Báo cáo " Mô phỏng lan truyền dầu trong sự cố tràn dầu trên vịnh Bắc Bộ bằng mô hình số trị " pot

Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 29, Số 1S (2013) 168-178

168
Mô phỏng lan truyền dầu trong sự cố tràn dầu
trên vịnh Bắc Bộ bằng mô hình số trị
Nguyễn Quốc Trinh
1
, Nguyễn Minh Huấn
2,
*, Phùng Đăng Hiếu
3
, Dư Văn Toán
3

1
Trung tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Trung ương, 4 Đặng Thái Thân, Hà Nội, Việt Nam
2
Khoa Khí tượng Thủy văn và Hải dương học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN,
334 Nguyễn Trãi, Hà Nội, Việt Nam
3
Viện Nghiên cứu Quản lý Biển và Hải đảo, 125 Trung Kính, Hà Nội, Việt Nam

Nhận ngày 01 tháng 4 năm 2013
Chấp nhận xuất bản ngày 29 tháng 4 năm 2013
Tóm tắt. Tràn dầu là một trong những sự cố gây tác động môi trường nghiêm trọng nhất, dầu tràn
có thể gây ô nhiễm tại những khu vực rộng lớn, gây thiệt hại cả về kinh tế và môi trường. Vì vậy,
vấn đề nghiên cứu tính toán mô phỏng quá trình lan truyền dầu sau khi xảy ra các sự cố tràn dầu
trên biển để đề ra các phương án ứng cứu thích hợp là rất cần thiết. Một mô hình tràn dầu được
chúng tôi nghiên cứu và phát triển, trong mô hình này, dầu được phân chia làm hai lớp: lớp dầu
trên mặt và lớp dầu dưới mặt. Quá trình trao đổi dầu giữa lớp mặt và lớp dưới mặt cũng như quá
trình trao đổi dầu giữa lớp dưới mặt và đáy biển được mô phỏng chi tiết. Mô hình tràn dầu đã được

áp dụng thử nghiệm để mô phỏng một số kịch bản lan truyền dầu trên vịnh Bắc Bộ.
Từ khóa: tràn dầu, mô hình tràn dầu hai lớp, vịnh Bắc Bộ.
1. Mở đầu


Tràn dầu luôn là một trong những sự cố gây
tác động môi trường nghiêm trọng nhất, dầu
tràn có thể gây ô nhiễm tại những khu vực rộng
lớn, gây thiệt hại cả về kinh tế và môi trường.
Vì vậy, vấn đề nghiên cứu tính toán mô phỏng
quá trình lan truyền dầu sau khi xảy ra các sự
cố tràn dầu trên biển để đề ra các phương án
ứng cứu thích hợp là rất cần thiết.
Lớp các bài toán mô phỏng quá trình tràn
dầu trên biển hiện nay có thể phân biệt làm hai
_______

Tác giả liên hệ. ĐT: 84-913571080
E-mail:
loại. Loại thứ nhất là mô phỏng hai chiều theo
phương ngang với ưu điểm là thời gian tính
toán ngắn và không yêu cầu năng lực tính toán
lớn, tuy nhiên, mô hình dạng này không tính
toán được quá trình nhũ tương hoá dầu với độ
chính xác cao, quá trình hoà tan dầu vào trong
nước và quá trình nổi của dầu đã hoà tan lên
mặt nước, tức là quá trình trao đổi dầu giữa các
lớp nước mặt và các lớp nước dưới mặt. Loại
thứ hai là mô phỏng ba chiều có thể mô phỏng
tất cả các quá trình lan truyền dầu, đặc biệt là

quá trình hoà tan, lắng đọng và trao đổi dầu
giữa các lớp nước, các mô hình loại này yêu
cầu cần phải có phân bố vận tốc dòng chảy 3
N.Q. Trinh và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 29, Số 1S (2013) 168-178

