Sử dụng phần mềm mike21 nghiên cứu định lượng mức độ ảnh hưởng đến môi trường nước biển cửa lò bởi tổng chất rắn lơ lửng (TSS) phát sinh đồng thời từ hoạt động nạo vét và đổ vật li

LÊ VIỆT THẮNG

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

LÊ VIỆT THẮNG

SỬ DỤNG PHẦN MỀM MIKE21 NGHIÊN CỨU ĐỊNH LƯỢNG
KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

MỨC ĐỘ ẢNH HƯỞNG ĐẾN MÔI TRƯỜNG NƯỚC BIỂN CỬA LÒ BỞI
TỔNG CHẤT RẮN LƠ LỬNG (TSS) PHÁT SINH ĐỒNG THỜI TỪ
HOẠT ĐỘNG NẠO VÉT VÀ ĐỔ VẬT LIỆU NẠO VÉT TRONG
QUÁ TRÌNH CẢI TẠO, NÂNG CẤP LUỒNG TÀU

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

KHOÁ 2008-2010
Hà Nội – Năm 2010


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

LÊ VIỆT THẮNG

SỬ DỤNG PHẦN MỀM MIKE21 NGHIÊN CỨU ĐỊNH LƯỢNG
MỨC ĐỘ ẢNH HƯỞNG ĐẾN MÔI TRƯỜNG NƯỚC BIỂN CỬA LÒ

BỞI TỔNG CHẤT RẮN LƠ LỬNG (TSS) PHÁT SINH ĐỒNG THỜI TỪ
HOẠT ĐỘNG NẠO VÉT VÀ ĐỔ VẬT LIỆU NẠO VÉT TRONG
QUÁ TRÌNH CẢI TẠO, NÂNG CẤP LUỒNG TÀU

Chuyên ngành : Kỹ thuật môi trường

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. TRỊNH THÀNH

Hà Nội – Năm 2010


i

MỤC LỤC
Trang
LỜI CẢM ƠN

1

LỜI CAM ĐOAN

2

MỞ ĐẦU
A. Đặt vấn đề

3

B. Lý do chọn đề tài

4

C. Mục đích nghiên cứu

4

D. Nội dung nghiên cứu

5

E. Phạm vi nghiên cứu

5

E1. Phạm vi không gian

5

E2. Phạm vi thời gian

6

E3. Giới hạn đối tượng nghiên cứu

6

G. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

6

G1. Ý nghĩa khoa học

6

G2. Ý nghĩa thực tiễn

7

H. Phương pháp nghiên cứu

7

H1. Phương pháp tiếp cận

7

H2. Phương pháp thực hiện

7

CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ CÁC NGHIÊN CỨU QUẢN LÝ CHẤT LƯỢNG
NƯỚC BẰNG PHƯƠNG PHÁP MÔ HÌNH HÓA
1.1. Tổng quan về hiện trạng ô nhiễm nước biển tại vùng cửa sông ven biển Việt Nam

10

1.2. Tổng quan về các nghiên cứu quản lý chất lượng nước bằng phương pháp mô hình
hóa trên thế giới

12

1.3. Tổng quan về các nghiên cứu quản lý chất lượng nước biển ven bờ bằng phương
pháp mô hình hóa tại Việt Nam

16

1.4. Giới thiệu một số mô hình và phần mềm quản lý chất lượng nước

17

1.4.1. Phần mềm EFDC (Mỹ)

18

1.4.2. Phần mềm Delft3D-WAQ (Hà Lan)

19

1.4.3. Phần mềm MIKE21 (Đan Mạch)

21

1.4.4. Các phần mềm khác

23

1.5. Lựa chọn phần mềm ứng dụng trong đề tài nghiên cứu

24

CHƯƠNG II. NGHIÊN CỨU ĐỊNH LƯỢNG SỰ PHÂN BỐ NỒNG ĐỘ VÀ PHẠM
VI LAN TRUYỀN TSS BẰNG PHẦN MỀM MIKE21
2.1.Điều kiện tự nhiên khu vực nghiên cứu

25

2.1.1. Tỉnh Nghệ An

25

2.1.2. Đặc điểm vùng biển Cửa Lò

26

2.2. Hiện trạng môi trường khu vực nghiên cứu

28

i


ii
Trang
2.2.1. Lựa chọn vị trí lấy mẫu

28

2.2.2. Kết quả phân tích và đánh giá

32

2.3. Nghiên cứu định lượng sự phân bố nồng độ và phạm vi lan truyền TSS bằng phần
mềm MIKE21 (module MIKE21HD và MIKE21AD)

33

2.3.1. Cơ sở lý thuyết của module MIKE21HD

33

2.3.2. Cơ sở lý thuyết của module MIKE21AD

39

2.3.3. Thu thập và xử lý số liệu sử dụng trong module MIKE21HD

43

2.3.4. Thu thập và xử lý số liệu sử dụng trong module MIKE21AD

51

2.3.5. Sử dụng các số liệu địa hình để thiết lập hệ lưới lồng

57

2.3.6. Hiệu chỉnh thông số và kiểm chứng kết quả

59

2.3.7. Kết quả tính toán chế độ thủy lực (MIKE21HD)

66

2.3.8. Các kịch bản dự báo (MIKE21AD)

69

2.3.9. Kết quả tính toán nồng độ và phạm vi lan truyền chất rắn lơ lửng
(MIKE21AD)

70

CHƯƠNG III. PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN GIẢI PHÁP CẢI TẠO, NÂNG CẤP
LUỒNG TÀU THEO DIỄN BIẾN TỔNG HỢP CỦA TSS
3.1. Phân tích diễn biến tổng hợp của TSS phát sinh từ hoạt động nạo vét và đổ vật liệu
nạo vét

87

3.1.1. Diễn biến tổng hợp của TSS tại luồng tàu và vị trí đổ vật liệu nạo vét

87

3.1.2. Diễn biến tổng hợp của TSS tại các vị trí nhạy cảm khác (bờ biển Cửa Lò –
Cửa Hội, đảo Hòn Ngư)

92

3.2. Đề xuất phương án nâng cấp luồng tàu tối ưu

98

KẾT LUẬN
Kết luận

100

Kiến nghị

101

TÀI LIỆU THAM KHẢO

103

ii


iii

DANH MỤC CÁC BẢNG SỐ LIỆU
Trang
CHƯƠNG II. NGHIÊN CỨU ĐỊNH LƯỢNG SỰ PHÂN BỐ NỒNG ĐỘ VÀ PHẠM
VI LAN TRUYỀN TSS BẰNG PHẦN MỀM MIKE21
Bảng 2.1. Một số đặc đặc trưng chủ yếu của bờ biển Việt Nam

