diêzen (diesel oil, DO): 250-350°C (nhiên liệu cho động điêzen/dầu sưởi); - Dầu bôi trơn: > 300°c (dầu bôi trơn động cơ); - Các thành phần khác: hấc ín, nhựa đường, nhiên liệu khác Bốn tổ phần Hydrocacbon thành phần dầu thô là: parafïn, naften, họp chất thơm (Aromatic) acetylen; ngồi cịn có resin (nhựa) asphal * Parafin: Đây Hydrocacbua no, công thức tổng quát CnH2n+2- Parafin thành phần khí thành phần quan trọng xăng nhẹ dầu lửa Phản ứng hóa học chủ yếu phản ứng thay Khi dầu có >75% nhóm alkan gọi dầu parafinic * Naýten: Còn gọi Cycloalkan, hydrocacbon no dạng vịng có cơng thức tổng quát CnH2n, chủ yếu dạng rắn, phản ứng hóa học tương tự nhóm alkan Nhóm naften phổ biến loại vòng (C5H 10) vòng (C6H |2) - dạng phổ biến nhóm C3H6 C4H8 sản phẩm nhân tạo, không tồn tự nhiên Trong dầu thô thường chứa khoảng 60% hydrocacbon no Dầu có chứa 75% naften gọi dầu naftenic sổ vùng Mexico * Nhóm Aromatic: Là Hydrocacbua thơm có cơng thức tổng quát CnH2n-6 Đây hydrocacbon chưa bão hòa, dạng phổ biến đơn giản benzen Phản ứng hóa học thường Nhỏm tác gia: TS Nguyễn Văn Tiền Bảo cáo tồng hợp phương pháp luận điều tra, đánlí giả dự báo cố tràn dầu gặp phản ứng trùng hợp Nhóm Aromatic dễ bị oxy hóa dễ tác dụng với H2S04 Hydrocacbon nhóm Aromatic dạng lỏng điều kiện nhiệt độ áp suất bình thường Trong dầu nhẹ (trừ dầu thơ Borneo) hàm lượng nhóm Aromatic thấp ( 30 %) Nhóm nguyên liệu chưna cất xăng chống nổ, có số octan cao Ngồi chúng cịn thương dùng cơng nghiệp hóa (sản xuất chất dẻo, dung môi, hợp chất thơm) * Acetyỉen: Là Hydrocacbon khơng no có cơng thức tống qt CnH2n-2 Nhóm thường tạo thành hợp phức tạp với dãy parafin naften * Resin Asphan: Resin Asphan hydrocacbon vịng cao phân tử có chứa tổ phần ngoại lai, chủ yếu N, s, o Do N, s, o nguyên tổ có phân tử khối lớn nên Resin Asphan thành phần nặng dầu thô Chúng thường xuất củng Aromatic nặng với hàm lượng lên đến 25 - 60% Dầu sản phấm dầu, bao gồm: - Dầu thô: dầu từ mỏ dầu khai thác chưa qua chế biến - Dầu thành phẩm: loại dầu qua chế biến xăng, dầu hoả, dầu máy bay, dầu dieseel (DO), dầu mazut (FO) loại dầu bôi trơn, bảo quản, làm mát khác - Các loại khác: dầu thải, nước la canh từ hoạt động tầu biển, tầu sông, cơng trình từ súc rửa, sửa chữa tàu II ĐIỀU KIỆN THÀNH TẠO Dầu mỏ khí thiên nhiên (gọi chung dầu khí) hồn họp phức tạp Hyđrocacbon hợp chất hữu khác phát sinh từ chất hữu tạo lục địa biển Trong điều kiện bình thường, dầu mỏ nói chung tồn trạng thái lỏng, trừ số chủng loại dầu (trong có dầu thuộc mỏ Bạch Hổ Việt Nam) có dạng sền sệt chứa nhiều paraffin, cịn khí thiên nhiên khí đồng hành tồn trạng thái khí Chính vậy, dầu khí vận chuyển đường