NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUY TRÌNH ỨNG DỤNG MÔ HÌNH TÍNH TOÁN CHẤT LƯỢNG NƯỚC BIỂN VÀ VẬN CHUYỂN BÙN CÁT PHỤC VỤ QUẢN LÝ TỔNG HỢP TÀI NGUYÊN, BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG BIỂN VÀ HẢI ĐẢO

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
TỔNG CỤC BIỂN VÀ HẢI ĐẢO VIỆT NAM
VIỆN NGHIÊN CỨU BIỂN VÀ HẢI ĐẢO

BÁO CÁO TỔNG HỢP
NHIỆM VỤ THƯỜNG XUYÊN NĂM 2018

TÊN NHIỆM VỤ “NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUY TRÌNH ỨNG
DỤNG MÔ HÌNH TÍNH TOÁN CHẤT LƯỢNG NƯỚC BIỂN VÀ VẬN
CHUYỂN BÙN CÁT PHỤC VỤ QUẢN LÝ TỔNG HỢP TÀI NGUYÊN,
BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG BIỂN VÀ HẢI ĐẢO”

Hà Nội, 2018


BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
TỔNG CỤC BIỂN VÀ HẢI ĐẢO VIỆT NAM
VIỆN NGHIÊN CỨU BIỂN VÀ HẢI ĐẢO

BÁO CÁO TỔNG HỢP
NHIỆM VỤ THƯỜNG XUYÊN NĂM 2018
TÊN NHIỆM VỤ “NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUY TRÌNH ỨNG DỤNG
MÔ HÌNH TÍNH TOÁN CHẤT LƯỢNG NƯỚC BIỂN VÀ VẬN
CHUYỂN BÙN CÁT PHỤC VỤ QUẢN LÝ TỔNG HỢP TÀI NGUYÊN,
BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG BIỂN VÀ HẢI ĐẢO”

CHỦ NHIỆM NHIỆM VỤ

ĐƠN VỊ THỰC HIỆN
VIỆN NGHIÊN CỨU BIỂN VÀ HẢI ĐẢO
VIỆN TRƯỞNG

ThS Lê Đức Dũng

TS Nguyễn Lê Tuấn

Hà Nội, 2018


DANH SÁCH CÁC CÁ NHÂN THỰC HIỆN ĐỀ TÀI
Những người trực tiếp tham gia thực hiện đề tài
1. ThS Lê Đức Dũng
2. KS Lê Thị Quỳnh
3. CN Nguyễn Thị Khang
4. ThS Vũ Thị Hiền
5. ThS Trần Quang Hải
6. TS Trần Đức Trứ
7. CN Lê Hồng Sơn
8. ThS Phạm Thị Hường
9. CN Vương Thị Lệ Quyên
10. CN Vũ Minh Phương
11. CN Đỗ Bảo Ngọc
12. CN Phạm Minh Dương
13. KTV Nguyễn Mạnh Hoàng
Những người gián tiếp tham gia thực hiện đề tài
1. TS Nguyễn Lê Tuấn
2. PGS. TS Phùng Đăng Hiếu
3. TS Nguyễn Thị Thu Hà
4. CN Đinh Ngọc Quy

MỤC LỤC
DANH MỤC VIẾT TẮT ........................................................................................ 1
MỞ ĐẦU .................................................................................................................. 3
1 Căn cứ cơ sở pháp lý .......................................................................................... 3
2 Mục tiêu, phạm vi .............................................................................................. 3
2.1 Mục tiêu ...................................................................................................... 3
2.2 Phạm vi........................................................................................................ 3
3 Nội dung, sản phẩm............................................................................................ 3
3.1 Nội dung ...................................................................................................... 3
3.2 Sản phẩm ..................................................................................................... 4
4 Kế hoạch thực hiện............................................................................................. 4
5 Kinh phí thực hiện .............................................................................................. 5
6 Thời gian thực hiện ............................................................................................ 5
CHƯƠNG I: TỔNG HỢP, PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG SỬ
DỤNG MÔ HÌNH TÍNH TOÁN CHẤT LƯỢNG NƯỚC BIỂN VÀ VẬN
CHUYỂN BÙN CÁT TRONG CÁC CHƯƠNG TRÌNH, ĐỀ TÀI, DỰ ÁN
NGHIÊN CỨU KHOA HỌC BIỂN TẠI VIỆT NAM ......................................... 6
1.1 Tổng hợp, phân tích và đánh giá hiện trạng sử dụng mô hình tính toán chất
lượng nước biển..................................................................................................... 6
1.1.1 Ý nghĩa nghiên cứu chất lượng nước biển ven bờ ................................... 6
1.1.2 Sự phát triển của các mô hình chất lượng nước mặt................................ 8
1.1.3 Phân loại mô hình chất lượng nước ....................................................... 11
1.1.4 Xu hướng phát triển mô hình chất lượng nước ...................................... 12
1.1.5 Hiện trạng sử dụng mô hình tính toán chất lượng nước biển tại Việt
Nam ................................................................................................................. 14
1.2 Tổng hợp, phân tích và đánh giá hiện trạng sử dụng mô hình tính toán vận
chuyển bùn cát trong nghiên cứu khoa học biển................................................. 18
1.2.1 Ý nghĩa của nghiên cứu vận chuyển bùn cát trong nghiên cứu khoa học
biển. ................................................................................................................. 18
1.2.2 Hiện trạng sử dụng mô hình tính toán vận chuyển bùn cát trong nghiên

cứu khoa học biển ........................................................................................... 19


CHƯƠNG II: PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ ƯU ĐIỂM, NHƯỢC ĐIỂM VÀ CÁC
BẤT CẬP TRONG VIỆC ỨNG DỤNG MÔ HÌNH TÍNH TOÁN CHẤT
LƯỢNG NƯỚC VÀ VẬN CHUYỂN BÙN CÁT ............................................... 30
2.1 Mô hình tính toán chất lượng nước ............................................................... 30
2.1.1 Mô hình SWAT ...................................................................................... 30
2.1.2 Mô hình WASP ...................................................................................... 32
2.1.3 Mô hình Mike11..................................................................................... 33
2.1.4 Mô hình QUALs .................................................................................... 33
2.1.5 Mô hình HSPF........................................................................................ 35
2.1.6 Mô hình EFDC ....................................................................................... 35
2.1.7 Mô hình Mike ECO Lab ........................................................................ 36
2.2 Mô hình tính toán vận chuyển bùn cát .......................................................... 37
2.2.1 NOPP Community Sediment Transport Model (ROMS) ...................... 41
2.2.2 Mô hình DELFT3D ................................................................................ 42
2.2.3 Mô hình ECOM-SED............................................................................. 45
2.2.4 Mô hình SEDTRANS ............................................................................ 45
2.2.5 Mô hình Mike 21.................................................................................... 47
2.3 Phân tích, đánh giá ưu điểm, nhược điểm và các bất cập trong việc ứng dụng
mô hình tính toán chất lượng nước và vận chuyển bùn cát ................................ 50
CHƯƠNG III: XÂY DỰNG QUY TRÌNH ỨNG DỤNG MÔ HÌNH TÍNH
TOÁN CHẤT LƯỢNG NƯỚC BIỂN VÀ VẬN CHUYỂN BÙN CÁT PHỤC
VỤ QUẢN LÝ TỔNG HỢP TÀI NGUYÊN, BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG BIỂN
VÀ HẢI ĐẢO ......................................................................................................... 53
3.1 Sơ đồ quy trình ứng dụng mô hình toán chất lượng nước biển và vận chuyển
bùn cát ................................................................................................................. 54
3.2 Quy trình chi tiết ứng dụng mô hình toán chất lượng nước biển và vận
chuyển bùn cát ..................................................................................................... 55

