Báo Cáo Mô phỏng, dự báo quá trình vận chuyển bùn cát lơ lửng khu vực cửa ông

MÔ PHỎNG, DỰ BÁO QUÁ TRÌNH VẬN CHUYỂN BÙN CÁT LƠ LỬNG KHU VỰC CỬA ÔNG






1. Mở đầu
Bùn cát lơ lửng là nguồn ô nhiễm không tập trung với nồng độ biến đổi rất nhanh, phụ thuộc vào các hoạt động kinh tế xã hội. Sự biến đổi của nồng độ chất lơ lửng không chỉ có ý nghĩa trong trầm tích học, địa mạo học mà còn là yếu tố quan trọng, ảnh hưởng tới hệ sinh thái trong khu vực [5]. Những hiểu biết về quá trình động lực của bùn cát lơ lửng ở cửa sông và ven biển có ý nghĩa rất quan trọng trong việc đánh giá mức độ ô nhiễm của nước biển và những rủi ro môi trường tiềm ẩn. Mục đích của bài báo này là ứng dụng mô hình toán hai chiều RMA2 và SED2D để mô phỏng quá trình vận chuyển bùn cát trong sông - biển từ những nguồn ô nhiễm khác nhau do Dự án xây dựng Nhà máy nhiệt điện Mông Dương gây nên. Kết quả mô phỏng chất lượng nước cho điều kiện hiện tại và dự báo trong tương lai góp phần giúp các nhà quản lý tài nguyên môi trường có cơ sở khoa học trong việc đưa ra các quyết định bảo vệ môi trường sông - biển.




2. Đặc điểm khu vực nghiên cứu


Khu vực xung quanh nhà máy nhiệt điện Mông Dương có 3 con sông chính: sông Mông Dương, sông Dê Dách và sông Thác Thầy. Các sông này nối với biển thông qua eo Luồng Gạc. Ngoài ra còn có một số khu bảo tồn văn hóa lịch sử như: khu bảo tồn Kỳ Thượng (cách khu vực thực hiện dự án khoảng 15 km về phía tây theo tuyến đường bộ, công viên quốc gia Bái Tử Long (cách khu dự án khoảng 18 km về hướng tây bắc theo tuyến đường sông), các hòn đảo trên vịnh Hạ Long (cách khu vực dự án khoảng 18 km về phía Nam theo tuyến đường sông - xem Hình 1).




3. Phương pháp nghiên cứu và nguồn số liệu
3.1. Phương pháp nghiên cứu


Do hệ thống sông chảy qua khu bảo tồn Kỳ Thượng không liên thông với sông Mông Dương, nên hệ sinh thái nước trong khu vực này không bị tác động bởi lan truyền bùn cát từ khu vực Dự án nhà máy nhiệt điện Mông Dương. Chính vì vậy, bài báo chỉ tập trung đánh giá tác động môi trường do lan truyền bùn cát lơ lửng từ khu vực từ Luồng Gạc đến Vịnh Hạ Long và Vịnh Bái Tử Long.






















Khu bảo tồn Kỳ Thượng



Nhà máy nhiệt điện Mông Dương










Vịnh Hạ Long

~ 15km

Công viên quốc gia Bái Tử Long




~ 18km




Hình 1. Bản đồ khu vực nghiên cứu



20 km N



Để giải quyết các vấn đề nêu trên, 3 nhiệm vụ chính sau đã được thực hiện:
- Tính toán các đặc trưng thuỷ lực trên sông Mông Dương, sông Thác Thầy và sông Dê Dách, làm các biên trên cho bài toán mô phỏng thủy lực - chất lượng nước. Trong thực tế, trên các sông này không có các trạm quan trắc thủy văn, nên các tác giả đã ứng dụng mô đun mưa – dòng chảy NAM trong bộ phần mềm MIKE do Viện Thuỷ lực Đan Mạch (DHI) phát triển để khôi phục dòng chảy từ số liệu mưa (tham khảo chi tiết thuật toán và cách ứng dụng trong [1],[3]). Số liệu đầu vào của mô hình là số liệu mưa thực đo tại trạm Cửa Ông, đặt trong khu vực nghiên cứu;
- Tính toán chế độ thủy văn thủy lực trong khu vực nghiên cứu bằng mô đun RMA2 trong bộ phần mềm SMS;
- Tính toán lan truyền bùn cát trong khu vực nghiên cứu bằng mô đun SED2D của bộ phần mềm SMS. Việc ứng dụng mô hình tính toán bùn cát nhằm mô phỏng phạm vi lan truyền và mức độ ảnh hưởng của bùn cát lơ lửng từ khu vực nhà máy trong các chế độ triều khác nhau cho các giai đoạn: (a) trước khi xây dựng nhà máy;
(b) trong thời gian xây dựng nhà máy ; và (c) trong thời gian vận hành nhà máy, khi bãi chứa xỉ thứ 2 đi vào hoạt động.




3.2. Giới thiệu hai mô hình RMA2 và SED2D


3.2.1 Mô hình RMA2


RMA2 là mô hình số trị động lực học chất lỏng được giải theo phương pháp phần tử hữu hạn cho dòng chảy hai chiều ngang được trung bình từ hệ phương trình Reynolds. Ma sát được tính toán theo phương trình của Manning hay Chezy, hệ số nhớt xoáy được sử dụng để xác định những đặc tính của dòng chảy rối. Mô hình tính toán các thành phần là cao trình mặt nước và vận tốc hai chiều theo phương ngang cho dòng chảy rối có bề mặt tự do [6].
RMA2 coi gia tốc theo phương thẳng đứng là không đáng kể, các vectơ lưu tốc có cùng hướng trong toàn cột nước tính toán tại cùng một thời điểm.