26

Bảng 2.2. Vị trí lấy mẫu nước biển ven bờ

29

Bảng 2.3. Các chỉ tiêu chất lượng chính của nước biển ven bờ khu vực nghiên cứu

32

Bảng 2.4. Quá trình vận chuyển của hạt chất lỏng

40

Bảng 2.5. Mực nước ứng với các tần suất lũy tích trạm Hòn Ngư (1984 ÷ 2008)

45

Bảng 2.6. Mực nước cao nhất năm ứng với các tần suất lý luận trạm Hòn Ngư
(1961÷2008)

46

Bảng 2.7. Mực nước ứng với các tần suất luỹ tích Cửa Lò (cm)

46

Bảng 2.8. Mực nước Hmax ứng với các tần suất lý luận tại Cửa Lò (cm)

46

Bảng 2.9. Đặc trưng về tốc độ gió và hướng gió tại trạm khí tượng Hòn Ngư

48

Bảng 2.10. Tần suất độ cao và hướng sóng trạm Hòn Ngư (2004÷2008)

50

Bảng 2.11. Tổng hợp kết quả các chỉ tiêu phân tích cơ lý

54

Bảng 2.12. các thông số chính khi tiến hành thi công nạo vét luồng tàu

56

Bảng 2.13. Các kịch bản tính toán trong MIKE21AD

69

Bảng 2.14. Tọa độ các vị trí trích rút số liệu

70

CHƯƠNG III. PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN GIẢI PHÁP CẢI TẠO, NÂNG CẤP
LUỒNG TÀU THEO DIỄN BIẾN TỔNG HỢP CỦA TSS
Bảng 3.1. Diễn biến TSS tại khu vực bến tàu cảng Cửa Lò

87

Bảng 3.2. Diễn biến TSS tại khu vực luồng tàu

89

Bảng 3.3. Diễn biến TSS tại khu vực cửa sông Cấm

90

Bảng 3.4. Diễn biến TSS tại khu vực dự kiến đổ vật liệu nạo vét

91

Bảng 3.5. Diễn biến TSS tại khu vực bờ đông đảo Hòn Ngư

92

Bảng 3.6. Diễn biến TSS tại khu vực bờ tây đảo Hòn Ngư

93

Bảng 3.7. Diễn biến TSS tại khu vực bờ biển Cửa Lò

94

Bảng 3.8. Diễn biến TSS tại khu vực bờ biển Cửa Lò – Cửa Hội

95

Bảng 3.9. Diễn biến TSS tại khu vực bờ biển Cửa Hội

97

iii


iv

DANH MỤC CÁC BẢN ĐỒ, BIỂU ĐỒ VÀ HÌNH VẼ
Trang
MỞ ĐẦU
Hình i. Sơ đồ khu vực nghiên cứu

6

Hình ii. Sơ đồ xây dựng luận văn

8

CHƯƠNG II. NGHIÊN CỨU ĐỊNH LƯỢNG SỰ PHÂN BỐ NỒNG ĐỘ VÀ PHẠM VI
LAN TRUYỀN TSS BẰNG PHẦN MỀM MIKE21
Hình 2.1. Vị trí địa lý tỉnh Nghệ An

25

Hình 2.2. Sơ đồ vị trí lấy mẫu chất lượng nước biển ven bờ

31

Hình 2.3. Thời gian chỉnh tâm

35

Hình 2.4. Kỹ thuật Side - feeding

36

Hình 2.5. Chu trình quét tính toán

37

Hình 2.6. Địa hình và phạm vi miền tính toán

45

Hình 2.7. Minh họa các biên lỏng (mực nước)

47

Hình 2.8. Mực nước từng giờ tại 03 biên phía biển vào tháng 03/2010

47

Hình 2.9. Hoa gió tổng hợp trạm Hòn Ngư (1984 ÷ 2008)

48

Hình 2.10. Hoa sóng tổng hợp tại trạm Hòn Ngư (2004 ÷ 2008)

51

Hình 2.11. Sơ đồ vị trí lỗ khoan khảo sát địa chất

53

Hình 2.12. Minh họa nguồn phát sinh TSS

56

Hình 2.13. Lưới tính lớn cho toàn vùng nghiên cứu

58

Hình 2.14. Lưới tính chi tiết khu vực cảng Cửa Lò

58

Hình 2.15. Vị trí các trạm đo mực nước, dòng chảy, lỗ khoan

60

Hình 2.16. Biến trình mực nước quan trắc từng giờ và tính toán tại trạm Hòn Ngư từ ngày 20
÷ 24/03/2010

60

Hình 2.17. Biến trình mực nước quan trắc từng giờ và tính toán tại trạm H1 từ ngày 20 ÷
24/03/2010

61

Hình 2.18. Biến trình mực nước quan trắc từng giờ và tính toán tại trạm H2 từ ngày 20 ÷
24/03/2010

61

Hình 2.19. Biến trình mực nước quan trắc từng giờ và tính toán tại trạm H3 từ ngày 20 ÷
24/03/2010

61

Hình 2.20. Biến trình vận tốc quan trắc từng giờ và tính toán tại trạm TT1 từ ngày
19÷21/03/2010

62

Hình 2.21. Biến trình hướng dòng chảy quan trắc từng giờ và tính toán tại trạm TT1 từ
19÷21/03/2010

62

Hình 2.22. Biến trình vận tốc quan trắc từng giờ và tính toán tại trạm TT2 từ ngày
19÷21/03/2010

63

Hình 2.23. Biến trình hướng dòng chảy quan trắc từng giờ và tính toán tại trạm TT2 từ ngày
19÷21/03/2010

63

Hình 2.24. Biến trình vận tốc quan trắc từng giờ và tính toán tại trạm TT3 từ ngày

63

iv


v
Trang
19÷21/03/2010
Hình 2.25. Biến trình hướng dòng chảy quan trắc từng giờ và tính toán tại trạm TT3 từ ngày
19÷21/03/2010

64

Hình 2.26. Biến trình vận tốc quan trắc từng giờ vàtính toán tại trạm TT4 từ ngày
19÷21/03/2010

64

Hình 2.27. Biến trình hướng dòng chảy quan trắc từng giờ và tính toán tại trạm TT4 từ ngày
19÷21/03/2010

64

Hình 2.28. Biến trình vận tốc quan trắc từng giờ và tính toán tại trạm TT5 từ ngày
19÷21/03/2010

65

Hình 2.29. Biến trình hướng dòng chảy quan trắc từng giờ và tính toán tại trạm TT5 từ ngày
19÷21/03/2010

65

Hình 2.30. Trường dòng chảy pha triều xuống (hướng E)

67

Hình 2.31. Trường dòng chảy pha triều lên (hướng E)

67

Hình 2.32. Trường dòng chảy pha triều xuống (hướng S)

68

Hình 2.33. Trường dòng chảy pha triều lên (hướng S)

68

Hình 2.34. Vị trí các điểm trích rút số liệu

71

Hình 2.35. Định lượng sự phân bố nồng độ TSS (lặng gió)

