Luận văn thạc sĩ "TRIỂN KHAI ỨNG DỤNG MÔ HÌNH ECOMSED TÍNH TOÁN VẬN CHUYỂN TRẦM TÍCH LƠ LỬNG KHU VỰC CỬA SÔNG VEN BIỂN HẢI PHÒNG " potx

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

o





o








PHẠM HẢI AN





TRIỂN KHAI ỨNG DỤNG MÔ HÌNH ECOMSED TÍNH TOÁN
VẬN CHUYỂN TRẦM TÍCH LƠ LỬNG KHU VỰC CỬA SÔNG
VEN BIỂN HẢI PHÒNG

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC








Hà Nội - 2012


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

o





o


PHẠM HẢI AN





TRIỂN KHAI ỨNG DỤNG MÔ HÌNH ECOMSED TÍNH TOÁN
VẬN CHUYỂN TRẦM TÍCH LƠ LỬNG KHU VỰC CỬA SÔNG
VEN BIỂN HẢI PHÒNG




Chuyên nghành: Hải dương học
Mã số: CH. 1000934


LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC


NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS. TS Nguyễn Thọ Sáo

Hà Nội, 2012

LỜI CẢM ƠN
Em rất vui mừng là một học viên cao học lớp K10, chuyên ngành Hải dương
học, năm học 2010-2012 của khoa Khí Tượng Thủy Văn và Hải Dương Học trường
Đại học Khoa Học Tự Nhiên. Sau hơn hai năm, khóa học đã kết thúc và kết quả em
thu được cũng đã phản ánh được sự cố gắng - nỗ lực của bản thân, đồng thời đó
cũng là kết quả của sự dạy bảo, dìu dắt, giúp đỡ của các Thầy - Cô và các đồng
nghiệp trong suốt hai năm qua. Kiến thức em có được hôm nay không những là
hành trang không thể thiếu trong công tác nghiên cứu lâu dài mà còn là những điều
kiện quan trọng trong việc giải quyết những nhiệm vụ cụ thể được giao. Em không
biết phải diễn tả như thế nào cho phải, nhưng em xin bầy tỏ lòng biết ơn chân thành
tới các Thầy - Cô trong Khoa, trong bộ môn Hải Dương Học, tới Viện Tài nguyên
và Môi trường biển và các đồng nghiệp tâm huyết. Trong đó em đã nhận được sự
quan tâm, giúp đỡ hữu hiệu về điều kiện học tập và những kinh nghiệm quý báu của
thầy Đinh Văn Ưu, và thầy Lê Hồng Quang.
Đặc biệt với tư cách là người truyền đạt kiến thức, người hướng dẫn chính
cho em làm khóa luận Thạc sĩ, thầy Nguyễn Thọ Sáo đã quan tâm và cho em những
điều kiện thuận lợi nhất để em hoàn thành đúng trach nhiệm cá nhân của bản thân.
Số liệu của những lần khảo sát thực tế, những kinh nghiếm quý báu học hỏi được từ
Thầy luôn luôn là những tài liệu quý báu, là hành trang cho công việc của em sau
này. Những giá trị mà em có được từ thầy còn là lòng hăng say, nhiệt tình trong
công việc nói chung và tính nghiêm khắc trong nghiên cứu khoa học nói riêng.
Chắc chắn những điều này sẽ giúp em rất nhiều trong cuộc sống cũng như trong
công tác chuyên môn sau này.
Một lần nữa em chân thành cảm ơn và xin tiếp tục nhận được những ý kiến

đóng góp giúp em hoàn thiện những công việc đã đặt ra trong khóa học và tạo điều
kiện thuận lợi trong công tác sau này của em.
Hà Nội, ngày 31 tháng 12 năm 2012
Học viên cao học


Phạm Hải An

DANH MỤC NHỮNG CHỮ VIẾT TẮT
- ECOMSED Estuarine Coastal and Ocean Model System with Sediments
(HydroQual): Mô hình mã nguồn mở về thủy động lực và lan truyền trầm
tích ba chiều
- ECOM Estuarine Coastal and Ocean Model (USGS): Mô hình thủy động lực
vùng cửa sông ven biển
- TSS Total Suspended Sediment: Trầm tích lơ lửng
- BODC British Oceanographic Data Centre: Trung tâm tư liệu Hải dương học
Vương quốc Anh
- TELEMAC phát triển bởi National Hydraulics Laboratory (LNH) - Pháp: Mô
hình áp dụng cho vùng cửa sông và ven bờ, sử dụng lưới tính dạng phần tử
hữu hạn
- CH3D-SED: Curvilinear Hydrodynamics in 3 Dimensions Suspended
Sediment Concentration Model (USCOE-Sediment): mô hình vận chuyển
trầm tích ba chiều.
- BIAS (ME): Sai số trung bình (còn gọi là điểm BIAS)
- RMSE: Sai số căn phương trung bình bình phương
- SED2: Mô hình vận chuyển trầm tích trung bình theo độ sâu
- KH&CN: Khoa học và Công Nghệ

DANH MỤC HÌNH Trang

Hình 1. Chuyển hoá và lan truyền vật chất cửa sông ven biển 01
Hình 2. Vùng cửa sông ven biển Hải Phòng 03
Hình 3. Khu vực cửa sông ven biển Hải Phòng 11
Hình 4. Số hóa trường độ sâu bao quanh khu vực nghiên cứu 12
Hình 5. Nhiệt độ khí trung bình tháng từ năm 1990-2007, Hòn Dấu 13
Hình 6. Xu thế nhiệt không khí theo tháng, tại Hòn Dấu 14
Hình 7. Tổng lượng bức xạ năm và trung bình tháng trong năm (kwh/m
2
)

15
Hình 8. Lượng bức xạ trung bình tháng giai đoạn 1997-2007 (kwh/m
2
) 15
Hình 9. Lượng mưa thời đoạn trung bình tháng từ 1990 đến 2007 (mm) 16
Hình 10. Lượng mưa thời đoạn trung bình tháng theo các năm (mm) 17
Hình 11. Tổng lượng mưa thời đoạn theo các năm (mm) 17
Hình 12. Hoa gió thống kê trong giai đoạn 2000-2011 tại Hòn Dáu 20
Hình 13. Hoa gió trung bình mùa khô 2000-2011 tại Hòn Dáu 21
Hình 14. Hoa gió trung bình trong mùa mưa 2000-2011 tại Hòn Dáu 21
Hình 15a. Hoa gió trong mùa khô, 3/2009 tại Hòn Dáu 22
Hình 15b. Hoa gió trong mùa mưa, 8/2009 tại Hòn Dáu 22

