Báo cáo tổng kết nhiệm vụ thực thi mô hình dự báo sự cố tràn dầu trên biển Đôn

TỎNG CỤC MÔI TRƯỜNG
CỤC KIÊM SOÁT Ô NHIỄM
Nhiêm vu
Điều tra, đánh giá và dự' bảo sự cố tràn dầu
gây tồn thương môi trường biển; đề xuất các giải pháp phòng ngừa và ứng phó
BÁO CÁO TỔNG KÉT NHIỆM vụ THỰC THI MÔ HÌNH
■ ■ ■
Dư BÁO Sự CỐ TRÀN DẦU TRÊN BIẺN ĐÔNG
Đon vị chủ trì : Tông cục Môi trưòng
Đon vị thực hiện : Cục Kiểm soát ô nhiễm
Đon vị phối hợp : Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Môi trưòng
Hà Nội, 12/20
MỤC LỤC
I. GIỚI THIỆU CHUNG 2
II. TỒNG ỌUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN c ứ u VẺ MÔ HÌNH D ự BÁO LAN
TRUYỀN Ô NHIẺM DẦU 3
III. ĐIỀU KIỆN T ự NHIÊN KHU v ự c B1ÉN ĐÔNG
23
3.1. Đặc điêm địa hình khu vực biên Đông
23
3.2. Đặc điêm khí hậu khu vực biên Đông 24
IV. NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG MỒ HÌNH MIKE D ự BÁO Ô NHIẺM
DẦU TRÊN BIÉN ĐÔNG

Error! Bookmark not defined.
4.1. Cơ sơ lý thuyết của mô hình
39
4. ỉ. 1. Mô đun MIKE 21 H D 39
4.1.2. Mỏ đun MIKE 21 & MIKE 3 Particle/Spill Analysis

40

4.1.2.1. Quá trình bình lưu và khuêch tán 40
4.1.2.2. Quả trình lan truyền dầu 43
4.2. Điều kiện địa hình, miền tính và lưới tính 45
4.3. Điều kiện ban đầu và điều kiện biên của mô hình

47
4.4. Quá trình hiệu chỉnh và kiêm nghiệm thủy động lực trên biên Đông

47
4.4.1. Quá trình hiệu chỉnh Error! Bookmark not defined.
3.4.2. Quá trình kiếm nghiệm

Error! Bookmark not defined.
4.5. Một số kết quả tính toán, dự báo ô nhiễm dầu trên biển Đông

50
4.6. Mô phỏng thử nghiệm quá trình lan truyền dầu tại cửa Định An

61
c. Mô phỏng quá trình lan truyền dầu tại cửa sông Hậu

107
V. KẾT LUẬN 100
I. GIỚI THIỆU CHUNG
•
Tốc độ tăng trương kinh tế lớn trong những năm gần đây đã làm gia tăng
rât mạnh lượng tiêu thụ xăng dâu. Sản lượng khai thác dâu thô toàn thê giới
khoảng 3 tỷ tấn 1 năm và nưa sô đó được vận chuyên bằng đường biên (Pavlo,
2003). Hậu quả là một lượng dầu rất lớn bị rò rỉ ra môi trường biến do hoạt động
cua các tàu và do các sự cố hư hỏng hay đẳm tàu chơ dầu, do sự cố tại lỗ khoan

thăm dò và dàn khoan khai thác dầu. Lịch sử thế giới đã ghi nhận hàng trăm vụ
ô nhiễm dâu trên biên.
Tại khu vực ngoài khơi và ven biển nước ta ô nhiềm dầu đã và đang xảy
ra ngày càng nhiêu hơn với mức độ ảnh hưởng ngày càng gia tăng và khu vực
chịu ảnh hưởng ngày càng rộng lớn. Trong khoảng thời gian 10 năm gần đây, đâ
có hơn 10 vụ tràn dầu gây ô nhiễm, ảnh hưởng rất lớn đến môi trường vùng cửa
sông và ven biển nước ta. Điển hình là vào ngày 3/10/1994, tàu Neptune Aries
(Singapore) đã va vào cầu cảng Cát Lái, làm tràn 1.700 tấn dầu; ngày 7/9/2001,
tàu Formosa One (Liberia) đụng vào tàu khác tại vịnh Gành Rái làm thoát ra
môi trường 900m’ dầu; ngày 6/2/2002, tàu Bạch Đằng Giang va vào đá tại Hải
Phòng, làm thoát ra 2.500m3 dầu. Trong mấy năm gần đây, cứ vào khoảng tháng
3, tháng 4 hàng năm là dầu lại trôi dạt vào gây ô nhiễm các khu vực biến miền
Trung. Đặc biệt từ ngày 29/1/2007 dầu bắt đầu xuất hiện và làm ô nhiễm bãi
biên Đà Nằng và Hội An. Sau đó, trong thời gian từ đầu tháng 2/2007 tới giữa
tháng 5/2007, ô nhiễm dầu đã ảnh hưởng đến 17 tỉnh, thành phố ven biền nước
ta, bao gồm Hải Phòng, Hà Tĩnh, Ọuảng Bình, Quảng Trị, Thừa Thiên - Huế, Đà
Nằng, Quảng Ngãi, Quảng Nam, Bình Định, Phú Yên, Khánh Hoà, Vũng Tàu -
Côn Đảo, Tiền Giang, Ben Tre, Trà Vinh, Sóc Trăng và Cà Mau. Lượng dầu
được thu gom từ các tỉnh trong cả nước tính từ ngày 29/1/2007 đến ngày
18/4/2007 là 1702 tấn, trong đó riêng tỉnh Quảng Nam là 855 tấn. Sự cố dầu trôi
dạt vào bờ biến là rất nghiêm trọng, lượng dầu trôi dạt lớn gây ảnh hưởng trên
diện rộng và chưa đánh giá được hết mức độ thiệt hại về kinh tế, xã hội và môi
trường. Nguồn gây ra ô nhiễm dầu trong sự cố này là chưa rõ ràng. Do tính chất
nghiêm trọng của sự cổ ô nhiễm dầu, Thủ tướng Chính Phủ đã chỉ đạo Bộ Tài
nguyên và Môi trường nghiên cứu xác định nguyên nhân gây ô nhiễm dầu. Hầu
hết các cơ quan liên quan thuộc Bộ Tài nguyên và Môi trường như Cục Bảo vệ
Môi trường, Viện Khoa học Khí tượng Thuỷ văn và Môi trường, Trung tâm Khí
tượng Thuỷ văn Quốc Gia, Trung tâm Viễn thám và một số cơ quan ngoài Bộ
Tài nguyên và Môi trường như Viện Vật lý Điện tử, Viện Khoa học và Công
nghệ Việt Nam, Trung tâm Nghiên cứu Phát triển an toàn và Môi trường Dầu

khí - Viện Dầu khí Việt Nam đã tham gia tính toán xác định nguyên nhân gây ô
2
nhiễm dầu dưới sự chỉ đạo của Tô công tác xác định nguyên nhân ô nhiễm dầu
do Thứ trướng Bộ Tài nguyên và Môi trường Phạm Khôi Nguyên đứng đầu.
Mặc dù đã có nhiều cố gắng nhưng công tác xác định nguyên nhân sự cố tràn
dầu cũng như nguồn ô nhiễm dầu vần chưa được triển khai đúng tiến độ và với
độ chính xác cần thiết. Cơ sở dữ liệu nhận dạng các mẫu dầu thô Việt Nam chưa
hoàn chinh nên gặp khó khăn rất nhiều trong việc xác định nguồn gôc dầu ô
nhiềm cho vùng biên nước ta từ mẫu dầu ô nhiễm thu được. Do chưa có các kết
quả phân tích thành phần các mẫu dầu thô đang được khai thác và vận chuyên
trên Biên Đông nên các mô hình so trị tính toán phong hoá dầu chỉ sử dụng các
số liệu giả định. Điều này hạn chế rất nhiều độ chính xác của các kết quả tính
toán quá trình biên đôi của dâu trên biên. Các mô hình tính toán, dự báo lan
truyền và biến đối của dầu ô nhiễm dầu chưa hoàn chỉnh nên chưa tính toán
được với độ chính xác cao quá trình lan truyền và biến đổi ô nhiễm dầu, làm cơ
sở để xác định nguồn ô nhiễm dầu.
Nằm trong khuân khổ Dự án: "Điều tra, đánh giá, dự báo nguy cơ sự cố
tràn dầu gây tồn thương môi trường biển. Đề xuất các giải pháp ứng phó" thuộc
dự án uĐiều tra, đánh giá mức độ tồn thương tài nguyên - môi trường, khí tượng
thuỷ văn Việt Nam; dự báo thiên tai, ô nhiễm môi trường tại các vùng biến; kiến
nghị các giải pháp bảo vệ”. Nhiệm vụ: “Nghiên cứu, ứng dụng mô hình tính toán,
dự báo ô nhiễm dầu trên biến Đông” là một nhiệm vụ rẩt quan trọng, nhiệm vụ
trọng tâm của nhiệm vụ này là nghiên cứu, xây dựng và ứng dụng được một số
mô hình số trị mô phỏng, dự báo quá trình lan truyền và biến đổi của dầu, trên
cơ sở đó đưa ra các biện pháp và kịch bản phục vụ công tác xử lý ô nhiễm và
giảm thiểu ảnh hưởng đến môi trường sinh thái và phát triển kinh tế xã hội.
II. TỐNG QUAN TÌNH HỈNH NGHIÊN cứu VÈ MÔ HÌNH DỤ BẢO
LAN TRUYỀN Ô NHIỄM DẦU
2.1. Tình hình nghiên cứu ỏ’ nước ngoài
Ngày nay, với sự phát triên của phương tiện tính toán, mô hình mô phởng