3.2.1 Thu thập dữ liệu ..................................................................................... 55
3.2.2 Tổng hợp, phân tích và xử lý dữ liệu ..................................................... 56
3.2.3 Lựa chọn mô hình toán .......................................................................... 56
3.2.4 Thiết lập điều kiện biên.......................................................................... 57
3.2.5 Thiết lập điều kiện ban đầu .................................................................... 57
3.2.6 Thiết lập các thông số mô hình cơ bản .................................................. 58
3.2.7 Hiệu chỉnh và xác định bộ thông số mô hình ........................................ 58
3.2.8 Kiểm định và đánh giá mức độ tin cậy của mô hình ............................. 59


3.2.9 Xây dựng và tính toán các kịch bản ....................................................... 60
3.2.10 Lập báo cáo kết quả tính toán .............................................................. 61
CHƯƠNG IV: ỨNG DỤNG QUY TRÌNH TÍNH TOÁN CHẤT LƯỢNG
NƯỚC BIỂN KHU VỰC VỊNH ĐÀ NẴNG ....................................................... 62
4.1 Thu thập dữ liệu ............................................................................................ 62
4.2 Tổng hợp, phân tích và xử lý dữ liệu ............................................................ 62
4.3 Thiết lập mô hình toán .................................................................................. 63
4.3.1 Lựa chọn mô hình tính toán ................................................................... 63
4.3.2 Thiết lập mô hình khu vực tính toán ...................................................... 65
4.4 Thiết lập điều kiện biên ................................................................................. 66
4.5 Thiết lập điều kiện ban đầu ........................................................................... 67
4.6 Thiết lập các thông số mô hình cơ bản ......................................................... 67
4.7 Hiệu chỉnh và xác định bộ thông số mô hình................................................ 69
4.7.1 Hiệu chỉnh mô hình mực nước............................................................... 70
4.7.2 Hiệu chỉnh mô hình chất lượng nước..................................................... 72
4.8 Kiểm định và đánh giá mức độ tin cậy của mô hình .................................... 76
4.8.1 Kiểm định mô hình mực nước ............................................................... 76
4.8.2 Kiểm định mô hình chất lượng nước ..................................................... 78
4.9 Xây dựng và tính toán các kịch bản .............................................................. 79
4.9.1 Kịch bản 1: Ô nhiễm môi trường nước vịnh Đà Nẵng do nước thải sinh

hoạt, nước thải từ các khu công nghiệp và khu chế xuất gây ra ..................... 79
4.9.2 Kịch bản 2: Ô nhiễm do dầu tràn trên vịnh Đà Nẵng ............................ 80
4.10 Lập báo cáo kết quả tính toán ..................................................................... 80
4.10.1 Kết quả tính toán rủi ro ô nhiễm DO ................................................... 80
4.10.2 Kết quả tính toán rủi ro ô nhiễm BOD5 ............................................... 82
4.10.3 Kết quả tính toán rủi ro ô nhiễm Coliform .......................................... 84
4.10.4 Kết quả tính toán rủi ro ô nhiễm TSS .................................................. 86
4.10.5 Kết quả tính toán rủi ro ô nhiễm dầu tràn ............................................ 88
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .............................................................................. 90
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 91


DANH MỤC VIẾT TẮT
APEX

Agricultural Policy/Environmental eXtender Model

BOD

Biochemical Oxygen Demand

CGIAR

Consultative Group for International Agricultural Research

DO

Dissolved Oxygen

DSSAT

Decision Support System for Agrotechnology Transfer

ECOMSED

Estuarine and Coastal Ocean Model System with Sediments

EFDC

Enviromental Fluid Dynamics Code

EPA

Environmental Protection Agency

FM

Flexible Mesh

GUI

Graphical User Interface

HD

Hydrodynamic

HSPF

Hydrological Simulation Progam-Fortran

ISRIC

International Soil Reference and Information Centre

Mike 21 NSW

Nearshore Spectral Wave Module

Mike 21 PMS

Parabolic Mild-Slope Wave Module

MT

Mud Transport

ROMS

Regional Ocean Modeling System

ST

Sand Transport

SWAN

Simulating WAves Nearshore

SWAT

Soil and Water Assessment Tool

SWMM

Storm Water Management Model

USEPA

United States Environmental Protection Agency

WASP

Water Quality Analysis Simulation Program

TTLL

Trầm tích lơ lửng

1


RS

Remote Sensing Geographic

GIS

Geographic Information System

GPS

Global Position System

ĐHKHTN

Đại học Khoa học Tự nhiên

Viện KTTV và Viện Khí tượng Thủy văn và Môi trường
MT
RR

Modul mưa dòng chảy

AD

Module tải khuếch tán

Ecolab

Module sinh thái

2


MỞ ĐẦU
1 Căn cứ cơ sở pháp lý
Căn cứ Luật Khoa học và Công nghệ ngày 18 tháng 6 năm 2013.
Căn cứ Nghị định số 08/2014/NĐ-CP ngày 27 tháng 01 năm 2014 của
Chính phủ quy định chi tiết và hướng dẫn thi hành một số điều của Luật khoa

học và công nghệ.
Căn cứ Thông tư liên tịch số 121/2014/TTLT-BTC-BKHCN ngày 25 tháng 8
năm 2014 của Bộ trưởng Bộ Tài chính và Bộ trưởng Bộ Khoa học và Công nghệ
hướng dẫn xây dựng dự toán, quản lý, sử dụng và quyết toán kinh phí thực hiện
nhiệm vụ thường xuyên theo chức năng của tổ chức khoa học và công nghệ công
lập.
Căn cứ Công văn số 4079/BKHCN-TCCB ngày 06 tháng 11 năm 2014 của
Bộ Khoa học và Công nghệ về việc xây dựng dự toán, quản lý, sử dụng và quyết
toán kinh phí thực hiện nhiệm vụ thường xuyên theo chức năng của tổ chức
khoa học và công nghệ công lập.
Căn cứ Quyết định số xxx/QĐ-BTNMT của Bộ trưởng Bộ Tài nguyên và
Môi trường về việc phê duyệt nội dung, dự toán kinh phí các nhiệm vụ thường
xuyên theo chức năng cho các tổ chức khoa học và công nghệ năm 2018.
2 Mục tiêu, phạm vi
2.1 Mục tiêu
Mục tiêu chính của nhiệm vụ là: Xây dựng được quy trình ứng dụng mô
hình tính toán chất lượng nước biển và vận chuyển bùn cát phục vụ quản lý tổng
hợp tài nguyên, bảo vệ môi trường biển và hải đảo.
2.2 Phạm vi
Trên toàn vùng biển Việt Nam.
3 Nội dung, sản phẩm
3.1 Nội dung
- Tổng hợp, phân tích và đánh giá hiện trạng sử dụng mô hình tính toán
chất lượng nước biển và vận chuyển bùn cát trong các chương trình, đề tài, dự
án nghiên cứu khoa học biển;
- Phân tích, đánh giá ưu nhược điểm và các bất cập trong việc ứng dụng mô
hình tính toán chất lượng nước biển và vận chuyển bùn cát;

3

- Xây dựng quy trình ứng dụng mô hình tính toán chất lượng nước biển và
vận chuyển bùn cát phục vụ quản lý tổng hợp tài nguyên, bảo vệ môi trường
biển và hải đảo.
3.2 Sản phẩm
Báo cáo xây dựng quy trình ứng dụng mô hình tính toán chất lượng nước
biển và vận chuyển bùn cát phục vụ quản lý tổng hợp tài nguyên, bảo vệ môi
trường biển và hải đảo.
4 Kế hoạch thực hiện

