Thạc Sĩ Triển khai ứng dụng mô hình ecomsed tính toán vận chuyển trầm tích lơ lửng khu vực cửa sông ven biển

MỞ ĐẦU
Khu vực cửa sông ven biển Hải Phòng là một trong những khu vực thuộc
vùng trọng điểm phát triển kinh tế phía Bắc, có cảng biển lớn Hải Phòng và nằm
cạnh các khu vực có nhu cầu bảo vệ môi trường rất cấp bách như Khu di sản thiên
nhiên Thế giới - vịnh Hạ Long; Khu dự trữ sinh quyển Cát Bà, khu du lịch biển Đồ
Sơn. Bởi vậy mà bất cứ tương tác nào xảy ra trong phạm vi này đều có thể gây ảnh
hưởng ở mức Quốc gia và Quốc tế đối với nội tại khu vực cũng như các khu vực kế
cạnh. Bên cạnh đó, vấn đề trên còn nảy sinh và làm liên quan đến các quá trình hoạt
động dân sinh - kinh tế của các tỉnh trên lưu vực hệ thống sông Thái Bình và sông
Hồng.
Do đặc tính nằm ở vùng hạ lưu của hệ thống sông Hồng và sông Thái Bình,
vùng cửa sông ven biển Hải Phòng có mạng lưới sông ngòi dày đặc với mật độ
khoảng 0,6-0,8 km/km2. Trong đó có các cửa sông chính đổ ra biển là cửa Lạch
Huyện, Nam Triệu, Cấm, Lạch Tray, Văn Úc và Thái Bình. Cùng với vị trí địa lý
thuận lợi, các sông ở khu vực này góp phần quan trọng trong việc phát triển một số
ngành kinh tế như giao thông - vận tải, nuôi trồng khai thác thuỷ hải sản cũng như
sự phát triển kinh tế xã hội của thành phố Hải Phòng. Khu vực cửa sông ven biển
Hải Phòng cũng có một vị trí quan trọng về sinh thái và môi trường đối với hệ thống
ven bờ phía bắc với các hệ sinh thái đặc thù như vùng triều cửa sông, rừng ngập
mặn, thảm cỏ biển .v.v. Tuy nhiên, trong những năm gần đây do sự phát triển
mạnh mẽ về kinh tế xã hội ở nước ta nói chung và thành phố Hải Phòng nói riêng đã
làm gia tăng lượng chất gây ô nhiễm (một phần từ nơi khác theo nước của các sông
từ thượng nguồn đưa về, một phần do chính các hoạt động kinh tế - xã hội ở tại địa
phương) đưa vào khu vực cửa sông ven biển của Hải Phòng biến khu vực này trở
thành nơi tập trung một lượng khá lớn các chất gây ô nhiễm, gây ô nhiễm và vẩn
đục môi trường nước. Ngoài ra, việc nạo vét luồng tàu vào cảng Hải Phòng diễn ra
hằng năm cũng làm cho các chất gây ô nhiễm tích tụ theo thời gian trong trầm tích
có điều kiện phát tán trở lại môi trường nước. Các chất gây ô nhiễm này đã gây ra
những ảnh hưởng lớn đến môi trường nước ở khu vực cửa sông ven biển Hải
Phòng. Sự ảnh hưởng tiêu cực đó được đưa ra qua các kết quả điều tra nghiên cứu
gần đây, cho thấy môi trường nước ở khu vực này đã có dấu hiệu ô nhiễm nghiêm
trọng với một số biểu hiện như: hàm lượng các chất lơ lửng gây vẩn đục cao, chất
dinh dưỡng trong nước tăng; lượng ôxy hoà tan trong nước ở một số nơi khá thấp,
xuất hiện một số độc tố trong cơ thể sinh vật với hàm lượng cao .v.v. Sự ô nhiễm
môi trường ở khu vực này không chỉ tác động lớn đến các hệ sinh thái, làm suy
giảm sự đa dạng và trữ lượng của nguồn lợi thuỷ sản ở khu vực cửa sông ven biển,
giảm sức hấp dẫn của các khu du lịch (Đồ Sơn, Cát Bà), ảnh hưỏng đến sức khoẻ
của con người mà còn gián tiếp ảnh hưởng tới sự phát triển kinh tế - xã hội của
thành phố.