71

Hình 2.36. Định lượng phạm vi lan truyền TSS (lặng gió; giờ 00 sau khi đổ chất thải)

72

Hình 2.37. Định lượng phạm vi lan truyền TSS (lặng gió; giờ 12 sau khi đổ chất thải)

72

Hình 2.38. Định lượng phạm vi lan truyền TSS (lặng gió; giờ 24 sau khi đổ chất thải)

73

Hình 2.39. Định lượng sự phân bố nồng độ TSS (Gió Bắc - 4m/s)

73

Hình 2.40. Định lượng phạm vi lan truyền TSS (Gió Bắc - 4m/s; giờ 00 sau khi đổ chất thải)

74

Hình 2.41. Định lượng phạm vi lan truyền TSS (Gió Bắc - 4m/s; giờ 12 sau khi đổ chất thải)

74

Hình 2.42. Định lượng phạm vi lan truyền TSS (Gió Bắc - 4m/s; giờ 24 sau khi đổ chất thải)

75

Hình 2.43. Định lượng sự phân bố nồng độ TSS (Gió Bắc - 9m/s)

75

Hình 2.44. Định lượng phạm vi lan truyền TSS (Gió Bắc - 9m/s; giờ 00 sau khi đổ chất thải)

76

Hình 2.45. Định lượng phạm vi lan truyền TSS (Gió Bắc - 9m/s; giờ 12 sau khi đổ chất thải)

76

Hình 2.46. Định lượng phạm vi lan truyền TSS (Gió Bắc - 9m/s; giờ 24 sau khi đổ chất thải)

77

Hình 2.47. Định lượng sự phân bố nồng độ TSS (Gió Đông, 4m/s)

77

Hình 2.48. Định lượng phạm vi lan truyền TSS (Gió Đông, 4m/s; giờ 00 sau khi đổ chất thải)

78

Hình 2.49. Định lượng phạm vi lan truyền TSS (Gió Đông, 4m/s; giờ 12 sau khi đổ chất thải)

78

Hình 2.50. Định lượng phạm vi lan truyền TSS (Gió Đông, 4m/s; giờ 24 sau khi đổ chất thải)

79

Hình 2.51. Định lượng sự phân bố nồng độ TSS (Gió Đông - 9m/s)

79

Hình 2.52. Định lượng phạm vi lan truyền TSS (Gió Đông - 9m/s; giờ 00 sau khi đổ chất thải)

80

Hình 2.53. Định lượng phạm vi lan truyền TSS (Gió Đông - 9m/s; giờ 12 sau khi đổ chất thải)

80

Hình 2.54. Định lượng phạm vi lan truyền TSS (Gió Đông - 9m/s; giờ 24 sau khi đổ chất thải)

81

Hình 2.55. Định lượng sự phân bố nồng độ TSS (Gió Nam - 4m/s)

81

Hình 2.56. Định lượng phạm vi lan truyền TSS (Gió Nam - 4m/s; giờ 00 sau khi đổ chất thải)

82

Hình 2.57. Định lượng phạm vi lan truyền TSS (Gió Nam - 4m/s; giờ 12 sau khi đổ chất thải)

82

v

vi
Trang
Hình 2.58. Định lượng phạm vi lan truyền TSS (Gió Nam - 4m/s; giờ 24 sau khi đổ chất thải)

83

Hình 2.59. Định lượng sự phân bố nồng độ TSS (Gió Nam - 9m/s)

83

Hình 2.60. Định lượng phạm vi lan truyền TSS (Gió Nam - 9m/s; giờ 00 sau khi đổ chất thải)

84

Hình 2.61. Định lượng phạm vi lan truyền TSS (Gió Nam - 9m/s; giờ 12 sau khi đổ chất thải)

84

Hình 2.62. Định lượng phạm vi lan truyền TSS (Gió Nam - 9m/s; giờ 24 sau khi đổ chất thải)

85

CHƯƠNG III. PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN GIẢI PHÁP CẢI TẠO, NÂNG CẤP LUỒNG
TÀU THEO DIỄN BIẾN TỔNG HỢP CỦA TSS

94

Hình 3.1. Diễn biến TSS tại khu vực bến tàu cảng Cửa Lò

95

Hình 3.2. Diễn biến TSS tại khu vực luồng tàu

96

Hình 3.3. Diễn biến TSS tại khu vực cửa sông Cấm

97

Hình 3.4. Diễn biến TSS tại khu vực dự kiến đổ vật liệu nạo vét

98

Hình 3.5. Diễn biến TSS tại khu vực bờ đông đảo Hòn Ngư

99

Hình 3.6. Diễn biến TSS tại khu vực bờ tây đảo Hòn Ngư

100

Hình 3.7. Diễn biến TSS tại khu vực bờ biển Cửa Lò

101

Hình 3.8. Diễn biến TSS tại khu vực bờ biển Cửa Lò – Cửa Hội

102

Hình 3.9. Diễn biến TSS tại khu vực bờ biển Cửa Hội

103

vi


vii

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
BOD:

Nhu cầu ô xy sinh học

BTNMT: Bộ Tài nguyên và Môi trường
COD:

Nhu cầu ô xy hóa học

GHCP:

Giới hạn cho phép

KTMT:

Kỹ thuật môi trường

QCVN:

Quy chuẩn Việt Nam

Ths.:

Thạc sỹ

TS.:

Tiến sỹ

TSS:

Tổng chất rắn lơ lửng

vii


1

LỜI CẢM ƠN
Luận văn thạc sỹ khoa học “Sử dụng phần mềm MIKE21 nghiên cứu định
lượng mức độ ảnh hưởng đến môi trường nước biển Cửa Lò bởi tổng chất rắn lơ
lửng (TSS) phát sinh đồng thời từ hoạt động nạo vét và đổ vật liệu nạo vét trong
quá trình cải tạo nâng cấp luồng tàu” đã được hoàn thành tại Bộ môn Quản lý Môi
trường, Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường, trường Đại học Bách Khoa Hà
Nội. Trong quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn, tác giả đã nhận
được rất nhiều sự giúp đỡ của các thầy cô và đồng nghiệp.
Trước hết, tác giả luận văn xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đến TS.
Trịnh Thành là người trực tiếp hướng dẫn và giúp đỡ trong quá trình nghiên cứu và
hoàn thành luận văn.