TT

1

2

3

4

Các nội dung, công việc
chủ yếu cần được thực
hiện; các mốc đánh giá
chủ yếu
- Tổng hợp, phân tích và
đánh giá hiện trạng sử
dụng mô hình tính toán
chất lượng nước biển và
vận chuyển bùn cát trong
các chương trình, đề tài,

dự án nghiên cứu khoa
học biển
- Phân tích, đánh giá ưu
nhược điểm và các bất
cập trong việc ứng dụng
mô hình tính toán chất
lượng nước biển và vận
chuyển bùn cát.
- Xây dựng quy trình
ứng dụng mô hình tính
toán chất lượng nước
biển và vận chuyển bùn
cát phục vụ quản lý tổng
hợp tài nguyên, bảo vệ
môi trường biển và hải
đảo.
- Báo cáo thực hiện
nhiệm vụ năm 2018.
- Họp nghiệm thu

Sản phẩm,
kết quả
của nhiệm
vụ
Nội dung
tổng hợp,
phân tích
và đánh
giá hiện
trạng

Cá nhân,
Thời gian
tổ chức
(bắt đầu,
thực
kết thúc)
hiện

1/20185/2018

Nhóm
thực
hiện
nhiệm
vụ

6/20188/2018

Nhóm
thực
hiện
nhiệm
vụ

Đề xuất
quy trình
ứng dụng
mô hình

9/201810/2018

Nhóm
thực
hiện
nhiệm
vụ

- Báo cáo
tổng hợp
nhiệm vụ

11/201812/2018

Nhóm
thực
hiện

Các phân
tích,
đánh giá
hạn chế,
tồn tại và
bất cập

4

Dự kiến
kinh
phí

(triệu
đồng)


- 01 bài
báo đăng
trên tạp
trí trong
nước
hoặc kỷ
yếu hội
thảo toàn
văn

nhiệm
vụ

5 Kinh phí thực hiện
Tổng kinh phí: 614 triệu đồng.
Kinh phí thực hiện nhiệm vụ theo các khoản chi
Trong đó
Kinh
Sửa
phí đề
chữa, duy
nghị
Nguồn
Các
tu, bảo
ngân Tổng số

thu từ
Nguyên,
TT
khoản
dưỡng,
Chi
sách
(nghìn
nhiệm
Tiền
vật liệu,
đóng góp
bảo trì, khác
nhà
đồng)
vụ
lương
năng
theo
kiểm
**
nước hỗ
lượng
lương*
định,
trợ
hiệu
chuẩn
3=4+5
A

2=3-9
5=4x24%
6
7
8
9
4
+6+7+8
1 614.000 614.000 408.798
86.068 37.000
21.000 51.134

6 Thời gian thực hiện
Từ tháng 01/2018 đến tháng 12/2018.

5


NỘI DUNG THỰC HIỆN
CHƯƠNG I: TỔNG HỢP, PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG SỬ
DỤNG MÔ HÌNH TÍNH TOÁN CHẤT LƯỢNG NƯỚC BIỂN VÀ VẬN
CHUYỂN BÙN CÁT TRONG CÁC CHƯƠNG TRÌNH, ĐỀ TÀI, DỰ ÁN
NGHIÊN CỨU KHOA HỌC BIỂN TẠI VIỆT NAM
1.1 Tổng hợp, phân tích và đánh giá hiện trạng sử dụng mô hình tính toán
chất lượng nước biển
1.1.1 Ý nghĩa nghiên cứu chất lượng nước biển ven bờ
Với 3260 km bờ biển, Việt Nam được biết đến là một quốc gia biển với
những lợi thế quan trọng về vị trí đặc biệt, địa kinh tế, địa chiến lược và lợi thế
to lớn về tiềm năng tự nhiên. Nhưng cũng như các vùng ven biển khác trên thế
giới, các hoạt động hướng ra biển, với những áp lực phát triển kinh tế biển sẽ làm

cho diễn biến môi trường biển và hải đảo Việt Nam ngày càng trở nên phức tạp.
Môi trường ven biển Việt Nam đang đối mặt với tình trạng ô nhiễm nghiêm
trọng với mức độ ngày càng tăng từ các nguồn:
- Ô nhiễm do áp lực gia tăng dân số và phát triển đô thị vùng ven biển: Sự
gia tăng dân số vùng ven biển làm tăng lượng chất thải từ hoạt động dân cư ven
biển đổ ra môi trường và thải đổ vào biển qua hệ thống sông ngòi, kênh rạch.
Lượng chất thải này tăng mạnh nhất ở các đô thị ven biển.
- Ô nhiễm từ hoạt động hàng hải: Đặc biệt là ô nhiễm do nước thải từ các
phương tiện vận tải, nhà máy đóng mới và sửa chữa tàu biển, cảng biển, các vụ
va chạm tàu thuyền trên biển làm tràn hóa chất, dầu, các chất độc hại…
- Ô nhiễm từ diện tích nuôi trồng thủy hải sản gia tăng làm ô nhiễm nước
vùng ven bờ do thức ăn và thuốc kháng sinh dư thừa trong quá trình nuôi, việc
sử dụng các hóa chất độc hại vào việc đánh bắt hải sản cũng làm gia tăng mức
độ ô nhiễm này.
- Ô nhiễm từ ngành khai khoáng: do nước thải ở các mỏ than, lượng nước
thải từ các khu vực khai thác than, lượng chất thải rắn trong quá trình khai thác
than khoảng 150 triệu m3/năm; do khai thác dầu khí: nguy cơ tràn dầu trong quá
trình khai thác, sang tải, vận chuyển dầu và ô nhiễm các chất độc hại.

6


- Ô nhiễm nước thải khu vực ven biển, trong đó hoạt động du lịch là nguồn
đóng góp chính, chiếm 1/4 tổng lượng nước thải toàn quốc.
Thực hiện chiến lược xây dựng Việt Nam trở thành một quốc gia mạnh về
biển, làm giàu từ biển, nghị quyết số 09-NQ/TW ngày 09 tháng 02 năm 2007
của Hội nghị lần thứ tư Ban Chấp hành Trung ương Đảng khóa X đã xác định
năm lĩnh vực được lựa chọn ưu tiên trong chiến lược biển bao gồm: (1) Khai
thác, chế biến dầu, khí; (2) Kinh tế hàng hải; (3) Khai thác và chế biến hải sản;
(4) Du lịch biển và kinh tế hải đảo; (5) Xây dựng các khu kinh tế, các khu công

