Có rất nhiều mô hình số trị tính toán dự báo quá trình vận chuyển và biển đổi dầu đang được sử dụng hiện nay, từ các mô hình quỹ đạo đơn giản tới các mô hình 2, 3 chiều tính toán chi tiết quá trình lan truyền và biến đổi dầu, có tính đến các giải pháp ứng phó và đánh giá ảnh hưởng của dầu ô nhiễm tới môi trường sinh thái. Để có thể xây dựng được các mô hình này, cần phải có kiến thức chi tiết về các quá trình vận chuyển, biến đổi của dầu, tác động của dầu ô nhiễm tới môi trường sinh thái cũng như hiệu quả của các giải pháp ứng phó sự cố ô nhiễm dầu.
Sau khi xảy ra sự cố tràn dầu trên biển và trải qua quá trình loang dầu cơ học ban đầu, dầu sẽ bị vận chuyển trên biển bởi ảnh hưởng tổng hợp của gió, sóng và dòng chảy. Các kết quả nghiên cứu từ trước đến nay cho thấy quá trình vận chuyển và biến đổi của dầu thoát ra ngoài môi trường biển chịu ảnh hưởng bởi các quá trình vật lý, hoá học, sinh học và phụ thuộc vào các điều kiện môi trường, khí tượng và hải văn. Các quá trình này bao gồm: quá trình loang dầu cơ học ngay sau khi dầu thoát ra khỏi nguồn; quá trình vận chuyển của dầu do tác động của gió, sóng và dòng chảy; quá trình phân tán tự nhiên, quá trình phong hoá (kể cả các quá trình nhũ tương hoá, bổc hơi, hoà tan, ô xy hoá, phân huỷ sinh học, phân huỷ do ánh sáng mặt trời), tạo hạt, chìm lắng và đọng lại tại đáy; quá trình tương tác dầu với bãi cát và bờ.
Vì vậy, để dự báo quá trình lan truyền và biến đổi của dầu ô nhiễm, cần phải có các mô hình mô phỏng các quá trình động lực học biến với độ chính xác cao.
Cục Kiêm soát ô nhiêm
X ây dựng phương pháp luận, phương pháp nghiên cứu vù quv trình dự báo, điêu tra, đánh giá sự cỏ trùn dâu trên biên và ven biên Việt Nam
3.2.2.1. Mô hình mô phỏng quá trình loang dầu CO’ học
Sự loang dầu cơ học là một trong các quá trình quan trọng trong di chuyển ban đầu của dầu loang, khi dầu vừa thoát ra khỏi nguồn. Mô hình về quá trình loang dầu cơ học cho phép dự báo độ dày của lớp dầu loang và diện tích khu vực dầu loang là rất cần thiết. Nó cung cấp các biến quan trọng nhất cho các mô hình tính toán lan truyền và phong hoá dầu. Diện tích khu vực dầu loang (hay độ dày lớp dầu loang) được dùng để tính lượng dầu bốc hơi, từ đó tinh toán sự thay đổi thành phần và tính chất của dầu theo thời gian. Nhiều mô hình sử dụng độ dày lớp dầu loang đế tính toán tốc độ phân tán tự nhiên của dầu, từ đó xác định thời gian tồn tại của dầu trên mặt biển. Đồng thời, độ dày cua lớp dầu loang cũng cần thiết đế đánh giá hiệu suất của các giải pháp ứng phó sự cổ tràn dầu và đánh giá tác động môi trường.
3.2.2.2. Mô hình mô phồng quá trình vận chuyến dầu do gió, sóng và dòng chảy
Dầu chuyển động theo phương ngang trong biển dưới tác dụng đồng thời của gió, sóng và dòng chảy. Vì dầu là một chất lỏng chỉ nhẹ hơn nước một chút, dầu cũng bị chìm lắng vào trong nước và được vận chuyển ngầm trong cột nước dưới dạng những giọt dầu có kích thước khác nhau. Tốc độ thay đồi theo không gian của dòng chảy theo cả hai hướng đứng và ngang là những yếu tổ quan trọng trong quá trình vận chuyển dầu.
3.2.2.3. Mô hình mô phỏng quá trình bốc hơi dầu
Đánh giá lượng dầu mất mát do bốc hơi là rất quan trọng để tính toán thời gian tồn tại của dầu và những thay đổi trong các tính chất của dầu theo thời gian. Theo phương pháp thành phần, phần dầu bay hơi được tính như hàm của thời gian và nhiệt độ. Trong các mô hình theo phương pháp này, dầu được chia thành các thành phần với nhiệt độ sôi nằm trong các khoảng khác nhau. Phần thể tích của mỗi thành phần được tính và chuyển thành phần trọng lượng phân tử. Áp suất hơi của mỗi thành phần được tính từ giá trị điểm sôi và các công thức thực nghiệm. Với điều kiện áp suất riêng của các thành phần là không đáng kể trong không khí, tổc độ bốc hơi của mỗi thành phần được giả thiết tỷ lệ với áp suất riêng của mỗi thành phần. Lượng bốc hơi thực tế được giả thiết là phụ thuộc vào hệ số trao đổi chất và là hàm của nhiệt độ và tốc độ gió.
