- Dầu thấm qua đất xuống mạch nước ngầm, là mô nhiễm nguồn nước ngầm.
Mô hình lan truyền dầu ở cửa sông và ven bờ
ở cửa sông và ven bờ
Các phương trình bình lưu và khuyếch tán dầu
Các quá trình vận chuyển dầu, vết dầu loang và phân huỷ dầu
Các phương trình bình lưu và khuyếch tán dầu
Sự cố tràn dầu thường gặp ở vùng cửa sông và ven bờ chủ yếu gây ra do tai nạn tàu thuyền. Thông thường, sau một khoảng thời gian nhất định, dầu tràn trở thành một lớp mỏng trên bề mặt biển, có độ dày khoảng một vài chục milimet hay nhỏ hơn. Quá trình lan truyền và biến đổi của dầu tràn trên mặt nước bao gồm quá trình lan truyền do trọng lực, quá trình bốc hơi của dầu, quá trình pha trộn của dầu vào nước, quá trình phân tán, quá trình nhũ tương hóa và quá trình dầu đọng tại bờ và bãi biển
Để phân biệt lớp dầu tràn trên bề mặt và lớp dầu hòa tan trong nước, trong mô hình này dầu tràn được phân chia thành hai lớp, lớp dầu trên mặt và lớp dầu hòa tan. Thông thường, lớp dầu hòa tan có nồng độ cao nhất gần mặt và giảm dần theo độ sâu. Với giả thiết là độ dày lớp dầu không đáng kể so với độ sâu cột nước, phương trình tổng quát cho chuyển động và loang của dầu tràn trên mặt nước được viết dưới dạng phương trình bình lưu - khuyếch tán như sau:
Ở đây
x, y và t: là các biến không gian và thời gian.
Cs: là mật độ dầu trên một đơn vị diện tích bề mặt nước.
Cv:là mật độ thể tích dầu trong lớp dưới (lớp lơ lửng).
Us và Vs: là thành phần vận tốc dòng chảy theo phương các trục x và y.
Kx và Ky: là hệ số khuếch tán ngang của dầu theo phương các trục x và y.
α: là hệ số thể hiện xác suất để dầu hòa tan trong nước nổi lên mặt nước.
Vb: là tốc độ nổi của dầu trong lớp nước lơ lửng.
γ: là hệ số mô tả tốc độ hoà tan của dầu tại bề mặt vào trong cột nước.
Sd và Se: lần lượt là tốc độ phân huỷ và bốc hơi trên một đơn vị diện tích của bề mặt dầu loang.
sD: là tốc độ lắng đọng và tái khuyếch tán của dầu tại đường bờ.
Phương trình mô tả quá trình vận chuyển và biến đổi của dầu lơ lửng trong lớp nước dưới mặt có thể được viết như sau:
Ở đây
Cv: là mật độ thể tích dầu trong lớp lơ lửng ngay dưới mặt nước; u và v: là các thành phần dòng chảy trung bình theo độ sâu tương ứng theo các trục x và y.
Β: là hệ số dùng để xác định tốc độ lắng đọng của dầu xuống đáy biển.
Giá trị độ sâu nước H được lấy bằng 10m khi độ sâu nước thực tại vị trí xem xét lớn hơn 10m
Các quá trình vận chuyển dầu, vết dầu loang và phân huỷ dầu
Quá trình bình lưu
Bình lưu là quá trình cơ học xảy ra do tổng hợp các ảnh hưởng của dòng chảy bề mặt và lực kéo của gió. Vận tốc trôi của dầu tại bề mặt được xem là tổng trọng lượng của vận tốc gió và dòng chảy trung bình như sau:
Ở đây
Vw: là vận tốc gió tại độ cao 10m trên mặt nước. Vc: là vận tốc dòng chảy trung bình.
αw: là hệ số trôi của gió, thường được chọn bằng 0,03.
αc: là hệ số trôi của dòng chảy, thường được chọn bằng 1,1 (Stolzenbach và CS, 1977).