nghiệp tập trung và khu chế xuất ven biển gắn với phát triển các khu đô thị ven
biển. Tính đến năm 2010, Việt Nam đã có 13 khu kinh tế ven biển và mục tiêu
đặt ra đến năm 2020, các khu kinh tế ven biển trên cả nước đóng góp từ 53% 55% GDP quốc gia và 55% - 60% tổng kim ngạch xuất khẩu. Điều đó cho thấy
vai trò hết sức quan trọng của khu kinh tế ven biển nói riêng và vai trò quan
trọng của biển đảo nói chung đối với sự phát triển kinh tế - xã hội đất nước.
Theo Chiến lược khai thác, sử dụng bền vững tài nguyên và bảo vệ môi
trường biển đến năm 2020, tầm nhìn đến năm 2030: “Chất lượng nước ven biển,
vùng cửa sông, ngoài khơi nói chung còn tốt, đáp ứng các tiêu chuẩn cơ bản
phục vụ phát triển kinh tế - xã hội ven biển. Các hệ sinh thái đặc thù như hệ sinh
thái đảo, cồn cát, đất ngập nước, cửa sông, đầm nuôi thủy sản, rạn san hô, cỏ
biển, rừng ngập mặn, đầm phá, tùng, áng, vũng - vịnh, vùng triều, đáy cứng, đáy
mềm thủy vực v.v... tạo nên nét đa dạng, phong phú của biển Việt Nam. Đây là
những hệ sinh thái có giá trị kinh tế, giá trị bảo tồn được ghi nhận, góp phần đưa
nước ta trở thành một trong những trung tâm đa dạng sinh học của thế giới”.
Mặc dù còn nhiều thông số nằm trong giới hạn cho phép nhưng môi trường biển
đang dần suy thoái, bảo vệ môi trường biển đã trở thành vấn đề cấp bách từ lãnh
đạo, chính quyền cho đến người dân.
Công tác bảo vệ môi trường biển trong những năm qua đã được Ðảng và
Nhà nước ta quan tâm, thông qua việc ban hành các chủ trương, chính sách, văn
bản quy phạm pháp luật từ cấp Trung ương đến địa phương. Một trong những
nhóm nội dung định hướng khai thác, sử dụng bền vững tài nguyên và bảo vệ
môi trường biển là “Phát triển năng lực dự báo, cảnh báo thiên tai, tác động của
biến đổi khí hậu trên các vùng biển” phục vụ cho công tác quy hoạch tổng thể
phát triển kinh tế biển nhằm giảm thiểu tác động xấu đối với môi trường biển và
tăng hiệu quả kinh tế biển. Đáp ứng yêu cầu này, những nghiên cứu nhằm đóng
7


góp luận cứ khoa học trong hoạt động dự báo, cảnh báo trong kiểm soát ô nhiễm
ngăn ngừa suy thoái môi trường biển là rất cần thiết. Trong đó, việc nghiên cứu,

ứng dụng hiệu quả các công cụ mô phỏng, dự báo môi trường biển nói chung và
dự báo, đánh giá diễn biến chất lượng nước biển ven bờ nói riêng được coi là
nhiệm vụ hàng đầu. Các kịch bản dự báo là cơ sở cho những nghiên cứu, đánh
giá về:
- Hiện trạng nguồn thải gây ô nhiễm và diễn biến của quá trình lan truyền ô
nhiễm nước của dải ven biển, ảnh hưởng của chúng tới môi trường, tới đa dạng
sinh học, theo quy hoạch phát triển kinh tế xã hội của vùng nghiên cứu.
- Sự tương tác của các yếu tố thủy văn, thủy lực, triều tới diễn biến chất
lượng nước của dải ven biển.
Các kết quả nghiên cứu đánh giá và xây dựng mô hình số dự báo diễn biến
chất lượng nước cũng sẽ là một thông tin tham khảo quan trọng cho các nhà
quản lý trong việc giải quyết các vấn đề về chất lượng nước biển ven bờ và các
nguồn tài nguyên ven biển có tính chất liên ngành, liên vùng, xác định các vị trí
quan trắc, các điểm đo đạc phục vụ cho việc kiểm soát ô nhiễm một cách tối ưu
trong hiện tại và lâu dài và việc chuẩn hóa mô hình để áp dụng có hiệu quả các
mô hình đang được sử dụng, đảm bảo tính nhất quán trong việc áp dụng mô hình
chất lượng nước cho mục đích quản lý.
1.1.2 Sự phát triển của các mô hình chất lượng nước mặt
Các mô hình chất lượng nước đã trải qua một quá trình phát triển lâu dài kể
từ khi Streeter và Phelps xây dựng mô hình chất lượng nước đầu tiên để kiểm
soát ô nhiễm nước sông ở bang Ohio của Mỹ. Các mô hình chất lượng nước đã có
bước tiến lớn từ việc chỉ mô phỏng một yếu tố chất lượng nước đến nhiều yếu tố,
từ mô hình trạng thái bền tới mô hình động lực, từ mô hình nguồn điểm đến mô
hình kết hợp giữa nguồn điểm và nguồn diện, từ mô hình không chiều tới mô hình
một chiều, hai chiều và ba chiều. Tính đến nay, đã có hơn 100 mô hình chất lượng
nước được phát triển. Tuy nhiên, mỗi mô hình chất lượng nước lại có các điều
kiện áp dụng riêng. Nhìn chung, các mô hình chất lượng nước đã trải qua ba giai
đoạn phát triển quan trọng từ năm 1925 đến nay.
Giai đoạn đầu tiên (1925 – 1965)
Chất lượng nước nhận được nhiều sự quan tâm của cộng đồng ở giai đoạn

này. Các mô hình chất lượng nước tập trung vào sự tương tác giữa các thành
8


phần chất lượng khác nhau trong các hệ thống sông khi bị tác động bởi sự ô
nhiễm từ các nguồn thải từ công nghiệp và dân sinh. Trong quá trình dịch
chuyển thủy động lực học, nhu cầu oxy của trầm tích, sự quang hợp và hô hấp
của tảo được xem như các số liệu đầu vào của mô hình, trong khi các nguồn ô
nhiễm chỉ đóng vai trò như tải lượng nền.
Vào thời kỳ đầu của giai đoạn này, mô hình quan hệ BOD - DO dạng tuyến
tính đơn giản được phát triển để dự báo chất lượng nước đồng thời các mô hình
một chiều bắt đầu được sử dụng để giải quyết các vấn đề ô nhiễm trên các sông
và cửa sông. Sau đó, hầu hết các hướng nghiên cứu đã thay đổi và đi xa hơn so
với mô hình ban đầu của Streeter – Phelps. Ví dụ, Thomas Jr cho rằng BOD có
thể bị giảm đi mà không có sự tiêu thụ oxy do sự lắng đọng và keo tụ của trầm
tích, tốc độ giảm BOD tỉ lệ với hàm lượng BOD còn lại; do đó, hệ số keo tụ
được đưa thêm vào mô hình trạng thái bền S - P để phân biệt hai cách thức suy
giảm hàm lượng BOD kể trên. O’Connor phân chia thông số BOD thành BOD
carbon hóa và BOD nitrit hóa, đồng thời bổ sung các ảnh hưởng của hiện tượng
phân tán vào phương trình của Thomas. Dobbins - Camp cũng bổ sung hai hệ số
vào phương trình Thomas, bao gồm tốc độ thay đổi BOD do sự giải phóng của
trầm tích và dòng chảy bề mặt và tốc độ thay đổi DO do sự quang hợp và hô hấp
của tảo.
Giai đoạn phát triển (1965 - 1995)
Từ năm 1965 đến 1970, các mô hình chất lượng nước được phân chia thành
6 dạng và phát triển nhanh chóng dựa trên các nghiên cứu sâu hơn về các hệ số
đa chiều trong các mô hình BOD - DO. Mô hình một chiều được cải tiến thành
mô hình hai chiều để mô phỏng chất lượng nước hồ và vịnh. Các mô hình phi
tuyến được phát triển trong suốt thời kỳ từ năm 1970 tới 1975. Những mô hình
này gồm chu trình N và P, hệ thực vật phù du và động vật nổi, tập trung vào mối