Tác giả cũng xin chân thành cảm ơn Ths. Phạm Văn Xuân và các đồng nghiệp
tại Trung tâm Môi trường – Tổng Công ty Tư vấn Thiết kế Giao thông Vận tải đã
hỗ trợ về chuyên môn, thu thập các tài liệu liên quan để luận văn được hoàn thành.
Xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến TS. Trương Văn Bốn – Trung tâm động lực Cửa
sông ven biển và Hải đảo – Viện Khoa học Thủy lợi đã quan tâm chỉ bảo trong suốt
quá trình làm luận văn.
Trong khuôn khổ của luận văn, do thời gian và điều kiện hạn chế nên không
tránh khỏi những thiếu sót. Vì vậy, tác giả rất mong nhận được những ý kiến đóng
góp quý báu của độc giả và những người quan tâm.
TÁC GIẢ

1


2

LỜI CAM ĐOAN
Tôi là Lê Việt Thắng, học viên cao học lớp KTMT 2008 ÷ 2010, đã thực hiện
đề tài: “Sử dụng phần mềm MIKE21 nghiên cứu định lượng mức độ ảnh hưởng đến
môi trường nước biển Cửa Lò bởi tổng chất rắn lơ lửng (TSS) phát sinh đồng thời
từ hoạt động nạo vét và đổ vật liệu nạo vét trong quá trình cải tạo nâng cấp luồng
tàu” dưới sự hướng dẫn của TS. Trịnh Thành. Tôi xin cam đoan những kết quả
nghiên cứu và thảo luận trong luận văn này là đúng sự thật và không sao chép ở bất
kỳ tài liệu nào khác.

2


3

MỞ ĐẦU
A.

Đặt vấn đề
Đất nước ta có đường bờ biển dài 3.300km, giao thông vận tải, buôn bán bằng

đường biển từ lâu đã là một thế mạnh. Tuy nhiên, để có thể khai thác hiệu quả tiềm
năng kinh tế biển, một trong những nhiệm vụ đặt ra là cần phải xây dựng và phát
triển hệ thống cảng biển theo hướng hiện đại.
Hiện tại, hệ thống cảng biển Việt Nam có hơn 24 cảng lớn nhỏ, với tổng chiều
dài tuyến mép bến hơn 26km. Lượng hàng hoá được xếp dỡ qua các cảng hàng năm
tăng khoảng 10%. Cụ thể: năm 2004, lượng hàng thông qua là 127,7 triệu tấn, năm
2005 đạt 139 triệu tấn [10].
Ngoài những hạn chế về sự thiếu đồng bộ trong quy hoạch, điều kiện kinh tế
và trình độ khoa học và công nghệ chưa phát triển tương xứng với đòi hỏi ngày
càng cao của thị trường, hệ thống cảng biển Việt Nam còn phải đối mặt với thực
trạng sa bồi luồng tàu. Nguyên nhân chủ yếu là do phần lớn luồng tàu vào cảng
nước ta đều dọc theo các con sông, mức dao động thủy triều lớn, chịu ảnh hưởng rất
nhiều của sa bồi, luồng lạch dài, chiều sâu hạn chế. Hệ quả là hàng năm, nhà nước
phải bỏ ra một khoản kinh phí rất lớn để nạo vét, duy tu luồng lạch để đảm bảo cho
các cảng có thể tiếp nhận được khối lượng hàng hóa ngày một tăng nhanh.
Một trong các vấn đề môi trường chính xuất hiện khi tiến hành nạo vét, duy tu
luồng tàu là nguy cơ ô nhiễm nguồn nước bởi chất rắn lơ lửng (TSS) phát sinh từ
hoạt động nạo vét và đổ vật liệu nạo vét. Việc sử dụng các phần mềm không chỉ đưa
ra được những nghiên cứu định lượng mức độ ảnh hưởng môi trường nước biển bởi
tổng chất rắn lơ lửng phát sinh từ hoạt động nạo vét và đổ vật liệu nạo vét mà còn
trở thành một công cụ giúp quản lý chất lượng nước trong quá trình nạo vét thông
qua việc lựa chọn phương pháp và vị trí đổ vật liệu nạo vét phù hợp.
Trước đây đã có những nghiên cứu mô hình toán để đánh giá phạm vi ảnh
hưởng và lan truyền của TSS nhưng riêng biệt cho hoạt động nạo vét và đổ vật liệu

3


4

nạo vét. Việc có những nghiên cứu áp dụng đánh giá những tác động tổng hợp phát
sinh từ hoạt động nạo vét và đổ vật liệu nạo vét là hết sức cần thiết.
B.

Lý do chọn đề tài
Hoạt động nâng cấp luồng tàu tại cảng Cửa Lò (nạo vét và đổ vật liệu nạo vét)

được thực hiện tại vùng biển ven bờ miền Trung, nơi có thềm lục địa hẹp, sườn bờ
ngầm gần với đường bờ, dẫn đến vị trí nạo vét và đổ vật liệu nạo vét tương đối gần
nhau. Do đó môi trường nước biển khu vực Cửa Lò sẽ bị ảnh hưởng bởi sự tích lũy
từ 2 nguồn phát sinh, bao gồm nạo vét và đổ vật liệu nạo vét.
Như vậy, để đảm bảo quá trình nâng cấp luồng tàu không tạo ra những ảnh
hưởng đáng kể đến chất lượng nước biển ven bờ Cửa Lò, yêu cầu phải đánh giá
định lượng được sự phân bố nồng độ TSS trong môi trường nước biển Cửa Lò phát
sinh đồng thời từ hoạt động nạo vét và đổ vật liệu nạo vét. Từ đó đưa ra được những
biện pháp tối ưu hạn chế tác động đến các đối tượng sử dụng nước trong khu vực.
Lựa chọn sử dụng phần mềm quản lý chất lượng nước trong việc nghiên cứu
không chỉ giúp mô phỏng chính xác quá trình lan truyền TSS từ đó định lượng được
mức độ và phạm vi ảnh hưởng mà còn giúp đưa ra được những biện pháp ngăn
ngừa ô nhiễm chất lượng nước biển từ đầu thông qua việc lựa chọn các kịch bản nạo
vét và vị trí đổ vật liệu nạo vét phù hợp. Trong các phần mềm quản lý chất lượng
nước trên thế giới hiện nay, trong nghiên cứu này đã lựa chọn sử dụng phần mềm
MIKE21 (module MIKE21HD và MIKE21AD) do tính chất thông dụng, khả năng
liên kết tốt giữa các module và sự tin cậy trong kết quả dự báo.
C.

Mục đích nghiên cứu
− Tiếp cận phương pháp nghiên cứu tổng hợp và đưa ra phương pháp tính
thông qua phần mềm quản lý chất lượng nước để định lượng nồng độ và
phạm vi lan truyền của TSS trong môi trường nước biển Cửa Lò khi tiến
hành cải tạo nâng cấp luồng tàu, tích lũy từ hoạt động nạo vét và đổ vật
liệu nạo vét.
4


5

− Đánh giá diễn biến tổng hợp của TSS trong môi trường nước cảng Cửa Lò
phát sinh từ hoạt động cải tạo nâng cấp luồng tàu
− Sử dụng kết quả nghiên cứu để đề nghị cơ quan quản lý nhà nước phê
duyệt vị trí đổ vật liệu nạo vét.
− Phân tích việc áp dụng các phần mềm quản lý chất lượng nước trong
nghiên cứu đánh giá diễn biến TSS phát sinh từ nâng cấp luồng tàu tại các
cảng biển khác tại miền Trung.
D.