băng tàu có sức chứa lớn (để an tồn, khí hoá lỏng cách làm lạnh sâu đến tận - 170°C) Dầu sinh từ đâu? Đó chủ đề nhiều cơng trình nghiên cứu thảo luận kéo dài, chưa chấm dứt Có hai giả thuyết nguồn gốc dầu khí: thuyết vơ thuyết hữu Theo thuyết vô cơ, dầu khí sinh lịng đất tương tác chất vơ có chứa cacbon (C) muối cacbonat canxi (CaC03) nước có chứa hydro (H) điều kiện áp suất nhiệt độ cao với có mặt chất xúc tác loại sét Thuyết không đa nhà khoa học chấp nhận việc chuyển hố hợp chất vô thành hợp chất hữu số điều kiện định nguyên tẳc xảy khó khăn Tuy nhiên, họ chưa có đủ bàng chứng bác bỏ tồn học thuyết này, nên thuyết phục nhung cịn đơng học giả theo đuổi nghiên cứu Nhóm tác gia: TS Nguyễn Văn Tiền Báo cáo tồng hợp phương pháp luận điều tra, đánh giá dự báo cổ tràn dầu hay có lũ lớn gió mùa thổi mạnh Đe khắc phục khó khăn này, phương pháp có hiệu nghiên cứu tràn dầu sử dụng kết hợp thông tin Viễn thám (RS) Hệ thông tin địa lý (GIS) Tư liệu viễn thám đa dạng chủng loại độ phân giải khơng gian, bao gồm có loại ảnh máy bay, ảnh vệ tinh thám sát thu nhận thời gian khác nhau: loại ảnh đa phổ (Multispectral Image) nav sử dụng rộng rãi Ánh đa phô thu nhận thiết bị quang học (nên gọi ảnh quang học) dải sone điện từ rộng, từ phô thị tan (Visible) phổ hồng ngoại (Infra-Red) nguồn cung cấp thông tin quan trọng, phục vụ cho nghiên cứu chuyên đề khác Những năm gần loại ảnh radar đời đánh dấu bước tiến to lớn công nghệ viễn thám Công nghệ viễn thám radar cho phép chụp ảnh mặt đất thời gian ban ngày lẫn đêm khẳc phục nhược điểm loại đầu thu ảnh quang học gặp thời tiết xấu Như vậy, loại ảnh máy bay, khả vệ tinh thám sát Trái Đất cung cấp nhanh thông tin biến động mặt đất a ủng dụng GIS - Thăm dò khu vực nhạy cảm: Sử dụng GIS công nghệ khoan thăm dị đại, người ta định vị tiến hành xử lý liệu bề mặt cách dễ dàng, cách xa vùng nhạy cảm mà đảm bảo đạt yêu cầu chuvên mơn có giá trị vùng mặt đất Chevron, tập đoàn dầu lửa quốc tế, sử dụng phần mềm ArcVievv GỈS để định vị dầu mỏ vùng châu thổ Niger Công ty trách nghiệm hữu hạn Chevron Nigeria thuộc tập đoàn Chevron ứng dụng GIS phần lớn hoạt động công ty G1S cho phép thăm dò quản lý nguồn dầu mỏ mà hạn chế tối thiểu ảnh hưởng có hại hệ động, thực vật Các số liệu thu từ quan trẳc địa chấn thu thập để tạo nên đồ chiều mặt đẩt Các chuyên gia sử dụng ảnh chiều để đưa định vị trí túi dầu mà khơng cần tiến hành khoan nhiều lần - GIS sử dụng để tạo đồ vùng nước ngầm nhạy cảm, với chồng lớp dừ liệu vị trí dàn khoan, độ sâu nước Những đồ giúp thiết kế tuyến đường dẫn dầu - GIS sử dụng có cổ tràn dầu Những dừ liệu tràn dầu phủ công ty dầu mỏ lưu giữ nhập vào hệ GIS