Trong đó Vs là tốc độ phát tán (m/s), ρparticle là tỷ trọng của hạt (kg/m3), ρ fluid là tỷ trọng của nước biển (kg/m3), và Dp là đường kính của hạt.
Trong mô hình, nồng độ tối thiểu một hạt được biểu thị bằng là khối lượng của hạt chia cho thể tích của ô chứa hạt:
Trong đó là độ phân giản nhỏ nhất của hàm lượng (kg/m3), là thể tích của hạt (kg), là diện tích của ô lưới tính toán (m2), là độ dày của lớp nước tại một vị trí xác định, là tổng số hạt của nguồn phát thải, là tổng thể tích của nguồn phát thải (kg).
Hình 3. Lưới tính và độ sâu sử dụng trong mô hình
Lưới tính toán của mô hình (vùng phía trong) với số điểm lưới là (M,N) = 285 x 185, bước lưới nhỏ nhất là 150 m và lớn nhất là 410m (Hình 3).
Bảng 1. Các tham chính của mô hình thủy động lực và theo dõi vết của hạt
Hình 4. Kết quả so sánh mực nước tại trạm Hòn Dáu và kết quả tính toán bởi mô hình
Sai số bình phương trung bình (RMSE) giữa mực nước tính toán của mô hình với dữ liệu mực nước tại trạm Hòn Dáu là 0.09 m cho kịch bản mùa khô (a), và 0.13 m cho kịch bản mùa mưa (b) (Hình 5).
3. Kết quả mô phỏng
Kết quả mô phỏng cho thấy, trong mùa khô MPs tập trung ở khu vực ven bờ phía Tây Nam Đình Vũ, khu vực đê Cầm Cập ra đến Đồ Sơn với mật độ vi nhựa khoảng 3.0 - 3.5 nr/m3 (đối tượng). Trong mùa này, do trường gió hướng Đông Bắc chiếm ưu thế, làm cho vi nhựa có quy mô phát tán ra phía ngoài khơi nhỏ, và hầu như không phát tán sang Vịnh Hạ Long (Hình 5).
Hình 5. Kết quả mô phỏng quá trình vận chuyển của vi nhựa trong mùa khô
Hình 7. Kết quả mô phỏng biến đổi mật độ MPs tại khu vực ven bờ Cát Hải (20°46'9.64“N; 106°51'13.46”E) trong 1 tháng mùa khô (a) và mùa mưa (b)
Trong mùa mưa, mật độ vi nhựa trong môi trường nước trung bình vào khoảng 2-3 nr/m3 trong các pha triều lên, nơi có mật độ vi nhựa cao nhất là ở phía trong sông, các khu vực cửa sông Lạch Tray, ven bờ đê Cầm Cập, ven bờ Cát Hải và khu vực Bến Gót. Trong mùa mưa, dưới tác động của trường gió Đông Nam vi nhựa có xu hướng vận chuyển sang Vịnh Hạ Long lớn hơn so với mùa khô. Mặt khác, do tải lượng nước sông trong mùa mưa lớn hơn mùa khô, làm khô vi nhựa di chuyển ra phía ngoài khơi Cát Bà nhiều hơn so với mùa khô (Hình 6). Qua kế quả mô phỏng, có thể thây mật độ môi trường nước các khu vực phụ thuộc vào tải lượng đầu vào tại biên phía sông, phụ thuộc vào khả năng trao đổi nước của khu vực (trong nghiên cứu này, biên độ triều trong mùa khô lớn hơn mùa mưa), và tác động của trường gió.
4. Kết luận
Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã áp dụng mô hình theo dõi vết của hạt (Delft3D-PART) vào mô phỏng quá trình phát tán, vận chuyển của vi nhựa trong môi trường nước tại vùng cửa sông Bạch Đằng. Việc tham số hóa các thông số đầu vào của vi nhựa cho mô hình số đã được thực hiện, thông qua việc tham khảo từ các công trình nghiên cứu đã công bố, các thông số chính bao gồm: loại nhựa, tỷ trọng, tốc độ phân rã, hệ số khuếch tán, hệ số nhám, tốc độ chìm, tốc độ phát tán.v.v.
Thông qua kết quả mô phỏng quá trình vận chuyển và phát tán vi nhựa theo các kịch bản, có thể đưa ra một số nhận định nhưa sau: Trong mùa khô, số lượng vi nhựa trong môi trường nước trung bình vào khoảng 3.5 nr/m3, với hàm lượng trung bình vào khoảng 1.0 x 10-7 - 1.5 x 10-7 kg/m3. Vào mùa mưa, số lượng vi nhựa (PE) trong môi trường nước trung bình vào khoảng 3 nr/m3, với hàm lượng trung bình vào khoảng 3.0
x 10-7 - 5.0 x 10-7 kg/m3.
Lời cảm ơn
Nghiên cứu này được hỗ trợ bởi đề tài nghiên cứu khoa học cấp Bộ Tài nguyên và Môi trường Việt Nam (MONRE), mã số. 2018.05.16. và đề tài cấp VAST mã số KHCBBI.01/18-20 do Viện Tài nguyên và Môi trường thực hiện.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Asli Numanoglu Genca, Nilufer Vuralb, Lale Balas, 2020. Modeling transpot of microplastics in enclosed coastal water: A Case study om the Fethiye Inner Bay. Marine Pollution Bulletin; Volume 150, January 2020, 110747.
2.Collins C., Hermes JC., 2019. Modelling the accumulation and transport of floating marine micro-plastics around South Africa. Marine Pollution Bulletin. Volume 139, February 2019, Pages 46-58.
8. WL | Delft Hydraulics, 2010. Delft3D-FLOW User Manual Version 3.04.12566. Delft3D- PART User Manual. WL | Delft Hydraulics, Delft, The Netherlands, 2010.