quá trình lan truyền và biến đối của dầu sau khi xảy ra sự cố, đánh giá tác động
môi trường sinh thái và thử nghiệm các phương án ứng phó khác nhau đã trở
thành một phương tiện hiệu quả và rẻ nhất đế tính toán dự báo, xác định phương
án hiệu quả ứng phó với sự cố ô nhiễm dầu. Có rất nhiều mô hình số trị tính toán
dự báo quá trình vận chuyển và biến đổi dầu đang được sử dụng hiện nay, từ các
mô hình quỹ đạo đơn giản tới các mô hình 2, 3 chiều tính toán chi tiết quá trình
lan truyền và biến đôi dầu, có tính đến các giải pháp ứng phó và đánh giá ảnh
hưởng của dầu ô nhiễm tới môi trường sinh thái. Đe có the xây dựng được các
mô hình này, cần phai có kiến thức chi tiết về các quá trình vận chuyển, biến đôi
cua dầu, tác động của dầu ô nhiễm tới môi trường sinh thái cũng như hiệu quả
cua các giải pháp ứng phó sự cô ô nhiễm dâu.
Sau khi xảy ra sự cô tràn dâu trên biên và trải qua quá trình loang dâu cơ
học ban đầu, dầu sẽ bị vận chuyên trên biến bởi ảnh hương tống hợp của gió,
sóng và dòng chay. Vì vậy, đê dự báo quá trình lan truyền và biến đôi cua dầu ô
nhiễm, cần phai có các mô hình mô phong các quá trình động lực học biên với
độ chính xác cao. Hiện tại, phương pháp dự báo thời tiết bằng mô hình số trị đã
đạt được nhiêu kêt quả rât tôt và đã trở thành phương pháp chính dùng đê dự báo
thời tiết ở các nước phát triền như Mỹ, Nhật và Châu Ẩu. Có một số mô hình dự
báo thời tiết số trị như các mô hình phố toàn cầu của Mỹ, Nhật, Châu Âu, các
mô hình dự báo thời tiết khu vực như mô hình phổ khu vực của Mỹ, Nhật và
Châu Âu. Các mô hình trên cung cấp các điều kiện biên thích hợp cho các mô
hình dự báo thời tiết quy mô vừa có độ chính xác cao như các mô hình WRF,
MM5, RAMS của Mỹ, HRM của Đức, mô hình JMA MRỈ-NDP của Nhật v.v.
Các yếu tố khí tượng như vận tốc gió tại độ cao 10 m, nhiệt độ không khí, nhiệt
độ mặt biên và bức xạ mặt trời dự báo bằng các mô hình trên có thê được dùng
đê tính toán các quá trình động lực khác trong biên như dòng chảy, sóng, và
được sử dụng trực tiếp để tính toán quá trình vận chuyển và phong hoá dầu. Các
mô hình dự báo sóng biến thường được dùng là các mô hình WAM, SWAN kết
hợp với các mô hình tính toán quá trình lan truyền sóng ven bờ. Có rất nhiều mô
hình tính toán dòng chảy 2 và 3 chiều trên biển. Thông thường, các mô hình 2

chiều chỉ được sử dụng đe tính toán dòng chảy tại khu vực ven bờ và cửa sông
có độ sâu không lớn. Đối với vùng ngoài khơi, vì độ sâu biến lớn và dòng chảy
thay đối rất mạnh theo độ sâu, việc sử dụng các mô hình số trị 3 chiều là cần
thiết. Hơn nữa, như thấy ở các phần trên, cần phải sử dụng mô hình 3 chiều để
tính toán quá trình vận chuyến và biến đôi của dầu ô nhiễm trên biên. Một số mô
hình điền hình như mô hình POM (Princeton University Ocean Model) tại
trường Đại học Princeton (Mỹ), mô hình ROMS (Regional Oceanic Modeling
System) tại trường Đại học Caliomia, Los Angeles và Đại học Rutgers (Mỹ), mô
hình HAMSON (Hamburg Shelf Ocean Model) (Đức, Canada), mô hình
AIMS/GHER tại trường đại học Liège (Bỉ). Các mô hình trên dùng cho cả vùng
ngoài khơi và ven bờ. Mô hình MECCA (Model for Estuarine and Coastal
Circulation and Assessment) dùng tính toán dòng chảy vùng cửa sông và ven bờ.
Bên cạnh đó, các mô hình MIKE3 PA/SA (Đan Mạch), STATMAP (Na Uy) có
thê tính toán dòng chảy và lan truyền, biển đôi của ô nhiễm dầu 3 chiều. Trong
số các mô hình trên, mô hình POM là mô hình tính toán khá chi tiết các quá
4
trình rối biên theo sơ đồ khép kín rối mực 2,5 cua Mellor và Yamada và ảnh
hương của phân tâng mật độ tới quá trình vận chuyên chât khuyêch tán theo
phương thăng đứng. Mô hình ROMS xét tới quá trình rối khá đơn gián bằng
cách sử dụng một phân bô năng lượng rôi theo phương thăng đứng. Mô hình
A1MS/GHER cũng tính toán rối bàng một sơ đồ khá đơn íỉiản trên cơ sở
gradient vận tốc dòng chay. Mô hình MECCA cho phép tính toán dòng chay
tông hợp vùng ven bờ và cửa sông với độ chính xác khá cao, nhung do không
mô hình hoá chi tiết quá trình trao đôi rối theo phương thăng đứng khi có phân
tâng mật độ nên khi áp dụng cho khu vực ngoài khơi, độ chính xác trong việc
tính khuyếch tán và phân tán dầu theo phương thẳng đúng bằng mô hình này có
nhiều hạn chế. Các mô hình HAMSON, MIKE3 PA/SA, STATMAP (Skognes
và Johansen, 2003) cũng sử dụng một sơ đồ tính rối rất đơn giản nên các kết quả
tính toán bằng mô hình không có độ chính xác cao trong điều kiện phân tầng
mật độ. Các mô hình POM, ROMS và MECCA đều sử dụng các sơ đồ tính toán

có khả năng tách các sóng trọng lực 2 chiều (external mode) ra khỏi các tính
toán vận tốc dòng chảy cùng như các đại lượng động lực học 3 chiều (internal
mode) nên tiết kiệm thời gian tính toán. Trong khi đó, các mô hình
AIMS/GHER và MIKE3 PA/SA tính đồng thời dao động mực nước đại dương
và các đặc trung động lực 3 chiều nên yêu cầu bước thời gian tính toán ngắn và
do đó thời gian tính toán tông cộng dài hơn.
Tác giả nước ngoài duy nhất xây dựng mô hình tính toán vận chuyển dầu
ô nhiềm trong khu vực Biển Đông là Hang và nnk (1989). Mô hình này đã được
Buranapratheprat (1999) áp dụng để tính vận chuyển dầu ô nhiễm trong vịnh
Thái Lan. Mô hình dựa trên giả thiết là dầu ô nhiễm được vận chuyển trên biển
như là vật nổi chịu ảnh hưởng đồng thời của dòng chảy Ekman, dòng Stokes,
dòng dư và dòng triều.
Mô hình MIKE3 PA/SA nằm trong gói mô hình MIKE do Viện Thủy lực
Đan Mạch (DHI phát triển), là một gói phần mềm dùng để mô phỏng dòng chảy,
lưu lượng, chất lượng nước và vận chuyên bùn cát và các chất ô nhiễm ở các cửa
sông, sông, hồ, biển và các khu vực chứa nước khác. Trong đó, mô đun
MIKE 21 & MIKE 3 Particle/Spill Analysis được xây dựng đê mô phỏng quá
trình lan truyền dầu. Đây là bộ mô hình tiên tiến có khả năng tính toán mạnh và
đang được sử dụng rộng rãi trên khắp thể giới.
2.2. Tình hình nghiên cứu ở trong nước
Ngay từ những năm đầu của thập niên 90 thế kỷ trước, vấn đề nghiên cứu
sự lan truyền ô nhiễm dầu do sự cố trên biển đã được triển khai trong khuôn khổ
5
đề tài cấp nhà nước 48.B.05.03 “Ô nhiễm Biển” do cổ GS. TSKH Phạm Văn
Ninh chu trì. Bên cạnh việc nghiên cứu đánh giá chung khá năng, mức độ nguy
cơ xay ra sự cố ô nhiễm dầu, đề tài đã đề cập nghiên cứu các quá trình lý-hóa
diễn ra khi xảy ra sự cô như quá trình bay hơi, loang dầu cơ học, phân tán, hòa
tan, oxy hóa, nhũ tương hóa, lắng đọng, phân huỷ sinh học, lan truyền Đe tài
đã tiến hành xây dựng chương trình số mô phỏng vệt dầu loang trên mặt biên
khi có sự cố xảy ra trên cơ sở phương trình truyền tải khuyếch tán, sử dụng

phương pháp sai phân hữu hạn và đã có xét đến một sổ quá trình chính như bay
hơi, loang dâu cơ học do trọng lực. Tuy nhiên, trong quá trình phát triên mô hình,
các tác aiả nhận thấy phương pháp này có nhiều hạn chế, đặc biệt là phương
trình khuyếch tán không thể áp dụng cho dầu là chất không hòa tan hoàn toàn
trong nước mà ở dạng các mảng, khôi nhỏ. Trong những nghiên cứu tiếp theo,
phương pháp ngẫu hành (random walk) đã được sử dụng. Đây là phương pháp
được sử dụng khá rộng rãi trên thế giới, đặc biệt là trong lĩnh vực mô phỏng sự
lan truyền của dầu trên/ trong biển. Các chương trình số mô phỏng sự lan truyền
của vệt dầu trên biển (OST-2D, OST-3D) dần dần được hoàn thiện như tính đến
quá trình lý-hóa chính xảy ra khi dầu tràn ra biến, bao gồm quá trình bay hơi,
quá trình loang dầu cơ học do trọng lực, quá trình nhũ tương hóa. Dựa trên các
tài liệu về tính chất của các loại dầu, đã xây dựng được cơ sở dừ liệu về tốc độ
bay hơi, nhũ tương hóa của dầu phụ thuộc vào nhiệt độ của dầu và môi trường
xung quanh và tốc độ gió trên mặt biển. Do thiếu số liệu quan trắc về các sự cố
tràn dầu nên đã không thế tiến hành việc hiệu chỉnh, kiểm tra mô hình bằng các
số liệu về dầu tràn, thay vào đó, chương trình được kiểm tra (một cách gián tiếp)
qua việc mô phỏng sự lan truyền dầu ở các của sông và so sánh với ảnh viễn
thám. Các mô hình OST đã được áp dụng đề tính toán dầu tràn với nhiều mục
đích khác nhau như dự báo khả năng lan truyền vệt dầu ở các vùng biền Bắc,
Trung và Nam bộ, tính toán phạm vi lan truyền của dầu trong khu vực cảng Hải
Phòng, tính toán các kịch bản tràn dầu qua đó xây dựng các bản đồ nhạy cảm
tràn dầu cho các khu vực đang được quan tâm như Vịnh Hạ Long (2004), Vịnh
Đà Nang (2005), Vịnh Văn Phong (2007). Đặc biệt là các chương trình này đã
được xây dựng dưới dạng phần mềm đóng, dễ sử dụng và đã chuyến giao cho
các cơ sơ cân sử dụng như Công ty Dầu Khí Việt-Nhật (JVPC), Xí nghiệp Liên
doanh Dầu Khí Việt-Xô (VIETSOVPETRO). Nhược điểm của mô hình trên là
trong mô phong quá trình lan truyền dầu bằng phương pháp ngẫu hành, quá trình
va chạm liên kêt của các giọt dầu iơ lửng trong nước chưa được mô phỏng. Hơn
nữa, mô hình khép kín rối dùng trong nghiên cứu chưa tính được ảnh hưởng của
phân tầng mật độ tới các quá trình rối, liên quan tới các quá trình xáo trộn và