mã hố với thơng số số lượng dầu tràn, thời gian, người có liên quan Những liệu hồ trợ nhà quản lý nhiều Khi cố xảy ra, GĩS xác định nhanh chóng vị trí đường ống ưu tiên nơi cư trú cần bảo b ủng dụng Viễn thám Với kinh nghiệm q trình tìm ngun nhân nhiễm dầu tràn, GS Warner Alpers - Trung tâm nghiên cứu biển khí hậu Viện hải dương học (Hamburg-Đức) đưa giải pháp xác định nguyên nhân bàng công nghệ viễn thám ra-đa Theo đó, tất vệt dầu mặt biển xác định nguyên nhân Tuy nhiên, cần phải phân tích, xác định xác thấy nhiều vệt xám biển giống vệt dầu tất dầu Trong thời gian tới, nhiều nhà khoa học quản lý kiến nghị nước ta phải nhanh chóng đăng ký tham gia Hệ thống Quan trắc trái đất tồn cầu (GEOSS), Văn Nhóm tác giả: TS Nguyễn Văn Tiền 64 Báo cáo tong hợp phum tg pháp luận điểu tra, đánh giá dự báo cố tràn dầu phòng Hồ trợ nghiên cứu thiên tai châu Á (SENTINEL ASIA) liên hệ với hãng dịch vụ cung cấp dừ liệu không gian RADARSAT (MDA Geospatial Services), Công ty Thương mại ảnh châu Âu (Eurimage SpA) nhàm đảm bảo tiếp nhận rộng rãi liệu viễn thám phục vụ kịp thời nghiên cửu phát nguyên nhân, vị trí theo dõi diễn biến cố tràn dầu vùng biến nước ta Hiện nay, Việt Nam đans sử dụng ảnh tư liệu từ vệ tinh MODIS Trạm thu ảnh thuộc Viện Vật lý Điện tử- Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam mua ảnh vệ tinh từ nước khác để nghiên cứu cố tràn dầu Đây giải pháp tạm thời giúp phát dự đốn vết dầu loang Ngoài ra, việc điều tra khảo sát lập đồ địa chât, đồ dự báo sử dụng để phục vụ công tác dự báo cố tràn dầu T h i ế t l ậ p m n g l i q u a n t r ắ c v g i m s t m ô i t r n g b i ể n , x â y d ự n g b o cáo h iện t r n g m i t r ị ì i g th n g n iê n v tổ n g k ế t n ă m đ n h giá d iễ n biến m ôi tr n g Cần phải thiết lập mạng lưới quan trắc giám sát môi trường biển cách đồng bộ, thường kỳ đế cập nhật cách xác trạng mơi trường biển, từ xây dựng nên báo cáo trạng mơi trường hàng năm Bên cạnh cần tổng kết đánh giá diễn biến môi trường năm lần P H Ư Ơ N G P H Á P M Ơ H ÌN H Ngun tắc phương pháp mơ hình sử dụng mơ hình tốn để tính tốn xác suất xảy cố tràn dầu hoạt động giao thông vận tải, cảng biển; lan truyền dầu có cố xảy phục vụ cho việc ứng cứu kịp thời L ý t h u y ế t l a n t r u y ề n a Phương trình dịng chảy chiều Hệ phương trình động lực học mơ tả dịng chảy hai chiều tích phân theo chiều sâu Phương trình động lượng: ơu — ơt du õu , ôc r „ Vw2 + v 2 + /V——+ v— fv = — H— — K u —-— - + AV u(1) ôx õy ôx p{h + g) h +g õv õv ôv õg Tsy Vm + V2 — + u — + v — + fu = —g — -\ - — - K v —-— h AV V ơí ổx dy õy p(h + g) h +g (2) ^ + |- [ ( * + f ) , ] + i - [ ( * + f > , ] - O) Trong đó: u, v: