1. Tổng quan tình hình nghiên cứu về mô hình dự báo lan truyền ô nhiễmdầu dầu
- Tình hình nghiên cứ u ở nước ngoài
Ngày nay, với sự phát triên của phương tiện tính toán, mô hình mô phỏng quá trình lan truyền và biến đổi của dầu sau khi xảy ra sự cố, đánh giá tác động môi trường sinh thái và thử nghiệm các phương án ứng phó khác nhau đã trở thành một phương tiện hiệu quả và rẻ nhất để tính toán dự báo, xác định phương án hiệu quả ứng phó với sự cố ô nhiễm dầu. Có rất nhiều mô hình số trị tính toán dự báo quá trình vận chuyển và biến 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. Đe 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 cổ 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. 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. Hiện tại, phương pháp dự báo thời tiết bằng mô hình số trị đã đạt được nhiều kết quả rất tốt và đã trở thành phương pháp chính dùng để dự báo thời tiết ở các nước phát triển như Mỹ, Nhật và Châu Âu. Có một sổ mô hình dự báo thời tiết số trị như các mô hình phổ toàn cầu của Mỹ, Nhật, Châu Âu, các mô hình dự báo thời tiết khu vực như mô hình phổ khu vực của Mỹ, Nhật và Châu Âu. Các mô hình trên cung cấp các điều kiện biên thích họp cho các mô hình dự báo thời tiết quy mô vừa có độ chính xác cao như các mô hình WRF, MM5, RAM S của Mỹ, H RM của Đức, mô hình JMA MRI-NDP của Nhật V.V.. Các yếu tố khí tượng như vận tốc gió tại độ cao 10 m, nhiệt độ không khí, nhiệt độ mặt biển và bức xạ mặt trời dự báo bằng các mô hình trên có the được dùng để tính toán các quá trình động lực khác trong biến như dòng chảy, sóng, và được sử dụng trực tiếp để tính toán quá trình vận chuyển và
Báo cáo long hợp kết quả thực hiện dự án: Điều tra, đánh giá, dự báo nguy cơ sự cố tràn dầu gây tồn thương m ôi trường biển; đề xuất các giải pháp ứng phó " năm 2009
Cục Kiêm soát ô nhiêm
phong hoá dầu. Các mô hình dự báo sóng biến thường được dùng là các mô hình WAM, SW AN kết hợp với các mô hình tính toán quá trình lan truyền sóng ven bờ. Có rất nhiều mô hình tính toán dòng chảy 2 và 3 chiều trên biển. Thông thường, các mô hình 2 chiều chỉ được sử dụng để tính toán dòng chảy tại khu vực ven bờ và cửa sông có độ sâu không lớn. Đối với vùng ngoài khơi, vì độ sâu biến lớn và dòng chảy thay đổi rất mạnh theo độ sâu, việc sử dụng các mô hình số trị 3 chiều là cần thiết. Hơn nữa, như thấy ở các phần trên, cần phải sử dụng mô hình 3 chiều để tính toán quá trình vận chuyển và biến đổi của dầu ô nhiễm trên biển. Một số mô hình điển hình như mô hình POM (Princeton University Ocean Model) tại trường Đại học Princeton (Mỹ), mô hình ROMS (Regional Oceanic Modeling System) tại trường Đại học Caliomia, Los Angeles và Đại học Rutgers (Mỹ), mô hình HAM SON (Hamburg Shelf Ocean Model) (Đức, Canada), mô hình AIMS/GHER tại trường đại học Liège (Bỉ). Các mô hình trên dùng cho cả vùng ngoài khơi và ven bờ. Mô hình MECCA (Model for Estuarine and Coastal Circulation and Assessment) dùng tính toán dòng chảy vùng cửa sông và ven bờ. Bên cạnh đó, các mô hình MIKE3 PA/SA (Đan Mạch), STATM AP (Na Uy) có thể tính toán dòng chảy và lan truyền, biến đổi của ô nhiễm dầu 3 chiều. Trong số các mô hình trên, mô hình POM là mô hình tính toán khá chi tiết các quá trình rối biển theo sơ đồ khép kín rối mực 2,5 của M ellor và Yamada và ảnh hưởng của phân tầng mật độ tới quá trình vận chuyển chất khuyểch tán theo phương thẳng đứng. Mô hình ROMS xét tới quá trình rối khá đơn giản bằng cách sử dụng một phân bố năng lượng rối theo phương thẳng đứng. Mô hình AIM S/GHER cũng tính toán rối bằng một sơ đồ khá đơn giản trên cơ sở gradient vận tốc dòng chảy. Mô hình MECCA cho phép tính toán dòng chảy tổng hợp vùng ven bờ và cửa sông với độ chính xác khá cao, nhưng do không mô hình hoá chi tiết quá trình trao đổi rối theo phương thẳng đứng khi có phân tầng mật độ nên khi áp dụng cho khu vực ngoài khơi, độ chính xác trong việc tính khuyếch tán và phân tán dầu theo phương thẳng đứng bằng mô hình này có nhiều hạn chế. Các mô hình HAMSON, MIKE3 PA/SA, STATMAP (Skognes và Johansen, 2003) cũng sử dụng một sơ đồ tính rối rất đơn giản nên các kết quả tính toán bằng mô hình không có độ chính xác cao trong điều kiện phân tầng mật độ. Các mô hình
Báo cáo tông hợp kết qua thực hiện dự án: ‘Điều tra, đánh giá, dự báo nguy cơ sự cố tràn dầu gây ton thương m ôi trường biển; đề xuất các giãi pháp ứng phó " năm 2009
Cục Kiêm soát ô nhiễm
POM, ROMS và MECCA đều sứ dụng các sơ đồ tính toán có khả năng tách các sóng trọng lực 2 chiều (extemal mode) ra khỏi các tính toán vận tốc dòng chảy cùng như các đại lượng động lực học 3 chiều (internal mode) nên tiết kiệm thời gian tính toán. Trong khi đó, các mô hình AIMS/GHER và MIKE3 PA/SA tính đồng thời dao động mực nước đại dương và các đặc trưng động lực 3 chiều nên yêu cầu bước thời gian tính toán ngắn và do đó thời gian tính toán tổng cộng dài hơn.
Tác giả nước ngoài duy nhất xây dựng mô hình tính toán vận chuyến dầu ô nhiễm trong khu vực Biển Đông là Hang và nnk (1989). Mô hình này đã được Buranapratheprat (1999) áp dụng để tính vận chuyển dầu ô nhiễm trong vịnh Thái Lan. Mô hình dựa trên giả thiết là dầu ô nhiễm được vận chuyến trên biển như là vật nổi chịu ảnh hưởng đồng thời của dòng chảy Ekman, dòng Stokes, dòng dư và dòng triều.
Mô hình MIKE3 PA/SA nằm trong gói mô hình MIKE do Viện Thủy lực Đan Mạch (DHI phát triển), là một gói phần mềm dùng để mô phỏng dòng chảy, lưu lượng, chất lượng nước và vận chuyển bùn cát và các chất ô nhiễm ở các cửa sông, sông, hồ, biển và các khu vực chứa nước khác. Trong đó, mô đun MIICE 21 & MIK.E 3 Particle/Spill Analysis được xây dựng để mô phởng quá trình lan truyền dầu. Đây là bộ mô hình tiên tiến có khả năng tính toán mạnh và đang được sử dụng rộng rãi trên khắp thế giới.