Để tìm hiểu cơ chế và đề xuất các phương hướng khắc phục, nhằm ổn định
môi trường nước một cách bền vững, đã có nhiều đề tài nghiên cứu được tiến hành
liên quan đến môi trường nước của khu vực. Điển hình như các đề tài “Đánh giá
mức độ ô nhiễm do nguồn thải lục địa, đề xuất giải pháp kiểm soát, quản lý ô nhiễm
vùng biển ven bờ phía bắc” năm 2001 [3]; đề tài: “Điều tra hiện trạng môi trường
sông Rế, sông Giá và đề xuất các giải pháp bảo vệ” năm 2003 [4]; đề tài: “Điều tra,
đánh giá tình trạng ô nhiễm và suy thoái môi trường khu vực cửa sông Cấm - Bạch
Đằng và đề xuất các giải pháp bảo vệ”, Trần Đức Thạnh và cộng sự thực hiện năm
2006 [5]. Tuy nhiên, việc đánh giá các quá trình lan truyền chất gây ô nhiễm cho
toàn bộ khu vực cửa sông ven biển Hải Phòng vẫn còn rất hạn chế. Bởi trong phạm
vi nghiên cứu nhỏ ở một vùng cửa sông (phần lớn ở cửa sông Bạch Đằng), số lượng
mẫu thu thập tại nhiều điểm song chỉ lấy tức thời, không thể hiện được sự mô phỏng
và biến đổi hàm lượng của chất ô nhiễm do dòng chảy sông đưa ra, do dao động
mực nước. Do vậy rất cần thiết phải có đánh giá toàn diện và đồng bộ các nguồn, số
lượng các chất gây ô nhiễm như trầm tích lơ lửng, hữu cơ, dinh dưỡng đi vào các
cửa sông chính ở Hải Phòng trước khi ra biển (gồm nguồn từ thượng nguồn và từ
các nguồn thải bên bờ sông). Đồng thời, xem xét đánh giá sự lan truyền các quá
trình biến đổi của chúng trong nước vùng cửa sông ven biển Hải Phòng để mô
phỏng các quá trình biến đổi, chuyển hoá, vận chuyển và lan truyền vật chất trong
đó có các chất gây ô nhiễm như: “Ứng dụng mô hình 3 chiều để nghiên cứu lan
truyền trầm tích lơ lửng ở vùng biển ven bờ Quảng Ninh” Đinh Văn Ưu và nnk năm
2005 [8]; “Nghiên cứu quá trình động lực học, dự báo vận chuyển bồi lắng bùn cát
tại Lạch Huyện Nam Đồ Sơn trước và sau khi xây dựng cảng nước sâu và giải pháp
khắc phục” Nguyễn Văn Cư và nnk năm 2008 [2]; Vận chuyển trầm tích và biến đổi
địa hình đáy vùng cửa sông ven biển Hải Phòng”, Đinh Văn Ưu năm 2009 [7];
“Nghiên cứu đánh giá sức tải môi trường và đề xuất các giải pháp phát triển bền
vững khu vực Vịnh Hạ Long - Vịnh Bái Tử Long”, Trần Đức Thạnh [6].
Nhờ đó mà các kết quả mô phỏng cũng như các kịch bản dự báo nói trên về
diễn biến lan truyền các chất gây ô nhiễm và ảnh hưởng của chúng tới môi trường
nước sẽ đạt độ chính xác cao hơn; là nguồn thông tin tham khảo bổ ích cho các nhà
chuyên môn, giúp các nhà quản lý hoạch định chính sách trong việc quản lý nguồn
gây ô nhiễm, hạn chế tác động của chúng đến môi trường sinh thái vùng cửa sông
ven biển Hải Phòng vì các mục tiêu phát triển bền vững.
