Báo cáo tổng hợp kết quả thực hiện năm 2009

c

TỐNG CỤC MỐI TRƯỜNG
ư c K ĨẺ M SỐT Ơ N H IỄ M

Nhiệm vụ:
“ĐIỀU TRA, ĐÁNH GIÁ VÀ D ư BÁO s ụ CỐ
TRÀN DẦU GẢY TỎN THƯƠNG M ồ i TRƯỜNG BIẾN;
ĐỀ XUẤT CẮC GIÃI PHÁP PHÒNG NGỪA VÀ ỨNG PH Ò ”

BÁO CÁO TỎNG H ỢP K ÉT QUẢ TH Ụ C HIỆN NĂM 2009

TH ỤC THI MƠ HỈNH
D ự SÁ O VÀ ỨNG PHĨ S ự C ố TRÀN DÂU

Đo*n vị ch« trì:
Ngưịi thực hiện:

Trung tâm Tư vấn KTTV&MT
Trần Hồng Thái, Nguyễn Xuân Hiển
~

,

I*

'

Nguyên Đăng Đức Thọ, Trân Duy ỉ íién

I

Lê Ọuốc Huy, Nguyễn Thị Thanh,

ỉs

Phạm Ván Tiến, Khương Van Hải,

I

Dương Văn Tiến, Doản Thị Thu í là,
Nguyễn Thị Xuân Quỳnh, Trần Văn Trà

-là nội, 12/2009
.

_________

_

.........

1


TỔNG CỤC MƠI TRƯỜNG
CỤC K IỂM SỐT Ơ N H IỄM

Nhiêm vu:
“Đ IÈ U TRA, Đ Á N H GIÁ VÀ D Ư BÁ O s ự CÓ
TRÀ N DẦU GÂY T Ố N TH Ư Ơ NG M ồ i T R Ư Ờ N G BIÊN;

Đ Ê X U Ấ T C Á C GIẢI PH ÁP PH Ò NG N G Ừ A VÀ ỨNG P H Ó ”

B Á O C Á O TỎ N G H Ợ P KẾT QUẢ T H ự C H IỆ N N ĂM 2009

TH ựC THI MƠ HÌNH
D ự BÁO VÀ ỨNG PHÓ S ự CỐ TRÀN DẦU

Đơn vị chủ trì:

Trung tâm Tư vấn KTTV&MT

N gưịi thực hiện:

Trần Hồng Thái, Nguyễn Xuân Hiên,
Phan Đăng Đức Thọ, Trần Duy Hiền,
Lê Quốc Huy, Nguyễn Thị Thanh,
Phạm Văn Tiến, Khương Văn Hải,
Dương Văn Tiến, Đoàn Thị Thu Hà,
Nguyễn Thị Xuân Quỳnh, Trần Văn Trà

Hà nội, 12/2009


M ỤC LỤC
A - PHẦN I. T H ự C T H I M Ồ H ÌNH DỤ B Á O s ự CÓ T R À N DẦU TRÊN
BIỂN Đ Ơ N G

I. GIĨI THIỆU CHƯNG........................................................................................... 4
II. TƠNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN c ứ u VÊ MƠ HÌNH D ự BÁO LAN
TRUYỀN Ỏ NHIẼM D ẦU....................................................................................... 5

III. ĐIỀU KIỆN T ự NHIÊN KHƯ v ự c BIÊN ĐÔNG...................................... 25
3.1. Đặc điểm địa hình khu vực biển Đ ơng........................................................... 25
3.2. Đặc điểm khí hậu khu vực biển Đơng............................................................. 26
IV. NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG MƠ HÌNH MIKE D ự BÁO Ơ NHIỄM
DẦU TRÊN BIẾN ĐỔNG...................................................................................... 30
4.1. Cơ sở lý thuyết của mơ hình............................................................................30
4. ỉ. 1. M ơ đun M IK E 21 H D ..................................................................................30
4.1.2. M ô đun M IK E 21 & M IK E 3 P a rtic ỉe /S p ill A n a lysis .................................. 30
4.1.2.1. Quá trìn h bình lư u và khuếch t á n .............................................................. 31
4.1.2.2. Quá trìn h lan truyền d ầ u ............................................................................ 33
4.2. Điều kiện địa hình, miền tính và lưới tính.................................................. 35
4.3. Điều kiện ban đầu và điều kiện biên của mơ hình.....................................35
4.4. Q trình hiệu chỉnh và kiểm nghiệm thủy động lực trên biến Đơng....36
4.4.1. Q trình hiệu chỉnh..............................................................................36
3.4.2. Q trình kiểm nghiệm .........................................................................38
4.5. Một số kết quả tính tốn, dự báo ơ nhiễm dầu trên biển Đơng................. 40
4.6. Mơ phỏng thử nghiệm q trình lan truyền dầu tại cửa Định An..............51
c. Mơ phỏng q trình lan truyền dầu tại cửa sông Hậu................................ 54
V. KÉT LUẬN..........................................................................................................61
B - PHẦN II.