liên hệ giữa tốc độ phát triển của sinh vật và các chất dinh dưỡng, ánh sáng mặt
trời và nhiệt độ, thực vật phù du và tốc độ phát triển của động vật nổi. Phương
pháp sai phân hữu hạn và phương pháp phần tử hữu hạn được áp dụng cho các mô
hình một hoặc hai chiều do các mối liên hệ phi tuyến trong mô hình.
Sau năm 1975, số lượng các biến số ổn định trong các mô hình tăng lên
đáng kể, các mô hình ba chiều cũng được phát triển trong giai đoạn này, mô
hình thủy động lực học và ảnh hưởng của trầm tích được đưa vào mô hình chất
9


lượng nước. Trong khi đó, các mô hình chất lượng nước được kết hợp với các
mô hình lưu vực sông coi đầu vào nguồn ô nhiễm như là một biến của mô hình.
Do đó các chính sách về quản lý chất lượng nước đã thay đổi đáng kể khi các
mô hình tập trung vào mô phỏng các điều kiện ràng buộc và xem xét các nguồn
ô nhiễm theo lưu vực sông. Các mô hình chất lượng nước điển hình gồm có các
mô hình QUAL, mô hình MIKE 11 và các mô hình WASP đã được phát triển và
ứng dụng ở giai đoạn này. Bên cạnh đó, mô hình OTIS một chiều cũng được
phát triển bởi Cục khảo sát địa chất Hoa Kỳ để mô phỏng chất lượng nước.
Giai đoạn nghiên cứu chuyên sâu (sau năm 1995)
Các nguồn ô nhiễm giảm đi do sự kiểm soát chặt chẽ ở các quốc gia phát
triển. Tuy nhiên, sự ảnh hưởng tới chất lượng nguồn nước của các hợp chất độc
hại bị tích tụ trong khí quyển như các hợp chất hữu cơ, kim loại nặng và các hợp
chất của Nito lại ngày một tăng. Mặc dù các chất dinh dưỡng và các chất hóa
học độc hại lắng đọng lại trên bề mặt nước đã được tính đến trong phạm vi mô
hình, tuy nhiên các chất này không chỉ lắng đọng trực tiếp trên mặt nước mà còn
có thể bị lắng đọng lại trên bề mặt lưu vực và được vận chuyển vào sông tạo ra
một nguồn chất gây ô nhiễm nghiêm trọng. Từ khía cạnh quản lý, mô hình ô
nhiễm không khí đã được phát triển để đưa các diễn biến này vào trong mô hình,
cho thấy sự lắng đọng các chất thải độc hại trong khí quyển tĩnh hoặc động có
thể ảnh hưởng tới chất lượng nước tại lưu vực. Do đó, ở thời kỳ này, một số các

mô hình ô nhiễm không khí được tích hợp vào các mô hình chất lượng nước để
đánh giá trực tiếp sự đóng góp của hiện tượng lắng đọng chất ô nhiễm trong khí
quyển.
Ngoại trừ các mô hình thông dụng như QUAL 2K, WASP 6, QUASAR,
SWAT, MIKE 21 và MIKE 3, các mô hình chất lượng nước khác cũng được
phát triển để mô phỏng các điều kiện môi trường nước trong các trường hợp
phức tạp. Ví dụ, Whitehead và cộng sự đã phát triển mô hình Nito tích hợp đa
phân bố (INCA) dựa trên các ảnh hưởng của khí quyển với số liệu đầu vào là
Nito đất, sử dụng đất và thủy văn. Gần đây, Fanetal và cộng sự đã tích hợp mô
hình chất lượng nước QUAL 2K và mô hình HEC - RAS để mô phỏng tác động
của thủy triều ảnh hưởng lên sự phân bố chất lượng nguồn nước. Đối với sự tích
hợp các nguồn ô nhiễm phân tán và tập trung, Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa
Kỳ đã phát triển hệ thống phân tích môi trường đa mục tiêu (BASINS), đem lại
khả năng đánh giá số lượng lớn các nguồn ô nhiễm vùng và điểm một cách
10


nhanh chóng. Trong đó, Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ cũng đề xuất mô
hình EFDC nên được sử dụng như một công cụ hữu hiệu nhất cho quản lý chất
lượng nước.
Trong số các mô hình chất lượng nước mặt, các mô hình Streeter - Phelps,
QUASAR, QUAL, WASP, CE – QUAL - W2, BASINS, MIKE, EFDC đã được
áp dụng rộng rãi trên phạm vi toàn cầu. Gần đây, Kannel và cộng sự đã khẳng
định, các mô hình phổ biến như QUAL2EU, WASP7, và QUASAR là phù hợp
nhất để mô phỏng oxy hòa tan dọc các sông, suối. Nhìn chung, tại các quốc gia
phát triển, đặc biệt Hoa Kỳ và các nước châu Âu đã phát triển và cải tiến mô
hình chất lượng nước mặt tốt hơn so với các nước khác. Một vài mô hình chất
lượng nước mặt cũng được thiết lập tại một số trường đại học và các viện nghiên
cứu ở Trung Quốc trong các năm qua, tuy nhiên các mô hình này hiện vẫn chưa
được sử dụng rộng rãi so với các mô hình MIKE, EFDC và WASP.

1.1.3 Phân loại mô hình chất lượng nước
Các mô hình chất lượng nước được phân loại dựa trên các loại chất ô
nhiễm khác nhau, bản chất của nguồn ô nhiễm (tập trung hoặc phân tán) và đặc
điểm của sông như hình thái, thủy lực và sinh thái học. Các mô hình này dự
đoán các thay đổi trong nồng độ chất ô nhiễm của một đoạn sông đã biết, kết
hợp với khả năng hòa trộn của sông do các phản ứng vật lý, hóa học và sinh học
xảy ra trong cùng hệ thống. Tùy thuộc vào mục đích, các mô hình chất lượng
nước nhìn chung có thể được phân loại thành các mô hình mô phỏng (để dự
đoán các thay đổi trong chất lượng nước do ô nhiễm) và các mô hình tối ưu (để
phân bổ tối ưu các nguồn tài nguyên) Hình 1.1.
Các mô hình tối ưu có thể được phân loại chi tiết hơn thành mô hình quy
hoạch tuyến tính, mô hình quy hoạch phi tuyến và mô hình quy hoạch động. Mô
hình vật lý được thiết lập để thu được các kết quả liên quan đến hệ thực theo một
tỷ lệ nhất định, trong khi mô hình toán dựa trên các phương trình toán học để mô
phỏng chất lượng nước.
Các mô hình toán cũng có thể được phân loại chi tiết hơn dựa trên cơ sở
mô tả các quá trình mô phỏng theo phương pháp thống kê hoặc kinh nghiệm
hoặc cơ học; theo loại dữ liệu gồm hồi quy và ngẫu nhiên; phân loại theo giải
pháp mô hình gồm mô hình số học và mô hình phân tích; phân loại theo mức độ
biểu diễn chia làm mô hình phân bố và mô hình tập trung.
11