6
phân tán của các giọt dầu lơ lửng trong biên. Trong khi đó, theo các nghiên cứu
cua các tác gia nước ngoài thì quá trình trao đôi rối gần mặt biên có vai trò rất
quan trọng trong quá trình vận chuyên và biên đôi cua dâu. Tính toán mô phong
được quá trình này với độ chính xác cao sè giúp nâng cao chât lượng tính toán
mô phỏng quá trình trao đối dầu giữa lớp dầu trên mặt biển và các lớp dưới, quá
trình phân tán dầu, nhũ tương hoá và hoà tan cua dầu. Mô hình cua các tác giả
trên sư dụng hệ toạ độ Đe-các với lưới vuông góc, chỉ áp dụng được với độ
chính xác cao tại các khu vực hẹp. Khi áp dụng cho các khu vực rộng như toàn
Biên Đông, cân phải chinh sửa mô hình đê tính tới độ cong cua trái đất. Ngoài ra,
mô hình này cũng chưa tính tới ảnh hưởng của phân tầng nhiệt muối tới dòng
chay biên và vận chuyên dầu. Trong khi đó, theo tác giả Đinh Văn Ưu, ảnh
hưởng của phân tầng nhiệt muối tới dòng chảy trong biến trên quy mô toàn bộ
Biên Đông là rất đáng kể. Ảnh hưởng của sóng biển tới quá trình nhũ tương hoá
dầu được đánh giá gián tiếp thông qua tốc độ gió. Do vậy, ảnh hưởng của quá
trình sóng vờ ven bờ và sự biến đổi của trường sóng tại các khu vực có địa hình
phức tạp chưa được xem xét tới. Mô hình cũng chưa được liên kết với một mô
hình dự báo khí tượng nên chưa thể áp dụng ngay được để dự báo lan truyền và
biến đổi của dầu khi gặp sự cố ô nhiễm dầu.
Một tác giả khác cũng đạt được nhiều kết quả nghiên cứu về ô nhiễm dầu
là tác giả Nguyễn Hữu Nhân. Tác giả này đã xây dụng phần mềm mô phỏng quá
trình lan truyền và biến đổi dầu trên biến, đánh giá tác động môi trường của ô
nhiễm dầu. Phần mềm do tác giả xây dựng trên cơ sở mô hình có giao diện
thuận tiện cho người sử dụng. Tác giả đã sử dụng mô hình đế tính toán mô
phỏng quá trình ô nhiễm dầu tại Khánh Hoà, Thành Phổ Hồ Chí Minh. Gần đây
nhất, vào đầu năm 2007, tác giả đã áp dụng mô hình đế tính toán xác định nguồn
ô nhiễm dầu trong sự cổ ô nhiễm dầu ven biển nước ta. Mô hình tính toán lan
truyền ô nhiễm dầu là mô hình Lagrange. Mô hình tính toán dòng chảy dùng
trong mô hình mô phong quá trình vận chuyên và biến đôi dầu là mô hình
MECCA. Như đã nhận xét ở phần trên, đây là mô hình sử dụng đế tính dòng

chảy trong khu vực cửa sông và ven bờ. Do vậy, sơ đồ khép kín rối khá đơn giản
và ảnh hưởng cua phân tầng mật độ tới quá trình rối, tức là quá trình xáo trộn và
phân tán dầu chưa được tính đầy đu. Vì vậy, quá trình trao đổi dầu giừa lớp dầu
trên mặt với các lớp nước bên dưới và quá trình xáo trộn dầu trong lớp nước
dưới mặt chưa được tính toán với độ chính xác thoả đáng. Ngoài ra, mô hình này
cũng có những nhược điêm như mô hình OST đã được trình bày ở trên. Vì vậy,
cân phải có những cải tiến thích họp thì mới có thể áp dụng mô hình đê tính toán
7
dự báo lan truyền ô nhiềm dầu trên biển, đặc biệt là trên phạm vi toàn Biến
Đông.
Tác giả Đinh Văn ưu và các cộng tác viên tại Trường Đại học Khoa học
Tự nhiên, Đại học Quôc Gia Hà Nội đâ xây dựng một mô hình dự báo phạm vi
lan truyên váng dâu trên mặt biên cùng với các khu vực chịu anh hưởng dâu
trong nước và trầm tích đáy với quy mô từ một vài ngày đến vài ba tuần lề và
mỏ hình dự báo các vùng biến có khả năng tích tụ lâu dài các pha dầu khác nhau
với thời gian dài hàng tháng trở lên. Cơ sở cua mô hình tính toán dòng chảy 3
chiều trong biên là mô hình AIMS/GHER của Bi. Mô hình tính toán lan truyền ô
nhiễm dầu là mô hình Euler, giải phương trình khuếch tán dầu trong biển. Do
vậy, các kết quả tính toán chịu ảnh hưởng khá mạnh của độ nhớt số trị. Cùng
như các mô hình đã nêu ơ trên, sơ đồ khép kín rối dùng trong mô hình là khá
đơn giản và chưa mô phỏng thoả đáng quá trình trao đổi dầu giừa các lớp dầu
trên mặt và dưới mặt, quá trình xáo trộn, phân tán dầu trong lớp dưới mặt. Tác
giả cũng chưa kết nổi được mô hình dự báo khí tượng vào trong mô hình tính
toán lan truyền và biến đổi của ô nhiễm dầu.
Một nhóm tác giả khác nghiên cứu xây dựng hệ thống dự báo quá trình
lan truyền và biến đoi của dầu gây ô nhiễm là nhóm nghiên cứu tại Trung tâm
Nghiên cứu Biển và Tương tác Biển Khí quyển, Viện Khoa học Khí tượng Thuỷ
văn và Môi trường do tác giả Vũ Thanh Ca đứng đầu. Mô hình lan truyền và
biến đổi dầu ô nhiễm được kết nối với các mô hình dự báo biển như mô hình
MM5 dự báo trường khí tượng, mô hình POM dự báo dòng chảy và mô hình

SWAN dự báo sóng. Có hai phiên bản của mô hình do nhóm nghiên cứu này
phát triển là mô hình 2 chiều tính toán dòng chảy và lan truyền ô nhiễm dầu
vùng cửa sông, ven bờ và mô hình 3 chiều tính toán dòng chảy, lan truyền và
biến đối ô nhiễm dầu trên khu vực biển rộng. Mô hình dòng chảy 3 chiều là mô
hình POM do nhóm nghiên cứu tại trường Princeton, Mỹ, đứng đầu là Giáo Sư
G. Mellor xây dựng. Đây là một mô hình tính toán dòng chảy rất hiện đại, trong
đó mô hình khép kín rối sử dụng sơ đồ mức 2,5 của Mellor - Yamada, cho phép
tính với độ chính xác cao ảnh hưởng của phân tầng mật độ tới hệ số trao đổi rối
theo phương thăng đứng. Lưới tính theo toạ độ địa lý có tính tới độ cong của vỏ
trái đất cho phép áp dụng mô hình cho các khu vực có quy mô tưỷ ý. Mô hình
này cũng cho phép tính dòng chảy gây ra bởi phân tầng nhiệt muối trên toàn bộ
Biến Đông. Nó cũng cho phép tính toán ảnh hướng của quá trình hấp thụ bức xạ
mặt trời, quá trình trao đổi nhiệt ấn và nhiệt cảm giữa bề mặt biến là lớp khí
quyển trên biển. Đây là mô hình với mã nguồn mở được cung cấp miễn phí, cho
phép người sử dụng can thiệp và biến đổi mô hình phục vụ các mục đích nghiên
8
cứu và tính toán khác nhau. Trường sóng dùng đê tính anh hưởng của sóng tới
quá trình lan truyền và biến đối dầu được tính bằng mô hình SWAN. Quá trình
lan truyên và biên đôi dâu trên biên được tính băng sơ đô Fouler có khử khuyêch
tán sô trị băng phương pháp sử dụng đường đặc trưng. Dâu ỏ nhiễm được phân
thành 2 loại: dâu trên mặt và dâu chìm dưới mặt. Tât cả các quá trình quan trọng
trong phong hoá dâu trên biên như quá trình bay hơi, nhù tương hoá, phân tán
dâu, hoà tan, lắng đọng dầu xuống đáy biên, tương tác dầu với bãi cát và đường
bờ V.V., đều được tính tới trong mô hình. Các thông số khí tượng dùng để tính
toán lan truyền và biến đôi của dầu ô nhiễm như tốc độ gió, nhiệt độ không khí,
bức xạ mặt trời V.V., được cung cấp bơi mô hình dự báo khí tượng MM5. Do vậy,
hệ thông tính toán do nhóm tác giả xây dựng có thê sử dụng, phát triên đê tính
toán dự báo lan truyền và biến đối ô nhiễm dầu, phục vụ xác định nguồn gây ô
nhiễm dầu, phân vùng ô nhiễm, đánh giá rủi ro ô nhiễm và xây dựng các phương
án ứng phó sự cố tràn dầu. Hệ thống tính toán đã được kiểm chứng bằng các

quan trắc trong các sự cố ô nhiễm dầu đầu năm 2007. Các kết quả tính toán kiểm
chứng các mô hình thuộc hệ thống cho thấy hệ thống có thể mô phỏng khá tốt
quá trình ô nhiễm dầu trên toàn bộ vùng biển Việt Nam. Trên cơ sở đó, nhóm
nghiên cứu tại Viện Khoa học Khí tượng Thuỷ văn và Môi trường đã chuyên
giao các kết quả tính toán xác định nguồn gây ô nhiễm dầu cho Tố công tác xác
định nguyên nhân ô nhiễm dầu vùng biển Việt Nam để tìm giải pháp xừ ỉý ô
nhiễm. Các tác giả cũng đã áp dụng hệ thống tính toán để tính lan truyền và biến
đổi ô nhiễm dầu phục vụ đánh giá tác động môi trường của Cảng Trung chuyển
quốc tế Vân Phong, đánh giá rủi ro ô nhiễm dầu tại vùng biến Đà Nang, tính
toán xác định nguồn ô nhiễm dầu trong sự cố ô nhiễm dầu ven biển Việt Nam
đầu năm 2007.
Tác giả Trần Hồng Thái, Nguyễn Xuân Hiển tại Viện Khoa học Khí
tượng Thuỷ văn và Môi trường đâ nghiên cứu, áp dụng mô hình MIKE31 PA-
SA để tính lan truyền, biến đổi của dầu trên biển và xác định nguồn gây ô nhiễm
dầu trong sự cố ô nhiễm dầu ven biên Việt Nam vào đầu năm 2007. Các tác giả
cũng xây dựng một mô hình giải bài toán ngược, tính toán xác định nguồn ô
nhiềm dầu từ vị trí dầu dạt vào bờ và thông tin gió, dòng chảy biển trong quá
khứ. Các tác gia cùng đã kết nổi mô hình dự báo khí tượng MM5 vào hệ thống
dự báo tràn dầu nhằm cung cấp các thông tin khí tượng như vận tốc gió, nhiệt độ
không khí, bức xạ mặt trời phục vụ tính toán lan truyền và ô nhiễm dầu. Các kết
quả nghiên cứu này, cũng đã được áp dụng vào các công việc cụ the như tính
toán, dự báo ô nhiễm dầu tại khu vực cửa Định An sau khi mở kênh nổi sông
Hậu với Biến Đông qua kênh tắt; như tính toán, dự báo ô nhiễm dầu tại khu vực
9
sông Sài gòn - Đồng Nai phục vụ công tác diễn tập, ứng phó sự cố tràn dầu trên
sông Sài gòn - Đồng Nai.
2.3 Các quá trình vận chuyển và biến đổi dầu
Các kết qua nghiên cứu từ trước đên nay cho thây quá trình vận chuyên và
biến đôi cua dầu thoát ra ngoài môi trường biên chịu ảnh hưởng bởi các quá
trình vật lý, hoá học, sinh học và phụ thuộc vào các điêu kiện môi trường, khí