thành phần vận tốc trung bình theo độ sâu hai phương Ox Oy [m/s] H : độ sâu [m] q : độ dâng mực nước [m] g: gia tốc trọng trường [m/s2] Nhóm tác gia: TS Nguyễn Văn Tiền 65 Bảo cảo tổng hợp phương pháp luận điều tra, đánh giá dự báo cố tràn dầu K: hệ số ma sát đáy; G; c hệ so Chezy G: tham số Coriolis [1/s ]; G; G _ vĩ độ địa lý;G _ vận tốc quay trái đất G: khối lượng riêng chất lỏna [ke/m3], tính theo công thức: p = p w + (8.24493.10 -(5 6 o „, = 999.842594 + 1.001685.10 -3 + -1 - 1.0227.10 6.793952.10 -4 T -3 - 4.0899.10 -4 T + 7.6438.10 T + 1.6546.10 T - 9.095290.10 - 1.120083.10 -6 T T s -3 T -5 T /3 - 8.2467.10 + 4.8314.10 -1 -4 _3 T + -9 _4 5.3875.10 T )S ) + 6.536332.10 -9 GsX,GsY: ứng suất tiếp tuyến gió theo phương X, T y.[N/m2] Tx= c l0*pa*\wị*wx Ty = c [0*pa*\w\*wv C10 = ( + 0.065 G: khối lượng riêng khơng khí mặt biển [kg/m3]; G =1.3 G, w vận tốc gió (m/s) Wx ,Wy : vận tốc gió theo phươns X , y [m/s] A: hệ số nhớt rối phương ngang á/s] G: toán tử Laplace: T ^ õx2 V õy2 Õ 2V Ơ 2V ơx2 õy2 V • Điều kiện ban đầu: t=0 : Ư=v=0, £ = • Điều kiện biên: - Tại biên lỏngG; với u thành phần vận tốc pháp tuyến với bờ - T i biên lỏng cho G mực nước đo thực b Phương trình tính lan truyền dầu Ẽ£ ơt õ 'c r EV r — T- + E ôx2 ÕC Ị_ÕC_r õt H õx HE e 2c ^ f ÔC ÕC^ ỵ u —- + V— + F '+ R õy2 õy V ôx ÕC ôx \_0C_ +■ H õy HE, ÕC \ y dy í ƠC U— V (4) Hay: ÕC + V— õx Nhóm tác già: TS Nguyễn Văn Tiền õy + F '+ P , (5) 66 Báo cảo tồng họp phương pháp luận điều tra, đánh giá dự bảo cố tràn dầu Trone đó: c : Hàm lượng dầu [mg/1 I Ex : hệ số khuếch tán theo phương X [m2/s] Ey : hệ sổ khuếch tán theo phươna y [m2/s] u,V : vận tốc dòng chảy theo phương x,y Ịm/s] H : độ sâu tươna đối [m] F ' : thành phần tham gia làm thay đổi yếu tố, lang đọng, phân huỷ P1 : nguồn thải [mg/l/s] Điều kiện ban đầu: C(x,y,0) = C()(x,yj Điều kiện biên: - Các điểm biên rắn: G - Các điểm biên lỏng: + Khi nước chảy vào miền tính: c = Cb(t) Với: Cb _ Nồng độ trung bình theo chiều sâu biên lỏng + Khi nước từ miền tính chảy nồng độ biên châp nhận tính tốn theo lý thuyết dịng chiều M h ì n h sổ t r ị t í n h t o n l a n t r u y ề n d ầ u t r o n g s ự cố t r n d ầ u v ù n g c a s ô n g ven bờ Mơ hình giới thiệu Tuyển tập bcio cảo Hội thảo khoa học lần thứ 10 - Viện Khoa học Khí tượng thuỳ văn Mơi trường tác giả TS.Vũ Thanh Ca đưa Các mơ hình tính tốn tràn dầu phân biệt thành loại: mơ hình chiều theo phương ngang mơ hình chiều: - Mơ hình chiều theo phươns ngane: có ưu điểm yêu cầu thời gian tính tốn ngắn nhớ máy tính nhỏ, thuận lợi cho việc tính tốn phục vụ u câu thực tế Tuy nhiên, mơ hình dạng có nhược điểm khơng tính tốn với độ xác cao