169
chiều do đó yêu cầu kỹ thuật lập trình phức tạp,
bộ nhớ máy tính lớn và thời gian tính toán dài.
Để khắc phục một phần các yếu điểm của
hai loại mô hình nêu trên, chúng tôi nghiên cứu
và phát triển một mô hình mô phỏng quá trình
tràn dầu, trong mô hình này dầu được phân chia
làm hai lớp: lớp dầu trên mặt và lớp dầu dưới
mặt. Lớp dầu dưới mặt được xem là có độ dày
10m. Quá trình trao đổi dầu giữa lớp mặt và lớp
dưới mặt cũng như quá trình trao đổi dầu giữa
lớp dưới mặt và đáy biển được mô phỏng chi
tiết. Ngoài ra, các quá trình khác ảnh hưởng tới
quá trình lan truyền dầu như gió, nhiệt độ và
dòng chảy cũng được tính đến thông qua kết
quả của các hệ thống mô hình khác.
Mô hình tràn dầu đã được áp dụng để mô
phỏng một số kịch bản lan truyền dầu trên vịnh
Bắc Bộ do vịnh Bắc Bộ là khu vực có nhiều hệ
thống cảng biển của Việt Nam và Trung Quốc,
tuyến hàng hải chính ở giữa vịnh với các nhánh
rẽ về phía các cảng. Bên cạnh đó, thời tiết ở
vịnh bị ảnh hưởng gió mùa mạnh, hiện tượng
sương mù thời kỳ giao mùa lớn và dày đặc làm
giảm tầm nhìn đáng kể, hiện tượng áp thấp

nhiệt đới và bão có tần suất cao [1]. Do vậy,
khả năng nguy cơ tai nạn tàu biển và sự cố tràn
dầu là rất lớn. Hơn nữa, ở vịnh Bắc Bộ có nhiều
khu vực bảo tồn sinh thái và đa dạng sinh học,
có nhiều khu du lịch, nghỉ mát và các bãi biển
đẹp, môi trường và các hoạt động sẽ bị ảnh
hưởng nếu xảy ra sự cố tràn dầu.
2. Cơ sở lý thuyết của mô hình
2.1. Mô hình lan truyền dầu
2.1.1. Các phương trình bình lưu và
khuyếch tán dầu
Sự cố tràn dầu ở các vùng cửa sông và ven
bờ chủ yếu 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 milimét
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 bám 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:
   
 
y,xDSCSCCCv
y
C
K
yx
C
K
x
Cv
y
Cu
xt
C
s
dsessvb
s
y
s
x
ssss
s






































(1)

ở đây: x, y và t là biến không gian và thời
gian; C
s
là mật độ dầu trên một đơn vị bề mặt
nước; C
v
là mật độ thể tích dầu dạng lơ lửng
trong lớp nước có dầu hòa tan; u
s
và v
s
là thành
phần vận tốc theo trục x và y; K
x

và K
y
là hệ số
khuếch tán dầu theo các trục x và y;  là hệ số
thể hiện xác suất để dầu hòa tan trong nước nổi
lên mặt nước; v
b
là tốc độ nổi của dầu trong lớp
nước lơ lửng;  là hệ số mô tả tốc độ dầu tại bề
mặt được phân tán hoà tan trong cột nước; S
d

và
S
e
là tốc độ phân huỷ và bốc hơi trên một đơn vị
diện tích của bề mặt dầu loang; D
s

là tốc độ
lắng đọng và tái khuếch tán của dầu tại đường
bờ.
N.Q. Trinh và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 29, Số 1S (2013) 168-178

170
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:
   
vvbs
v
y
v
x
vvv
CCvC
y
C
HK
yx
C
HK

x
y
HvC
x
HuC
t
HC



































(2)
ở đây: C
v
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 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.
2.1.2. Các quá trình vận chuyển dầu, vết
dầu loang và phân huỷ dầu
Ngoài trực tiếp hòa tan vào trong khối
nước, quá trình lan toả dầu dưới dạng vết dầu
loang bao phủ một diện tích lớn của bề mặt
nước và dầu có thể được di chuyển bởi gió,
sóng bề mặt và dòng chảy. Các quá trình vật lý

và hoá học khá phức tạp xảy ra khi vết dầu di
chuyển được mô tả chi tiết dưới đây.
a. 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 tác động của vận tốc gió và
dòng chảy trung bình như sau
 
ccwwss
VVvuV

,
(3)
ở đây: V
w
là vận tốc gió tại độ cao 10m trên
mặt nước; V
c
là vận tốc dòng chảy trung bình;

w
là hệ số trôi của gió, thường được chọn bằng
0,3;

c
là hệ số trôi của dòng chảy, thường được
chọn bằng 1,1 (Stolzenbach và cs, 1977) [2].