tượng và hải văn. Các quá trình này bao gồm: quá trình loang dầu cơ học ngay
sau khi dầu thoát ra khỏi nguồn; quá trình vận chuyên của dầu do tác động của
gió, sóng và dòng chảy; quá trình phân tán tự nhiên, quá trình phong hoá (kê cả
các quá trình nhũ tương hoá, bôc hơi, hoà tan, ô xy hoá, phân huỷ sinh học, phân
huỷ do ánh sáng mặt trời), tạo hạt, chìm lắng và đọng lại tại đáy; quá trình tương
tác dầu với bãi cát và bờ. Các kết quả nghiên cứu về các quá trình trên sẽ được
mô tả chi tiết dưới đây.
Ouá trình ¡oang dầu cơ học: Sự loang dầu cơ học là một trong các quá
trình quan trọng trong di chuyển ban đầu cua dầu loang, khi dầu vừa thoát ra
khỏi nguồn. Mô hình về quá trình loang dầu cơ học cho phép dự báo độ dày của
lớp dầu loang và diện tích khu vực dầu loang là rất cần thiết. Nó cung cấp các
biến quan trọng nhất cho các mô hình tính toán lan truyền và phong hoá dầu.
Diện tích khu vực dầu loang (hay độ dày lớp dầu loang) được dùng để tính
lượng dầu bốc hơi, từ đó tính toán sự thay đổi thành phần và tính chất của dầu
theo thời gian. Nhiều mô hình sử dụng độ dày lớp dầu loang để tính toán tốc độ
phân tán tự nhiên của dầu, từ đó xác định thời gian tồn tại của dầu trên mặt biến.
Đồng thời, độ dày của lớp dầu loang cũng cần thiết để đánh giá hiệu suất của các
giải pháp ứng phó sự cố tràn dầu và đánh giá tác động môi trường. Ngày nay,
phương trình của Fay (1969, 1971) và Hoult (1972) về quá trình loang dầu cơ
học trên mặt biển là cơ sở của hầu hết các thuật toán tính quá trình loang dầu cơ
học. Tuy vậy, phương trình này không giải thích hết được một số hiện tượng
loang dầu quan trắc được trong thực tế như quá trình kéo dài của vệt dầu với
một lớp dầu mỏng rất dài sau một lớp dầu dày, quá trình giảm tốc độ loang dầu
do độ nhớt của dầu, quá trình vỡ của lớp dầu ra thành các dải dầu nhỏ, và sự phụ
thuộc của tốc độ loang dầu vào tốc độ thoát dầu ra khỏi nguồn. MacKay (1980a,
b) sửa đôi côna thức của Fay và Hoult bàng cách chia miền dầu loang thành 2
khu vực: khu vực có lớp dầu dầy và khu vực có lớp dầu mỏng, với giả thiết là
lớp dầu dày cung cấp dầu cho lớp dầu mỏng. Mô hình này của MacKay thiếu cơ
sở vật lý về mối liên hệ giữa các pha dầu loang. Lehr và nnk (1984a,b) đề xuất
một mô hình cải tiến có tính đến tính bất đối xúng của quá trình loang dầu. Tốc

10
độ loang dâu theo hướng gió được giả thiết là tăng theo thời gian, ty lệ thuận với
tôc độ gió với một hệ sổ gió thực nghiệm xác định từ các quan trắc. Trong khi
đó, tôc độ dầu loang theo hai hướng vuông góc với hướng gió được thê hiện
bàng phương trình loang dầu trọng lực cua Fay. Mô hình của Lehr và nnk không
tính tới sự biến đôi độ dày lớp dầu trong quá trình loang dầu. NOAA (1994) đã
sư dụng mô hình loang dầu cơ học này trong mô hình ADIOS, biêu thị vệt dầu
loang bàng một hình e-lip kéo dài theo hướng gió. Diện tích ban đầu cua vệt dầu
loang được tính bàng diện tích tại thời điềm chuyển tiếp giữa chế độ loang dầu
trọng lực - quán tính và chê độ loang dâu trọng lực - nhớt. Mô hình này không
dùng chê độ sức căng mặt ngoài của Fay mà quá trình loang dầu được giả thiết
là dừng lại khi nó đạt độ dày o.lmm. Cách xử lý này tạo ra một lớp dầu có độ
dày đông nhất, không phù hợp với các kết quả quan trắc tại hiện trường.
Johansen (1984) và Elliot và nnk (1986) đưa ra khái niệm loang dầu do quá trình
phân tán tự nhiên và quá trình tái nôi các giọt dâu đã chìm. Các nghiên cứu
trong phòng thí nghiệm (Delvigne và Sweeney, 1988 ) và tại hiện trường (Reed
và nnk, 1994) đã đưa ra những bằng chứng thuyết phục khẳng định cách tiếp cận
của Johansen (1984) và Elliot và nnk (1986) là có cơ sở khoa học. Tới nay, cách
tiếp cận này nói chung được chấp nhận là cách giải thích chính xác nhất các quá
trình vật lý xảy ra trong quá trình dầu loang sau khi trọng lực không còn đóng
vai trò quan trọng nữa. Các nghiên cứu thực nghiệm đã cho thấy rằng dầu có độ
nhớt lớn hơn thì loang chậm hơn dầu có độ nhớt nhỏ hơn. Quá trình này không
được tính tới trong các phương trình nguyên thuỷ của Fay, nhưng đã có một số
cố gắng đưa thông số này vào trong mô hình loang dầu dạng Fay. Dựa trên các
thí nghiệm với dầu có độ nhớt biến đồi trong một khoảng nào đó, Buist và
Twardus (1984) đã đề nghị giảm tốc độ loang dầu tính theo các phương trình
Fay theo một thông số phụ thuộc vào tỷ số giữa độ nhớt của dầu và nước. Buist
và nnk (1989) đã thực hiện một loạt thí nghiệm với dầu thô có hàm lượng nến
cao và đã đưa ra một hàm độ dày tới hạn, có tính đến sự khác nhau giữa nhiệt độ
hoá lỏng của dâu và nhiệt độ nước. Yapa (1994) trên cơ sở xem xét quá trình

loang dầu cơ học từ cân bằng giữa lực trọng trường, lực nhớt và sức căng mặt
ngoài, đà chia quá trình này thành 4 pha. 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.
Mô hình của Yapa (1994) hiện nay là một mô hình khá thông dụng đe tính toán
quá trình loang dầu cơ học. El-Tahan và Venkatesh (1994) tiếp cận vấn đề trên
cơ sở lý thuyết và tìm cách thêm vào một thành phần nhớt trong phương trình
1 1
cân bằng lực cho dầu loang. Các tác gia đã so sánh kết qua tính bằng mô hình
mở rộng với số liệu thực nghiệm và đã thấy dạt được nhiều tiến bộ so với
phương trình cua Fay. Tuy nhiên, khoảng giới hạn của các thí nghiệm làm cho
người ta nghi ngờ kha nărm ngoại suy các kêt qua cua các tác giả này cho các
loại dầu khác. Điều này cần đặc biệt lưu ý đối với các loại dầu có kha năng tạo
nhù tương hoá với độ nhớt lớn hơn độ nhớt của dâu trong các thí nghiệm vài ba
bậc. Các nghiên cứu về mối phụ thuộc của độ dày lớp dầu cuối quá trình loang
dâu cơ học vào độ nhót đã không đưa ra được các kết quả rõ ràng. Trong các
điều kiện tự nhiên, quá trình loang dâu không dừng lại khi đạt tới độ dày tới hạn
mà đám dầu loang sè bị vờ ra thành các đám dầu nhở do tác dụng của sóng và
dòng chảy. Các đám dầu này sè bị dàn rộng ra do ảnh hưởng của rối đại dương.
Lehr (1996) chi ra rằng trong thực tế, dầu luôn từ từ thoát ra khỏi nguồn, và do
đó, sẽ bị gió, sóng và dòng chảy mang đi. Trong trường hợp này, sự loang dầu
cơ học chỉ đáng kê theo hướng vuông góc với hướng dòng chảy và gió.
Trường hợp thoát dầu ngầm từ đáy biển do hở lồ khoan thăm dò dầu là một
trường họp rất nghiêm trọng, tạo ra sự thoát dầu liên tục với tốc độ thoát dầu
thay đồi theo thời gian. Trong trường họp này, quá trình loang dầu bề mặt sẽ chủ
yếu do các tác nhân môi trường quyết định. Dầu thoát ra từ lồ khoan đáy biển sẽ
tạo ra một dòng dầu nổi với tốc độ nổi chủ yếu do khí thoát cùng dầu tạo thành.
Trong trường hợp này, dầu sẽ nổi lên mặt cùng với nước bị lôi cuốn vào dòng
dầu, và quá trình loang dầu tại mặt sẽ chủ yếu do dòng nước chảy loang ra từ