q trình nhũ tương hố dầu, q trình hồ tan dầu vào nước q trình dầu hồ tan lên mặt nước, tức trình trao đổi dầu lớp mặt lóp mặt - Mơ hình chiều: dùng để mơ tất trình lan truyền dầu, đặc biệt trình hoà tan, lắng đọng trao đổi dầu lớp mặt lớp mặt Tuy vậy, mơ hình có nhược điểm yêu cầu phải có phân bố vận tốc dòng chảy chiều Do vậy, mơ hình u cầu kỹ thuật lập trình phức tạp, nhớ máy tính lớn thời gian tính tốn dài Hơn nữa, biển sâu cần nhiều tầng tính tốn theo phương thẳng đứng, trone thực tế, dầu tồn lóp nước mỏng gần mặt Để khắc phục nhược điểm hai loại mơ hình nêu trên, mơ hình tràn dầu nghiên cứu phát triển Trong mơ hình này, dầu phân chia làm hai lớp: lớp dầu mặt lớp dầu mặt Lớp dầu mặt xem có độ dày lOm Q trình trao đổi dầu lớp mặt lóp mặt Nhóm tác giả: TS Nguyễn Văn Tiền 67 Báo cảo tổng hợp phương pháp luận điều tra, đánh giá dự báo cố tràn dầu trình trao đôi dầu lớp mặt đáy biển mơ chi tiết Ngồi ra, q trình động lực ảnh hưởng tới trình lan truyền dầu sóng dịng chảy mơ Mơ hình tính lan truyền sóng vùng ven bờ có tính đến hiệu ứng nước nông, khúc xạ, phản xạ nhiễu xạ Mơ hình tính dịng chảy tỏng hợp vùng ven bờ nước sâu có tính đến ảnh hưởng sóng, triều gió Mơ hình tràn dầu áp dụng để tính lan truyền dầu khu vực Đà Nằng a Lý thuyết mơ hình Mơ hình lan truyền dầu vùng cửa sơng ven bờ Các p h n g trình bình lưu khuyếch tản dầu Sự cố tràn dầu thường gặp vùng cửa sông ven bờ chủ yếu gây tai nạn tàu thuyền Thông thường, sau khoảng thời gian định, dầu tràn trở thành lớp mỏng bề mặt biển, có độ dày khoảng vài chục milimet hay nhỏ Quá trình lan truyền biến đổi dầu tràn mặt nước bao gồm trình lan truyền trọng lực, trình bốc dầu, trình pha trộn dầu vào nước, trình phân tán, trình nhũ tương hóa q trình dầu đọng bờ bãi biển Đe phân biệt lớp dầu tràn bề mặt lóp dầu hịa tan nước, mơ hình dầu tràn phân chia thành hai lớp, lớp dầu mặt lóp dầu hịa tan Thơng thường, lớp dầu hịa tan có nồng độ cao gần mặt giảm dần theo độ sâu Với giả thiết độ dày lớp dầu không đáng kể so với độ sâu cột nước, phương trình tổng quát cho chuyển động loang dầu tràn mặt nước viết dạng phương trình bình lưu - khuyếch tán sau: ẽt ẽx fric> i rf c c , ) i k * l ) +i k £ ì * • ị ’ : J ẽx\ ôx ) dy{ ; Ểy } ơv^-vC -C S.-C S, -D kv) Ờ X, V Mà biến không gian thời gian; Cs mật độ dầu đơn vị diện tích bề mặt nước; Cv mật độ thể tích dầu lớp (lớp lơ lửng); us v5 thành phần vận tốc dòng chảy theo phương trục X y; Kx Ky hệ số khuếch tán ngang dầu theo phương trục X y ; a hệ sổ thể xác suất đê dầu hòa tan nước lên mặt nước, vb tốc độ dầu lớp nước lơ lửng; Ylà hệ số mơ tả tốc độ hồ tan dầu bề mặt vào cột nước; sd Se tốc độ phân huỷ bốc