Nội dung nghiên cứu
− Đặc điểm tự nhiên khu vực nạo vét và đổ vật liệu nạo vét.
− Định lượng nguồn phát sinh TSS từ hoạt động nâng cấp luồng tàu.
− Định lượng nồng độ và phạm vi phát tán TSS trong vùng biển Cửa Lò
bằng phần mềm MIKE21 (module MIKE21HD và MIKE21AD).
− Nghiên cứu mức độ ảnh hưởng môi trường nước biển Cửa Lò bởi tổng chất
rắn lơ lửng (TSS) phát sinh đồng thời từ hoạt động nạo vét và đổ vật liệu
nạo vét.

E.

Phạm vi nghiên cứu
E1. Phạm vi không gian
Phạm vi nghiên cứu được giới hạn tại luồng tàu trong Cảng Cửa Lò và khu

vực dự kiến đổ vật liệu nạo vét tại vùng biển ngoài khơi đảo Hòn Ngư.
Cảng Cửa Lò có tọa độ địa lý 18o49’42”N và 105o41’45”E nằm ở phía bắc thị
xã Cửa Lò và cách thành phố Vinh khoảng 15 km về phía đông bắc; cách Cửa Hội
10km và cách đảo Hòn Ngư 7km về phía tây bắc, thuộc địa bàn phường Nghi Thủy,
Nghi Tân, thị xã Cửa Lò và xã Nghi Thiết, huyện Nghi Lộc, tỉnh Nghệ An.
Vị trí đổ vật liệu nạo vét được xác định tại khu vực biển cách cảng Cửa Lò
khoảng 14km với chiều sâu -13÷ -15m có hình vuông, cạnh 2,5km. Tọa độ các đỉnh
khu dự kiến đổ vật liệu nạo vét như sau A (18o48'27"N, 105o49'51"E); B
(18o48'27"N, 105o51'16"E); C (18o47'06"N, 105o51'16"E) và D (18o48'06"N,
5


6

105o51'16"E). Sơ đồ khu vực nghiên cứu được trình bày trong hình i.
Hình i. Sơ đồ khu vực nghiên cứu
N

W

Cảng
Cửa Lò

E

S

Cự ly đổ vật liệu
nạo vét – 14km

E2. Phạm vi thời gian
Phạm vi thời gian được áp dụng trong phần mềm tính như sau:
− Thời gian để hiệu chỉnh thông số và kiểm chứng kết quả: tháng 3/2010.
− Thời gian chạy phần mềm từ ngày 01/04/2011 ÷ 06/04/2011.
E3. Giới hạn đối tượng nghiên cứu
Do đặc điểm cấu tạo trầm tích khu vực nghiên cứu chủ yếu là những thành
phần hạt có kích thước lớn (cát và sét) nên những nghiên cứu đề cập trong luận văn
được giới hạn đối với tổng chất rắn lơ lửng (TSS). Đây cũng là một trong những chỉ
tiêu được quy định trong QCVN 10:2008/BTNMT- Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về
chất lượng nước biển ven bờ.
G.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
G1. Ý nghĩa khoa học
Thông qua kết quả nghiên cứu tại cảng Cửa Lò, mở rộng phạm vi áp dụng và
6


7

đánh giá hiệu quả của phần mềm quản lý chất lượng nước trong việc đánh giá diễn
biến tổng hợp của TSS phát sinh từ hoạt động nâng cấp luồng tàu tại các cảng biển
miền Trung.
G2. Ý nghĩa thực tiễn
Thông qua kết quả nghiên cứu sẽ đưa ra những đánh giá về ảnh hưởng của

TSS từ hoạt động nâng cấp luồng tàu đến chất lượng nước tại các khu vực nhạy cảm
(đảo Hòn Ngư, biển Cửa Lò - Cửa Hội) từ đó làm cơ sở để đề nghị cơ quan quản lý
nhà nước chấp thuận vị trí đổ vật liệu nạo vét.
H.

Phương pháp nghiên cứu
H1. Phương pháp tiếp cận
Dựa trên những đặc điểm riêng về chế độ thủy lực, địa hình của khu vực

nghiên cứu: vùng ven biển miền Trung, nằm trong đới ven biển thuộc tiểu vùng
Lạch Trường - Mũi Ròn, vùng Móng Cái – Hải Vân; quá trình địa mạo thống trị là
tích tụ – xói lở; biển hở, thềm lục địa hẹp, sườn bờ ngầm gần với đường bờ; vị trí
nạo vét và vị trí đổ vật liệu nạo vét gần nhau đã xác định cách tiệm cận nghiên cứu
của luận văn là:
− Nghiên cứu các đặc điểm địa hình, địa mạo, thủy hải văn thống trị của
vùng biển Cửa Lò.
− Mô phỏng quá trình vận chuyển và phát tán chất rắn lơ lửng phát sinh đồng
thời từ hoạt động nạo vét và đổ vật liệu nạo vét trong quá trình cải tạo,
nâng cấp luồng tàu.
H2. Phương pháp thực hiện
− Kế thừa các nghiên cứu về môi trường tại vùng biển Cửa Lò trước đây của
các đơn vị, tổ chức trong nước và quốc tế cũng như các nghiên cứu về việc
áp dụng các phần mềm trong đánh giá diễn biến chất lượng môi trường
nước biển khi tiến hành cải tạo nâng cấp luồng tàu trước đây.
− Thu thập và xử lý số liệu về địa hình, địa chất, địa mạo, thủy văn tại khu
vực nghiên cứu để cung cấp các số liệu đầu vào cho phần mềm MIKE21.
7


8

− Áp dụng phần mềm hai chiều: sử dụng phần mềm MIKE21 bao gồm
module động lực (MIKE21HD) và module đối lưu - tải khuếch tán
(MIKE21AD) để tính toán các quá trình thủy triều, động lực và lan truyền,
phát tán các chất ô nhiễm (các biến môi trường) trong khu vực nghiên cứu.
Các phương pháp sử dụng trong luận văn được tổng hợp theo sơ đồ (hình ii).
Hình ii. Sơ đồ xây dựng luận văn
Số liệu khảo sát đo đạc
Số liệu về địa hình, thủy
hải văn, môi trường

Số liệu thu thập
Bản đồ, tài liệu (trong và ngoài
nước), số liệu khí tượng, hải văn.

Phân loại, chỉnh lý số liệu, tổng hợp cơ sở dữ liệu

Số liệu
thủy hải văn

Số liệu
địa hình

Số liệu
môi trường

Chia lưới

MIKE21AD
Hiệu chỉnh và thẩm định

module đối lưu - khuếch tán.

MIKE21HD
Hiệu chỉnh và thẩm định
module thủy lực.

