Thạc Sĩ Tính toán lan truyền vật chất ô nhiễm khu vực vịnh Nha Trang bằng mô hình số

LUẬN VĂN THẠC SỸ
NĂM 2012

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU . 4
CHƯƠNG 1. MÔ HÌNH SỐ TRỊ . 6
1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu 6
1.1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu trên thế giới . 6
1.1.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu trong nước . 8
1.2 Môđun MIKE 21 HD 10
1.2.1 Cơ sở toán học . 10
1.2.2 Phương pháp số . 13
1.3 Môđun ECO Lab . 17
1.3.1 Cơ sở lý thuyết 17
1.3.2 Ôxy hòa tan (DO) và nhu cầu ôxy sinh hóa (BOD) 18
1.3.3 Các hợp phần của Nitơ 21
1.3.4 Hợp phần của Photpho 24
CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN VÙNG NGHIÊN CỨU . 26
2.1 Tổng quan về điều kiện tự nhiên . 26
2.1.1 Vị trí địa lí . 26
2.1.2 Đặc điểm gió . 26
2.1.3 Đặc điểm sông ngòi . 27
2.1.4 Đặc điểm nhiệt - muối . 28
2.1.5 Đặc điểm dòng chảy 28
2.1.6 Đặc điểm thủy triều và dao động mực nước . 29
2.2 Đặc điểm kinh tế - xã hội 29
2.3 Hiện trạng môi trường vịnh Nha Trang . 30
2.3.1 Các nguồn thải 30
2.3.2 Chất lượng nước vịnh Nha Trang . 31
CHƯƠNG 3. ÁP DỤNG MÔ HÌNH VÀ KẾT QUẢ . . 33
3.1 Thiết lập các thông tin đầu vào cho mô hình 33
3.1.1 Thu thập số liệu . 33
3.1.2 Địa hình đáy 34
3.1.3 Thiết lập lưới tính 35
3.1.4 Điều kiện biên và điều kiện ban đầu . 36
3.2 Hiệu chỉnh mô hình . 41
3.3 Một số kết quả tính toán 44
3.3.1 Kết quả tính toán cho mùa khô . 44
3.3.2 Kết quả tính toán cho mùa mưa 60
3.3.3 Kết quả tính toán kịch bản ô nhiễm thời kỳ mùa mưa 75
KẾT LUẬN 80
KIẾN NGHỊ . 81
TÀI LIỆU THAM KHẢO . 82
4
MỞ ĐẦU
Thành phố Nha Trang là một trong những thành phố xinh đẹp và thơ mộng nhất cả nước. Không những thế Nha Trang được xếp vào giới những vịnh đẹp trên thế giới được thiên nhiên ban tặng. Với diện tích khoảng 500km2, 19 đảo lớn nhỏ và 25km bờ biển, vịnh Nha Trang hàng năm đã đón nhận hàng vạn lượt khách du lịch trong và ngoài nước đến tham quan, du lịch. Một đặc điểm của biển Nha Trang là nước biển trong xanh, chất lượng nước rất tốt, sự đa dạng sinh học với rất nhiều loài sinh vật và những rạn san hô thật kỳ vĩ.
Tuy nhiên, trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển kinh tế chung, các ngành nghề kinh tế trong thành phố cũng đang tăng trưởng với tốc độ nhanh. Mặt trái của sự phát triển này là những tác động trực tiếp và gián tiếp của các ngành nghề kinh tế gây nên những áp lực lớn đối với môi trường. Đó là sự suy giảm chất lượng nước vịnh Nha Trang, sự đa dạng sinh học đang ngày càng mất đi, sự suy thoái hệ sinh thái, sự mất cân bằng sinh học sẽ dẫn đến hủy hoại môi trường sống, ảnh hưởng tới chất lượng nước các bãi tắm, chất lượng vùng nuôi trồng thủy sản. Hậu quả của các biến đổi này lại tác động trở lại các ngành nghề khác như ngành nuôi trồng thủy sản, ngành du lịch – dịch vụ.