b. 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 0,15m
2
/s (gần bờ) tới
0,6m
2
/s (trong cửa sông hẹp với vận tốc dòng
chảy khá đáng kể) (Fischer et al, 1979) [3].
c. Sự loang 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) [4]. 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 [m] khu vực dầu
loang
R
được tính như sau:
 

25.0
2
14.1 gVtR 
(4)
Pha thứ hai: trọng lực và lực nhớt giữ vai
trò chủ đạo

 
167.0
5.05.12
/98.0

tgVR 
(5)
Pha thứ ba: sức căng mặt ngoài và lực nhớt
giữ vai trò chủ đạo

  
25.0
232
/6.1
w
tR


(6)
Pha cuối, cân bằng

 
5.0

75.05
14159.3/10 VR 
(7)
N.Q. Trinh và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 29, Số 1S (2013) 168-178

171
với  = (ρ
w
– ρ
o
)/ρ
w
là tỷ số mật độ tương đối;
ρ
w
là mật độ của nước; ρ
o
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.
d. Sự đọng 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:
V
2
=V

1
e
-k(t2-t1)
(8)
trong đó: V
1
và V
2
là thể tích của dầu trên
bãi biển trong thời gian t1 và t2 (tính bằng
ngày); k = (-ln(1/2))/ là hệ số suy giảm; với 
là chu kỳ bán phân rã. Giá trị của hệ số suy
giảm k thay đổi từ 0.001 - 0.01 đối với đầm lầy
tới 0.99 đối với bờ biển đá trong điều kiện sóng
nhẹ.
e. 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 Mackey và cs (1980) [5]
như sau :
(9)
1
lnln
1


















o
eo
P
tCKP
C
F

với: E = K
e
t là số hạng lộ bay hơi, phụ thuộc
vào thời gian và các điều kiện môi trường;
ome
RTVAvKK /
(10)
K
m
= 0.0025V
w
0.78

là hệ số trao đổi vật chất,
m/s; A là diện tích vết dầu m
2
; ν là thể tích phân
tử, m3/mol; R = 82.06 x 10
-6
là hằng số khí, atm
m3/(mol K); T là nhiệt độ tuyệt đối của dầu, có
thể lấy bằng nhiệt độ nước biển; V
o
là thể tích
dầu tràn ban đầu, m
3
;
Áp suất hơi ban đầu P
o
tính bằng atm tại
nhiệt độ T
e
được tính như sau
ln P
o
= 10.6 (1 – T
o
/T
e
) (11)
trong đó T
o
là nhiệt độ sôi ban đầu của dầu, tính

bằng độ Kelvin ;
Đối với dầu thô
1435.1
9.1158

 APIC
(12)
43
2
00026040034390
5651275306542
API.API.
API.API T
o


(13)
với API là chỉ số dầu, được tính theo khối
lượng riêng của dầu theo công thức
ρ
o
= 141.5 / (API + 131.5)

(14)
Thể tích phân tử của dầu được tính từ trọng
lượng phân tử của dầu, giá trị biến đổi trong
khoảng từ 150.10
-6
tới 600.10
-6

, tuỳ thuộc vào
thành phần dầu. Với dầu đốt, giá trị này nằm
trong khoảng 200.10
-6
m
3
/mol.
f. Các quá trình hòa tan và lắng đọng
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 (Cohen và cs (1980))
[6].
g. Ảnh hưởng của sóng tới quá trình hoà
tan dầu
Sóng có ảnh hưởng rất mạnh 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.
2.2. Mô hình dòng chảy hai chiều
N.Q. Trinh và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 29, Số 1S (2013) 168-178