Kết quả tính toán
Các số liệu, bảng biểu, sơ đồ về
thủy lực và đối lưu - khuếch tán.

QCVN 10:2008
/BTNMT - Quy
chuẩn KTQG về
chất lượng nước
biển ven bờ.

Nhận xét, đánh giá
Nhận xét về nồng độ và phạm vi
lan truyền TSS.
Đánh giá về những ảnh hưởng đến
chất lượng nước biển ven bờ.

Kết luận, kiến nghị

8


9

Nội dung chính của luận văn bao gồm:

− Mở đầu: trình bày tổng quan về các nội dung của việc lựa chọn đề tài
nghiên cứu, mục đích, phạm vi, ý nghĩa và phương pháp nghiên cứu.
− Chương 1. Tổng quan về các nghiên cứu quản lý chất lượng nước bằng
phương pháp mô hình hóa: nội dung chương này trình bày các nghiên cứu
về mức độ ô nhiễm nước tại vùng biển ven bờ từ các hoạt động kinh tế - xã
hội và các nghiên cứu trong quản lý chất lượng nước bằng phương pháp
mô hình hóa trên thế giới và tại Việt Nam. Đồng thời thống kê và đánh giá
một số phần mềm đang được sử dụng để nghiên cứu chất lượng nước, từ
đó xem xét lựa chọn sử dụng phần mềm MIKE21 trong đề tài.
− Chương 2. Nghiên cứu định lượng sự phân bố nồng độ và phạm vi lan
truyền TSS bằng phần mềm MIKE21: trong chương này trình bày các
nghiên cứu về đặc điểm tự nhiên, chất lượng môi trường khu vực nghiên
cứu và kết quả nghiên cứu định lượng sự phân bố nồng độ và phạm vi lan
truyền TSS bằng phần mềm MIKE21 (bao gồm các nội dung vềxử lý số
liệu, hiệu chỉnh thông số, kiểm chứng kết quả, kịch bản chạy mô hình và
các kết quả dự báo).
− Chương 3. Phân tích lựa chọn giải pháp cải tạo, nâng cấp luồng tàu theo
diễn biến tổng hợp của TSS: đề cập đến những đánh giá tổng hợp về diễn
biến của TSS phát sinh từ hoạt động nâng cấp luồng tàu (nạo vét và đổ vật
liệu nạo vét) tại các vị trí khác nhau trong khu vực nghiên cứu (cảng Cửa
Lò, đảo Hòn Ngư, vùng biển Cửa Lò - Cửa Hội). Từ đó đề xuất biện pháp
thực hiện cải tạo, nâng cấp luồng tàu một cách tối ưu.
− Kết luận và kiến nghị.

9


10

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ CÁC NGHIÊN CỨU QUẢN LÝ
CHẤT LƯỢNG NƯỚC BẰNG PHƯƠNG PHÁP MÔ HÌNH HÓA
1.1. Tổng quan về hiện trạng ô nhiễm nước biển tại vùng cửa sông ven biển
Việt Nam [2]
Trong suốt chiều dài 3.260km bờ biển Việt Nam, trung bình cứ 20km lại có
một cửa sông. Có 9 hệ thống sông lớn với lưu vực lớn hơn 10.000km2/ hệ thống, đó
là các hệ thống: sông Kỳ Cùng – Bằng Giang, sông Hồng, Thái Bình, Mã, Cả, Thu
Bồn, Ba, Đồng Nai – Sài Gòn và sông Cửu Long. Tổng lưu vực của các hệ thống
sông đó chiếm 70% diện tích cả nước ( tức 230.000km2). Hàng năm các sông đổ ra
biển khoảng 880km3 nước. Đặc điểm chính của các sông ở hạ lưu trước khi đổ vào
biển là thường gia tăng độ sâu và mở rộng lòng sông, chính vì vậy cửa sông ven
biển thường là nơi tích tụ các chất ô nhiễm từ đất liền đổ ra.
Ô nhiễm nước ven biển được xác định bởi một số thông số và nhóm thông số
đặc trưng là: chất rắn lơ lửng, độ đục, hàm lượng NO2, NO3, hàm lượng phốtpho,
nhóm kim loại nặng, hàm lượng dầu và chỉ số coliform…Các vùng cửa sông ven
biển Việt Nam hiện đã bị ô nhiễm bởi chất rắn lơ lửng (cao nhất là vùng ven biển
đồng bằng sông Hồng và sông Cửu Long), NO2, NO3, coliform (chủ yếu là khu vực
đồng bằng sông Cửu Long), dầu và kim loại kẽm.
Nguyên nhân của tình trạng ô nhiễm này là do các vùng cửa sông và vùng ven
biển thường là nơi có các khu đô thị tập trung, các cơ sở công nghiệp, các cảng
biển. Vùng ven bờ cửa sông, cửa biển là nơi có mật độ dân cư sinh sống cao, tốc độ
gia tăng dân số nhanh, các hoạt động nuôi trồng, khai thác và chế biển thủy hải sản,
giao thông… đang làm tình trạng ô nhiễm và suy thoái môi trường tại các cửa sông,
cửa lạch ngày càng trầm trọng. Các nguồn gây ô nhiễm chính đối với vùng nước
biển ven bờ tại Việt Nam bao gồm:
− Hoạt động trong các khu dân cư đô thị ven biển: việc gia tăng dân số kéo
10


11

theo các hoạt động sản xuất, khai thác nuôi trồng thủy sản, du lịch… đã
thải ra sông, biển khối lượng các loại chất thải ngày càng tăng.
− Hoạt động công nghiệp tập trung tại khu vực ven biển: trong những năm
gần đây, các khu công nghiệp tập trung ven biển phát triển rất mạnh và có
xu hướng ngày càng mở rộng, kèm theo đó là các hoạt động xả thải thiếu
quy hoạch gây tác động xấu tới môi trường. Chất thải từ các khu công
nghiệp ven biển gây sức ép lớn đến môi trường ven bờ.
− Hoạt động khai thác và nuôi trồng thủy sản: sự gia tăng số lượng thuyền
máy đánh bắt đồng nghĩa với việc gia tăng hoạt động khai thác hải sản đã
làm cạn kiệt nguồn tài nguyên sinh vật biển và làm nguy hại đến môi
trường biển do chất thải từ dầu.
− Khai thác khoáng sản: hoạt động khai thác sa khoáng ven biển tập trung
chủ yếu ở các tỉnh miền Trung cũng làm tăng đáng kể lượng thải các chất
độc hạt ra môi trường biển.
− Hoạt động du lịch và dịch vụ tại các khu du lịch, nghỉ dưỡng ven biển: hoạt
động du lịch và dịch vụ ngày càng tăng, lượng khách tham gia du lịch, nghỉ
dưỡng cũng tăng hàng năm khoảng 10 ÷ 15%. Kéo theo là gia tăng lượng
lớn chất thải từ hoạt động này, gây sức ép lên môi trường biển và ven biển
− Cảng và giao thông hàng hải: để duy trình hoạt động, các cảng thường
xuyên phải nạo vét vì bồi lắng trầm tích. Sự phát triển của hệ thống cảng
và hoạt động giao thông hàng hải là nguyên nhân đe dọa ngày một lớn đế
môi trường nước biển do gia tăng ô nhiễm dầu và lắng đọng trầm tích.
Từ các tổng hợp trên có thể thấy rằng, môi trường nước biển ven bờ tại khu
vực các cảng biển nói chung và tại cảng Cửa Lò nói riêng (khu vực nghiên cứu)
đang phải đối mặt với hai nguồn ô nhiễm chính. Đó là nước đục do liên quan đến
hoạt động của tàu thuyền ra vào cảng, nạo vét luồng lạch, đổ phế thải và ô nhiễm
dầu do rò rỉ hoặc tràn dầu (theo các số liệu công bố vào năm 2009, độ đục nước
vùng cảng Hải Phòng là 418 ÷ 424mg/l; cảng Đà Nẵng 33 ÷ 167mg/l. Nồng độ dầu
ở cảng Hải Phòng 0,42mg/l; cảng Cái Lân 0,6mg/l; cảng Vũng Tàu 0,52mg/l; cảng