Hình 1.1: Các dạng mô hình chất lượng nước
1.1.4 Xu hướng phát triển mô hình chất lượng nước
Cùng với sự phát triển của các mô hình chất lượng nước, công tác quản lý
chất lượng nước cũng sẽ ngày một được cải thiện, tuy nhiên vẫn còn nhiều thách
thức. Các mô hình luôn cần bộ số liệu đầu vào lớn và ổn định, các số liệu cần
đảm bảo độ chính xác, tính đại diện và tính hệ thống. Các mô hình không mô
phỏng cơ chế ô nhiễm và cũng không chỉ ra sự xâm nhập của các chất ô nhiễm

trong quá trình vận động, do đó có thể có khoảng cách lớn giữa thực tế và kết
quả mô phỏng. Nếu các thông số được lựa chọn không chính xác thì kết quả của
mô hình sẽ không chính xác. Ngày này, xu hướng phát triển hiện tại của các mô
hình chất lượng nước như sau:
Các mô hình kết hợp
Cùng với sự phát triển của các mô hình chất lượng nước, ngày càng nhiều
các yếu tố được xem xét đưa vào mô hình. Các mô hình độc lập không thể đủ
sức mô phỏng tất cả các yếu tố, vì vậy cần thiết phải có các mô hình kết hợp.
Một mô hình kết hợp có thể bao gồm hai hoặc ba mô hình độc lập để mô phỏng
12


các yếu tố khác nhau. Ví dụ, đã kết hợp ba mô hình: một mô hình thủy động lực,
một mô hình trầm tích, và mô hình địa sinh hóa để thu được kết quả mô phỏng
phù hợp nhất. Có rất nhiều khu vực ven biển và cửa sông đã được thử nghiệm sử
dụng mô hình phức hợp để kiểm nghiệm các kịch bản sẵn có. Một mô hình kết
hợp thường được sử dụng để giúp kiểm nghiệm lại các giả thiết tiềm năng và
trạng thái tương lai thực của khu vực cửa sông và phản ánh hiện trạng ô nhiễm
và các biến đổi về môi trường liên quan đến việc cải thiện các biện pháp xử lý
chất thải, thay đổi dòng chảy và các thay đổi khác trong lưu vực sông đó.
Áp dụng các phương pháp mạng trí tuệ nhân tạo
Các mô hình quen thuộc hiện nay như SWAT, MIKE 11, QUAL-2E là
những mô hình cơ học, chúng bao gồm một loạt các quá trình sinh học, vật lý và
hóa học đang tồn tại, tuy nhiên lại không thể kiểm soát được các quy luật riêng
của chính mô hình đó, và vì vấn đề này, các mô hình không – cơ học cần được
phát triển. Các mô hình không – cơ học có thể vận hành theo quy luật của môi
trường nước sử dụng các dữ liệu từ các quan sát thực nghiệm, trong khi việc
đánh giá độ chính xác từ mô hình có thể dùng các mô hình cơ học. Dữ liệu thực
nghiệm quan sát được có thể được phát triển bởi các mô hình ngẫu nhiên để thu
được các thông số hệ thống và các thông số môi trường cho các mô hình cơ học,

vì vậy các mô hình kết hợp sẽ trở nên đáng tin cậy và chính xác hơn.
Tích hợp hệ thống
Tích hợp viễn thám, thông tin địa lý và các hệ thống định vị toàn cầu
(Remote Sensing - RS, Geographic Information System - GIS và Global
Position System - GPS) còn gọi là 3S vào trong mô hình. Tuy nhiên, sử dụng 3S
yêu cầu cơ sở dữ liệu lớn, hệ thống lưu trữ, quản lý, sắp xếp và khả năng khôi
phục dữ liệu tốt mới có thể giải quyết các vấn đề của các mô hình chất lượng
nước truyền thống trong quá trình thu thập và xử lý khối lượng đồ sộ các cơ sở
dữ liệu. RS có thể được tích hợp với các thông tin về đất, thực vật, khí tượng và
nước để xác định các đặc trưng dòng chảy và các thông số mô hình để thu được
các kết quả có ý nghĩa. GIS có vai trò lớn trong việc phân tích không gian và
cho phép mô phỏng lại các thông tin môi trường nước từ một bảng dữ liệu đơn
dưới dạng một đồ thị trực quan và ảnh động. GPS có khả năng xác định được
thời gian và tốc độ chính xác. Do đó, một số mô hình đã kết hợp với GIS như bộ
MIKE, SWAT và HSPE. Như vậy, sự kết hợp của mô hình toán truyền thống với
13


3S sẽ là xu hướng quan trọng trong sự phát triển của mô hình chất lượng nước
trong tương lai.
Như vậy, xu hướng phát triển chung của mô hình chất lượng nước là mô
phỏng trong các lưu vực tích hợp. Với các mô hình dạng này, các quá trình mô
phỏng chất lượng nước bao gồm một mođun của mô hình tổng thể gồm các
mođun mô phỏng các quá trình liên quan, mà hầu hết là chất lượng nước. Các kỹ
thuật và công cụ thông tin địa lý hiện đại được tích hợp để tăng tính khả thi của
mô hình bằng cách thực tế hóa các quá trình mô phỏng theo không gian và thời gian.
1.1.5 Hiện trạng sử dụng mô hình tính toán chất lượng nước biển tại Việt
Nam
Tại các nước tiên tiến, việc nghiên cứu, ứng dụng mô hình tính toán chất
lượng nước biển rất được chú trọng, tuy nhiên, tại Việt Nam các ứng dụng mô

hình toán để nghiên cứu chất lượng nước biển ven bờ còn ít và tản mạn.
a. Các nghiên cứu chất lượng nước ven biển được tiến hành từ đề tài
KT.03.07: “Ô nhiễm biển do sông tải ra”, thuộc chương trình biển KT03 (19911995). Đề tài do Trung tâm Khoa học Tự nhiên và Công nghệ Quốc gia chủ trì,
chủ nhiệm là TS. Phạm Văn Ninh. Với mục tiêu xác định được lượng chất bẩn
mà các sông chính tải vào vùng cửa sông ven biển Việt Nam; Đánh giá được ảnh
hưởng của chất bẩn do các sông đó tải ra tới chất lượng nước và hệ sinh thái cửa
sông; Xác định được nguồn gây ô nhiễm và nêu lên những kiến nghị hành chính,
kỹ thuật nhằm hạn chế ô nhiễm, đảm bảo sự trong sạch của môi trường cửa sông
ven biển. Với 6 hệ thống sông được thực hiện khảo sát lấy mẫu thực địa gồm:
Thái Bình, Hồng, Hàn, Sài Gòn – Đồng Nai, Cửu Long, đề tài đã có được một
khối lượng số liệu lớn và mới tại thời điểm thực hiện. Thực hiện nghiên cứu môi
trường nước vùng cửa sông ven biển, sử dụng phương pháp toán học, đề tài đã
xây dựng chương trình mô phỏng sử dụng phương pháp trị số thủy động lực
ngẫu hành, mô phỏng sự lan truyền chất bẩn thụ động: dầu, kim loại nặng, chất
dinh dưỡng Chlorin hữu cơ hòa tan hoặc các hạt rắn lơ lửng trôi theo dòng sông
ra biển. Đề tài đã đưa ra được các sơ đồ vùng ảnh hưởng của nước trong hệ
thống sông tại vùng biển ven bờ, đánh giá về tiềm năng gây ô nhiễm biển của
các hệ thống sông lớn ở Việt Nam, tổng lượng dòng thô các sông đổ ra biển
hàng năm, đánh giá chất lượng môi trường nước vùng cửa sông, mức độ ô