T H ự C T H I M Ồ H ÌN H Ứ N G PH Ó s ự CÓ TRÀN DẦU

T R Ê N SƠ N G SÀI G Ị N - Đ Ồ N G NAI

I. GIỚI THIỆU CHUNG..........................................................................................65
II. MỤC TIÊU CỦA NHIỆM v ụ ..........................................................................66
III. KỊCH BẢN DIỄN TẬP ỨNG PHÓ s ự CỐ TRÀN DẦU............................. 66
3.1 Kịch bản diễn tậ p .......................................................................................... 66
3.2 Công nghệ áp d ụ n g ....................................................................■.................67

3.3 Trang thiết bị sử dụng tương ứng với công nghệ áp dụng.......................... 67
IV. DIẺN BIẾN CUỘC DIỄN TẬP ỨNG PHÓ s ự CÓ TRÀN DẦU............... 69


4.1 Tiếp cận, khống chế và dập tắt lửa cháy trên tàu bị n ạ n ...........................69
4.2 Tìm kiếm, phát hiện và vá lỗ thủng.............................................................. 71
4.3 Triển khai phao quây dầu và thu gom dầu tràn............................................ 71
4.4 Chống cháy trên sơng.................................................................................. 75
4.5 Giải phóng sơng và làm sạch mơi trường.................................................. 75
4.6 Xử lý sau tràn d ầu ........................................................................................76
4.7. Đánh giá kết quả việc thực thi mơhình ứng phó sự cố tràn d ầu ............76
V. PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ TÁC ĐỘNGMÔI TRƯỜNG DO s ự CỔ
TRÀN D Ầ U ........................................................................................................... 76
5.1 Đánh giá tác động môi trường do sự cố tràn dầu:..................................... 77
5.2 Các tác động gây hậu quả lâu dài cho môi trường và hệ sinh th á i.......... 78
VI. KÉT LUẬN...................................................................................................... 84

2


PHẦN I
THựC THI MƠ HÌNH Dự BÁO
Sự CĨ TRÀN DẦU TRÊN BIỂN ĐÔNG


I. GIỚI T H IỆ U CHUNG
•

Tốc độ tăng trưởng kinh tế lớn trong những năm gần đây đã làm gia tăng
rẫ t mạnh lượng tiêu thụ xăng dầu. Sản lượng khai thác dầu thơ tồn thế giới