3.2.2.4. Mô hình mô phỏng quá trình phân tán tự nhiên
Cục Kiêm soát ô nhiễm
Xây dựng phương pháp luận, phương pháp nghiên cứu và quy trình dự báo, điểu (ra, đánh giá sự cô tràn dâu trên biên và ven biên Việt Nam
...g g ^m S m S S S S S S S m S — S iS S S S S S m S S S S m m iS m S S S S m ...■.. ĩ...
Tính toán quá trình phân tán tự nhiên là cân thiêt đê đánh giá thời gian tồn tại của dầu. Tốc độ phân tán tự nhiên của dầu phụ thuộc vào các thông số môi trường (trạng thái mặt biển), nhưng cũng phụ thuộc vào các thông số dầu như độ dày lớp dầu và tính chất dầu (mật độ, sức căng mặt ngoài, độ nhớt) (Li, 1996). Quá trình nhũ tương hoá đóng góp quan trọng vào sự tồn tại của dầu, chủ yếu do tăng mạnh độ nhớt của dầu và độ dày lớp dầu có chứa nước (làm chậm quá trình loang dầu, tăng thế tích, làm giảm quá trình phân tán tự nhiên).
Quá trình va chạm liên kết hay vờ ra của các giọt dầu có thế là không quan trọng ở ngoài khơi đại dương, nhưng ảnh hưởng của nó rất quan trọng trong vùng gần bờ khi tốc độ pha loãng và lôi cuốn dầu giảm một cách đáng kê. Do quá trình này, các giọt dầu nhỏ có thể liên kết với nhau để tạo ra các giọt dầu lớn và nổi lên mặt biến. Do vậy, một số mô hình số trị đã tính tới quá trình này như mô hình của Sterling và nnk (2003).
3.2.2.5. Mô hình mô phỏng quá trình nhũ tương hóa
Các nghiên cứu thí nghiệm về quá trình nhũ tương của các loại dầu thô khác nhau đã cho thấy rằng cả tốc độ lấy nước và độ ngậm nước cực đại thay đổi đáng kể từ loại dầu này sang loại dầu khác và bị ảnh hưởng bởi cả trạng thái phong hoá của dầu (Daling và Brandvik, 1988). Nói chung, độ ngậm nước cực đại hầu như giảm theo độ nhớt của dầu. Sự khác nhau trong tốc độ lấy nước có thể là do thành phần hoá học của dầu (nhựa, nến, hắc in V.V.), nhưng người ta vẫn chưa tìm ra được các biểu thức đáng tin cậy để tính toán quá trình này. Do có sự khác biệt đáng kể trong quá trình nhũ tương hoá của các loại dầu khác nhau, Daling và nnk (1990) đề nghị rằng các thông số nhũ tương cần được xác định trên cơ sở các số liệu thí nghiệm cho các loại dầu cho trước. Các mô hình nhũ tương hoá trong quá khứ dựa trên các phương trình tốc độ nhũ tương hoá bậc nhất, được phát triển trước khi có rất nhiều kết quả thực nghiệm về bản chất vật lý của quá trình; và các số liệu thực nghiệm cần được sử dụng làm cơ sở để phát triển các mô hình nhũ tương hoá mới; và các mô hình đó cần tính đến tính ốn định của quá trình nhũ tương hoá của các loại dầu khác nhau (ổn định, chuẩn ổn định và không ổn định). Tính ổn định là thước đo độ ngậm nước của nhũ tương khi giữ ở các điều kiện tĩnh. Các nhũ tương ốn định tương đổi sẽ mất một phần nước khi giữ ở trạng thái tĩnh trong 24 giờ. Trong khi độ nhớt hiệu dụng của nhũ tương on định có the lớn hơn độ nhớt của dâu nguyên chất 2 hay 3 bậc, độ nhớt của nhũ tương không on định không lớn
Cục Kiêm soát ô nhiêm
Xây dựng phương pháp luận, phương pháp nghiên cứu và quy trình dự báo, điểu tra, đánh giá sự cô trùn dâu trên biên và ven biên Việt Num
...— — ... ...— — ' 1 ... — ...— — — '1 ....— ....■ ■ '■' " IM ... — ì ... ■ ... i Ị ...— 111 ... — ... . il
hơn độ nhớt của dâu nguyên chât 1 bậc. Do vậy, cân tính đên ảnh hưởng của quá trình nhũ tương hoá lên độ nhớt của nhũ tương.