đơn vị diện tích bềmặt dầu loang; Ds tốc độ lắng đọng tái khuyếch tán dầu đường bờ Phương trình mơ tả trình vận chuyển biến đổi nước mặt viết sau: £HCV | 5{HuCx) ỉ d(HvCv) e ĩ ôt cx cr õx\ £0, ì * õx ) dầulơ lửng lóp õ í HKVƠCVì • õỵ ) ộ' , + /c - F ỉ>c i - / r v Ở đây: Cv mật độ thể tích dầu lớp lơ lửng mặt nước; u V thành phần dịng chảy trung bình theo độ sâu tương ứng theo trục X y; (3 hệ số dùng để xác định tốc độ lắng đọng dầu xuống đáy biển Giá trị độ sâu nước H lấy lOm độ sâu nước thực vị trí xem xét lớn lOm Nhóm tác giá: TS Nguyễn Văn Tiền 68 Báo cáo tồng hợp phương plỉáp luận điều tra, đánh giá dự báo cổ tràn dầu Các trình vận chuyên dầu, vết dâu loang p h ả n huỷ dầu Ngồi trực tiếp hịa tan vào khối nước, q trình lan toả dầu dạng vết dầu loang bao phủ diện tích lớn bề mặt nước dầu di chuyên gió, sóng bề mặt dịng chảy Các q trình vật lý hoá học phức tạp xảy vết dầu di chuyển mô tả chi tiết Quá trình bình liru: Bình lưu trình học xảy tơng họp ảnh hưởng dịng chảy bề mặt lực kéo gió Vận tốc trôi dầu bề mặt xem tông trọng lượng vận tốc gió dịng chảy trung bình sau V(us.y: )= a M VM+acVc Ở đây: vwlà vận tốc gió độ cao 10m mặt nước; Vc vận tốc dòng chảy trung binh; a w hệ số trơi gió, thường chọn bàng 0,03; a c hệ sổ trơi dịng chảy, thường chọn 1,1 (Stolzenbach c s , 1977) K huếch tản ngang: Hệ sổ khuếch tán rối ngang phụ thuộc vào điều kiện sóng, gió, dịng chảy độ sâu nước Trong biển, hệ sổ khuếch tán rối ngang lấy khoảng từ 0,15irf/s (gần bờ) tới 0,6m2/s (trong cửa sông hẹp với vận tốc dòng chảy đáng kể) (Fischer et al, 1979) S ự loang dầu c học: Sự loang dầu học trình quan trọng di chuyển ban đầu dầu loang Sự loang dầu học xác định từ cân lực trọng trường, lực nhớt sức căng mặt chia thành pha (Yapa, 1994) Trong pha ban đầu, lực trọng trường lực quán tính đóng vai trị chủ đạo Trong pha thứ 2, lực trọng trường lực nhớt đóng vai trị làm loang dầu Trong pha thứ 3, sức căng mặt lực nhớt đóng vai trị chủ đạo Cuối cùng, vết dầu loang đạt tới trạng thái cân bàng Phương trình mơ tả chi tiết pha sau Pha thứ nhất: trọng lực lực qn tính đóng vai trị chủ đạo, bán kính khu vực dầu loang R tính sau: R = ÌA4(AgVt2f 25 Pha thứ 2: Trọng lực lực nhớt giữ vai trò chủ đạo  = 0.98(A gP'V ! /K05f “ Pha thứ 3: sức căng mặt lực nhớt giữ vai trò chủ đạo = 1.6(cr2/3ỉịỵpi )f 25 Pha cuối, cân bàng R = (lo V 075/3.14159f5 Nhóm tác già: TS Nguyễn Văn Tiền 69 Bảo cáo tổng hợp phương pháp luận điều tra, đánh giá dự báo cố tràn dầu Với A = (pw- p0)/pw tỷ số mật độ tưone đối; pwlà mật độ nước; Po mật độ dầu; V thê tích dầu tràn, V hệ số nhớt động học nước; sức căne mặt S ự đọng clầu bãi biển bờ: Khi dầu loang