tâm theo hướng bán kính. Lớp dầu bề mặt trong trường họp này mỏng hơn lớp
dầu do nguồn ô nhiễm mặt gây ra khoảng 10 lần hay hơn nừa. Các nghiên cứu lý
thuyết và thực nghiệm về nguồn thoát dầu dưới đáy biển đã được bắt đầu vào
những năm 1980 (Fannelop and Sjuen, 1980 ), và quá trình cải tiến các mô hình
vẫn đang được tiếp tục (Swan and Moros, 1993; Rye and Brandvik, 1997; Zheng
và Yapa, 1997; Yapa và nnk, 1999). Mô hình rò dầu tại đáy biến do Zheng và
Yapa (1997), Yapa và nnk (1999) xây dựng có thể áp dụng để tính toán quá trình
vận chuyên và biển đối dầu từ đáy biển lên mặt với độ chính xác chấp nhận
được nếu độ sâu biển tại khu vực xem xét không vượt quá 500m. Đối với vùng
biển sâu hơn, quá trình xáo trộn dầu với nước xung quanh dòng dầu-khí và dòng
chảy biến tại các tầng sâu làm sai lệch kết quả tính toán đáng kể. Do vậy, cần
phái có nhừng nghiên cứu tiếp tục đe nâng cao độ chính xác tính toán với các
vùng biên sâu. Đê cung cấp các cơ sở cho việc cải tiến các mô hình tính toán các
quá trình vận chuyển và biến đổi dầu khi có rò dầu ở lỗ khoan đáy biển sâu,
trong thời gian từ năm 1999 tới năm 2000, các nhà khoa học thuộc Châu Âu và
Mỹ đã tiến hành Dự án nghiên cứu rò dầu tại đáy biển sâu (thực nghiệm
12
DeepSpill). Dự án có hai mục đích (Johansen và nnk, 2003). Mục đích thứ nhât
là thu thập các số liệu liên quan tới rò dầu tại đáy biên sâu. Mục đích thứ hai là
kiểm chứng các phương pháp tính toán quá trình vận chuyển dầu khi có rò dầu
tại đáy biên. Bôn thí nghiệm đã được thực hiện trong dự án. Johansen (2000)
xây dựng mô hình DeepBlow, đây là mô hình Lagrange cho phép mô phỏng quá
trình vận chuyên dâu từ đáy lên mặt trong trường hợp thoát dâu tại đáy biên có
độ sâu trên 500m. Các kết quả tính toán kiểm chứng bằng mô hình DeepBlow
với các số liệu của thực nghiệm DeepSpill cho thấy rằng mô hình có thê mô
phong quá trình vận chuyên và biên đôi dâu từ đáy lên mặt với độ chính xác tôt.
Quá trình vận chuyên dâu do gió, sóng và dòng chay: dâu chuyên động
theo phương ngang trong biến dưới tác dụng đồng thời của gió, sóng và dòng
chảy. Vì dầu là một chất lỏng chỉ nhẹ hơn nước một chút, dầu cũng bị chìm lắng
vào trong nước và được vận chuyến ngầm trong cột nước dưới mặt dưới dạng

những giọt dầu có kích thước khác nhau. Tốc độ thay đối theo không gian của
dòng chảy theo cả hai hướng đứng và ngang là nhũng yếu tố quan trọng trong
quá trình vận chuyển dầu. Các nghiên cứu thực nghiệm hiện trường đã cho thấy
ràng tốc độ vận chuyển dầu trên mặt biển có thể coi là tổng vector của 3% vận
tôc gió và 100% vận tốc dòng chảy mặt (Stolzenbach và nnk, 1977). Nghiên cứu
gần đây của Reed và nnk (1994) cho thấy rằng trong điều kiện gió nhẹ và không
có sóng bạc đầu, tốc độ lan truyền của dầu theo hướng gió bằng khoảng 3,5%
vận tốc gió. Nếu vận tốc gió tăng lên, sóng bạc đầu sẽ làm dầu chìm vào trong
nước. Ngoài chìm dưới dạng những giọt dầu lơ lửng, dầu còn bị hoà tan vào
trong nước. Khi đó, tốc độ thay đổi vận tốc dòng chảy theo phương thẳng đứng
trở nên rất quan trọng. Các nghiên cứu hiện trường và mô hình hoá (Johansen,
1984; Elliot và nnk, 1986; Delvigne và Svveeney, 1988; Reed và nnk, 1994;
Leibovich, 1997) đã chỉ rõ rằng cần phải dùng mô hình số trị 3 chiều đê tính
toán dự báo quá trình lan truyền và biến đổi của dầu ô nhiễm. Các nghiên cứu
này đã cho thấy rằng quá trình xáo trộn dầu vào trong nước tại bề mặt do sóng
bạc đầu đóng vai trò quan trọng không chỉ trong tính toán cân bàng khối lượng,
mà còn trong việc xác định phân bố không gian và thời gian của dầu trong biến.
Các nghiên cửu khác (Reed và nnk, 1995a,b, 1989ab, 2004) cũng cho thấy tầm
quan trọng của quá trình xáo trộn bề mặt tới vận chuyển dầu. Một số nghiên cứu
đo đạc hiện trường (Spaulding và nnk, 1992, 1994; Spaulding và Haynes, 1996)
cho thấy rằng có trường hợp dầu thô được vận chuyển bởi dòng chảy ngầm theo
hướng gần như ngược với hướng gió. Youssef và Spaulding (1993) đă đề xuất
một mô hình tính eió và dòng chảy sóng có khả năng mô phỏng thành công hiện
tượng trên với giả thiết là lớp vận chuyển dầu có bề dày 2,5 tới 5 lần chiều cao
13
sóng. Một sô tác giả (Howlett và Jayko, 1998; Hodgins và nnk, 1995; Morita và
nnk, 1997) đã sử dụng mô hình sô trị tính toán dòng chảy đc mô phỏng quá trình
lan truyền và biến đôi dầu. Một số mô hình dùng trong hệ thống ứng phó sự cố
tràn dầu (Galt, 1994; Martinsen và nnk, 1994) đà kết nôi các mô hình dự báo số
trị khí tượng hai văn với mô hình phong hoá dâu, cho phép dự báo thời gian thực

quá trình lan truyền và phong hoá dầu. Một số mô hình cho phép sư dụng các số
liệu đo đạc dònR chav mặt bằng radar đê tính toán lan truyền ô nhiễm dầu. Ngày
nay, với tốc độ tính toán tăng rất nhanh theo theo thời gian, hầu hết những mô
hình sổ trị được sư dụng để tính toán lan truyền và biển đổi dầu đều là những mô
hình số trị cho kết quả dự báo thời gian thực. Tốc độ tính toán cao cũng đã cho
phép sử dụng các mô hình số trị rất chính xác đề tính toán quá trình loang dầu.
Thí dụ, Fang và Wong (2006) đà sử dụng mô hình VOF đế tính toán quá trình
loang dầu cơ học. Sterling và nnk (2003) đã xây dựng một mô hình số trị rất
hiện đại tính toán dự báo quá trình lan truyền dầu, trong đó quá trình vận chuyến
và biến đôi của các giọt dầu lơ lửng trong nước được mô phỏng bàng phương
pháp Lagrange, có tính đến các quá trình va chạm, liên kết và vờ ra của các giọt
dầu. Các sổ liệu đầu vào cho các mô hình số trị 3 chiều dự báo quá trình lan
truyền và biến đổi dầu được cung cấp bởi các phương tiện thiết bị quan trắc hiện
đại, có độ chính xác cao và trên diện rộng. Vì vậy, độ chính xác của các kết quả
tính toán bằng các mô hình là đủ để sử dụng trong công tác ứng phó sự cố tràn
dầu.
Ouá trình bốc hơi dầu: Đánh giá lượng dầu mất mát do bốc hơi là rất
quan trọng để tính toán thời gian tồn tại của dầu và những thay đổi trong các
tính chất của dầu theo thời gian. Các phương pháp đơn giản được sử dụng rộng
rãi chủ yếu dựa trên mô hình giải tích của Stiver và Mackay (1984). NOAA
cùng dùng phương pháp này trong mô hình ADIOS. Gần đây, Fingas (1996a),
Fingas và nnk (1995,1996b, 1999) đà đề xuất một phương pháp thực nghiệm
đơn giản đe xác định tốc độ bay hơi của dầu bằng chậu đo bốc hơi. Jones (1997)
đã so sánh các kết quả dự báo bàng các phương pháp bay hơi dầu khác nhau.
Theo các nghiên cứu trên, có the chia các phương pháp đánh giá tốc độ bay hơi
của dầu thành phương pháp thành phần và phưong pháp giải tích. Theo phương
pháp thành phần, phần dầu bay hơi được tính như hàm của thời gian và nhiệt độ.
Trong các mô hình theo phương pháp này, dầu được chia thành các thành phần
với nhiệt độ sôi nằm trong các khoảng khác nhau. Phần thể tích của mồi thành
phần được tính và chuyến thành phần trọng lượng phân tử. Áp suất hơi của mồi

thành phần được tính từ giá trị điếm sôi và các công thức thực nghiệm. Với điều
kiện áp suất riêng của các thành phần là không đáng kế trong không khí, tốc độ
14
bôc hơi cua mỗi thành phần được giả thiết ty lệ với áp suất riêng của mồi thành
phân. Lượng bôc hơi thực tê được gia thiết là phụ thuộc vào hệ sô trao đôi chất
và là hàm cua nhiệt độ và tốc độ gió. Fine,as và link (1996b, 1999) cho rằng tốc
độ gió không phải là một thông sổ phù hợp. Jones (1997) đà cai biến phương
pháp này băng cách đưa ra môi liên hệ thực nghiệm giữa thê tích phân tử và
điếm sỏi. Tác giả này cũng đề xuất mối liên hệ thực nghiệm giữa áp suất hơi với
điêm sôi và nhiệt độ của dâu. Nhờ đó, tác giả đã sử dụng được mô hình ngay cả
trong trường hợp không có số liệu về trọng lượng riêng cua mồi thành phần.
Phương trình của Jones cho kết quả gân thực tê hơn so với áp suât hơi tính theo
phương trình Clausius - Clapeyron hay phương pháp tính theo Payne và nnk
(1987). Một phương pháp thành phần tương tự đã được dùng trong mô hình
phong hoá dầu SINTEF (Daling và nnk, 1997). Tuy nhiên, hệ số trao đổi chất
trong mô hình này dựa trên công thức thường được dùng đê tính thông lượng
nhiệt, ẩm tại mặt biên (Smith, 1988). Điều này có nghĩa là hệ số trao đổi chất
phụ thuộc vào tốc độ gió. Amorocho và DeVries (1980), và Blake (1991) cho
rằng hệ số trao đổi chất phụ thuộc vào tốc độ gió do thay đối độ nhám mặt biển
theo tốc độ gió. Theo các kết quả của các tác giả này, hệ số trờ kháng mặt biển
thay đồi từ giá trị gần bàng hằng số (lxlO'3) tại vận tốc gió dưới 6 hay 7m/s, khi
bắt đầu xuất hiện sóng bạc đầu, tới khoảng gấp đôi giá trị đó tại vận tốc gió
20m/s (Amorocho và DeVries, 1980). Do yêu cầu nhiều số liệu và thuật toán
phức tạp, các phương pháp đơn giản hơn đã được đề xuất như phương pháp giải
tích của Stiver và Mackay (1984). Phương pháp này hiện được dùng trong nhiều
mô hình lan truyền dầu, kể cả mô hình ADIOS của NOAA (1994). Phương pháp
này dựa trên một vài phép đơn giản hoá, trong đó có mối liên hệ tuyển tính giữa
điểm sôi của pha dầu lỏng và lượng dầu mất mát do bốc hơi. Mối liên hệ tuyến
tính này được xác định theo nhiệt độ điểm sôi ban đầu của pha lỏng và gradient
của nhiệt độ điêm sôi này theo phần trăm bay hơi. Trong mô hình ADIOS