klhcảng 3 tỷ tấn 1 năm và nửa số đó được vận chuyển bàng đường biển (Pavlo,
2(0(3). Hậu quả là một lượng dầu rất lớn bị rị rỉ ra mơi trường biến do hoạt động
của các tàu và do các sự cố hư hỏng hay đắm tàu chở dầu, do sự cố tại lồ khoan
t h ă n dò và dàn khoan khai thác dầu. Lịch sử thế giới đã ghi nhận hàng trăm vụ
ơ nhiễm dầu trên biển.
Tại khu vực ngồi khơi và ven biển nước ta ô nhiễm dầu đã và đang xảy
ra r.gày càng nhiều 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, đã
có hơn 10 vụ tràn dầu gây ơ nhiễm, ảnh hưởng rất lớn đến môi trường vùng cứa
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 thốt ra
mơi trường 900m 3 dầu; ngày 6/2/2002, tàu Bạch Đằng Giang va vào đá tại Hải
Phịng, làm thốt ra 2.500m 3 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 biển miền
Trung. Đặc biệt từ ngày 29/1/2007 dầu bắt đầu xuất hiện và làm ô nhiễm bãi
biển Đà N ằng 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 biển nước
ta, bao gồm Hải Phịng, Hà Tĩnh, Quảng Bình, Quảng Trị, Thừa Thiên - Huế, Đà
Nang, Quảng Ngãi, Quảng Nam, Bình Định, Phú Yên, Khánh Hồ, Vũng Tàu Cơn Đảo, Tiền Giang, Bến 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 đen ngày
18/4/2007 là 1702 tấn, trong đó riêng tỉnh Quảng Nam là 855 tấn. Sự cố dầu trôi
dạt vào bờ biển là rất nghiêm trọng, lượng dầu trôi dạt lớn gây ảnh hương trên
diện rộng và chưa đánh giá được hết mức độ thiệt hại về kinh tế, xà hội và mỏi
trường. N guồn gây ra ô nhiễm dầu trong sự cố này là chưa rõ ràng. Do tính chất
nghiêm trọng của sự cố ô nhiễm dầu, Thủ tướng Chính Phủ đã chỉ đạo Bộ Tài
ngun và Mơi 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 Báo vệ
Môi trường, Viện K hoa học Khí tượng Thuỷ văn và Mơi trường, Trung tâm Khí
tượng Thuỷ văn Quốc Gia, Trung tâm Viễn thám và một sổ cơ quan ngồi Bộ

Tài ngun và Mơi trường như Viện Vật lý Điện tử, Viện Khoa học và Công
nghệ Việt Nam, Trung tâm Nghiên cứu Phát triển an tồn và Mơi trường Dầu
khí - Viện Dầu khí Việt Nam đã tham gia tính tốn xác định ngun nhân gâv ô
4


iủiễm dầu dưới sự chỉ đạo của Tổ công tác xác định nguyên nhân ô nhiễm dầu
do Thứ trưởng Bộ Tài nguyên và Môi trường Phạm Khôi Nguyên đứng đầu.
Vặc dù đã có nhiều cố gắng nhưng cơng tác xác định nguyên nhân sự cố tràn
cUu cũng như nguồn ô nhiễm dầu vẫn chưa được triển khai đúng tiến độ và với
đc chính xác cần thiết. Cơ sở dừ liệu nhận dạng các mẫu dầu thơ Việt Nam chưa
hồn chỉnh nên gặp khó khăn rất nhiều trong việc xác định nguồn gốc dầu ô
nHễm cho vùng biển nước ta từ mẫu dầu ơ nhiễm thu được. Do chưa có các kết
qiả phân tích thành phần các mẫu dầu thơ đang được khai thác và vận chuyển
trén Biển Đông nên các mơ hình số trị tính tốn phong hố dầu chỉ sử dụng các
sc liệu giả định. Điều này hạn chế rất nhiều độ chính xác của các kết quả tính
toín q trình biến đổi của dầu trên biển. Các mơ hình tính tốn, dự báo lan
truyền và biến đổi của dầu ơ nhiễm dầu chưa hồn chỉnh nên chưa tính tốn
đuợc với độ chính xác cao q trình lan truyền và biến đổi ô nhiễm dầu, làm cơ
sẻ để xác định nguồn ô nhiễm dầu.
N ằm trong khuân khổ Dự án: “ "Điều tra, đánh giá, dự báo nguy cơ sự cố
trai dầu gây tổn thương môi trường biển. Đề xuất các giải pháp ứng phó" thuộc
dv án “Điều tra, đánh giá mức độ tổn thương tài nguyên - môi trường, khí tượng
thiỷ văn Việt Nam; dự báo thiên tai, ô nhiễm môi trường tại các vùng biên; kiên
nghị các giải pháp bảo vệ” . Nhiệm vụ: “Nghiên cứu, ứng dụng mơ hình tính tốn,
dụ báo ơ nhiễm dầu trên biển Đ ông” là một nhiệm vụ rất quan trọng, nhiệm vụ
trong tâm của nhiệm vụ này là nghiên cứu, xây dựng và ứng dụng được một sơ
m) hình số trị mơ phỏng, dự báo q trình lan truyền và biến đổi của dầu, trên
cc sở đó đưa ra các biện pháp và kịch bản phục vụ công tác xử lý ô nhiễm và
giun thiểu ảnh hưởng đến môi trường sinh thái và phát triển kinh tế xã hội.