Khuếch tán ngang
Hệ số khuếch tán rối ngang phụ thuộc vào điều kiện sóng, gió, dòng chảy và độ sâu nước. Trong biển, hệ số khuếch tán rối ngang có thể lấy trong khoảng từ 0,15m2/s (gần bờ) tới 0,6m2/s (trong cửa sông hẹp với vận tốc dòng chảy khá đáng kể) (Fischer et al, 1979). (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Sự lan dầu cơ học
Sự loang dầu cơ học là một trong các quá trình quan trọng trong di chuyển ban đầu của dầu loang. Sự loang dầu cơ học được xác định từ cân bằng giữa lực trọng trường, lực nhớt và sức căng mặt ngoài và có thể được chia thành 4 pha (Yapa, 1994). Trong pha ban đầu, lực trọng trường và lực quán tính đóng vai trò chủ đạo. Trong pha thứ 2, lực trọng trường và lực nhớt đóng vai trò làm loang dầu. Trong pha thứ 3, sức căng mặt ngoài và lực nhớt đóng vai trò chủ đạo. Cuối cùng, vết dầu loang đạt tới trạng thái cân bằng. Phương trình mô tả chi tiết các pha như sau:
Pha thứ nhất: trọng lực và lực quán tính đóng vai trò chủ đạo, bán kính khu vực dầu loang Rđược tính như sau:
Pha thứ 2: Trọng lực và lực nhớt giữ vai trò chủ đạo
Pha thứ 3: sức căng mặt ngoài và lực nhớt giữ vai trò chủ đạo
Pha cuối, cân bằng
: là tỷ số mật độ tương đối. : là mật độ của nước. :là mật độ của dầu. V là thể tích dầu tràn. ν: là hệ số nhớt động học của nước. σ: là sức căng mặt ngoài. 42
Sự động dầu trên bãi biển và bờ
Khi dầu loang tới bãi biển và bờ, nó sẽ đọng lại trên bãi. Sau khi đã lắng đọng trên bãi, dầu sẽ được sóng, gió và dòng chảy đưa trở lại biển. Trên cơ sở công thức chu kỳ bán phân rã, thể tích dầu còn lại trên bãi biển có thể được xác định theo công thức sau:
Với V1 và V2 tương ứng là thể tích dầu đọng trên bãi biển tại các thời điểm t1 và t2 (tính bằng ngày).
K= -ln(1/2)/ λ: là hệ số suy giảm.
λ: là chu kỳ bán phân rã.
Giá trị của hệ số suy giảm k thay đổi từ 0.001-0.01 với đầm lầy tới 0.99 đối với bờ biển đá trong điều kiện sóng nhẹ.
Quá trình bốc hơi
Quá trình bốc hơi dầu là quá trình làm mất dầu nhiều nhất. Phần thể tích dầu bị bốc hơi được xác định theo Mackay và cộng sự (1980) như sau:
Trong đó T0 là nhiệt độ sôi ban đầu của dầu, tính bằng độ Kelvin. Đối với dầu thô
Với API là chỉ số dầu, được tính theo khối lượng riêng của dầu theo công thức
Thể tích phân tử của dầu được tính từ trọng lượng phân tử của dầu. Giá trị của nó biến đổi trong khoảng từ 150x10-6 tới 600x10-6 m3/mol, tuỳ thuộc vào thành phần dầu. Với dầu đốt, giá trị này nằm trong khoảng 200x10-6 m3/mol.
Các quá trình hòa tan và lắng động
Các quá trình hòa tan, bao gồm hòa tan của dầu trong nước do quá trình nhũ tương hóa và quá trình lắng đọng dầu được xác định theo các công thức thực nghiệm.
Ảnh hưởng của sóng tới quá trình hòa tan dầu
Sóng có ảnh hưởng mạnh mẽ tới quá trình lan truyền dầu. Sóng tạo ra dòng chảy ven, cùng các dòng chảy có nguồn gốc khác vận chuyển dầu dưới dạng bình lưu. Sóng vỡ, nhất là sóng bạc đầu ảnh hưởng rất mạnh tới quá trình nhũ tương hoá và hoà tan của dầu trong nước. Sóng vỡ ven bờ chỉ giới hạn trong một khoảng hẹp nên có thể bỏ qua ảnh hưởng của nó tới quá trình lan truyền dầu. Việc mô phỏng sóng bạc đầu trên toàn miền tính khá phức tạp nên trong nghiên cứu này tạm thời chưa tính đến ảnh hưởng của sóng vỡ tới quá trình lan truyền dầu.
Những sự cố ô nhiễm dầu lớn nhiễm dầu lớn