172
Mô hình mô phỏng dòng chảy hai chiều
được xây dựng dựa trên việc giải hệ phương
trình chuyển động 2 chiều lấy tích phân theo độ
sâu của dòng chảy (phương trình Sain -
Vernant). Trong mô hình này, có tính đến ảnh
hưởng của gió và thủy triều tới dòng chảy.
Trong trường hợp này, hệ phương trình vi phân
cho cho dòng chảy như sau:
Phương trình liên tục:
0








ty
q
x
q
y
x

(15)
Hệ phương trình chuyển động:

trong đó q
x
, q
y
tương ứng là lưu lượng dòng
chảy trên 1 đơn vị chiều rộng, tính từ đáy lên
đến mặt và vuông góc với x, y; η - dao động
mặt nước so với mực chuẩn (mực “0”); t - thời
gian; d - độ sâu; g - là gia tốc trọng trường; f –
tham số Coriolis; ν
th
– hệ số nhớt rối ngang; n -
độ nhám thuỷ lực; U
w
, V
w
- thành phần vận tốc
gió theo trục x và y; và C
z
- hệ số ma sát gió.
Theo số liệu thực nghiệm, hệ số ma sát gió
có thay đổi trong khoảng lớn từ 3.10
4
đến 5.10
-3

và là hàm phụ thuộc vào tốc độ gió. Garrat
(1977) [7] đã tổng hợp rất nhiều kết quả nghiên
cứu về hệ số ma sát gió trên các đại dương và

cho rằng đối với vận tốc gió nằm trong khoảng
từ 4m/s đến 21 m/s thì C
10
có thể được xấp xỉ
bằng hàm mũ như sau:
46.03
10
1051.0
w
VC


(18)
hoặc theo dạng tuyến tính:
 
3
10
10


w
bVaC
(19)
trong đó a = 0,75, b = 0,067 và V
w
là vận tốc
gió tại độ cao 10m so với mặt nước biển. Theo
các báo cáo của nhiều nhà khoa học khác thì giá
trị của a và b nằm trong khoảng 0 < a < 1,18 và
0,016 < b < 0.100 (Krylov và nnk, 1986) []. Wu

(1982) [8] cũng chỉ ra rằng công thức (19) với
a = 0,8 và b = 0,065 phù hợp với tất cả các số
trong toàn bộ phạm vi vận tốc gió, thậm chí còn
sử dụng được cho cả gió trong bão.
Trong thực tế, hệ số ma sát gió không chỉ
phụ thuộc vào tốc độ gió mà còn phụ thuộc
những điều kiện ổn định khí quyển gần bề mặt,
độ sâu nước v.v. Tuy nhiên, trong những điều
kiện nghiên cứu ở đây có thể cho rằng những
ảnh hưởng này là không đáng kể và do vậy giá
trị của hệ số ma sát gió tính theo biểu thức (19)
với các hệ số do Wu (1982) [8] đề nghị đã được
lựa chọn.
Trên thực tế, hệ số nhớt rối ngang ν
th
có thể
được xác định theo độ sâu nước và vận tốc
dòng chảy. Tuy nhiên, sẽ bị mất thêm nhiều
thời gian tính mà kết quả thay đổi không đáng
kể, nên trong khi thực hiện tính toán chúng tôi
lấy giá trị ν
th
= 0,1 m
2
/s. Giá trị này nói chung
nhỏ hơn giá trị hệ số nhớt rối ngang ở vùng gần
bờ, nhưng thích hợp cho việc sử dụng mô hình
tích phân dòng chảy theo độ sâu.
2.3. Mô hình khí tượng – HRM
Mô hình dự báo thời tiết HRM được phát

triển tại Cục Khí tượng Đức DWD. HRM là mô
hình dự báo thời tiết khu vực, thủy tĩnh, mô
phỏng được những quá trình diễn biến động lực
và vật lý khí quyển nằm trên thang quy mô vừa
α và β. Hiện tại trên thế giới có khoảng hai
(16)
(17)
N.Q. Trinh và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 29, Số 1S (2013) 168-178