14


nhiễm tại thời gian nghiên cứu, tuy nhiên, công tác dự báo, xu thế chưa được
thực hiện. Mô hình sử dụng cũng mới là phương án mô phỏng đơn giản.
b. Chương trình biển KC.09 (chương trình điều tra cơ bản và nghiên cứu
ứng dụng công nghệ biển), đề tài KC.09-17: Điều tra tổng hợp điều kiện tự
nhiên, tài nguyên và môi trường vịnh Bắc Bộ. Thực hiện 2003 - 2006, Mục tiêu
của nhiệm vụ là bổ sung và cập nhật có hệ thống những dữ liệu về điều kiện tự
nhiên, tài nguyên thiên nhiên và môi trường biển vịnh Bắc Bộ, đáp ứng như cầu

phát triển bền vững và thực thi chủ quyền quốc gia trên biển. Trong sản phẩm
của nhiệm vụ có bộ số liệu và báo cáo tổng quan các kết quả thu thập được trong
quá khứ theo bốn chuyên đề: Khí tượng Thủy văn biển; Hóa học Môi trường
biển; Sinh học biển; Địa chất Địa vật lý biển. Chuyên đề hóa học môi trường
biển đã thu thập, tập hợp và phân tích thông tin, số liệu về hóa học, môi trường
Vịnh Bắc bộ đã có từ năm 1960 đến nay. Khảo sát bổ sung thu thập mẫu phân
tích. Đánh giá hiện trạng các nghiên cứu về chất lượng nước. Nghiên cứu hiện
trạng phân bố, biến động các yếu tố hóa học, môi trường biển Vịnh Bắc bộ, đánh
giá biến động chất lượng môi trường Vịnh Bắc bộ trong 40 năm qua và nêu
những đề xuất trong việc bảo vệ môi trường biển. Những đề xuất trong bảo vệ
môi trường biển của đề tài trên cơ sở số liệu hiện trạng có được, Đề tài chưa sử
dụng công cụ mô hình toán nào cho công tác đánh giá và dự báo chất lượng môi
trường.
c. Dự án “Ứng dụng mô hình toán mô phỏng đặc tính thủy lực và diễn biến
chất lượng nước trên tuyến kênh Xáng, Thành phố Sóc Trăng”, thực hiện năm
2013. Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Sóc Trăng chủ trì.
Trong những năm gần đây, với sự phát triển của công nghệ thông tin cũng
như khoa học kỹ thuật, các mô hình toán ứng dụng trong lĩnh vực mô phỏng đặc
tính thủy lực và chất lượng nước ngày càng phổ biến và phát triển như: HECRAS, MIKE, VRSAP, ISIS. Với một số ưu điểm nổi bật, cho kết quả tính toán
nhanh và linh hoạt trong việc thay đổi các kịch bản, mô hình toán ứng dụng
đang trở thành một trong những công cụ phục vụ đắc lực cho công tác quản lý
tài nguyên và môi trường.
Mô hình thủy lực 1 chiều (HEC - RAS) được sử dụng để mô phỏng đặc
tính thủy lực (lưu lượng và mực nước) và chất lượng nước trên tuyến kênh Xáng
ở Thành phố Sóc Trăng.
15


- Các số liệu đầu vào cần thiết cho phần thủy lực của mô hình
+ Dữ liệu hình học: Số liệu thực đo về mặt cắt của đoạn kênh được mô

phỏng
+ Điều kiện biên
- Các số liệu cần thiết cho phần chất lượng nước:
+ Điều kiện ban đầu: Nồng độ thực đo ban đầu của các biến chất lượng
nước trên kênh (COD, BOD), Nito tổng (TN) và photpho tổng (TP).
+ Tải lượng gia nhập
- Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình
- Xây dựng các kịch bản dự báo chất lượng nước
Từ kết quả cho thấy, nhóm nghiên cứu đã thực hiện các bước tính toán khá
đầy đủ, mô hình thủy lực 1 chiều (HEC-RAS) cho kết quả mô phỏng thủy lực có
độ tin cậy cao.
d. Đề tài cấp Bộ “Nghiên cứu cơ sở khoa học để đề xuất quy trình phân
vùng rủi ro ô nhiễm môi trường biển ven bờ; áp dụng thử nghiệm cho vịnh Đà
Nẵng”, mã số TNMT.2015.06.01 do Viện Nghiên cứu biển và hải đảo chủ trì
thực hiện (2015-2017). Đề tài đã mô hình hóa lan truyền chất hữu cơ trong môi
trường nước biển ven bờ vịnh Đà Nẵng. Kết quả đã đưa ra được mức độ và
phạm vi ảnh hưởng của các chất ô nhiễm đến môi trường nước biển ven bờ vịnh
Đà Nẵng. Đối với ô nhiễm chất hữu cơ thì khu vực ô nhiễm các yếu tố DO,
BOD và Colifrom. Đối với DO và BOD xảy ra ô nhiễm chủ yếu ở các cửa xả
của khu chế xuất và khu dân cư bao gồm cửa xả khu vực cảng Thọ Quang, cửa
xả khu vực lấn biển và cửa sông Phú Lộc. Trong đó mức độ ô nhiễm lớn nhất
gây ra là từ cửa sông Phú Lộc đổ ra vịnh Đà Nẵng. Đối với ô nhiễm Colifrom thì
xảy ra ở tất cả các cửa sông và cửa xả. Nồng độ Cliform lớn nhất là ở các cửa xả
tuy nhiên phạm vi ảnh hưởng đến khu vực vịnh Đà Nẵng là do cửa sông Hàn và
cửa sông Cu Đê. Kết quả nghiên cứu là đầu vào quan trọng cho việc xây dựng
bản đồ phân vùng rủi ro ô nhiễm môi trường nước biển ven bờ vịnh Đà Nẵng.
Bên cạnh đó, một số nghiên cứu về môi trường ven biển đã được công bố,
cụ thể:

16

Đề tài “Đánh giá khả năng tích tụ và phân tán các chất ô nhiễm vùng cửa
sông ven biển Việt Nam”. Tác giả Cao Thị Thu Trang và các cộng sự khác ở
Viện Tài nguyên và Môi trường biển thực hiện năm 2006 – 2007. Sử dụng số
liệu điều tra, khảo sát, đề tài thực hiện đáng giá mức độ tích luỹ và phạm vi phân
tán của một số chất ô nhiễm vùng trọng điểm là cửa sông Ba Lạt. Do chưa sử
dụng các mô hình toán mà chủ yếu dùng số liệu điều tra, khảo sát đề tài còn một
số hạn chế trong việc đánh giá các quá trình lan truyền chất gây ô nhiễm.
Đề tài “Đánh giá hiện trạng môi trường và xác định các vấn đề ưu tiên quản lý
tổng hợp vùng bờ biển Hải Phòng”, thực hiện từ 2008 đến 2010, trên phạm vi vùng
bờ biển thành phố Hải Phòng. Các kết luận về hiện trạng môi trường và diễn biến
xu thế của đề tài được thực hiện trên cơ sở phân tích mẫu nước khảo sát trong
phòng thí nghiệm và nghiên cứu, sử lý số liệu quan trắc trong phạm vi vùng dự án.
Đề tài “Điều tra, đánh giá tình trạng ô nhiễm và suy thoái môi trường khu
vực cửa sông Cấm - Bạch Đằng và đề xuất các giải pháp bảo vệ” do Trần Đức
Thạnh và cộng sự thực hiện 2006 - 2007; đề tài: “Điều tra hiện trạng môi trường
sông Rế, sông Giá và đề xuất các giải pháp bảo vệ” thực hiện năm 2003; đề tài
“Đánh giá mức độ ô nhiễm do nguồn thải lục địa, đề xuất giải pháp kiểm soát,
quản lý ô nhiễm vùng biển ven bờ phía bắc”, thực hiện năm 2001. Các đề tài này
có phạm vi nghiên cứu nhỏ ở một vùng cửa sông trên cơ sở sử lý, phân tích mẫu
thu thập, số liệu điều tra, khảo sát. Đề tài cũng chưa vận dụng mô hình toán để
đánh giá, dự báo tình trạng ô nhiễm.
Các nghiên cứu “Đánh giá xu thế biến động một số yếu tố chất lượng môi
trường nước biển ven bờ miền Bắc Việt Nam”, tác giả Lưu Văn Diệu và Nguyễn
Chu Hồi thực hiện 1998; “Hiện trạng và xu thế biến động chất lượng nước vùng
biển ven bờ phía bắc Việt Nam”, tác giả Lưu Văn Diệu thực hiện 2003. Các
nghiên cứu này là tập hợp các kết quả quan trắc đã tiến hành trước thời điểm
nghiên cứu trong khu vực, thông qua đó đánh giá hiện trạng và diễn biến môi
trường nước vùng ven biển.