II TỎ NG Q U A N T ÌN H HÌNH NGHIÊN c ứ u VỀ M Ơ HÌNH DỤ BÁO
LAN TRƯ N Ơ N H IẺ M DẦU
2.1. Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài
Ngày nay, với sự phát triển của phương tiện tính tốn, mơ hình mơ phỏng
qiá trình lan truyền và biến đổi của dầu sau khi xảy ra sự cố, đánh giá tác động
mòi trường sinh thái và thử nghiệm các phương án ứng phó khác nhau đã trơ
thrnh một phương tiện hiệu quả và rẻ nhất để tính tốn dự báo, xác định phương
án hiệu quả ứng phó với sự cố ơ nhiễm dầu. Có rất nhiều mơ hình số trị tính tốn
dụ báo q trình vận chuyển và biến đổi dầu đang được sử dụng hiện nay, từ các
mó hình quỹ đạo đơn giản tới các mơ hình 2, 3 chiều tính tốn chi tiết q trình
lar truyền và biến đổi dầu, có tính đến các giải pháp ứng phó và đánh giá anh
huởng của dầu ô nhiễm tới môi trường sinh thái. Đe có thê xây dựng được các


mơ hình này, cần phải có kiến thức chi tiết về các q trình vận chuyển, biến đơi
của dầu, tác động của dầu ô nhiễm tới môi trường sinh thái cũng như hiệu qua
của các giải pháp ứng phó sự cố ô nhiễm dầu.
Sau khi xảy ra sự cố tràn dầu trên biển và trái qua quá trình loang dầu cơ
học ban đầu, dầu sẽ bị vận chuyển trên biển bởi ảnh hưởng tổng hợp của gió,
sóng và dịng chảy. Vì vậy, để dự báo quá trình lan truyền và biến đối của dầu ơ
nhiễm, cần phải có các mơ hình mơ phỏng các q trình động lực học biến với
độ chính xác cao. Hiện tại, phương pháp dự báo thời tiết bằng mơ hình sổ trị dã
đạt được nhiều kết quả rất tốt và đã trở thành phương pháp chính dùng đẻ dự báo
thời tiết ở các nước phát triển như Mỹ, Nhật và Châu Âu. Có một số mơ hình dir
báo thời tiết số trị như các mơ hình phổ tồn cầu của Mỹ, Nhật, Châu Âu, các
mơ hình dự báo thời tiết khu vực như mơ hình phổ khu vực của Mỹ, Nhật và
Châu Âu. Các mô hình trên cung cấp các điều kiện biên thích hợp cho các mơ
hình dự báo thời tiết quy m ơ vừa có độ chính xác cao như các mơ hình WRF,
MM5, R A M S của Mỹ, H R M của Đức, mơ hình JM A M R I-N D P của Nhật

V.V..