tới bãi biên bờ, đọng lại bãi Sau lăne đọng bãi, dầu sóng, gió dịng chảy đưa trở lại biển Trên sở công thức chu kỳ bán phân rã, thể tích dầu cịn lại bãi biển xác định theo công thức sau: v2 = Với Vị v2tương ứng thể tích dầu đọng bãi biển thời điểm t/ t2 (tính ngày); k= -ln(ỉ/2)/Ả hệ số suy giảm, X chu kỳ bán phân rã Giá trị hệ số suy giảm k thay đoi từ 0.001-0.01 với đầm lầy tới 0.99 bờ biển đá điều kiện sóng nhẹ Q trình bốc hơi: Q trình bốc dầu trình làm dầu nhiều Phần thê tích dầu bị bốc xác định theo Mackay cộng (1980) sau 1r ( lí F = — 111 p + ln ị CK.t + — r \ p L ỉ với E = Ket số hạng lộ bav hơi, phụ thuộc vào thời gian điều kiện môi trường; K e = K ntAV„/RTV0 \ở i K m = 0,0025vj>78 hệ số trao đổi vật chất mặt nước, m/s ; A diện tích vết dầu rrf; vm thể tích phân tử, m3/mol; R sổ khí = 82,06x10'6 atm mV(mol K) ; r i nhiệt độ tuyệt đối dầu, lấy bàng nhiệt độ nước biển; V0 ỉà thể tích dầu tràn ban đầu, m3; Áp suất ban đầu P0 tính atm nhiệt độ Te tính sau hiP0 = 10.6(1 - T0/ Ĩ e), Trong T0 nhiệt độ sơi ban đầu dầu, tính độ Kelvin ; Đối với dầu thô c = 1158.9 A P r l 1435 T0 = 542.6 - 30.215API + 565 A P I - U Ỉ A P Ỉ Ì + 0.0002604 A P Ỉ a Với API số dầu, tính theo khối lượng riêng dầu theo cơng thức p B = 141.5/{APJ + 131.5) Thể tích phân tử dầu tính từ trọng lượng phân tử dầu Giá trị biến đổi khoảng từ 150x 10'6 tới 600x 10"6 m3/mol, tuỳ thuộc vào thành phần dầu Với dầu đốt, giá trị nằm khoảng 200x10'6 mVmol Các q trình hịa tan lang đọng Các q trình hịa tan, bao gồm hịa tan dầu nước trình nhũ tương hóa q trình lắng đọng dầu xác định theo công thức thực nghiệm A nh hư ởng sóng tới q trình hồ tan dầu Nhóm tác gia: TS Nguyễn Văn Tiền 70 Báo cáo tổng hợp phương pháp luận điều tra, đảnh giá dự báo cố tràn dầu Sóng có ảnh hưởng mạnh mẽ tới q trình lan truyền dầu Sóng tạo dịng chảy ven, dịng chảy có nguồn gốc khác vận chuyển dầu dạng bình lưu Sóng vỡ, sóng bạc đầu ảnh hưởng mạnh tới q trình nhũ tương hố hồ tan dầu nước Sóng vỡ ven bờ giới hạn khoảng hẹp nên bỏ qua ảnh hưởng tới q trình lan truyền dầu Việc mơ sóng bạc đầu tồn miền tính phức tạp nên nghiên cứu tạm thời chưa tính đến ảnh hưởng sóng vỡ tới q trình lan truyền dầu Mơ hình dịng chảy gần bờ Mơ hình mơ dịng chảy ven bờ xây dựng dựa việc giải hệ phương trình chuyển động chiều lấy tích phân phương thẳng đứng Mơ hình có tính đen ảnh hưởng gió, sóng thủy triều tới dòng chảy vùng ven bờ (Horikavva, 1988) Hệ phương trình vi phân cho cho dịng chảy gần bờ viết sau: Phương trình liên tục: cqx ởx ch' ẽĩ Hệ phương trình chuyển động: % +ị í ¿Ì+-Í ẽt Ổ J d }\ d J õx õx dy Ề-fn*%ì êxl õx ì S ù d £ ĩz - C P M ĨĨ Ĩ - ẽ 4,4 £?l i-V ẻt ôx , ị