Hình 16. Mực nước tính theo hải đồ khu vực Hải phòng 2004-2007 25
Hình 17. Xu thế mực nước tính theo hải đồ trong năm 2004-2007 25
Hình 18. Hoa sóng trung bình giai đoạn 2000-2011 tại Hòn Dáu 28
Hình 19. Nhiệt độ nước trung bình tháng từ năm 1993 đến 2007(
o
C) 28
Hình 20. Xu thế nhiệt độ nước theo tháng những năm gần đây (
o
C) 29
Hình 21. Bản đồ phân bố trầm tích tầng mặt ven biển Hải Phòng sau 2008 35
Hình 22. Sơ đồ hiện trạng giới hạn địa hóa quá trình ngưng keo kết bông
lắng đọng trầm tích vùng cửa sông Bạch Đằng và Lạch Huyện năm 1965
35
Hình 23. Hiện trạng địa hóa của quá trình ngưng keo, kết bông lắng đọng
trầm tích khu vực cửa sông Bạch Đằng và Lạch Huyện năm 2008.
36
Hình 24. Giới hạn địa hóa của quá trình ngưng keo - kết bông lắng đọng 36

trầm cửa sông Bạch Đằng và Lạch Huyện từ 1965 đến 2008.
Hình 25. Sơ đồ khối mô hình ECOMSED 37
Hình 26. Tiến trình lan truyền trầm tích nhỏ và mịn 46
Hình 27. Tương tác Khí - Nước - Trầm tích 46
Hình 28. Ứng suất trượt tại đáy do sóng - dòng chảy 47
Hình 29. Tiềm năng xói phân lớp theo ngày 47
Hình 30. Khả năng tái lơ lửng như một hàm của ứng suất trượt đáy 48
Hình 31. Lắng đọng của trầm tích kết dính 49
Hình 32. Biểu đồ cho mô hình trầm tích đáy 50
Hình 33. Tốc độ lắng đọng như hàm của đường kính cấp hạt trầm tích
không kết dính
51

Hình 34. Ảnh vệ tinh ALOS chụp ngày 01/3/2008 56
Hình 35. Phạm vi luới tính (Trạm liên tục B1, B2, B3) 57
Hình 36. So sánh kết quả tính toán dao động mực từ mô hình với số liệu
quan trắc tại trạm Hòn Dáu, tháng 8.2009 (mùa mưa).
59
Hình 37. So sánh kết quả tính toán dao động mực từ mô hình với số liệu
quan trắc tại trạm Hòn Dáu, tháng 3.2009 (mùa khô).
60
Hình 38. So sánh kết quả dòng chảy giữa quan trắc và tính toán trong mùa
mưa tại trạm B
3

61
Hình 39. So sánh kết quả dòng chảy giữa quan trắc và tính toán trong mùa
khô tại trạm B
2

61
Hình 40. So sánh TSS giữa quan trắc và tính toán mùa khô tại trạm B
3
62
Hình 41. So sánh TSS giữa quan trắc và tính toán mùa mưa tại trạm B
3
62
Hình 42. Trường dòng chảy tầng mặt khu vực ven biển Hải Phòng, pha
triều lên mùa mưa, 12h-7.8.2009
65
Hình 43. Trường dòng chảy tầng đáy khu vực ven biển Hải Phòng, pha
triều lên mùa mưa, 12h-7.8.2009
65

Hình 44. Trường dòng chảy tầng mặt khu vực ven biển Hải Phòng, nước
ròng mùa mưa, 6h-8.8.2009
67

Hình 45. Trường dòng chảy tầng đáy khu vực ven biển Hải Phòng, nước
ròng mùa mưa, 6h-8.8.2009
67
Hình 46. Trường dòng chảy tầng đáy khu vực ven biển Hải Phòng, triều lên
mùa khô, 22h-9.3.2009
69
Hình 47. Trường dòng chảy tầng đáy khu vực ven biển Hải Phòng, triều lên
mùa khô, 22h-9.3.2009
69
Hình 48. Phân bố trầm tích lơ lửng tầng mặt khu vực ven biển Hải Phòng,
nước lớn mùa mưa, 14h-17.8.2009
72
Hình 49. Phân bố trầm tích lơ lửng tầng đáy khu vực ven biển Hải Phòng,
nước lớn mùa mưa, 14h-17.8.2009
72
Hình 50. Phân bố trầm tích lơ lửng tầng mặt khu vực ven biển Hải Phòng,
nước ròng mùa mưa, 3h-18.8.2009
74
Hình 51. Phân bố trầm tích tầng đáy khu vực ven biển Hải Phòng, nước
ròng mùa mưa, 3h-18.8.2009
74
Hình 52. Phân bố trầm tích lơ lửng tầng mặt khu vực ven biển Hải Phòng,
triều lên mùa khô, 17h-19.3.2009
77
Hình 53. Phân bố trầm tích lơ lửng tầng đáy khu vực ven biển Hải Phòng,
triều lên mùa khô, 17h-19.3.2009

77
DANH MỤC BẢNG Trang

Bảng 1. Tốc độ gió trung TB (m/s) tại một số trạm thuộc khu vực Hải
Phòng
18
Bảng 2. Một số đặc trưng chế độ gió ven biển 19
Bảng 3. Lưu lượng chảy trung bình của các sông Hải Phòng, 2009 24
Bảng 4. Mực nước triều đặc trưng tại Hòn Dáu trong nhiều năm 26
Bảng 5. Đặc điểm cấp hạt của trầm tích tầng mặt cửa sông ven biển Hải
Phòng
31
Bảng 6. Bảng tham số cho khả năng tái lơ lửng 48
Bảng 7. Hàm lượng trầm tích lơ lửng các sông Hải Phòng năm 2009 63


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


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/km
2
. 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.
1