11


12

Vietso Petro 7,57mg/l [8]).
Như vậy, hoạt động nâng cấp luồng tàu (nạo vét và đổ vật liệu nạo vét) là
nguyên nhân chính gây ra tình trạng ô nhiễm chất rắn lơ lửng (TSS) tại vùng cửa
sông ven biển tại vị trí các cảng. Do đó đòi hỏi các nghiên cứu về ảnh hưởng này và
đưa ra những công cụ để quản lý chất lượng nước khi tiến hành nạo vét và đổ vật
liệu nạo vét.
1.2. Tổng quan về các nghiên cứu quản lý chất lượng nước bằng phương
pháp mô hình hóa trên thế giới
Mô hình chất lượng nước là các phần mềm tính toán trên cơ sở giải các
phương trình toán học mô tả mối quan hệ giữa các chỉ tiêu phản ánh chất lượng
nước (các chỉ tiêu vật lý, hoá học và thành phần sinh học) cũng như các quá trình có
liên quan đến nó bằng phương pháp mô hình hóa. Mô hình chất lượng nước là một
trong những công cụ quản lý chất lượng nguồn nước một cách tổng quát và toàn
diện, mang lại hiệu quả kinh tế cao.
Trên Thế giới, các nghiên cứu áp dụng mô hình chất lượng nước trong việc
đánh giá diễn biến chất lượng nước cũng như sử dụng phương pháp mô hình hóa
trong quản lý các chỉ tiêu chất lượng nước đã được nhiều tổ chức, cơ quan nghiên
cứu và các nhà khoa học tại nhiều quốc gia quan tâm.
Trong gần một thế kỷ, từ mô hình đơn giản đầu tiên cho đến nay sự phát triển
mô hình chất lượng nước có thể được tóm tắt theo các giai đoạn sau [12]:
− Giai đoạn đầu thế kỷ 20:
o Mô hình chất lượng nước đầu tiên được Streeter-Phelps thiết lập 1925,
mô phỏng sự thay đổi các chất hữu cơ BOD & D (độ thiếu hụt oxy) ở
vùng hạ lưu các nguồn thải điểm trên dòng chảy sông Ohio. Mô hình
được thiết lập dựa trên cơ sở các giả thiết: dòng chảy ổn định, sự phân

hủy các chất hữu cơ theo phản ứng bậc nhất và sự thiếu hụt oxy trong
dòng chảy là do sự phân hủy các chất hữu cơ.
o Trong những năm của thập kỷ 30 ÷ 50, kết hợp các kết quả nghiên cứu
12


13

lý thuyết về quá trình xáo trộn, khuếch tán rối vật chất trong dòng chảy
của Taylor, Eder và các phương pháp tính toán sự lan truyền chất trên
dòng chảy, các tác giả cố gắng nâng cao độ tin cậy bằng việc xem xét
đồng thời ảnh hưởng của quá trình khuếch tán rối đến quá trình lan
truyền các chất ô nhiễm trong dòng chảy. Các nghiên cứu tập trung vào
các mối quan hệ giữa sự thay đổi giá trị BOD trên các dòng chảy với
các chế độ thủy lực khác nhau.
o Tuy nhiên, trong giai đoạn này do sự hạn chế của phương pháp tính,
công cụ tính toán cũng như các điều kiện thực nghiệm trong dòng chảy
nên các mô hình chất lượng nước chủ yếu tập trung giải quyết các vấn
đề đặt ra trong các dòng chảy đơn giản kênh, sông với điều kiện ổn
định, một chiều. Kết quả đạt được trong giai đoạn này là các công thức
thực nghiệm xác định hằng số tốc độ hoà tan oxy, các số liệu thống kê
về hằng số tốc độ phân huỷ các chất hữu cơ trong các dòng chảy có chế
độ thuỷ lực khác nhau.
− Giai đoạn thập kỷ 60:
o Trong giai đoạn này, cùng với công cụ tính toán mới (máy tính điện tử)
các phương pháp tính toán được hoàn thiện, các phương pháp số giải
bài toán thủy lực, bài toán lan truyền chất trong dòng chảy đã trở nên
quen thuộc. Các mô hình chất lượng nước được phát triển tính toán với
bài toán nhiều chiều hơn và xử lý các vấn đề mà trước đây khi giải
quyết còn gặp rất nhiều khó khăn. Độ tin cậy của mô hình cũng được

nâng cao hơn.
o Các vấn đề được quan tâm trong giai đoạn này là áp dụng vào tính toán
trong thực tiễn các vấn đề như đề cập trên nhưng các mô hình giải
quyết các bài toán nhiều chiều hơn và các vấn đề phức tạp hơn. Độ tin
cậy của mô hình được nâng cao do bổ sung thêm các quá trình có ảnh
hưởng đến sự phân bố nồng độ các chất hữu cơ trong dòng chảy :
• Quá trình lắng các chất lơ lửng, phân tán nhỏ trong quá trình lan
13