Các yếu tố khí tượng n hư vận tốc gió tại độ cao 10 m, nhiệt độ khơng khí, nhiệt
độ mặt biển và bức xạ m ặt trời dự báo bàng các m ơ hình trên có thề được dùng
để tính tốn các q trình động lực khác trong biển như dịng chảy, sóng, và
được sử dụng trực tiếp để tính tốn q trình vận chuyển và phong hố dầu. Các
mơ hình dự báo sóng biển thường được dùng là các mơ hình W AM , SWAN kết
hợp với các m ơ hỉnh tính tốn q trình lan truyền sóng ven bờ. Có rất nhiều mơ
hình tính tốn dịng chảy 2 và 3 chiều trên biển. Thơng thường, các mơ hình 2
chiều chỉ được sừ dụng để tính tốn dịng chảy tại khu vực ven bị và cửa sơng
có độ sâu khơng lớn. Đ ối với vùng ngồi khơi, vì độ sâu biển lớn và dịng chảy
thay đổi 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 đề
tính tốn q trình vận chuyển và biến đổi của dầu ô nhiễm trên biến. Một sô mơ
hình điển hình như m ơ hình P O M (Princeton University Ocean Model) tại
trường Đại học Princeton (Mỹ), m ô hình ROM S (Regional Oceanic Modeling
System) tại trường Đại học C aliom ia, Los Angeles và Đại học Rutgers (Mỹ), mơ
hình H A M SO N (H am burg S h elf Ocean M odel) (Đức, Canada), mơ hình
AIM S/GH ER tại trường đại học Liège (Bỉ). Các m ơ hình trên dùng cho cả vùng
ngồi khơi và ven bờ. M ơ hình M EC C A (Model for Estuarine and Coastal
Circulation and A ssessm ent) dùng tính tốn dịng chảy vùng cửa sơng và ven bờ.
Bên cạnh đó, các mơ hình M IK E 3 PA/SA (Đan M ạch), ST A T M A P (Na Uy) có
thể tính tốn dịng chảy và lan truyền, biến đổi của ô nhiễm dầu 3 chiêu. Trong
số các mô hình trên, m ơ hình P O M là mơ hình tính toán khá chi tiết các quá
6


trình rối biển theo sơ đồ khép kín rối mực 2,5 của Mellor và Yamada v à ảnh
hưởng của phân tầng mật độ tới quá trình vận chuyển chất khuyếch tán theo

phương thẳng đứng. M ơ hình ROMS xét tới quá trình rối khá đơn giản bằng
cách sử dụng một phân bố năng lượng rối theo phương thẳng đứng. Mô hình
A IM S/GH ER cũng tính tốn rối bằng một sơ đồ khá đơn giản trên CO' sớ
gradient vận tốc dịng chảy. Mơ hình M ECCA cho phép tính tốn dịng chay
tổng hợp vùng ven bờ và cửa sơng với độ chính xác khá cao, nhưng do khơng
mơ hình hố chi tiết quá trình trao đổi rối theo phương thẳng đứng khi có phân
tầng mật độ nên khi áp dụng cho khu vực ngồi khơi, độ chính xác trong việc
tính khuyếch tán và phân tán dầu theo phương thẳng đứng bằng mơ hình này có
nhiều hạn chế. Các mơ hình HAMSON, MIKE3 PA/SA, STATMAP (Skognes
và Johansen, 2003) cũng sử dụng một sơ đồ tính rối rất đơn giản nên các kết qua
tính tốn bằng mơ hình khơng có độ chính xác cao trong điều kiện phân tầng
mật độ. Các m ô hình POM, ROMS và M ECCA đều sử dụng các sơ đồ tính tốn
có khả nàng tách các sóng ừọng lực 2 chiều (external mode) ra khỏi các tính
tốn vận tốc dòng chảy cũng như các đại lượng động lực học 3 chiều (internal
mode) nên tiết kiệm thời gian tính tốn. Trong khi đó, các mơ hình
A IM S/G H ER và MIKE3 PA/SA tính đồng thời dao động mực nước đại dương
và các đặc trưng động lực 3 chiều nên u cầu bước thời gian tính tốn ngấn và
do đó thời gian tính tốn tổng cộng dài hơn.
Tác giả nước ngồi duy nhất xây dựng mơ hình tính tốn vận chuyến dầu
ơ nhiễm trong khu vực Biển Đơng là Hang và nnk (1989). Mơ hình này đã được
Buranapratheprat (1999) áp dụng để tính vận chuyển dầu ơ nhiễm trong vịnh
Thái Lan. M ơ hình dựa trên giả thiết là dầu ô nhiễm được vận chuyển trên biên
như là vật nổi chịu ảnh hưởng đồng thời của dòng chảy Ekman, dịng Stokes,
dịng dư và dịng triều.
Mơ hình MIKE3 PA/SA nằm trong gói mơ hình MIKE do Viện Thủy lực
Đan Mạch (DHI phát triển), là một gói phần mềm dùng để mơ phỏng dịng chảy,
lưu lượng, chất lượng nước và vận chuyển bùn cát và các chất ô nhiễm ở các cưa
sông, sông, hồ, biển và các khu vực chứa nước khác. Trong đó, mơ đun
M IKE 21 & M IKE 3 Particle/Spill Analysis được xây dựng đê mô phong q
trình lan truyền dầu. Đây là bộ mơ hình tiên tiến có khả năng tính tốn mạnh và