173
mươi nước đang sử dụng mô hình này trong
nghiệp vụ. Trong hợp tác khoa học giữa Đức và
Việt Nam, HRM được đưa vào chạy đầu tiên tại
Đại học Quốc gia Hà Nội (Kiều Thị Xin 2002)
và được chuyển giao chạy nghiệp vụ tại Trung
tâm Dự báo Khí tượng Thủy văn Trung ương
NCHMF từ năm 2002.
Hệ phương trình HRM sử dụng được viết
trên hệ tọa độ kinh vĩ địa lý theo phương ngang
và hệ tọa độ lai theo phương đứng (λ,φ,η).
Các bộ số liệu gồm những phần sau:
- Bộ dữ liệu địa lý cho bất kì vùng nào trên
thế giới với kích thước có thể từ 30km đến 5km
- Bộ chương trình gme2hrm để nội suy số
liệu dự báo của mô hình toàn cầu GME của
DWD về lưới của HRM.
- Bộ chương trình đọc mã GRIB1 các
trường dự báo của HRM và cung cấp giao diện
đồ họa GRADS và VIS5D
Mô hình HRM chạy dự báo cho ra kết quả

của áp suất bề mặt p
s
, nhiệt độ T, hơi nước q
v
,
lượng nước mây q
c
, lượng băng mây q
i
, các
thành phần gió ngang u,v và một vài thông số
bề mặt đất. Ngoài ra mô hình còn cho ra các kết
quả chẩn đoán với các biến tốc độ thẳng đứng
ω, địa thế vị Φ, độ phủ mây clc, độ khuyếch tán
tkvm/h. Các biến này có trong hệ phương trình
của mô hình.
3. Điều kiện biên và điều kiện ban đầu
Tại các điểm trên biên ngoài khơi, giá trị
mực nước được dựa trên hằng số điều hòa trên
biên của 08 sóng chính O1, K1,M2, S2, P1, Q1,
K2 và N2. Tại các biên trên mặt là trường gió
sản phẩm gió từ mô hình HRM. Gradient của
nồng độ dầu được cho bằng 0 tại các biên hở
ngoài khơi. Điều kiện biên trượt được áp dụng
cho tất cả biên cứng. Điều kiện ban đầu là độ
dày của lớp dầu tại điểm tràn dầu được tính
theo số lượng dầu thoát ra khỏi tàu ngay sau khi
có sự cố.
4. Sơ đồ sai phân và lời giải số trị
Hệ phương trình được rời rạc hoá bằng một

sơ đồ sai phân hữu hạn tiến theo hướng từ ngoài
khơi vào bờ và ẩn theo hướng song song với bờ
trên một lưới hình chữ nhật với mực nước, nồng
độ dầu được tính tại trung tâm ô, các véc tơ
thành phần của vận tốc dòng chảy được tính tại
các biên của ô lưới. Với sơ đồ sai phân này,
bước thời gian được chọn theo điều kiện ổn
định Crank - Frich – Lewy.
5. Một số thông tin về đầu vào và kết quả mô
phỏng
Phạm vi miền tính của mô hình
Phạm vi vùng tính của mô hình lan truyền
dầu bao gồm các vùng nước của vịnh Bắc Bộ
giới hạn trong khoảng từ 105,5-110,0 độ kinh
Đông và trong khoảng từ 17,0 – 22,0 độ vĩ Bắc.
Miền tính có kích thước khoảng 500 km
theo chiều tây - đông và 560 km theo chiều
nam- bắc, với diện tích mặt nước bao phủ toàn
bộ vùng biển vịnh Bắc Bộ được chia thành
271x301 ô lưới, kích thước khoảng 1852m
x1852m.
Thời gian tính toán
Mô hình thủy động lực khu vực vịnh Bắc
Bộ được thiết lập và tính toán với các kịch bản
khác nhau trong các tháng 1 và 2, tháng 4 và 5,
tháng 7 và 8, và tháng 10 trong năm 2010 tương
ứng với các mùa đặc trưng đông, xuân, hạ và thu.
Số liệu đầu vào
N.Q. Trinh và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 29, Số 1S (2013) 168-178

174
Số liệu khí tượng làm đầu vào là kết quả dự
báo của mô hình khi tượng HRM với trường gió
bao phủ toàn bộ vịnh Bắc bộ với thời gian giữa
các trường số liệu là 3 giờ.
Số liệu hải văn làm đầu vào là bộ hằng số
điều hòa của 08 sóng chính O1, K1,M2, S2, P1,
Q1, K2 và N2.
Số liệu dầu tràn
Vị trí xảy ra sự cố giả định được xác định
cho khu vực với các vị trí nằm trên tuyến hàng
hải quốc tế. Hàm lượng dầu tràn ra khi có sự cố
được xác định dựa trên những cơ sở và dữ liệu
đã có bằng 0,7% tải trọng dầu của con tàu. Khu
vực này có mật độ tàu hoạt động và neo đậu
khá phức tạp cho nên nhóm tác giả đã lựa chọn
lượng dầu tràn ra trên 10 điểm là 500 tấn với
thời gian tràn liên tục trong 10 giờ.