CHƯƠNG 1
ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU


1.1 Đối tượng và mục tiêu
Đặc điểm lan truyền các chất ô nhiễm khu vực cửa sông ven biển Hải Phòng
liên quan chặt chẽ đến chế độ thủy động lực, và hàm lượng các chất gây ô nhiễm
trong môi trường nước. Tìm hiểu liên quan đến vấn đề trên, trong khuôn khổ của
một báo cáo Luận văn Thạc sĩ, học viên lựa chọn đối tượng: trầm tich lơ lửng cho
nghiên cứu của mình với sự tác động của các điều kiện thủy động lực khu vực với
hai mục tiêu chính như sau:
- Hiểu được phương pháp ứng dụng mô hình Ecomsed trong việc tính toán vận
chuyển trầm tích lơ lửng
- Mô phỏng quá trính vận chuyển trầm tích lơ lửng khu vực cửa sông ven biển
Hải Phòng.
1.2 Tiếp cận và lựa chọn phương pháp

Hình 1. Chuyển hoá và lan truyền vật chất cửa sông ven biển
2

Phương pháp tiếp cận hệ thống coi khu vực nghiên cứu như một hệ thống
tương đối độc lập, có dòng vật chất vào, dòng ra và dòng tích tụ. Đối với khu vực
cửa sông ven biển Hải Phòng, dòng vào xuất phát từ mặt cắt (biên) phía trong cửa
sông, các điểm nguồn thải dọc bờ sông, còn dòng ra là phía cửa sông tiếp giáp với
biển (biên phía ngoài). Các quá trình trao đổi chuyển hoá của chất gây ô nhiễm có

thể diển ra ở trong khu vực hoặc trên biên và chịu tác động chi phối của các yếu tố
động lực (sóng, dòng chảy sông, thuỷ triều), các yếu tố môi trường (nhiệt độ, độ
mặn) và các yếu tố khác.v.v. Có thể minh hoạ mối quan hệ phân tán - tích luỹ các
chất ô nhiễm trong hệ thống cửa sông ven biển như hình 1. Với cách thức tiếp cận
này, cần phải xác định nguồn vật chất (trong đó có các chất gây ô nhiễm) đi vào khu
vực, các quá trình chuyển hoá - biển đổi vật chất trong thuỷ vực và sự lan truyền
chất gây ô nhiễm ở khu vực cửa sông ven biển. Trong đó nguồn vật chất đi vào khu
vực chủ yếu từ phía thượng lưu của sông và các điểm nguồn thải ở ven bờ. Sự
chuyển hoá, vận chuyển và trao đổi nước cũng như vật chất là các quá trình rất phức
tạp. Đặc biệt là ở vùng cửa sông ven biển, nơi chịu tác động đồng thời của dòng vật
chất từ sông đưa ra và dao động của thuỷ triều nên các quá trình này biến đổi rất lớn
theo thời gian và không gian. Vì vậy việc khảo sát ở một vài vị trí trong khu vực
nghiên cứu trong khoảng thời gian nào đó sẽ khó thể hiện được các qui luật biến đổi
cũng như bản chất của quá trình lan truyền biến đổi chuyển hoá vật chất cả ở mức
độ tổng thể và chi tiết theo không gian và thời gian. Để khắc phục hạn chế này cần
thiết phải sử dụng các công cụ toán học để mô phỏng các quá trình quá trình vật lý-
hoá học trong thuỷ vực. Mô hình toán học không chỉ thể hiện được các quá trình nội
tại diễn ra trong thuỷ vực mà còn tính tới sự tương tác lẫn nhau giữa các quá trình
này theo không gian cũng như thời gian.
Trong Luận văn: việc mô hình hóa các quá trình thuỷ động lực, lan truyền
chất ô nhiễm dựa trên cơ sở áp dụng mô hình ECOMSED kết hợp với phương pháp
thu thập và tổng hợp tài liệu: địa hình, đường bờ, khí hậu, khí tượng thủy văn,
nguồn thải v.v; phương pháp điều tra khảo sát; phân tích mẫu tại hiện trường và
phòng thí nghiệm phục vụ thiết lập và chạy mô hình thủy động lực, lan truyền trầm
tích lơ lửng hiện trạng (mùa mưa, khô năm 2009) khu vực cửa sông ven biển Hải
Phòng, tiến tới tiến hành đánh giá lượng chất gây ô nhiễm trầm tích lơ lửng vào môi
trường nước của khu vực nghiên cứu, cung cấp thông tin hữu ích cho việc đề xuất
các giải pháp kiểm soát, hạn chế tác động do ô nhiễm ở khu vực nghiên cứu.
3

1.3 Phạm vi nghiên cứu
Phạm vi khu vực nghiên cứu là toàn bộ vùng cửa sông ven biển Hải Phòng
gồm các sông chính đổ ra biển như Thái Bình, Văn Úc, Lạch Tray, Cấm và Bạch
Đằng, vùng biển ven bờ phía ngoài các cửa sông đó. Các nguồn ô nhiễm vào vùng
ven biển sẽ được xác định qua các kết quả khảo sát 2 mùa trên các mặt cắt gần các
cửa sông và các điểm nguồn thải. Vùng tính toán của đề tài cũng được mở rộng đến
khu vực phía đông và đông nam quần đảo Cát Bà. Trong đó chủ yếu tập trung phân
tích kết quả lan truyền trầm tích lơ lửng tại khu vực cửa sông Bạch Đằng, khu vực
cửa Lạch Tray, ảnh hưởng đến khu vực Đồ Sơn, Cát Hải và đảo Cát Bà.

Hình 2. Vùng cửa sông ven biển Hải Phòng
1.4 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước
Ngoài nước: Khu vực cửa sông ven biển tuy chỉ chiếm 1/10 diện tích bề mặt
đại dương thế giới (Lisitsyn, 1995) nhưng lại đóng vai trò đáng kể trong quá trình
vận chuyển vật chất. Đây được coi là màng lọc giữa lục địa và biển, là nơi giữ lại
một lượng đáng kể vật chất lơ lửng và hoà tan có nguồn gốc từ lục địa.
4