đang được sử dụng rộng rãi trên khắp thế giới.
2.2. Tình hình nghiên cứu ở trong nước
Ngay từ những năm đầu của thập niên 90 thể kỷ trước, vấn đề nghiên cứu
sự lan truyền ô nhiễm dầu do sự cố trên biển đã được triển khai trong khuôn khô
7


đé tìi cấp nhà nước 4 8 .B.05.03 “Ơ nhiễm Biến” do cố GS. TSKH Phạm Văn
Nim chủ trì. Bên cạnh việc nghiên cứu đánh giá chung khả năng, mức độ nguy
cc >ảy ra sự cố ô nhiễm dầu, đề tài đã đề cập nghiên cứu các q trình lý-hóa
diễr ra khi xảy ra sự cố như quá trình bay hơi, loang dầu cơ học, phân tán, hòa
ta.1 , oxy hóa, nhũ tương hóa, lắng đọng, phân huỷ sinh học, lan truyền ... Đe tài

đỉ iế n hành xây dựng chương trình số mơ phỏng vệt dầu loang trên mặt biến
khi :ó sự cố xảy ra trên cơ sở phương trình truyền tải khuyếch tán, sử dụng
phưong pháp sai phân hữu hạn và đã có xét đến một số quá trình chính như bay
hci, loang dầu cơ học do trọng lực, Tuy nhiên, trong q trình phát triển mơ hình,
cá: ‘á c giả nhận thấy phương pháp này có nhiều hạn chế, đặc biệt là phương
trình khuyếch tán khơng thể áp dụng cho dầu là chất khơng hịa tan hồn toàn
trcng nước mà ở dạng các mảng, khối nhỏ. Trong những nghiên cứu tiếp theo,
phương pháp ngẫu hành (random walk) đã được sử dụng. Đây là phương pháp
đuợc sử dụng khá rộng rãi trên thế giới, đặc biệt là trong lĩnh vực mô phỏng sự
lai tu y ề n của dầu trên/ trong biển. Các chương trình số mơ phỏng sự lan truyền
củi vệt dầu trên biển (OST-2D, OST-3D) dần dần được hồn thiện như lính đến
qui trình lý -h ó a chính xảy ra khi dầu tràn ra biển, bao gồm q trình bay hơi,
q trình loang dầu cơ học do trọng lực, q trình nhũ tương hóa. Dựa trên các
tài liệu về tính chất của các loại dầu, đã xây dựng được cơ sở dữ liệu về tốc dộ
ba/ hơi, nhũ tương hóa của dầu phụ thuộc vào nhiệt độ của dầu và môi trường
xmg quanh và tốc độ gió trên mặt biển. Do thiếu số liệu quan trắc về các sự cố
trài dầu nên đã không thể tiến hành việc hiệu chỉnh, kiểm tra mơ hình bằng các

số liệu về dầu tràn, thay vào đó, chương trình được kiểm tra (một cách gián tiếp)
qui việc mô phỏng sự lan truyền dầu ở các của sông và so sánh với ảnh viễn
than. Các m ơ hình OST đã được áp dụng để tính tốn dầu tràn với nhiều mục
đích khác nhau như dự báo khả năng lan truyền vệt dầu ở các vùng biến Bắc,
Tring và N am bộ, tính tốn phạm vi lan truyền của dầu trong khu vực cảng Hải
Ph)ng, tính tốn các kịch bản tràn dầu qua đó xây dựng các bản đồ nhạy cam
trài dầu cho các khu vực đang được quan tâm như Vịnh Hạ Long (2004), Vịnh
Đà Nằng (2005), Vịnh Văn Phong (2007). Đặc biệt là các chương trình này đã
đưíc xây dựng dưới dạng phần mềm đóng, dễ sử dụng và đã chuyển giao cho
cá( cơ sở cần sử dụng như Cơng ty Dầu Khí Việt-Nhật (JVPC), Xí nghiệp Liên
doinh Dầu Khí Việt-Xơ (VIETSOVPETRO). Nhược điểm của mơ hình trên là
troig mơ phỏng q trình lan truyền dầu bằng phương pháp ngẫu hành, quá trình
va ;hạm liên kết của các giọt dầu lơ lửng trong nước chưa được mô phong. Hơn
nữ;, mơ hình khép kín rối dùng trong nghiên cứu chưa tính được ảnh hưởng của
phin tầng mật độ tới các quá trình rối, liên quan tới các quá trình xáo trộn và
8