Trước những biến động xấu của môi trường biển, đã có nhiều báo cáo, kiến nghị, đề xuất, hội nghị của các nhà quản lý, các nhà hoạch định, các nhà khoa học nhằm đưa ra những giải pháp hợp lí giúp ngăn chặn, bảo vệ, phục hồi vịnh Nha Trang như vốn có của nó. Công việc này vẫn đang được triển khai một cách gấp rút và toàn diện. Tuy nhiên, các nghiên cứu trước đây chỉ tập trung ở mức độ đánh giá hiện trạng mà chưa có một bức tranh toàn diện về mối liên hệ giữa các quá trình thủy động lực – môi trường. Một trong những công cụ có thể được sử dụng để giúp công việc này một cách hiệu quả và nhanh chóng, đỡ tốn kém là việc sử dụng mô hình số trị để mô phỏng các quá trình lan truyền các vật chất gây ô nhiễm từ các cửa sông trên nền tảng của các quá trình thủy động lực. Lợi thế của các mô hình toán học là có thể mô phỏng một cách toàn diện theo không gian và thời gian các quá
5
trình tác động biến đổi để có thể đưa ra được những dự báo, cảnh báo về môi trường.
Nhận thức được mức độ cấp thiết của vấn đề môi trường vịnh Nha Trang, học viên lựa chọn hướng nghiên cứu với đề tài: “Tính toán lan truyền vật chất ô nhiễm khu vực vịnh Nha Trang bằng mô hình số trị” để có thể mô phỏng một số vật chất từ các cửa Sông Cái, Sông Tắc có khả năng ảnh hưởng đến chất lượng môi trường. Có nhiều kỹ thuật đánh giá mức độ ô nhiễm nước dựa vào giá trị của các thông số chọn lọc. Các kỹ thuật này sử dụng các chỉ số để thực hiện mức độ ô nhiễm. Trong đó có thể nêu một số chỉ số đang được công nhận như: Chỉ số ô nhiễm dinh dưỡng (NPI) dựa vào các thông số NH4+, NO3-, NO2-, tổng P, pH, chlorophyll, độ dẫn điện và độ đục. Chỉ số ô nhiễm hữu cơ (OPI) dựa vào các thông số BOD, COD, nhiệt độ và DO. Với nguồn số liệu có được từ một số đề tài được thực hiện tại Viện Hải dương học như đề tài cấp Cơ sở phòng Vật lý biển, phòng Thủy địa hóa, đề tài cấp Viện Khoa học và Công nghệ, Các Dự án hợp tác quốc tế, tác giả khóa luận sử dụng gói phần mềm MIKE 21 HD, ECOLab để mô phỏng quá trình lan truyền một số vật chất có thể gây ô nhiễm từ các cửa sông trong mùa mưa và mùa khô. Trong khuôn khổ của luận văn, mục tiêu của học viên là có thể tính toán, mô phỏng, đưa ra được bức tranh về quá trình động lực và quá trình truyền tải các vật chất gồm BOD, NO3-, PO4+, NH3+, DO từ cửa các cửa Sông Cái Nha Trang và Sông Tắc Nha trang, Sông Cái Ninh Hòa tới vịnh Nha Trang, đặc biệt là các bãi tắm Nha Trang. Một kịch bản mô phỏng sự lan truyền các vật chất ô nhiễm với giả thiết có sự gia tăng vượt ngưỡng giới hạn cho phép nồng độ các chất gây ô nhiễm từ các cửa sông để có thể đánh giá mức độ lan truyền và ảnh hưởng của các vật chất này tới chất lượng nước các bãi tắm khu vực Nh Trang.
Các kết quả nghiên cứu trong luận văn góp phần bổ sung thêm các thông tin khoa học về những nghiên cứu, đánh giá vai trò và sự tác động của các cửa sông tới chất lượng nước khu vực vịnh Nha Trang và các bãi tắm. Luận văn là tài liệu tham khảo liên quan tới vấn đề môi trường đang rất nóng bỏng và nhạy cảm khu vực vịnh Nha Trang hiện nay.