Quá trình này phụ thuộc vào nhiều phương diện: có nơi bị ảnh hưởng bởi các
quá trình động lực từ sông, có nơi chịu tác động mạnh do thủy triều, một số nơi
khác lại bị chi phối bởi hỗn hợp giữa nhiều quá trình khác nhau. Song kiểm soát và
ảnh hưởng nhiều phải kể đến tác động của thuỷ triều và sự phân tầng của khối nước.
Trong đó dòng chảy đóng vai trò quyết định đến sự vận chuyển trầm tích và các
chất gây ô nhiễm từ sông ra phía ngoài dưới tác động kết hợp của dòng triều và
dòng chảy sông (biến đổi theo mùa). Là một thành phần cơ bản và rất quan trọng ở
các vùng cửa sông ven biển đặc trưng bởi thành phần hạt - lan truyền trầm tích phụ
thuộc vào các nguồn cung cấp từ lục địa, dòng chảy sông và các quá trình thủy động
lực ven biển (tính cả tự nhiên xen lẫn những tác động và can thiệp do con người gây
ra). Trong trường hợp dòng chảy mạnh sẽ làm ứng suất đáy lớn, tăng sự vận chuyển
trầm tích cả ở lớp đáy và trầm tích lơ lửng. Ngược lại, quá trình này sẽ lắng đọng ở

những thời điểm và nơi có vận tốc dòng chảy, hoạt động của sóng và thủy triều nhỏ.
Nhìn chung, tốc độ lắng đọng trầm tích phụ thuộc vào vào kích thước hạt, điều kiện
môi trường. Bởi vậy, đây là một trong những vấn đề môi trường nhận được sự quan
tâm sâu sắc của các nhà khoa học cũng như các nhà quản lý, đặc biệt là ở các nước
Hà Lan, Đức, Mỹ, Nhật Bản, Anh, Trung Quốc. Nổi bật hơn hết là các nhóm vấn đề
như: điều tra hiện trạng môi trường; đánh giá kiểm soát các nguồn ô nhiễm từ lục
địa ra vùng cửa sông ven biển; nghiên cứu đánh giá cơ chế lan truyền, biến đổi chất
gây ô nhiễm ở khu vực cửa sông ven biển; đánh giá sự tích tụ chất gây ô nhiễm ở
khu vực cửa sông; mối quan hệ giữa ô nhiễm môi trường và tài nguyên sinh vật ở
khu vực cửa sông.
Điển hình cho các các nghiên cứu về trầm tích lơ lửng phải kể đến: Nghiên
cứu sự bồi lắng trầm tích, tích tụ chất gây ô nhiễm ở cửa sông Hudson; Nghiên cứu
sự lan truyền tích tụ chất gây ô nhiễm ở vùng cửa sông Danube (Ucraina) của J.
Garnier và các cộng sự (1999); Lan truyền Phosphorus ở khu vực cửa sông Elbe
(Đức) của Béuekom và các cộng sự (1998); Mô hình chất lượng nước 3 chiều cho
khu vực cửa sông Humber của Falconer và các cộng sự (1997); Tính toán biến động
đáy với việc ứng dụng mô hình vận chuyển trầm tích trên cơ sở các công thức của
Engelund and Hansen (1967) thực hiện bởi Struiksma và nnk (1984); Nghiên cứu
phân bố trầm tích ở gần cửa sông với trường hợp dòng chảy ít biến đối, Wang
(1989). Tính hữu hiệu của các nghiên cứu trên không những làm sáng tỏ nguồn gốc,
bản chất, cơ chế lan truyền biến đổi, tác động của các chất gây ô nhiễm mà còn
5

nhằm kiểm soát và hạn chế tác động tiêu cực đến môi trường sinh thái ở khu vực
cửa sông mà còn hình thành và hoàn thiện các phương pháp nghiên cứu môi trường
(khảo sát, phân tích mẫu, phân tích - xử lý số liệu, mô hình toán) ở khu vực, thể
hiện trong các tài liệu nghiên cứu và hướng dẫn tổng hợp của GESAMP (1987),
UNEP (1986).
Dựa trên những nghiên cứu lý thuyết về trầm tích đáng kể như các công trình
của H.A. Einstein (1950), Krone và Partheniades (1962, 1968), E.W. BijJker (1967,

1971), Leo C. Van Rijn (1993), J.W. Vander Meer (1990), Richard Soulsby (1997)
đã được khái quát hóa mang tính phương pháp luận, viết thành cẩm nang sử dụng
như: Động lực gần bờ và các quá trình bờ - Lý thuyết, đo đạc và các mô hình dự
báo của Horikawa K., 1978, Động lực cát biển: Sách hướng dẫn cho các ứng dụng
thực tiễn, các nguyên lý vận chuyển trầm tích trong sông, cửa sông hình phễu và
biển ven bờ của Richard S., 1997, hay Các nguyên lý vận chuyển trầm tích ở sông,
cửa sông và ven biển của Leo C. Van Rijn, 1993. Ngày nay, vấn đề trên còn được
giải quyêt trên phương diện mô hình. Sự phát triển mô hình một chiều - nghiêng
nhiều về tính lý thuyết. Trong khi đó, sự phát triển của mô hình hai chiều - thường
được lấy trung bình theo độ sâu khi giải quyết các vấn đề trong hệ thống thủy động
lực, có lợi thế cho kiểu phân tích các kiểu hoàn lưu phức tạp và dòng chảy không ổn
định. Những kết quả ghi nhận cho kiểu loại này được Mc Anally trình bày năm
1986 và Van Rijn trình bày năm 1989. Từ đó thiết lập và xây dựng lên những mô
hình hai chiều được sử dụng rộng rãi như: mô hình Delft3D - Hà Lan có tính cho
hai chiều, mô hình SMS (Surface Water Modeling System) phát triển bởi WES -
Waterwats Experiment Station và Army Crops of Engineer, Hoa Kỳ; MIKE21-3
DHI 2003 phát triển bởi Viện Thủy lực Đan Mạch, là mô hình sai phân hữu hạn;
TABS-MD dùng trong lĩnh vực công trình bờ, Thomas và McAnally, 1990;
TELEMAC - áp dụng cho vùng cửa sông và ven bờ, sử dụng lưới tính dạng phần tử
hữu hạn, mô hình GHER - thủy địa động lực nghiên cứu môi trường, MUMM,
Liege. Tuy nhiên, trở lại với hình ảnh thực tế của khu vực cửa sông ven biển và đại
dương rộng lớn, hầu hết các quá trình xảy ra và lien thông với nhau bởi một hệ
thống phức của các quá trình chứa nhiều thành phần phức tạp. Lên mô phỏng ba
chiều là sự lựa chọn cần thiết. Điều này đã được chỉ ra trong các công bố của Van
Rijn năm 1989 dựa trên việc giải hệ phương trình cân bằng khối lượng và khuếch
tán đối lưu của trầm tích (bao gồm thành phần bình lưu và đối lưu).
6

Mô phỏng tốt phải nhắc tới một số mô hình sau: mô hình Delft3D phát triển
bởi Viện Thủy lực Delft; mô hình SED2, CH3D-SED (Chapman, 1996); RMA10,