(NOAA, 1994), nhiệt độ điểm sôi ban đầu được tính toán theo thuật toán thử sai
với áp suất hơi trên mặt dầu vừa thoát ra được giả thiết bằng áp suất không khí.
Jones (1997) so sánh mô hình giải tích mơ rộng và mô hình thành phần và thấy
rằng mô hình giải tích mở rộng nói chung dự báo lượng bốc hơi lớn hơn đáng kể
so với mô hình thành phần của ông. Ông cho rằng sự khác nhau có thê do khác
nhau về thuật toán, cũng có thể do mô hình giải tích sử dụng xấp xỉ tuyến tính để
biểu diền đường cong điểm sôi. Stiver và Mackay (1984) đưa ra thông số “lộ
bôc hơi” trong mô hình giải tích. Họ chứng minh rằng mối liên hệ giữa lượng
mất mát do bốc hơi và thông số này có bản chất động lực và không phụ thuộc
vào mức lộ bốc hơi. Do vậy, mối liên hệ chi phụ thuộc vào thành phần dầu ban
15
đầu và nhiệt độ của dầu. Với vận tốc gió không đối, thông sổ lộ bốc hơi có thê
biểu thị bằng biếu thức với K là hệ so trao đôi chất, h là độ dày ban đầu của lớp
dầu và t là thời gian lộ. Khi vận tổc gió thay đôi, hệ sô lộ bỏc hơi có thê tính
băng cách tích phân theo thời gian. Johansen và Skognes (1988) áp dụng
phương pháp này trong mô hình thống kê quỹ đạo giọt dầu đê giảm thời gian
tính toán lượng bốc hơi. Trong mô hình này, lượng dầu mất mát do bôc hơi được
xem là hàm của thời gian, loại dầu và các điều kiện ban đầu (như độ dày lớp dầu,
vận tốc gió). Trong quá trình tính, lượng dầu mất mát do bốc hơi được xác định
băng phương pháp nội suy đơn gian trên cơ sở lộ bôc hơi tích luỳ theo mổi quỳ
đạo. Fingas (1997) tiến hành các thí nghiệm với nhiều loại dầu thô khác nhau đê
xác định các công thức thực nghiệm đơn giản cho phép tính lượng dầu mất mát
do bốc hơi theo thời gian, dựa theo số liệu chưng cất dầu. Tuy nhiên, Fingas
(1997) cũng kết luận ràng vận tốc gió và diện tích lộ bốc hơi không ảnh hưởng
đáng kể tới tốc độ bốc hơi. Do vậy, ông cho rằng các công thức của ông có thể
được dùng mà không cần hiệu chỉnh vận tốc gió hay độ dày lóp dầu, mà chỉ cần
hiệu chỉnh nhiệt độ. Các kết luận này hiện chưa được đồng ý rộng rãi trong giới
chuyên môn. Jones (1997) so sánh các kết quả tính toán theo mô hình thành
phần và theo các phương trình thực nghiệm Fingas và kết luận rằng các mối liên
hệ thực nghiệm của Fingas cho tốc độ bốc hơi nhỏ hơn đáng kể so với mô hình

thành phần. Jones (1997) chỉ ra rằng Fingas đã sử dụng tốc độ gió nhỏ và lớp
dầu khá dày để xác định các thông sổ trong mô hình của ông. Khi kiểm tra với
các điều kiện tương tự, ông thấy rằng kết quả tính toán bằng mô hình thành phần
phù hợp tốt với kết quả của Fingas.
Quá trình phân tán tự nhiên: tính toán quá trình phân tán tự nhiên là cần
thiết để đánh giá thời gian tồn tại của dầu. Tốc độ phân tán tự nhiên của dầu phụ
thuộc vào các thông sô môi trường (trạng thái mặt biên), nhưng cũng phụ thuộc
vào các thông so dầu như độ dày lớp dầu và tính chất dầu (mật độ, sức căng mặt
ngoài, độ nhớt) (Li, 1996). Quá trình nhũ tương hoá đóng góp quan trọng vào sự
tồn tại của dầu, chủ yếu do tăng mạnh độ nhớt của dầu và độ dày lớp dầu có
chứa nước (làm chậm quá trình loang dâu, tăng thê tích, làm giảm quá trình
phân tán tự nhiên). Mất mát dầu do quá trình phân tán tự nhiên có thê được tính
toán theo các phương trình do Mackay và nnk (1980a,b) đề xuất. Phương pháp
của Mackay và nnk dựa trên đánh giá phần F của mặt biển chịu ảnh hưởng của
quá trình phân tán trong một đơn vị thời gian, tính theo phần FB của dầu được
phân tán dưới dạng các giọt dâu có kích thước đủ nhỏ đê phân tán vào trong
nước. Tổc độ tống cộng lôi cuổn dầu vào trong nước (m3/m2s) được tính bằng
cách nhân F với độ dày lớp dầu. Tốc độ phân tán dầu được tính bằng cách nhân
16
đại Itrợng tìm được với FB. Mackay và nnk ( 1980a,b) cho rằng F phụ thuộc vào
trạng thái mặt biên, tăng tỷ lệ với bình phương vận tốc gió. Phần dầu bị phân tán
lại chịu ảnh hương bởi các tính chất cua dầu. Các nghiên cứu cho rằng các lớp
dâu mỏng với độ nhớt nhỏ sẽ phân tán nhanh hơn các lớp dâu dây có độ nhớt lớn
hơn. Trong một sô mô hình (Payne và nnk, 1987; Reed và nnk, 198%), chi có
phần dày của dầu tràn được xem xét, trong khi Mackay và nnk (1980a,b) áp
dụng các phương trình phân tán cho cả phân dày và phân mong cua dâu. Do bo
qua quá trình vận chuyển dầu từ phần lớp dầu dày sang phần lớp dầu mỏng, các
mô hình này cho kết quả tính tốc độ phân tán chung nhỏ hơn thực tê. Các mô
hình phân tán dầu dựa trên các kết quả thực nghiệm của Delvigne và Sweeney
(1988) giờ đã gân như trở thành các mô hình tiêu chuân. Delvigne và Sweeney

đã nghiên cứu quá trình phân tán tự nhiên của dầu do sóng vỡ trong máng sóng
và bế sóne và đã rút ra mối liên hệ thực nghiệm giữa tốc độ lôi cuốn dầu vào
trong nước (phần dầu mất vào trong nước trong 1 đơn vị thời gian) như là hàm
của loại dầu và năng lượng sóng vỡ. Các tác giả cũng tìm ra mối liên hệ đế dự
báo phân bổ kích thước giọt dầu theo các thông số trên. Các tác giả cũng thấy
rằng số lượng giọt dầu trong một khoảng kích thước nào đó liên hệ với kích
thước giọt theo mối quan hệ hàm mũ. Biểu thức phân bổ kích thước giọt dầu của
lượng dầu bị lôi cuốn vào trong nước do mỗi con sóng vỡ có dạng Q(jin =C'DP,
trong đó 0Jm là lượng dầu bị lôi cuốn vào nước trong mồi đơn vị diện tích bề
mặt với các giọt dầu có kích thước từ 0 tới D. số mũ 1,7 được rút ra từ quan trắc
phân bổ hàm mũ của kích thước hạt, xác định từ thí nghiệm. Hệ số tỷ lệ c phụ
thuộc vào loại dầu và độ cao sóng vỡ H, c = aH'1, với hệ số phân tán a phụ thuộc
vào loại dầu, biếu thị qua hệ số nhớt, số mũ q tìm được trong thí nghiệm máng
sóng là 1,14 và trong thí nghiệm be sóng là 1,4 (Delvigne và Hulsen, 1994). Các
tác giả cho ràng hệ số phân tán có giá trị hầu như không đổi với dầu có độ nhớt
nhỏ cho tới một giá trị giới hạn nào đó. Khi độ nhớt lớn hơn giá trị giới hạn, hệ
sổ phân tán giảm đáng kể khi hệ số nhớt tăng lên. Các kết quả nghiên cứu trên
phù hợp với các kết quả quan trắc hiện trường là hệ sổ phân tán của dầu bị nhũ
tương hoá nhỏ hơn hệ số phân tán của dầu không bị nhũ tương hoá một cách
đáng kê (Reed và nnk, 1994). Tốc độ phân tán như trình bày ở trên được tính
cho mồi sóng vỡ. Đê thu được tốc độ lôi cuốn dầu vào trong nước, cần phải
nhân phương trình tìm được với hệ sổ tốc độ Fw, được tính bàng tỷ số phần mặt
biên được bao phủ bởi sóng vỡ chia cho chu kỳ sóng. Các tác giả cho rằng các
phương trình mô ta các quá trình phân tán dâu có thê đúng trong giới hạn từ các
giọt dầu nhỏ nhất cho tới kích thước mà lượng dầu lôi cuốn bằng hàm lượng dầu
trên mặt (lượng dầu trên một đơn vị diện tích bề mặt). Điều này có nghĩa là kích
17
thước giọt dâu lớn nhât sẽ phụ thuộc vào độ dày lớp dâu, trạng thái mặt biên,
loại dầu và trạng thái phong hoá. Phương pháp Delvigne và Sweeney hiện đang
dược sử dụng rộng rãi trên thê giới, kê cả trong mô hình AD10S (NOAA, 1994),

mô hình phong hoá dầu SINTEF (Aamo và nnk, 1993; Daline và nnk, 1997),
OSCAR (Reed và nnk, 1995a,b; Aamo và nnk, 1997), và OILMAP (Spaulding
và nnk, 1992). Trong một số mô hình, các giọt dâu có kích thước nho hơn một
giới hạn nào đó sẽ bị coi là phân tán mạnh vào trong nước và có rất ít khả năng
tái xuất hiện tại khu vực ô nhiễm dầu. Khi đó, các giọt dầu không có khả năng
tái xuât hiện tại khu vực ô nhiếm dâu sẽ bị coi là biên mât vĩnh viễn. Giới hạn
đường kính của giọt dầu để nó biến mất vĩnh viễn nói chung nằm trong khoảng
70-100 m (Lunel, 1993). Tuy nhiên, việc dùng một bán kính giới hạn đế giọt
dầu biến mất là đáng nghi ngờ do một số nguyên nhân sau đây. Các giọt dầu bị
lôi cuốn vào nước sê có khả năng biến mất vĩnh viễn nếu vận tốc chuyển động
rối theo phương thăng đứng lớn hơn vận tốc nổi của giọt dầu. Khi chuyển động
rối là thống trị, các giọt dầu bị phân tán có xu hướng xáo trộn vào trong cột nước,
do vậy thời gian nôi lên mặt sẽ tăng lên, tức là làm gia tăng khả năng các giọt
dầu biến mất vĩnh viễn. Điều đó có nghĩa là giới hạn để phân tán vĩnh viễn có
nhiều khả năng phụ thuộc vào vận tốc nổi của giọt dầu và trạng thái mặt biển,
hơn là vào kích thước giọt dầu. Hơn nữa, các giọt dầu bị phân tán có xu hướng
chuyên động chậm hơn lớp dầu bề mặt do vận tốc dòng nước phía dưới nhỏ hơn.
Quá trình nối lên từ từ của những giọt dầu bị nhấn chìm trong một khoảng kích
thước nào đó sẽ đóng góp vào sự kéo dài của vết dầu, với một vùng có lớp dầu
móng ở phía sau vùng có lớp dầu dày. Các quá trình như đã nêu ở trên đã được
đưa vào các mô hình vận chuyến dầu theo phương pháp theo dõi hạt (Johansen,
1987; Elliot, 1991; Reed và nnk, 1994). Các quá trình này tạo ra sự vận chuyên
dầu từ vùng có vết dầu dày tới vùng có vết dầu mỏng, do vậy làm tăng cường
quá trình phân tán dầu. Các nghiên círu gần đây nhất theo hướng xem xét sự cân
băng giữa lực nôi của các giọt dầu và động lực của sóng vỡ là công trình của
Tkalich và Chan (2002). Các tác giả này đã xây dựng một mô hình động học
mới về xáo trộn thăng đứng của dầu, sử dụng thông lượng năng lượng giữa sóng
vờ và các giọt dâu nôi. Các tác giả đà hiệu chỉnh mô hình với các thực nghiệm,
cho phép sử dụng mô hình trong nhiều điều kiện môi trường và loại dầu khác
nhau.