14

truyền.
• Quá trình giải phóng các chất từ lớp bùn đáy do sự cọ sát của dòng
chảy với lớp bùn đáy.
• Quá trình quang hợp và hô hấp của hệ thực vật thuỷ sinh
o Các mô hình chất lượng nước được phát triển rất đa dạng. Nếu như
trước đây các mô hình thuần túy đánh giá những tác động của nguồn
thải điểm đến chất lượng nước sông, các mô hình đã đề cập đến sự lan
truyền trong dòng chảy của các sông rộng, vùng cửa sông.
o Trong các ứng dụng vào thực tiễn, các nghiên cứu đã xác định các số
liệu thực nghiệm về hằng số tốc độ hoà tan, hệ số chuyển hoá các chất
trong dòng chảy. Với các lưu vực có chế độ thuỷ lực độ tin cậy của kết
quả tính toán mô phỏng còn nhiều hạn chế .
− Giai đoạn thập kỷ 70: trong giai đoạn này với sự hoàn thiện các phương
pháp nghiên cứu thực nghiệm xác định sự phân tán vật chất trong dòng
chảy các mô hình chất lượng nước phát triển đa dạng hơn. Đề cập đến vai
trò của quá trình tự làm sạch của nguồn nước (khả năng chuyển hóa các
chất bẩn của hệ động thực vật), các nghiên cứu tập trung thêm vào các yếu
tố ảnh hưởng đến quá trình phú dưỡng nguồn nước. Sự chuyển hóa các

chất ô nhiễm trong chuổi thức ăn. Sự tích lũy các chất ô nhiễm trong các
sinh vật tiêu thụ. Bước đầu, các nghiên cứu chỉ dừng lại ở các nghiên cứu
sự phú dưỡng của các hồ chứa nước. Đối với dòng chảy vấn đề này cũng
đã được đề cập đến, tuy nhiên khi triển khai ứng dụng còn rất nhiều khó
khăn trong việc đánh giá và hiệu chỉnh mô hình.
− Giai đoạn thập kỷ 80 đến nay:
o Cuối những năm 80 trở lại đây, các mô hình chất lượng nước tập trung
nghiên cứu mối quan hệ giữa các quá trình sinh thái - chất lượng nước
trong dòng chảy. Các mô hình được thiết lập dưới dạng đơn giản hơn
nhưng độ tin cậy cao hơn.
o Thomann và Mueller (1987) mô hình hoá các ảnh hưởng của mối quan
14


15

hệ giữa các loại phù du thực vật với các chất dinh dưỡng trong dòng
chảy đến chất lượng nước sông. Các chất dinh dưỡng được đưa vào
dòng chảy dưới dạng các nguồn thải điểm.
o Law và Chalup (1990) xây dựng mô hình chất lượng nước trên cơ sở sự
phát triển của quá trình quang hợp và hô hấp của tảo. Điều này đã được
Bowie bổ sung vào phần mềm Qual2E (1993). Di Toro và Fitzpatrick
(1993) phát triển, bổ sung thêm mối quan hệ giữa các sinh vật lớn tiêu
thụ (sinh vật tiêu thụ bậc I) sự chuyển hóa và tích lũy các chất dinh
dưỡng.
Hiện tại, hướng phát triển của các mô hình chất lượng nước là nghiên cứu sự
tích lũy các chất hữu cơ bền vững trong chuổi thức ăn, sự tích lũy các chất độc
trong các cơ thể sống. Mô phỏng phân bố nồng độ các chất ô nhiễm trên các dòng
chảy phức tạp như sự lan truyền các chất ô nhiễm từ các nguồn thải điểm, các
nguồn thải phân tán, các nguồn thải phát sinh thêm trong quá trình chuyển hóa các

chất ô nhiễm. Các áp dụng thực tiễn, được triển khai rộng ở các dòng chảy có chế
độ phức tạp như các dòng chảy sông rộng, cửa sông, các vũng, vịnh và các vùng
biển ven bờ.
Các mô hình chất lượng nước đã được viết trên ngôn ngữ lập trình thành các
phần mềm để sử dụng tính toán trên máy tính điện tử. Trong các phần mềm đang
được áp dụng, họ phần mềm MIKE đang được ngày càng sử dụng rộng rãi tại nhiều
nơi trên thế giới do tính chất thương mại, dễ sử dụng và có độ tin cậy cao. Một số
nghiên cứu tiêu biểu sử dụng họ phần mềm MIKE trong đánh giá diễn biến chất
lượng nước trên thế giới bao gồm:
− Tính toán sự phân bố các chất lơ lửng tại khu vực thải tại Skagen (Đan
Mạch).
− Tính toán môi trường và thủy lực khu vực Causeway tại Ả Rập.
− Tính toán thủy lực, bùn cát và chất lượng nước tại vùng cửa sông Loire tại
Pháp (1995).
− Tính toán hiệu ứng tích lũy các tham số môi trường tại khu vực cảng Hồng
15


16

Kông (1995 ÷ 1997).
− Tính toán và đề xuất giải pháp quản lý môi trường đầm phá Obidos của Bồ
Đào Nha (1997 ÷ 1998).
− Tính toán môi trường vùng cửa sông Meghna của Bangladesh (1995 ÷
1998).
− Tính toán lan truyền ô nhiễm cho vùng vịnh Tokyo, Nhật Bản.
− Tính toán lan truyền dầu vùng biển ven bờ Châu Giang, Trung Quốc.
− Tính toán lan truyền dầu tại vịnh Thái Lan.
− v.v...
Phần mềm MIKE21 còn được áp dụng để tính toán khả năng khuếch tán của

trường nồng độ vật chất cho một vùng biển bất kỳ và hiện nay đang được sử dụng
rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như: đánh giá lan truyền ô nhiễm biển, tính toán mức
độ xói lở, bồi lắng vận chuyển bùn cát ven bờ... phục vụ các công trình biển.
1.3. Tổng quan về các nghiên cứu quản lý chất lượng nước biển ven bờ bằng
phương pháp mô hình hóa tại Việt Nam
Các nghiên cứu trong nước về đánh giá nguy cơ ô nhiễm nước vùng biển ven
bờ bởi chất rắn lơ lửng phát sinh từ hoạt động nạo vét và đổ vật liệu nạo vét trong
quá trình cải tạo nâng cấp luồng tàu các cảng biển Việt Nam đã được thực hiện
trong những năm gần đây.
Năm 2007, trong quá trình thực hiện "Dự án cải tạo nâng cấp luồng tàu vào
cảng Cửa Việt - Quảng Trị", nhóm nghiên cứu thuộc Tổng Công ty Tư vấn thiết kế
Giao thông vận tải đã sử dụng phần mềm ROMS (Reginal Oceanographic Modeling
System) để mô phỏng quá trình lan truyền của bùn đất nạo vét khi đổ bỏ trong môi
trường biển Cửa Việt, từ đó xem xét diễn biến và phạm vi ảnh hưởng của chúng,
đặc biệt đối với các rạn san hô ở phía đông bắc đảo Cồn Cỏ. Kết quả nghiên cứu chỉ
ra rằng phạm vi lan toả của bùn, cát từ khu vực đổ rất hạn chế do tại khu vực đổ có
hiện tượng giao thoa, hoàn toàn không ảnh hưởng tới khu vực biển Cồn Cỏ, nằm xa
khu vực đổ trên 25 km về phía đông - đông bắc [5].
16