Hình 1. Bản đồ vị trí sự cố tràn dầu giả định trên khu
vực vịnh Bắc Bộ.



a1 Trường gió dự báo sau 12 giờ.
a2 Trường dòng chảy- mực nước dự
báo sau 12 giờ.
a3 Trường dầu dự báo sau 12 giờ.
Hình 2. Bản đồ các trường gió, dòng chảy mực nước và dầu dự báo từ 0 giờ ngày 01/10/2010.
N.Q. Trinh và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 29, Số 1S (2013) 168-178

175



b1. Trường gió dự báo sau 24 giờ.
b2. Trường dòng chảy - mực nước
dự báo sau 24 giờ.
b3. Trường dầu dự báo sau 24 giờ.
Hình 3. Bản đồ các trường gió, dòng chảy mực nước và dầu dự báo từ 0 giờ ngày 02/10/2010.



c1. Trường gió dự báo sau 72 giờ
c2. Trường dòng chảy - mực nước
dự báo sau 72 giờ
c3. Trường dầu dự báo sau 72 giờ
Hình 4. Bản đồ các trường gió, dòng chảy mực nước và dầu dự báo từ 0 giờ ngày 04/10/2010.



c1. Trường gió dự báo sau 72 giờ
c2.Trường dòng chảy - mực nước
dự báo sau 72 giờ
c3. Trường dầu dự báo sau 72 giờ
Hình 5. Bản đồ các trường gió, dòng chảy mực nước và dầu dự báo từ 0 giờ ngày 05/10/2010.
N.Q. Trinh và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 29, Số 1S (2013) 168-178

176

b1. Trường gió dự báo sau 24 giờ.
b2. Trường dòng chảy - mực nước
dự báo sau 24 giờ.
b3. Trường dầu dự báo sau 24 giờ
Hình 6. Bản đồ các trường gió, dòng chảy mực nước và dầu dự báo từ 0 giờ ngày 07/10/2010.



b1. Trường gió dự báo sau 24 giờ
b2. Trường dòng chảy - mực nước
dự báo sau 24 giờ
b3. Trường dầu dự báo sau 24 giờ
Hình 7. Bản đồ các trường gió, dòng chảy mực nước và dầu dự báo từ 0 giờ ngày 08/10/2010.



c1. Trường gió dự báo sau 72 giờ
c2. Trường dòng chảy - mực nước
dự báo sau 72 giờ
c3. Trường dầu dự báo sau 72 giờ
Hình 8. Bản đồ các trường gió, dòng chảy mực nước và dầu dự báo từ 0 giờ ngày 10/10/2010.
N.Q. Trinh và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 29, Số 1S (2013) 168-178

177



a. Tháng 1 b. Tháng 2

a. tháng 4
b. tháng 5


c. Tháng 8
d. Tháng 10
Hình 9. Các bản đồ về lượng dầu tràn cực đại đồng thời tại tất các kịch bản theo từng tháng
N.Q. Trinh và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 29, Số 1S (2013) 168-178

178
(tháng 1, 2, 4, 5, 8 và 10) trong năm 2010 trên vịnh Bắc Bộ.
Nhìn chung, khi sự cố tràn dầu xảy ra sẽ
gây ô nhiễm cho vùng biển, mức độ ảnh hưởng
sẽ phụ thuộc vào tổng lượng, thời gian và thời
điểm tràn dầu. Theo các kịch bản mô phỏng đã
được thực hiện vào thời điểm gió mùa đông bắc
(tháng 12, tháng 1 và tháng 2) thì nguy cơ ảnh
hưởng của dầu tràn đến vùng biển từ Nghệ An
đến Quảng Trị là khá cao với nồng độ dầu vượt
xa mức tiêu chuẩn hàng chục lần. Thời kỳ đổi
mùa (tháng 4 và tháng 5) dầu tràn có nguy cơ
ảnh hưởng đến vùng biển từ Quảng Ninh đến
Hà Tĩnh. Thời kỳ chính mùa mưa bão (tháng 7
và tháng 8) dầu tràn có nguy cơ ảnh hưởng đến
vùng biển từ Quảng Ninh đến Thanh Hóa. Còn
thời kỳ đổi mùa từ hè sang đông (tháng 10) thì
thời kỳ này thường có gió yếu và hướng chủ
đạo là tây nam - tây bắc nên nguy cơ ảnh hưởng