Ọuá trình va chạm liên kết hay vờ ra của các giọt dầu có thể là không
quan trọng ở ngoài khơi đại dương, nhưng ảnh hưởng của nó rất quan trọng
trong vùng gần bờ khi tốc độ pha loãng và lôi cuốn dầu giảm một cách đáng kề.
Do quá trình này, các giọt dầu nhỏ có thể liên kết với nhau để tạo ra các giọt dầu
18
lớn và nôi lên mặt biên. Do vậy, một sô mô hình sô trị đã tính tới quá trình này
như mỏ hình của Sterling và nnk (2003).
Quá trình nhũ tương hoa: Trong nhiều mô hình, quá trình nhũ tương hoá
được tính toán bằng một thuật toán được Mackay và nnk (1980a,b,c, 1982, 1996)
xây dựng. Các tác giả này cũng xây dựng thuật toán số trị đê tính toán dưới dạng
sai phân. Thuật toán này đâ được dùng trong mô hình ADIOS của NOAA, và
dưới dạna, biến đổi một chút trong mô hình phong hoá dầu SINTEF. Thuật toán
đơn gian hoá chứa hai thông số, tốc độ lấy nước và độ ngậm nước cực đại. Cả
hai thông sổ này đều có thể rút ra được từ các thí nghiệm, nhưng thông số về tốc
độ lấy nước cần chinh theo các điều kiện hiện trường và các trạng thái mặt biển
khác nhau. Các nghiên cứu thí nghiệm về quá trình nhũ tương của các loại dầu
thô khác nhau đã cho thấy rằng cả tốc độ lấy nước và độ ngậm nước cực đại thay
đôi đáng kế từ loại dầu này sang loại dầu khác và bị ảnh hưởng bởi cả trạng thái
phong hoá của dầu (Daling và Brandvik, 1988). Nói chung, độ ngậm nước cực
đại dường như giảm theo độ nhớt của dầu. Sự khác nhau trong tốc độ lấy nước
có thê là do thành phần hoá học của dầu (nhựa, nến, hac ín V .V .), nhưng người ta
vân chưa tìm ra được các biêu thức đáng tin cậy đê tính toán quá trình này. Do
có sự khác biệt đáng kể trong quá trình nhũ tương hoá của các loại dầu khác
nhau, Daling và nnk (1990) đề nghị rằng các thông sổ nhũ tương cần được xác
định trên cơ sở các số liệu thí nghiệm cho các loại dầu cho trước. Fingas và nnk
(1999) đã tổng quan các mô hình mô phỏng quá trình nhũ tương hoá của dầu.
Các tác giả kết luận rằng các mô hình nhũ tương hoá trong quá khứ dựa trên các
phương trình tốc độ nhũ tương hoá bậc nhất, được phát triển trước khi có rất
nhiều kết quả thực nghiệm về bản chất vật lý của quá trình; và các số liệu thực
nghiệm cần được sử dụng làm cơ sở để phát triến các mô hình nhũ tương hoá

mới; và các mô hình đó cần tính đến tính on định của quá trình nhũ tương hoá
của các loại dầu khác nhau (ổn định, chuẩn ổn định và không ổn định). Tính ổn
định là thước đo độ ngậm nước của nhũ tương khi giữ ở các điều kiện tĩnh. Các
nhũ tương ổn định tương đối sẽ mất một phần nước khi giừ ở trạng thái tĩnh
trong 24 giờ. Trong khi độ nhớt hiệu dụng của nhù tương ổn định có the lớn hơn
độ nhớt của dầu nguyên chất 2 hay 3 bậc, độ nhớt của nhũ tương không ổn định
không lớn hơn độ nhớt của dầu nguyên chất 1 bậc. Do vậy, cần tính đến ảnh
hưởng của quá trình nhũ tương hoá lên độ nhớt của nhũ tương. Mô hình phong
hoá dầu SINTEF (Aamo và nnk, 1993; Daling và nnk, 1997 dùng độ ổn định
phong hoá trong tính toán độ nhớt thích hợp dùng đê tính toán sự phân tán dâu.
Quá trình chìm dầu: hầu hết các thành phần của dầu thô là không hoà tan
trone, nước, do vậy chúng có xu hướng dính kết với các hạt ran lơ lửng trong
19
nước, trở nên có khôi lượng riêng lớn hơn nước biên và chìm dân xuông đáy.
Quá trình chìm dâu xảy ra khi dâu thô đã trai qua quá trình phong hoá và tương
tác với các chât lơ lửng tự nhiên trong biên hay bìm đáy do rôi biên khuây lên.
Ọuá trình dâu tươníỉ tác với bùn đáy thường xảy ra khi độ sâu nho hơn 2 đen 5
lần độ cao sóng vỡ (Reed và nnk, 1999a). Thậm chí, quá trình này không được
xem xét đên trong hai bài báo tông quan vê các mô hình mô phong tràn dâu
quan trọng nhất (ASCE, 1996; Reeđ và nnk, 1999a). Các quá trình liên kết của
các giọt dầu lơ lửng với các hạt rắn lơ lửng có thế thông qua các quá trình hoá
học và sinh học. Stoffyn-Egli và Lee (2002) đã nghiên cứu quá trình tương tác
của dầu với các chất lơ lửng trong nước và tìm ra ràng rối biển tăng cường rất
mạnh quá trình tương tác và lắng đọng của dầu. Hiện tại, chưa có mô hình nào
mô phong tường minh quá trình tương tác giữa dầu và các chất lơ lửng do chưa
tính toán được với độ tin cậy cao độ nôi của các hạt dầu liên kết với các hạt bùn
cát lơ lưng. Tuy vậy, có một số mô hình có tính tới tính kết nối của dầu và chất
lơ lửng và quá trình lẳng đọng của dầu xuống đáy theo công thức thực nghiệm
(Tkalich và nnk, 2003). Yapa (1994) cũng mô phỏng quá trình lắng đọng dầu
xuống đáy tại vùng cửa sông và ven bờ bằng một hệ số thực nghiệm. Đối với

vùng xa bờ, đa số các mô hình tính toán lan truyền ô nhiễm dầu theo phương
pháp Lagrange coi dầu bị biến mất vĩnh viễn khi kích thước giọt dầu nhỏ hơn
một giới hạn nào đó. Lượng dầu mất mát do quá trình phân tán này đôi khi cũng
được coi là lượng dầu mất mát do lắng đọng.
Tương tác dầu với bờ: Một số mô hình hiện nay đã tính toán ảnh hưởng
của các quá trình động lực vùng ven biến tới quá trình dầu. Một trong những mô
hình xử lý khá kỳ vấn đề này là mô hình tràn dầu COZOIL (Reed và nnk, 198%;
Howlett và Jayko, 1998). Ngoài tính toán khá chi tiết quá trình tương tác giữa
dầu và bãi, COZOIL còn bao gồm một mô hình lan truyền sóng ven bờ, vận tốc
dòng ven do sóng gây ra (Reed and Gundlach, 1989a). Một số mô hình khác có
tính đến khả năng giữ dầu của bãi biến và tốc độ đọng dầu trên các loại bãi khác
nhau (Humphrey và nnk, 1993). Khả năng giữ dầu trên bãi hay mồi loại chất liệu
bãi được định nghĩa là lượng dầu được giữ lại trên 1 đơn vị chiều dài hay một
đơn vị diện tích bãi. Gundlach (1987) đã tổng kết các kết quả quan trắc về khả
năng giừ dầu trên bãi. Reed và nnk (198%) tính khả năng giữ dầu trên bãi từ độ
nhót cua dầu, độ thấm nước và độ rồng của vật liệu đáy, và mực nước triều.
Định luật Darcy dược dùng để tính độ sâu thấm dầu, cho phép tính mực nước
triều lên xuông. Humphrey và nnk (1993) sử dụng một phương pháp đơn giản
với các giá trị không đôi cho tất cả các thông số. Phương pháp của Humphrey và
nnk cho các kết quả tính toán không phù hợp tốt với các sổ liệu quan trắc (Hayes
20
và link, 1991; Baker và nnk, 1993; Sveum và Bech, 1993). Tuy vậy, các mô hình
don gian dạng này rất tiện lợi trong những trường hợp không the quan trắc hoặc
mô hình hoá được các thông số môi trường.
Quá trình phân huy sinh học: quá trình phân huy sinh học là một trong
những quá trình phong hoá quan trọng nhất dần tới sự biến mất cùa dâu khỏi
môi trường, nhất là làm biến mất nhừng thành phần không bay hơi. Nhiều công
trình nghiên cứu đâ làm sáng tở nhũng khía cạnh khác nhau cua quá trình này
cùng như các yếu tố môi trường làm thay đôi tốc độ phân huỷ sinh học (Atlas,
1981). Quá trình phân huy sinh học của dầu xảy ra do một số loại vi khuân có