phân tán của các giọt dầu lơ lửng trong biển. Trong khi đó, theo các nghiên cứu
cia các tác giả nước ngồi thì q trình trao đổi rối gần mặt biển có vai trị rất
quan trọng trong q trình vận chuyển và biến đối cứa dầu. Tính tốn mơ phỏng
được q trình này với độ chính xác cao sẽ giúp nâng cao chất lượng tính tốn
m3 phỏng q trình trao đổi dầu giữa lớp dầu trên mặt biến và các lớp dưới, quá
trnh phân tán dầu, nhũ tương hoá và hồ tan của dầu. Mơ hình của các tác gia
trèn sử dụng hệ toạ độ Đề-các với lưới vng góc, chỉ áp dụng được với độ
cHnh xác cao tại các khu vực hẹp. Khi áp dụng cho các khu vực rộng như tồn
Ben Đơng, cần phải chỉnh sửa mơ hình để tính tới độ cong của trái đất. Ngồi ra,
mì hình này cũng chưa tính tới ảnh hưởng của phân tầng nhiệt muối tới dòng
ctảy biển và vận chuyến dầu. Trong khi đó, theo tác giả Đinh Văn Ưu, ảnh
huờng của phân tầng nhiệt muối tới dòng chảy trong biển trên quy mơ tồn bộ

Bển Đơng là rất đáng kể. Ảnh hưởng của sóng biển tới q trình nhũ tương hố
dài được đánh giá gián tiếp thơng qua tốc độ gió. Do vậy, ảnh hưởng của quá
trnh sóng vỡ ven bờ và sự biến đổi của trường sóng tại các khu vực có địa hình
pKrc tạp chưa được xem xét tới. Mơ hình cũng chưa được liên kết với một mơ
hhh dự báo khí tượng nên chưa thể áp dụng ngay được để dự báo lan truyền và
biìn đổi của dầu khi gặp sự cố ô nhiễm dầu.
M ột tác giả khác cũng đạt được nhiều kết quả nghiên cứu về ô nhiễm dầu
là tác giả Nguyễn H ữu Nhân. Tác giả này đã xây dựng phần mềm mô phỏng quá
trìih lan truyền và biến đổi dầu trên biển, đánh giá tác động môi trường cua ô
nhễm dầu. Phần m ềm do tác giả xây dựng trên cơ sở mô hình có giao diện
thiận tiện cho người sử dụng. Tác giả đã sử dụng mơ hình để tính tốn mơ
pfơng q trình ơ nhiễm dầu tại Khánh Hồ, Thành Phố Hồ Chí Minh. Gần đây
nhit, vào đầu năm 2007, tác giả đã áp dụng mơ hình đế tính tốn xác định nguồn
ơ ìhiễm dầu trong sự cố ơ nhiễm dầu ven biến nước ta. Mơ hình tính tốn lan
tn y ền ơ nhiễm dầu là mơ hình Lagrange. Mơ hình tính tốn dịng chav dùng
trmg mơ hình m ơ phỏng q trình vận chuyển và biến đổi dầu là mơ hình
M2CCA. N hư đã nhận xét ở phần trên, đây là mơ hình sử dụng để tính dịng
chty trong khu vực cửa sông và ven bờ. Do vậy, sơ đồ khép kín rối khá đơn giản
và ảnh hưởng của phân tầng mật độ tới quá trình rối, tức. ỉà quá trình xáo trộn và
phin tán dầu chưa được tính đày đủ. Vì vậy, quá trình trao đổi dầu giừa lớp dầu
tréi mặt với các lớp nước bên dưới và quá trình xáo trộn dầu trong lớp nước
chói mặt chưa được tính tốn với độ chính xác thoả đáng. Ngồi ra, mơ hình này
cũig có những nhược điểm như mơ hình OST đã được trình bày ở trên. Vì vậy,
cầi phải có những cải tiến thích hợp thì mới có thể áp dụng mơ hình đế tính tốn

9


dự báo lan truyền ô nhiễm dầu trên biến, đặc biệt là trên phạm vi tồn Biên
Đơng.