RMA11 (Resource Management Associates); mô hình mã nguồn mở đại dương
POM (Princeton Ocean Model) và mô hình ROMS (Regional Ocean Modeling
System); mô hình mã nguồn mở COHERENS (Coupled Hydrodynamical Ecological
model for Regional Shelf) bao gồm thủy động lực và sinh thái (dòng chảy, nhiệt độ,
độ muối, sinh vật phù du, quá trình sinh địa hóa, trầm tích lơ lửng và phát tán vật
chất theo công thức của Eulerian và Lagrangian cho vùng thềm lục địa, được phát
triển bởi Luyten P. (1996, 1999); mô hình ECOMSED tính toán vận chuyển trầm
tích (HydroQual, 2003); mô hình IPX-MT (In-Place Pollutant Export-Modified
Transport), mô hình SEDZL (Sediment / Contaminant Transport Model, EPA).
Trong nước: Mang hình thái của dải đất hình chữ S - nước ta có đường bờ
biển dài hơn 3260 km bao gồm hệ thống sông ngòi dày đặc, trung bình cứ 20 km lại
có một cửa sông. Chỉ tính riêng 8 hệ thống sông lớn đã chiếm phần lớn lưu vực với
khoảng 10.000 km
2
, như sông Hồng, sông Thái Bình, sông Mã,sông Cả, sông Thu
Bồn, sông Ba, sông Sài Gòn - Đồng Nai và sông Cửu Long. Tại các vùng cửa sông
ven biển này mang một ý nghĩa rất lớn đối với phát triển kinh tế xã hội, giao thông,
cũng như thương mại, dịch vụ, văn hoá. Bởi đây chính là nơi giao lưu, tiếp nhận các
dòng vật chất từ lục địa đổ ra, thống kê cho thấy hàng năm hệ thống sông này đổ ra
biển khoảng 880 tỷ m
3
nước, 300 triệu tấn bùn cát và thể hiện rõ nhất các tác động
do hoạt động của con người đến môi trường của khu vực (Đỗ Trọng Bình, 2010). Vì
vậy các vấn đề môi trường liên quan ở khu vực đã được quan tâm nghiên cứu từ
nhiều năm qua.
Trước thực trạng đó, bên cạnh việc Cục bảo vệ Môi trường (Bộ TN&MT)
xây dựng và tiến hành quan trắc định kỳ hằng năm tại các vị trí xác định dọc bờ
biển Việt Nam, còn có các đề tài dự án về: Động lực vùng ven biển và cửa sông
Việt Nam (Nguyễn Văn Cư, 1990); Nghiên cứu thủy thạch động lực trên số liệu
quan trắc (Nguyễn Văn Cư, 1994); nghiên cứu ô nhiễm do sông tải ra (Phạm Văn

Ninh, 1995); Nghiên cứu khả năng tiếp nhận tải lượng ô nhiễm do nước thải, khả
năng tự làm sạch của các sông Sài Gòn, Đồng Nai, Nhà Bè (Lê Trình, 1996);
Nghiên cứu các đặc trưng thủy văn, động lực học và nhiễm bẩn khu vực cửa sông
Dinh tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu; Đề xuất các biện pháp quản lý và bảo vệ (Trương Đình
Hiển); Nghiên cứu xây dựng bản đồ phân vùng mức độ độc hại do nước thải trên
7

sông Sài Gòn - Đồng Nai và xác định giới hạn, mức độ cho phép xả ra nguồn tiếp
nhận (Đỗ Hồng Lan Chi); Quản lý môi trường nước sông Cầu (Nguyễn Văn Cư,
2001); đề tài Các yếu tố khí tượng thủy văn ảnh hưởng đến chất lượng nước sông
Sài Gòn, Đồng Nai (Phan Văn Hoặc, 2001). Tính tới cả thời điểm 2007, đề tài cấp
Viện KH&CN: Đánh giá khả năng tích tụ và phân tán các chất ô nhiễm vùng cửa
sông ven biển Việt Nam (Cao Thị Thu Trang và nnk) vẫn chủ yếu dùng bộ số liệu
điều tra, khảo sát đánh giá được mức độ tích luỹ và phạm vi phân tán của một số
chất ô nhiễm vùng trọng điểm là cửa sông Ba Lạt. Kết quả sơ bộ cho thấy xu thế
tăng lên của các chất gây ô nhiễm trong diễn biến môi trường nước những năm gần
đây. Tuy nhiên việc số lượng mẫu quan trắc hằng năm nhỏ, lại trải dài trên một
không gian rộng, cộng thêm với phân tích đánh giá thống kê đối với tập số liệu khảo
sát ít đồng bộ, ít có sự trợ giúp của mô hình nên những kết quả này chủ yếu vẫn
dừng lại ở mức độ giám sát, ít có tính tổng quát đặc thù cho một vùng nghiên cứu
theo quy mô cả về thời gian lẫn không gian.
Ngày nay, với sự hình thành các mô hính số trong giai đoạn phát triển mạnh
của ngành công nghệ máy tính đã phần nào khắc phục được các yếu điểm kể trên.
Nhiều mô hình đã được ứng dụng và phát triển sử dụng rộng rái hiện nay như: mô
hình MDEC (Bộ môn Hải dương học - ĐHKHTN), mô hình FEM (Viện Hải dương
học Nha Trang), mô hình SMS (Viện Cơ, KTTV và MT, Bộ môn Hải dương
Trường), mô hình Mike21 (Viện Địa lý, Đại học Thủy lợi, Viện KTTV và MT), mô
hình Delft3D (Viện Tài nguyên và Môi trường biển, Đại học Thủy lợi), mô hình
ROMS (Trung tâm Môi trường - Viện KTTV và MT, Đại học Công Nghệ, Viện Hải
dương học Nha trang). Nhiều đề tài, dự án đã đi vào hoạt động và đem lại nhiều kết

quả khả quan trong việc mô phỏng kết quả tính toán ngày càng sát với khảo sát thực
tế như: các nghiên cứu thông qua chương trình Biển KT.03 (1991-1995); KHCN.06
(1996-2000); Nghiên cứu trầm tích lơ lửng liên quan đến xói lở bờ biển trong khuôn
khổ ĐT độc lập cấp nhà nước và chương trình biển (2001-2005); Nghiên cứu vùng
Phan Rí, Hàm Tiến, Phước Thể với mục tiêu cung cấp các thông số kỹ thuật, đưa ra
các phương án thiết kế và thi công đê, kè chống xói lở (Bùi Hồng Long, 2004); Xây
dựng mô hình lan truyền chất ô nhiễm cho vịnh Hạ Long và vịnh Bái Tử Long
(Trần Đức Thạnh, 2007); Vận chuyển trầm tích từ cửa sông ra biển ở vịnh Bình
Cang - Nha Trang bằng mô hình toán, được xây dựng và phát triển bởi tác giả Phạm
Sỹ Hoàn (Luận văn Thạc sỹ, 2009); Đánh giá xu thế bồi tụ - xói lở khu vực Cửa
8