kha năng đông hoá hydrocarbons trong dâu. Một sô loại vi khuân không có khả
năne, đồng hoá hydrocarbons cũng có thể đóng góp vào việc làm biến mất dầu
trong tự nhiên. Quá trình phân huỷ dầu bao gồm một chuồi các quá trình, trong
đó một sổ vi khuấn tác động ban đầu, tạo ra các sản phẩm trung gian để một số
nhóm sinh vật khác sử dụng. Owens (1999), Venosa và Zhu (2003), và Cybulski
và nnk (2003), Prince và nnk (2003) đã trình bày những kết quả nghiên cứu lý
thuyết và thực nghiệm về quá trình phân huỷ sinh học của dầu cũng như ảnh
hưởng của các vếu tổ môi trường (như trạng thái nhũ tương, nhiệt độ nước biển,
ánh sáng mặt trời v.v.) tới các quá trình phân huỷ sinh học. Cho tới nay, mặc dù
đã đạt được nhiều kết quả nghiên cứu về quá trình phân huỷ sinh học của dầu
trong môi trường biển, các nhà khoa học vẫn chưa có được những kết quả định
lượng đáng tin cậy đe có thê sử dụng trong mô hình dự báo quá trình biển đổi
của dầu ô nhiễm. Bởi vậy, trong các mô hình tính toán dự báo sự lan truyền và
biến đôi của dầu ô nhiễm, quá trình phân huỷ sinh học của dầu thường bị bò qua.
Quá trình hoà tan: Các thành phần có thề hoà tan trong nước của dầu có
thế bị hoà tan trong quá trình phong hoá. Quá trình hoà tan của dầu phụ thuộc
vào thành phần và trạng thái của dầu, và xảy ra nhanh nhất khi dầu bị phân tán
vào trong nước. Các thành phần dễ tan vào trong nước nhất là các thành phần
hydrocarbon thơm như benzen và toluene. Tuy nhiên, đây củng là những thành
phần bốc hơi nhanh nhất nên nếu dầu ở trên mặt biển thì quá trình hoà tan của
các thành phần này là không quan trọng. Lượng dầu hoà tan vào trong nước là
rất nhỏ (nói chung nhỏ hơn 1 phần triệu) và không đóng góp đáng kể vào quá
trình mất dầu tại mặt biên. Tuy vậy, dầu hoà tan vào trong nước lại cực kỳ độc
cho môi trường sinh thái. Vì vậy, việc nghiên cứu đánh giá mức độ hoà tan của
dầu vào nước là cần thiết. Các kết quả nghiên cứu cho thấy rằng tốc độ hoà tan
của dầu vào trong nước có thể tính theo thước đo trọng lượng Viện Dầu Hoa Kỳ
(The American Petroleum Institute gravity scale) °API. Do có rất nhiều khó
khăn trong việc xác định mức độ hoà tan của các thành phần dầu thô trong nước,
21
mãi tới gân đây, Hamam và nnk (1988) mới lân đâu tiên tiên hành các thí

nghiệm đo đạc mức độ hoà tan của các thành phần dầu thô với dâu thô thực.
Trong các thí nghiệm, các tác gia đã đo đạc độ hoà tan cua dâu thô có °AP1 nằm
trong khoang từ 11 đẽn 28 trong nước biên tại các nhiệt độ 25, 35, và 45 °c.
Trên cơ sở phân tích các kết quả thí nghiệm, các tác giả đã tìm được một
phương pháp đánh giá mức độ hoà tan cua dầu thô vào nước biên như là hàm
của nhiệt độ, độ muôi.
Trong trường hợp tính toán quá trình lan truyên dâu từ nguôn xa đê xác
định nguồn gây ô nhiễm dầu, có thể bo qua quá trình hoà tan dầu vào trong nước
mà không gây ra sai số đáng kê tới các kết quả tính toán. Tuy vậy, nếu đánh giá
tác động môi trường của ô nhiễm dầu, cần xem xét cả quá trình này, đặc biệt ở
gân bờ.
Quả trình ô Xy hoả dầu: Các thành phần hydrocarbon trong dầu có thể tác
dụng với ô xy, tạo ra các hợp chất hoà tan hay không hoà tan. Quá trình ô xy hoá
dâu được tăng cường khi có ánh nắng mặt trời nhưng nói chung xảy ra rất chậm.
Thí dụ, ngay cả dưới ánh nắng gay gắt, lớp dầu mòng chỉ bị ô xy hoá với tốc độ
0,1% khối lượng trong 1 ngày. Các đám dầu bị nhũ tương hoá có thế bị ô xy hoá
lớp bên ngoài, tạo ra một lớp màng cứng ngăn cản quá trình nhũ tương hoá của
dâu ở bên trong. Vì tốc độ ô XV hoá của dầu khá chậm, trong các mô hình tính
loán lan truyền và biến đổi ô nhiễm dầu, chúng thường được bỏ qua.
Các tính chat của dầu: Các tính toán dự báo những thay đổi cứa các tính
chất dầu theo thời gian bằng cách mô phỏng tổng hợp quá trình vận chuyển dầu
với các quá trình phong hoá dầu cho phép phân tích, lựa chọn giải pháp ứng phó
sự cổ tràn dầu hiệu quả nhất và đánh giá ảnh hưởng môi trường của sự cố tràn
dầu. Các tính chất và thành phần của dầu khi chưa phong hoá có thể được lấy từ
các ngân hàng dữ liệu dầu (NOAA, 1994; Comerma, 2003). Tính chất quan
trọng nhất cúa dầu cần được dự báo là độ nhớt của dầu vì nó được sử dụng trong
nhiều tính toán như quá trình nhũ tương hoá, quá trình phân tán, kích thước giọt
dầu chìm trong nước, V.V Các tính chất khác của dầu như điểm tan chảy, điểm
đốt đều quan trọng để đề xuất phương pháp xử lý dầu tràn. Mô hình phong hoá
dầu tính toán sự thay đổi thành phần dầu do mất các thành phần dễ mất trong

quá trình phong hoá. Các thay đổi tính chất của dầu thường được tính toán trên
cơ sở mất mát do bốc hơi, lấy nước, hoà tan và phân huỷ dầu. Một số tác giả đã
thử tính độ nhớt của dầu theo độ nhớt của phần dầu còn lại trong quá trình
phong hoá nhung đã tạo ra các kết quá phi lý. Do đó, một số tác giả khác đă đề
xuất phương pháp tính toán độ nhớt của dầu từ độ nhớt của dầu khi vừa thoát ra
khỏi nguồn tại nhiệt độ tiêu chuẩn (25°C) và phần dầu mất mát trong quá trình
22
phong hoá. Sự tăng độ nhớt do nhũ tương hoá được tính từ độ nhớt của dâu đã
phong hoá và độ ngậm nước theo công thức cua Mackay và nnk ( 1980a,b). Các
kết quả kiểm chứng đã cho thấy rằng cách tiếp cận theo phương pháp trên có thể
tạo ra sai sổ rất nghiêm trọng. Theo Reed và nnk (1999a), Daling và nnk (1997),
các tính chất cua dâu thay đôi trong quá trình phong hoá, nhưng vì hiện tại chưa
có một phương pháp đáng tin cậy đê dự báo chúng nên sô liệu thực nghiệm cho
mồi loại dâu vần là rất cần thiết và đáng tin cậy nhât.
III. ĐIÊU KIỆN TỤ NHIÊN KHU vực BIẺN ĐÔNG
• • •
3.1. Đăc điểm đia hình khu vưc biển Đông
• • • “
Biên Đông nằm ở phía tây của Thái Bình Dương, là một biên kín được
bao bọc bơi đảo Đài Loan, quần đảo Philippin ở phía đông; các đảo Inđônêxia
(Bomeo, Sumatra) và bán đảo Malayxia ở phía nam và đông nam, bán đảo Đông
Dương ở phía tây và lục địa nam Trung Hoa ở phía bẳc. Theo định nghĩa của
Uỷ ban Thủy văn quốc tế, đường ranh giới cực bắc của Biền Đông là đường nối
điểm cực bắc của đảo Đài Loan đến Thanh Đảo lục địa Trung Hoa, gần vị trí vĩ
độ 25010'N, ranh giới phía cực nam của biên là vùng địa hình đáy bị nâng lên
giữa đảo Sumatra và Borneo (Kalimantan) gần vĩ độ 30 00'S (Bản đồ Biển
Đông). Diện tích Biển Đông khoảng 3.400.000km2*, độ sâu trung bình khoảng
1140m và độ sâu cực đại khoảng 5016m (hình 3.1).
Hình 3.1. Bản đồ Biển Đông ở tây bắc Thái Bình Dương
23

Địa hình đáy Biên Đông rất đa dạng và phức tạp, với tính chât cua một
biên rìa, sự đan xen cua bôn trũng nước sâu trên 4000m với những khôi sót lục
địa cô đâ tạo nên tính tương phản của địa hình. Địa hình đáy Biên Đông ngoài
tính chất của địa hình đáy đại dương, còn có các yếu tố của địa hình lục địa với
sự có mặt đầy đủ các đơn vị địa hình như: thêm lục địa, sườn lục địa, chân lục
địa và đáy biền thăm. Trong quá trình tiến hoá của mình, địa hình đáy biến chịu
ảnh hướng sâu sẳc các quá trình dao động mức nước đại dương và quá trình giãn
tách của Biến Đông. Quá trình sụt lún không đều của vỏ trái đất đã đóng vai trò
quan trọng trong việc phân dị địa hình tạo nên những cảnh quan núi, đôi, cao
nguyên và các dạng đông bằng phân bố ở những độ sâu khác nhau, các quá trình
động lực ngoại sinh góp phần tạo ra tính đa dạng và phong phú của bề mặt địa
hình ở các phân vị thấp hơn.
3.2. Đăc điểm khí hâu khu vưc biển Đông
• • • o
Chê độ khí hậu của vùng biên phía băc Biên Đông mang tính nhiệt đới đại
dương, không có mùa đông lạnh, gần như ấm áp quanh năm. Nhiệt độ trung
bình năm 26,90C, trong những tháng mùa đông nhiệt độ tới thấp hơn 220C,
trong những tháng mùa hè nhiệt độ cao nhất trung bình tháng không vượt quá
310C (Bảng 9). Chế độ ẩm ở đây luôn luôn nhỏ hơn 85%, thấp hơn nhiều so với
chế độ ấm trên đất liền và vùng biển ven bờ Việt Nam. Lượng mưa trung bình
năm khoảng 1200mm, tương đương giá trị này ở vùng khô hạn nam Trung bộ
Việt Nam. Bão và áp thấp nhiệt đới có khả năng đem mưa đặc trưng cho chế độ
khí hậu nhiệt đới lại xuất hiện ỏ vùng nghiên cứu này với tần xuất rất lớn (33
cơn bão/năm). Rõ ràng chế độ khí hậu vùng biển phía bắc Biển Đông không
thuần túy khí hậu hải dương. Nhân tố nào đã chi phối, cần phải được điều tra
nghiên cứu đầy đủ hơn. Trong khi đó các sổ liệu khí tượng quan trắc được ở
Trường Sa phía nam Biên Đông rất đặc trưng cho chế độ khí hậu nhiệt đới xích
đạo hải dương.
Khí hậu vùng phía nam của Biên Đông đặc trưng cho khí hậu gió mùa
mang tính chất xích đạo với những đặc trưng cơ bản sau đây:

Nhiệt độ luôn luôn cao, ôn định và biến thiên theo mùa không lớn. Nhiệt
độ trung bình năm khoảng 26,5 - 27,0°c. Trong biến trình năm có hai cực đại
chính xảv ra vào tháng IV với giá trị là 27,5°c, cực đại thứ hai xảy ra vào tháng
IX với giá trị là 27,0°c. Giá trị cực tiếu là 25,5°c xảy ra vào tháng II, chậm pha
hơn trên đât liền một tháng do tính chất đại dương. Như vậy biên độ năm của
nhiệt độ chi vào khoảng
2°c, tương ứng điều kiện khí hậu xích đạo.
24