3.2.2.Ổ. Mô hình mô phỏng quá trình chìm dầu
Hầu hết các thành phần của dầu thô là không hoà tan trong nước, do vậy chúng có xu hướng dính kết với các hạt rắn lơ lửng trong nước, trở nên có khối lượng riêng lớn hơn nước biến và chìm dần xuống đáy. Quá trình chìm dầu xay ra khi dầu thô đã trải qua quá trình phong hoá và tương tác với các chất lơ lửng tự nhiên trong biển hay bùn đáy do rối biển khuấy lên.
Hiện tại, chưa có mô hình nào mô phởng tường minh quá trình tương tác giữa dầu và các chất lơ lửng do chưa tính toán được với độ tin cậy cao độ nổi cua các hạt dầu liên kết với các hạt bùn cát lơ lửng. Tuy vậy, có một số mô hình có tính tới tính kết nối của dầu và chất lơ lửng và quá trình lắng đọng của dầu xuống đáy theo công thức thực nghiệm.
3.2 2 .1 . Mô hình mô phỏng quá trình tương tác dầu với bờ
Một số mô hình hiện nay đã tính toán ảnh hưởng của các quá trình động lực vùng ven biển tới quá trình dầu. Một trong những mô hình xử lý khá kỹ vấn đề này là mô hình tràn dầu COZOIL (Reed và nnk, 1989b; Howlett và Jayko, 1998). Ngoài tính toán khá chi tiết quá trình tương tác giữa dầu và bãi, COZOIL còn bao gồm một mô hình lan truyền sóng ven bờ, vận tốc dòng ven do sóng gây ra (Reed and Gundlach, 1989a). Một số mô hình khác có tính đến khả năng giữ dầu của bãi biển và tốc độ đọng dầu trên các loại bãi khác nhau (Humphrey và nnk, 1993). Khả năng giữ dầu trên bãi hay mồi loại chất liệu bãi được định nghĩa là lượng dầu được giữ lại trên 1 đơn vị chiều dài hay một đơn vị diện tích bãi.
3.2.2.8. Mô hình mô phỏng quá trình phân hủy sinh học dầu
Quá trình phân huỷ sinh học là một trong những quá trình phong hoá quan trọng nhất dẫn tới sự biến mất của dầu khỏi môi trường, nhất là làm biến mất những thành phần không bay hơi. Nhiều công trình nghiên cứu đã làm sáng tỏ những khía cạnh khác nhau của quá trình này cũng như các yếu tố môi trường làm thay đổi tốc độ phân huỷ sinh học (Atlas, 1981). Quá trình phân huỷ sinh học của dầu xảy ra do một số loại vi khuẩn có khả năng đồng hoá hydrocarbon trong dầu. Một số loại vi khuẩn không có khả năng đồng hoá hydrocarbon cũng có thể đóng góp vào việc làm biến mất dầu trong tự nhiên. Quá trình phân huỷ dầu bao gồm một chuồi các quá trình, trong đó một số vi
Cục Kiêm soát ỏ nhiêm (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
X â y dựng phương pháp luận, phương pháp nghiên cứu và quy trình dự báo, điểu tra, đánh giá sự cố tràn dâu trên biên và ven biên Việt Nam
--iiiir-ìin n ;a iĩTri.iie r - « ^ ...Bggaa.... i...
khuân tác động ban đâu, tạo ra các sản phâm trung gian đê một sô nhóm sinh vật khác sử dụng.
Cho tới nay, mặc dù đã đạt được nhiều kêt quả nghiên cứu vê quá trình phân huỷ sinh học của dầu trong môi trường biến, các nhà khoa học vẫn chưa có được những kêt quả định lượng đáng tin cậy đê có thê sử dụng trong mô hình dự báo quá trình biến đối của dầu ô nhiềm. Bởi vậy, trong các mô hình tính toán dự báo sự lan truyền và biến đổi của dầu ô nhiễm, quá trình phân huỷ sinh học của dầu thường bị bở qua.
3.2.2.9. Mô hình mô phỏng quá trình hòa tan dầu
Các thành phần có thể hoà tan trong nước của dầu có thể bị hoà tan trong quá trình phong hoá. Quá trình hoà tan của dầu phụ thuộc vào thành phần và trạng thái của dầu, và xảy ra nhanh nhất khi dầu bị phân tán vào trong nước. Các thành phần dễ tan vào trong nước nhất là các thành phần hydrocarbon thơm như benzen và toluene. Tuy nhiên, đây cũng là những thành phần bốc hơi nhanh nhất nên nếu dầu ở trên mặt biển thì quá trình hoà tan của các thành phần này là không quan trọng. Lượng dầu hoà tan vào trong nước là rất nhỏ (nói chung nhỏ hơn 1 phần triệu) và không đóng góp đáng kể vào quá trình mất dầu tại mặt biển. Tuy vậy, dầu hoà tan vào trong nước lại cực kỳ độc cho môi trường sinh thái. Vì vậy, việc nghiên cứu đánh giá mức độ hoà tan của dầu vào nước là cần thiết.