Đáy (Nguyễn Xuân Hiển và nnk, 2012). Bên cạnh đó, việc ứng dụng và phát triển
một số phương pháp và mô hình tính toán động lực và vận chuyển trầm tích cho
một số vùng cửa sông ven biển như: Mô phỏng, dự báo quá trình vận chuyển bùn
cát lơ lửng khu vực Cửa Ông (Trần Hồng Thái, 2010); Biến động trầm tích và diễn
biến hình thái khu vực cửa sông ven bờ Cửa Tùng (Nguyễn Thọ Sáo, 2010) đã mở
ra tín hiệu tốt trong việc nghiên cứu động lực học lớp gần đáy, cải tiến phương pháp
tính bán thực nghiệm, nhằm áp dụng tính cho dòng vật liệu ven bờ. Hướng mô hình
hóa còn được thực hiện bởi nhóm tác giả tại Viện Cơ học trong việc tính toán vận
chuyển bùn cát và tính biến động đường bờ, đã áp dụng tính xói lở dọc bờ biển cho
các vùng Hải Hậu, Nam Định, Hồ Tàu-Định An, Trà Vinh, Gành Hào, Bạc Liêu.
Đối với khu vực cửa sông ven biển Hải Phòng, các nghiên cứu liên quan đến
vận chuyển, lan truyền trầm tích cho kết quả khá tốt bao gồm: Đánh giá mức độ ô
nhiễm do nguồn thải từ lục địa, đề xuất giải pháp kiểm soát, quản lý ô nhiễm nguồn
lục địa đưa ra một số khu vực cửa sông ven biển phía bắc từ Quảng Ninh đến Thanh
Hóa (Lưu Văn Diệu 2001); Nghiên cứu dự báo, phòng chống sạt lở biển Bắc Bộ từ
Quảng Ninh tới Thanh Hoá (Trần Đức Thạnh, 2001); Mô phỏng quá trình vận
chuyển và phân bố trầm tích lơ lửng khu vực cửa sông ven biển Hải Phòng bằng mô
hình Delft3D (Đỗ Đình Chiến, 2005); Đánh giá khả năng tích tụ và phân tán các

chất ô nhiễm vùng cửa sông ven biển Việt Nam (Cao Thu Trang, 2007); Nạo vét ở
cảng Hải Phòng và một số ảnh hưởng của nó đến môi trường và hệ sinh thái biển
(Bùi Văn Vượng và nnk, 2007); Bước đầu đánh giá ảnh hưởng của đập Hòa Bình
đến môi trường trầm tích ven bờ châu thổ sông Hồng (Trần Đức Thạnh và nnk,
2008); Dự báo nguy cơ ô nhiễm và đề xuất giải pháp bảo vệ môi trường khu công
nghiệp Bến Rừng, Thủy Nguyên (Trần Đình Lân 2008); Báo cáo quan trắc môi
trường biển hàng năm (Cục Môi trường, 1999-2008); 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 2008); Đánh giá sức tải môi trường đảo Cát Bà và đề
xuất các giải pháp phát triển bền vững (Cao Thu Trang, 2009); Thử nghiệm đánh
giá sức tải môi trường của sông Bạch Đằng và đề xuất các giải pháp bảo vệ môi
trường, phát triển bền vững (Cao Thu Trang, 2009); Mô hình vận chuyển trầm tích
và biến động địa hình đáy áp dụng cho vùng biển cửa sông cảng Hải Phòng (Đinh
Văn Ưu 2009); Đánh giá lan truyền các chất gây ô nhiễm khu vực cửa sông ven
biển Hải Phòng bằng mô hình toán học (Đỗ Trọng Bình, 2010), Hiện trạng môi
9

trường và xác định các vấn đề ưu tiên phục vụ quản lý tổng hợp vùng bờ biển Hải
Phòng (Trần Đình Lân, 2010); Biến động các thông số độ đục, nồng độ chất rắn lơ
lửng, nhu cầu oxy sinh hóa và nhu cầu oxy hóa học trong nước biển ven bờ phía
Bắc (Lưu Văn Diệu 2010); Đánh giá trầm tích lơ lửng khu vực cửa sông ven biển
Hải Phòng (Trần Anh Tú, 2010); Đánh giá tác động của các công trình hồ chứa
thượng nguồn đến diễn biến hình thái và tài nguyên - môi trường vùng cửa sông
ven biển đồng bằng Bắc Bộ (Nguyễn Đức Cự, 2011); Đánh giá tác động thủy thạch
- động lực của hệ thống đê quai lấn biển phục vụ xây dựng Sân bay quốc tế tại khu
vực ven bờ Tiên Lãng (Nguyễn Đức Cự 2011). Tuy nhiên, thể hiện rõ được mối
tương quan giữa các yếu tố động lực với quá trình vận chuyển trầm tích phải kể đến
các nghiên cứu: Nghiên cứu về thủy động lực, vận chuyển trầm tích, biến dạng bờ
và xói lở bờ đảo Cát Hải (Trần Đức Thạnh, 1998); Nghiên cứu điều kiện địa chất-
thủy động lực- vận chuyển trầm tích xác định nguyên nhân đục nước ở bãi biển Đồ