Đề tài Nghiên cứu đánh giá lan truyền các chất ô nhiễm khu vực cửa sông
ven biển Hải Phòng bằng mô hình toán học. Đề tài Khoa học và công nghệ cấp
thành phố Hải Phòng giai đoạn 2009 - 2010, sử dụng mô hình toán Delft3D đề
tài thực hiện việc tính toán, dự báo lan truyền các chất ô nhiễm hữu cơ (BOD,
COD), dinh dưỡng (NH4, NO3, PO4) và trầm tích lơ lửng ở khu vực cửa sông
17


ven biển Hải Phòng theo một số kịch bản năm 2015 và 2020. Đối tượng chính
của đề tài là đặc điểm thủy động lực của khu vực, hàm lượng của trầm tích lơ
lửng, nhóm hữu cơ và dinh dưỡng trong nước. Các đối tượng nghiên cứu này
cũng được xét đến trong trường hợp biến đổi mùa và thay đổi theo các kịch bản.
Phạm vi khu vực nghiên cứu của đề tài là vùng nước bao gồm 5 sông chính
(Bạch Đằng, Cấm, Lạch Tray, Văn Úc và Thái Bình) và vùng ảnh hưởng của nó
ở phía ngoài. Phạm vi khu vực cũng được mở rộng ra phía ngoài đông nam đảo
Cát Bà. Với việc sử dụng mô hình toán Delft3D đề tài này đã tạo một bước đột
phá trong các nghiên cứu về ô nhiễm ở vùng cửa sông của Viện Tài nguyên và
Môi trường biển, vì trước đó phần nhiều các đề tài mới chỉ dừng ở mức điều tra
đánh giá hiện trạng, một số những tính toán thống kê mà chưa vận dụng mô hình
toán để đánh giá, dự báo động thái lan truyền của các chất ô nhiễm. Trong điều
kiện tính toán và phạm vi nghiên cứu, các kết quả của mô hình đã đạt được độ
tin cậy cần thiết để có thể sử dụng làm công cụ để đánh giá dự báo những tác
động do hoạt động của con người đến môi trường nước trong khu vực cửa sông
ven biển Hải Phòng.
1.2 Tổng hợp, phân tích và đánh giá hiện trạng sử dụng mô hình tính toán vận
chuyển bùn cát trong nghiên cứu khoa học biển.
1.2.1 Ý nghĩa của nghiên cứu vận chuyển bùn cát trong nghiên cứu khoa
học biển.
Khu vực cửa sông ven biển tuy chỉ chiếm 1/10 diện tích bề mặt đại dương
thế giới (Lisitsyn, 1995) nhưng lại đóng vai trò đáng kể trong quá trình vận

chuyển vật chất. Đây được coi là màng lọc giữa lục địa và biển, giữ lại một
lượng đáng kể vật chất lơ lửng và hoà tan có nguồn gốc từ lục địa, là nơi chịu
ảnh hưởng bởi các quá trình động lực từ sông, có nơi chịu tác động mạnh do
thủy triều, một số nơi khác lại bị chi phối bởi hỗn hợp giữa nhiều quá trình khác
nhau. Tuy nhiên ảnh hưởng nhiều phải kể đến tác động của thuỷ triều và sự phân
tầng của khối nước. Trong đó dòng chảy đóng vai trò quyết định đến sự vận
chuyển trầm tích và các chất gây ô nhiễm từ sông ra phía ngoài dưới tác động
kết hợp của dòng triều và dòng chảy sông (biến đổi theo mùa). Là một thành
phần cơ bản và rất quan trọng ở các vùng cửa sông ven biển đặc trưng bởi thành
phần hạt - lan truyền trầm tích phụ thuộc vào các nguồn cung cấp từ lục địa,
dòng chảy sông và các quá trình thủy động lực ven biển (tính cả tự nhiên xen lẫn
những tác động và can thiệp do con người gây ra). Trong trường hợp dòng chảy
18


mạnh sẽ làm ứng suất đáy lớn, tăng sự vận chuyển trầm tích cả ở lớp đáy và
trầm tích lơ lửng. Ngược lại, quá trình này sẽ lắng đọng ở những thời điểm và
nơi có vận tốc dòng chảy, hoạt động của sóng và thủy triều nhỏ. Nhìn chung, tốc
độ lắng đọng trầm tích phụ thuộc vào kích thước hạt, điều kiện môi trường. Bởi
vậy, đây là một trong những vấn đề môi trường nhận được sự quan tâm sâu sắc
của các nhà khoa học cũng như các nhà quản lý. Nổi bật hơn hết là các nhóm
vấn đề như: điều tra hiện trạng môi trường; đánh giá kiểm soát các nguồn ô
nhiễm từ lục địa ra vùng cửa sông ven biển; nghiên cứu đánh giá cơ chế lan
truyền, biến đổi chất gây ô nhiễm ở khu vực cửa sông ven biển; đánh giá sự tích
tụ chất gây ô nhiễm ở khu vực cửa sông; mối quan hệ giữa ô nhiễm môi trường
và tài nguyên sinh vật ở khu vực cửa sông.
1.2.2 Hiện trạng sử dụng mô hình tính toán vận chuyển bùn cát trong
nghiên cứu khoa học biển
Trên thế giới
Trầm tích lơ lửng (TTLL) có một vai trò quan trọng ở nhiều khía cạnh khác

nhau đối với môi trường biển và công trình bờ. Tuy nhiên môi trường ở vùng
cửa sông ven biển rất phức tạp, nơi diễn ra sự tương tác của các khối nước sông
- biển, dòng triều, sóng, gió… nên những hiểu biết của con người các quá trình
như lắng đọng, tái lơ lửng, kết keo vẫn còn nhiều hạn chế. Ngoài phương pháp
phân tích đánh giá các đặc điểm vận chuyển TTLL từ số liệu đo đạc khảo sát
người ta đã phát triển và ứng dụng các mô hình toán học để dự báo các đặc điểm
vận chuyển TTLL ở vùng cửa sông ven biển. Các mô hình này thông thường là
các chương trình tính để giải các bài toán cơ bản của cơ học chất lỏng và
phương trình vận chuyển trầm tích.
Các phương trình cơ bản của cơ học chất lỏng có thể được giải theo sơ đồ
trong không gian của 1 chiều (1D), hai chiều (2D) hoặc 3 chiều (3D). Tương ứng
với các phương trình đó là các mô hình số 1 chiều, 2 chiều hoặc 3 chiều đồng thời
tính phức tạp cũng lần lượt tăng dần. Trong tự nhiên, hầu hết các quá trình vận
chuyển trầm tích ở vùng của sông ven biển như dòng chảy rối, thủy triều, ứng suất
của gió, tác động của sóng, sự phân tầng nhiệt - muối, dòng chảy nói chung là các
quá trình 3 chiều. Vì vậy, khi áp dụng và phát triển các mô hình toán vào các vùng
cửa sông ven biển người ta cố gắng lựa chọn các mô hình 3 chiều.

19