Trong trường hợp tính toán quá trình lan truyền dầu từ nguồn xa để xác định nguồn gây ô nhiễm dầu, có thể bỏ qua quá trình hoà tan dầu vào trong nước m à không gây ra sai số đáng kể tới các kết quả tính toán. Tuy vậy, nếu đánh giá tác động môi trường của ô nhiễm dầu, cần xem xét cả quá trình này, đặc biệt ở gần bờ.
3.2.2.10. Mô hình mô phỏng quá trình ôxy hóa dầu
Các thành phần hydrocarbon trong dầu có thể tác dụng với ô xy, tạo ra các hợp chất hoà tan hay không hoà tan. Quá trình ô xy hoá dầu được tăng cường khi có ánh nắng mặt trời nhưng nói chung xảy ra rất chậm. Thí dụ, ngay cả dưới ánh nắng gay gắt, lớp dầu mỏng chỉ bị ô xy hoá với tốc độ 0,1% khối lượng trong 1 ngày. Các đám dầu bị nhũ tương hoá có thể bị ô xy hoá lóp bên ngoài, tạo ra một lớp màng cứng ngăn cản quá trình nhũ tương hoá của dầu ở bên trong. Vì tốc độ ô xy hoá của dầu khá chậm, trong các mô hình tính toán lan truyền và biến đổi ô nhiễm dầu, chúng thường được bỏ qua.
Cục Kiêm soát ô nhiễm
Xâv dựng phương pháp luận, phương pháp nghiên cứu và quy trình dự báo, điêu lra} đánh giá sự cô tràn dâu trẽn hiên và ven biên Việt Nam
3.2.3. Đánh giá các yếu tố tổng họp ánh huỏng tói tính nhạy cảm tràn dầu 3.2.3.1. Tính nhạy cảm đường bờ đối vói sự cố tràn dầu
Phăn loại nhạy cảm đường bò’ theo tài liệu của NOAA
Nhạy cảm đường bờ thường được phân loại dựa trên 3 chỉ tiêu sau1: a) Mức độ lộ diện của bờ:
Mức độ nhạy cảm của đường bờ phụ thuộc vào mức độ lộ diện tương đôi của đoạn bờ đối với năng lượng sóng và triều. Khi sóng cao trung bình trên 1 m và xảy ra thường xuyên thì tác động của dầu đến các hệ sinh thái lộ diện đó giảm đi vì dòng do sóng phản xạ sẽ kéo theo dầu đi ra khỏi bờ, làm sạch bờ và vì thế, các cơ thế sinh vật sống ở các đoạn bờ này không bị ảnh hưởng của những thay đổi môi trường ngắn hạn. Bên cạnh đó, dòng triều mạnh sẽ dễ dàng đưa dâu rời khỏi bờ.
b) Độ dốc của bờ:
- Độ dốc của bờ mà lớn (>30°) thì thường có mức độ lộ diện lớn. - Độ dốc trung bình là 5°-30°.
- Độ dốc nhỏ <5° làm năng lượng sóng truyền vào bờ xa hơn, làm cho dầu bị giữ lại lâu hơn và thường có sinh vật phân bố trên diện tích rộng.
c) Cấu tạo đất đá bờ:
Cấu tạo đất đá thường có 4 loại sau:
- Đá gốc loại không thấm được và có kẽ hở cho dầu thấm được; - Trầm tích có cỡ hạt có thể chia thành các nhóm: + < 0,06mm gồm bùn và sét, + Cát mịn đến cỡ hạt trung bình (từ 0,061 đến lmm), + Cát thô (1,01 - 2mm), + Sỏi vụn (2,01 - 4mm), + Sỏi (4,01 - 64mm), + Cuội (64,01 - 256mm), 1 E n v i r o n m e n t S e n s iti v it y I n d e x G u id e li n e s , V e r s io n 3.0. N O A A T e c h n ic a l M e m o r a n d u m N O S O R & R i 1. M a r c h 2 0 0 2
Cục Kiếm soát ô nhiễm
Xây dựng phương pháp luận, phương pháp nghiên cứu v¿1 quy trình dự báo, điếu tra, đánh giá sự cỏ tràn dâu trên biên vù ven biên Việt Nam
+ Đá tảng (> 256mm).
- Có thực vật trong vùng triều và ngầm dưới nước;
- Bằng vật liệu nhân tạo (thấm được và không thâm được như rọ đá, như