Sơn (Nguyễn Văn Cư, 1995); Vận chuyển trầm tích và biến đổi địa hình đáy vùng
cửa sông ven biển Hải Phòng (Đinh Văn Ưu, 2009); Nghiên cứu áp dụng mô hình
MIKE21 để đánh giá điều kiện động lực, dự báo vận chuyển trầm tích khu vực cửa
Văn Úc và Lạch Huyện (Nguyễn Văn Cư, 2010).
Mang tính chất vùng của cửa sông ven biển và đặc thù nằm trên dải hệ thống
sông Hồng, sông Thái Bình: cửa sông ven biển Hải Phòng được nhiều nhà quản lý
cũng như nhiều nhà khoa học quan tâm bởi tính phức tạp, luôn xảy ra rủi ro về sự
cố môi trường, gây ảnh hưởng không những cho chính nội tại khu vực mà còn ảnh
hưởng đến các khu vực lân cận khác (như vịnh Hạ Long, Bái Tử Long và một số
khu du lịch sinh thái khác). Do đó, trên phương diện bảo vệ môi trường, phát triển
bền vững: cần đẩy mạnh các công tác nghiên cứu, phòng ngừa ô nhiễm xảy ra trong
khu vực. Hướng nghiên cứu từ trước đến nay vẫn dựa trên các mô hình thương mại
là chủ yếu, trong khi hướng nghiên cứu dựa trên mô hình mã nguồn mở vẫn còn khá
mới mẻ, duy có mô hình mã nguồn mở MDEC được xây dựng và phát triển bởi
nhóm tác giả Đinh Văn Ưu song cho kết quả rất khả quan.
Bởi vậy, ngày nay với hệ thống máy tính tính toán song song hiệu năng cao,
việc áp dụng và phát triển các mô hình mã nguồn mở ngày càng trở lên thân thiện
và đem lại kết quả hữu hiệu, ngay cả trong sử dụng cũng như chia sẻ số liệu. Việc
áp dụng và tiếp cận phải kể đến các mô hình nổi tiếng như mô hình POM, ROMS
và mô hình ECOMSED.
10


CHƯƠNG 2
TỔNG QUAN ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN KHU VỰC NGHIÊN CỨU

Với vị trí địa lý thuận lợi và có nguồn tài nguyên biển phong phú, Hải Phòng
là một trong những địa phương khai thác được nhiều tiềm năng từ biển để phát triển
KTXH. Tuy nhiên, Hải Phòng cũng phải đối mặt với nhiều vấn đề liên quan đến sự
suy giảm chất lượng môi trường và thiên tai, đối mặt với các xung đột về môi

trường ở khu vực đô thị ven biển. Vì vậy ngoài các số liệu quan trắc định kỳ về khí
tượng thủy văn (KTTV) của Trung tâm KTTV quốc gia tại các trạm cố định, đã có
nhiều đề tài dự án tiến hành nghiên các vấn đề liên quan ở khu vực này trong đó có
các khảo sát về khí tượng thủy hải văn. Các số liệu khảo sát về khí tượng, thủy hải
văn ở vùng ven biển Hải Phòng khá rộng nên chúng tôi chỉ tập trung nhiều vào các
số liệu thu thập được ở vùng ven biển như Cát bà, Long châu, Đồ sơn và vùng lân
cận nơi tập trung các cửa sông Lạch Tray, Văn Úc, Ba Lạt, Thái Bình. Các số liệu
đã thu thập được ở vùng ven biển Hải Phòng bao gồm: các bảng về các đặc trưng
khí hậu, khí tượng về các yếu tố như gió, mưa, nhiệt độ không khí, độ ẩm và bức xạ
và các bảng số liệu về các đặc trưng thủy văn, hải văn như dao động mực nước,
sóng, dòng chảy (trong đó có các trạm đo liên tục và không liên tục). Các tài liệu về
khí hậu, khí tượng thủy hải văn vùng ven biển Hải Phòng nói riêng và vùng biển
Hải Phòng nói chung có thời gian quan trắc từ năm 1990 đến năm 2011. Trong đó,
phần nhiều tập trung vào những năm gần đây. Những tư liệu này tuy không đồng bộ
và hệ thống nhưng cũng đủ căn cứ và cơ sở để phục vụ các phân tích đánh giá về
đặc điểm điều kiện khí hậu, khí tượng thủy hải văn thống kê của khu vực cũng như
những ảnh hưởng của các đặc điểm đó đến môi trường, đến sinh thái, đến các xung
đột môi trường trong phạm vi khu vực nghiên cứu.
2.1 Đặc điểm hình thái địa hình
Khu vực nghiên cứu nằm trong khoảng tọa độ 20
0
30’39”-21
0
01’15” độ vĩ
bắc và 106
0
23’39”-107
0
08’39” độ kinh đông thuộc vùng biển ven bờ tây vịnh Bắc
Bộ, phía đông bắc Việt Nam thuộc thành phố Hải Phòng, nằm ở rìa Đông Bắc của

châu thổ sông Hồng. Khu vực này được tạo thành bởi các quá trình động lực sông,
biển và sông - biển hỗn hợp. Là một vùng biển với chế độ nhật triều đều với biên độ
11

triều lớn, lại nằm trong vành đai khí hậu nhiệt đới ẩm gió mùa, cho nên vai trò động
lực thuỷ triều và thực vật ưa mặn đã đóng vai trò quan trọng cho sự thành tạo và
phát triển địa hình ở đây. Mặt khác do hoạt động giao thông thuỷ, quai đê lấn biển,
khai thác tài nguyên thiên nhiên ở vùng cửa sông của con người cũng làm cho động
lực phát triển của địa hình khu vực nghiên cứu thêm phức tạp. Bờ biển ven bờ Hải
Phòng có dạng đường cong lõm của bờ tây vịnh Bắc Bộ, thấp và khá bằng phẳng,
cấu tạo chủ yếu là bùn cát do năm cửa sông đổ ra. Địa hình vùng cửa sông ven biển
Hải Phòng có độ sâu không lớn, độ dốc nhỏ. Bề mặt đáy biển được cấu tạo bởi các
thành phần hạt mịn, có nhiều lạch sâu vốn là những lòng sông cũ nay dùng làm
luồng lạch ra vào của tàu thuyền (Trần Đức Thạnh, 2001).

Hình 3. Khu vực cửa sông ven biển Hải Phòng
Đối với hình thái địa hình ven bờ: thì trường độ sâu ven bờ là một trong
những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến các điều kiện thủy động lực khu vực. Trong
Luận văn, học viên đã số hóa số liệu độ sâu và đường bờ của khu vực cửa sông ven
biển Hải Phòng từ các từ các bản đồ địa hình UTM VN 2000 tỷ lệ 1:50000 và 1:25
000 do Cục Đo đạc Bản đồ xuấtt bản năm 2005 và bổ xung thêm một số số liệu độ
12

sâu đo đạc trong những năm gần đây. Đối với hình thái địa hình hướng ra biển phía
ngoài, sử dụng cơ sở dữ liệu Etopo (Noaa-National Oceanic and Atmospheric
Administration) và số liệu địa hình với độ phân dải 0.5 phút Gebco-1/8 (General
Bathymetric Chart of the Ocean) cung cấp bởi Trung tâm tư liệu Hải dương học
Vương quốc Anh (British Oceanographic Data Centre-BODC) được xử lý từ ảnh vệ
tinh kết hợp với các số liệu đo sâu.