Trước thực trạng đó, trong khuôn khổ của một Luận văn Thạc sĩ, học viên
được Thầy hướng dẫn giao thực hiện đề tài mang tên: Triển khai ứng dụng mô hình
Ecomsed tính toán vận chuyển trầm tích lơ lửng khu vực cửa sông ven biển Hải
Phòng với mục tiêu: đánh giá được lan truyền trầm tích lơ lửng ở khu vực cửa sông
ven biển Hải Phòng. Qua đó, học viên xin chân thành cảm ơn Thầy hướng dẫn - TS.
Nguyễn Thọ Sáo, cùng các thầy cô trong khoa Khí Tượng Thủy văn Hải dương học
và Viện Tài nguyên và Môi trường biển - cơ quan nơi học viên công tác, đã cho
phép và tạo điều kiện thuận lợi cho học viên hoàn thành đúng nhiệm vụ của bản
thân trong suốt khóa học Thạc sĩ.
Nội dung chinh của Luận văn được trình bày theo bố cục sau:
Phần mở đầu: Sơ lược về nội dung, phương pháp nghiên cứu và mục tiêu.
Chương 1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: cách thức tiếp cận và lựa
chọn phương pháp; tình hình nghiên cứu trong nước, ngoài nước.
Chương 2. Tổng quan điều kiện tự nhiên trong khu vực nghiên cứu:
hình thái địa hình (độ sâu địa hình), khí tượng (nhiệt, bức xạ, mưa, gió),
thủy hải văn (lưu lượng sông, thủy triều, dòng chảy, sóng), hiện trạng
môi trường trầm tích trong khu vực nghiên cứu.
Chương 3. Mô hình Ecomsed đối với bài toán mô phỏng lan truyền
trầm tích lơ lửng: tổng quan về mô hình Ecomsed; cơ sở toán học của mô
hình(thủy lực, sóng, trầm tích); cách thức triển khai và hiệu chỉnh mô hình
tính toán, mô phỏng trầm tích lơ lửng.
Chương 4. Tính toán lan truyền trầm tích lơ lửng TSS khu vực cửa
sông ven biển Hải Phòng: kết quả tính toán, phân tích trường thủy
lực và lan truyền trầm tích lơ lửng cửa sông ven biển Hải Phòng.
Kết luận.

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU
Chương 1. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 01
1.1 Đối tượng và mục tiêu 01
1.2 Tiếp cận và lựa chọn phương pháp 01
1.3 Phạm vi nghiên cứu 03
1.4 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 03
Chương 2. TỔNG QUAN ĐIỀU KIỆN TỰ NHIỆN TRONG KHU VỰC 10
2.1 Đặc điểm hình thái địa hình 10
2.2 Đặc điểm khí hậu, khí tượng 12
2.3 Đặc điểm thủy văn sông 23
2.4 Đặc điểm hải văn cửa sông ven biển 24
2.5 Đặc điểm môi trường trầm tích trong khu vực 30
Chương 3. MÔ HÌNH ECOMSED ĐỐI VỚI BÀI TOÁN MÔ PHỎNG
LAN TRUYỀN TRẦM TÍCH
37
3.1 Mô hình ECOMSED 37
3.2 Cơ sở hình thành mô hình ECOMSED 38
3.3 Mô hình thủy động lực 41
3.4 Mô hình sóng 44
3.5 Mô hình lan truyền trầm tích lơ lửng 45
3.6 Tiêu chuẩn ổn định của mô hình 53
3.7 Hiệu chỉnh mô hình 54
3.8 Triển khai mô hình thủy động lực 56
3.9 Triển khai mô hình lan truyển trầm tích 62
Chương 4. TÍNH TOÁN LAN TRUYỀN TRẦM TÍCH LƠ LỬNG KHU
VỰC CỬA SÔNG VEN BIỂN HẢI PHÒNG
63
4.1 Kết quả mô phỏng trường thủy động lực 64
4.2 Kết quả mô phỏng trầm tích lơ lửng vào mùa mưa 70
4.3 Kết quả mô phỏng trầm tích lơ lửng vào mùa khô 75
KẾT LUẬN 79
TÀI LIỆU THAM KHẢO 80
PHỤ LỤC 81