đến vùng ven biển vịnh Bắc Bộ của nước ta là
thấp.
Để có thể áp dụng tính toán phục vụ thực tế,
mô hình này cần phải được kiểm chứng với các
số liệu đo đạc hiện trường của các sự cố đã xảy
ra trong quá khứ. Tuy nhiên, các số liệu dạng
này ở Việt Nam rất khan hiếm nên việc kiểm
chứng mô hình hiện tại chưa thực hiện được.
Trong tương lai, dự kiến sẽ tiến hành thu thập
các số liệu trong nước và nước ngoài để kiểm
chứng đánh giá và hiệu chỉnh mô hình.
Tài liệu tham khảo
[1] Trung tâm Khí tượng Thuỷ văn Biển. Sổ tra cứu
các đặc trưng khí tượng thuỷ văn vùng thềm lục
địa Việt Nam, Nhà xuất bản Nông nghiệp, Hà Nội,
2000.
[2] Stolzenbach, K. D., O. S. Madsen, E. E. Adams,
A. M. Pollak and C. K. Cooper, 1977: Review and
evaluation of basic techniques for predicting the
behaviour of surface oil slicks. Rep.
Massachusetts Inst. Technol., Dep. Civil Engng.
N°. 222, 315 pp. [unpubl. Manuscript]
[3] Fischer, H.B., E.J. List, R.C.Y. Koh, J. Imberger,
and N.H. Brooks Mixing in inland and coastal
water, Academic Press, 1979
[4] Yapa, P.D., Oil Spill Processes and Model
Development. Journal of Advanced Marine
Technology , 1994, 11, 1-22.
[5] Mackay, D., I.A. Buist, R. Mascarenhas and S.
Paterson (1980) Oil spill processes and models.

Dept. Chem. Eng., Univ. Toronto, Ontario. Env.
Protec. Service Pub. No. EE-8.
[6] Cohen, Y., D. Mackay and W.Y. Shiu, Mass
Transfer Rates Between Oil Slicks and Water. The
Canadian Journal of Chemical Engineering. Vol.
58. 1980.
[7] Garrat, J.R. Review of drag coefficients over
oceans and continents. Monthly Weather Review,
105, 915-929. 1977
[8] Wu J. Wind stress coefficients over sea surface
from breeze to hurricane. J. Geoph. Res., 87, 1982
9704-9706.

Oil spill spread simulating in the gulf of Tonkin
by the numerical model
N.Q. Trinh và nnk. / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ 29, Số 1S (2013) 168-178

194
Nguyen Quoc Trinh
1
, Nguyen Minh Huan
2
, Phung Dang Hieu
3
, Du Van Toan
3

1
National Centre for Hydro-Meteorological Forecasting, No 4 Dang Thai Than Str., Hanoi, Vietnam
2

Faculty of Hydro-Meteorology and Oceanography, VNU University of Science,
No 334 Nguyen Trai Str., Hanoi, Vietnam
3
Institute for Marine and Island Research and Management, No 125 Trung Kinh Str., Hanoi, Vietnam

Oil spill is one of the most serious problems that have severe impact on the environment. Oil spill
can contaminate large areas, cause great damage in terms of both economy and environment. So the
simulation of the oil spread after the incident occurs on the sea to set out appropriate rescue plans is
necessary. An oil spill modeling has been researched and developed, in this model the oil is divided
into two layers: surface layer and below surface layer. Exchange processes between the surface layer
and the below surface layer of the oil as well as the exchange of oil between the layers below the
surface and the seabed is modeled in detail. Oil spill model was applied to simulate some test
scenarios of oil spread in the Gulf of Tonkin.
Keywords: oil spill, two layers oil spill model, the Gulf of Tonkin.