Hình 4. Số hóa trường độ sâu bao quanh khu vực nghiên cứu
2.2 Đặc điểm khí hậu, khí tượng
2.2.1 Nhiệt độ không khí
Chế độ nhiệt trong vùng nghiên cứu chịu ảnh hưởng rõ rệt của hai hệ thống
gió mùa: gió mùa đông bắc khô lạnh, gió mùa tây nam nóng ẩm. Nhiệt độ không
khí trung bình năm dao động trong khoảng 22,5-23,5
o
C. Mùa hạ nóng, nền nhiệt độ
trung bình đạt trên 25
o
C kéo dài từ tháng 5 đến tháng 9, nhiệt độ cao nhất có thể đạt
35
o
C-40
o
C, thường xuất hiện vào tháng 7. Mùa đông lạnh, nền nhiệt độ hạ xuống
dưới 20
o
C kéo dài từ tháng 11 năm trước đến tháng 3 năm sau.
13

Trong mùa đông, khu vực này chịu ảnh hưởng của các đợt gió mùa đông bắc,
nhiệt độ trung bình 18-20
o
C, nhiệt độ thấp nhất có thể xuống dưới 10
o
C.

Hình 5. Nhiệt độ khí trung bình tháng từ năm 1990-2007, Hòn Dấu
Do sự luân phiên tranh chấp của các khối không khí có bản chất khác nhau

nên thời tiết và khí hậu khu vực Hải Phòng thường xuyên biến động, được thể hiện
qua biến động của nhiệt độ không khí. Khi khối không khí lạnh tràn về, nhiệt độ sau
24 giờ có thể giảm từ 8-10
o
C, gây ra rét lạnh đột ngột. Mặt khác, khi áp thấp nóng
phía tây xâm lấn mạnh thì xuất hiện gió tây nam và thời tiết khô nóng, nhiệt độ
trung bình đạt tới 30-32
o
C, cao nhất có thể đạt 37-40
o
C. Dải nhiệt độ trung bình
tháng khu vực nằm trong khoảng 17
o
C đến 30
o
C. Sự biến đổi nhiệt độ không khí
được thể hiện qua số liệu trung bình tháng (hình 5) từ năm 1990 kéo dài đến năm
2007, biến trình nhiệt tuân theo quá trình nhiệt, đạt các giá trị lớn rơi vào các: tháng
6 (29
o
C), tháng 7 (29.1
o
C ), tháng 8 (28.7
o
C). Thấp hơn vào các tháng cuối năm và
đầu năm: tháng 1 (17.5
o
C), tháng 2 (18.0
o
C). Trong các năm gần đây, xu thế nhiệt

độ khí theo các tháng được thể hiện qua hình H6. Đặc trưng nhiệt từng tháng trong
ba năm 2005, 2006, 2007 vẫn tuân theo quy trình nhiệt, không có điểm dị thường.
Trung bình nhiệt tháng các năm khá tương đồng, trong năm 2005 là 23.9
o
C, năm
2006: 24.5
o
C, năm 2007: 24.4
o
C. Nhiệt cao nhất rơi vào tháng 7, tháng 8 có giá trị
xấp xỉ 30
o
C; thấp nhất vào tháng 1: 17.3
o
C vào năm 2007. Nhiệt độ không khí độ
trung bình năm ở khu vực Cát Bà vào khoảng 23,8
0
C, cực đại 37,8
0
C, cực tiểu
6,9
0
C. Về mùa đông, nhiệt độ trung bình dưới 20
0
C kéo dài từ tháng 3-1, thấp nhất
14

tháng 1, trung bình 15-17
0
C, thậm chí 4-7

0
C. Về mùa hè, nhiệt độ trung bình trên
25
0
C kéo dài từ tháng 5-9, cao nhất tháng 7 (28,5
0
C), có khi 33-37
0
C (Phạm Hải
An, 2009 [1]).

Hình 6. Xu thế nhiệt không khí theo tháng, tại Hòn Dấu
2.2.2 Bức xạ
Phạm vi khu vực Hòn Dáu, tổng lượng bức xạ năm và trung bình tháng trong
các năm 1997-2007 được thể hiện qua hình H7, cho thấy sự phù hợp giữa yếu tố
trung bình tháng và tổng lượng bức xạ năm. Tổng lượng bức xạ cao vào các năm
1997 (1226kwh/m
2
, trung bình tháng là 102kwh/m
2
), năm 1998 (1227kwh/m
2
, trung
bình tháng có giá trị 102kwh/m
2
). Thấp vào các năm 2006: 961kwh/m
2
- trung bình
tháng 80kwh/m2, năm 2007: 979kwh/m
2

- trung bình tháng 82kwh/m
2
. Xu thế tổng
lượng bức xạ cũng như lượng bức xạ trung bình tháng có chiều hướng giảm từ năm
1997 cho đến năm 2007. Trong năm 2007, lượng bức xạ trung bình tháng được biểu
diễn qua hình H8, tại đây tổng lượng bức xạ biến đổi phù hợp với biến trình nhiệt
khí. Khi đó tổng lượng trung bình tháng cao vào tháng 6: 119kwh/m
2
, tháng 7:
120kwh/m
2
. Giảm vào các tháng cuối và các đầu năm, với giá trị xấp xỉ là
65kwh/m
2
. Tháng 1: tổng lượng bức xạ trung bình tháng là 61kwh/m
2
, tháng 2 tổng
lượng bức xạ trung bình tháng là 52kwh/m
2
. Hàng năm có khoảng 1.600-1.900 giờ
nắng. Vào các tháng 5-7 nắng nhiều, tháng 2 và 3 ít nhất. Số giờ nắng trung bình
tháng 160-180 giờ vào tháng 5-9. Tổng lượng bức xạ cả năm 105-115 Kcal/cm
2
, cao
nhất vào các tháng 5-8, thấp nhất vào tháng 2.