Tác giả Đinh Văn ư u và các cộng tác viên tại Trường Đại học Khoa học
T ự nhiên, Đại học Quốc Gia Hà Nội đã xây dựng một mơ hình dự báo phạm vi
lan truyền váng dầu trên mặt biển cùng với các khu vực chịu ảnh hưởng dầu
trong nước và trầm tích đáy với quy mô từ một vài ngày đến vài ba tuần lề và
m ơ hình dự báo các vùng biển có khả năng tích tụ lâu dài các pha dầu khác nhau
với thời gian dài hàng tháng trở lên. Cơ sở của mơ hình tính tốn dịng chảy 3
chiều trong biển là mơ hình A IM S/G H ER của Bỉ. Mơ hình tính tốn lan truyền ơ
nhiễm dầu là mơ hình Euler, giải phương trình khuếch tán dầu trong biến. Do
vậy, các kết quả tính tốn chịu ảnh hưởng khá mạnh của độ nhớt số trị. Cũng
như các mơ hình đã nêu ở trên, sơ đồ khép kín rối dùng trong mơ hình là khá
đơn giản và chưa mơ phỏng thoả đáng q trình trao đổi dầu giữa các lớp dầu
trên mặt và dưới mặt, quá trình xáo trộn, phân tán dầu trong lớp dưới mặt. Tác
giả cũng chưa kết nối được mơ hình dự báo khí tượng vào trong mơ hình tính
tốn lan truyền và biến đổi của ơ nhiễm dầu.
Một nhóm tác giả khác nghiên cứu xây dựng hệ thống dự báo quá trình
lan truyền và biến đổi của dầu gây ơ nhiễm là nhóm nghiên cứu tại Trung tâm
N ghiên cứu Biển và Tương tác Biển Khí quyển, Viện Khoa học Khí tượng Thuý
văn và Môi trường do tác giả Vũ Thanh Ca đứng đầu. Mơ hình lan truyền và
biến đổi dầu ơ nhiễm được kết nối với các mơ hình dự báo biển như mơ hình
M M 5 dự báo trường khí tượng, mơ hình POM dự báo dịng chảy và mơ hình
SW A N dự báo sóng. Có hai phiên bản của mơ hình do nhóm nghiên cứu này
phát triển là mơ hình 2 chiều tính tốn dịng chảy và lan truyền ơ nhiễm dầu
vùng cửa sơng, ven bờ và mơ hình 3 chiều tính tốn dịng chảy, lan truyền và
biến đổi ơ nhiễm dầu trên khu vực biển rộng. Mơ hình dịng chảy 3 chiều là mơ
hình PO M do nhóm nghiên cứu tại trường Princeton, Mỹ, đứng đầu là Giáo Sư
G. M ellor xây dựng. Đây là một mơ hình tính tốn dịng chảy rất hiện đại, trong
đó m ơ 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 thẳng đứng. Lưới tính theo toạ độ địa lý có tính tới độ cong của vo
trái đất cho phép áp dụng mơ hình cho các khu vực có quy mơ tuỳ ý. Mơ hình

này cũng cho phép tính dịng chảy gây ra bởi phân tầng nhiệt muối trên tồn bộ
B iển Đơng. Nó cũng cho phép tính tốn ảnh hưởng của q trình hấp thụ bức xạ
mặt trời, quá trình trao đổi nhiệt ẩn và nhiệt cảm giữa bề mặt biến là lớp khí
quyển trên biển. Đây là mơ hình với mã nguồn mớ được cung cấp miền phí, cho
phép người sử dụng can thiệp và biến đổi mơ hình phục vụ các mục đích nghiên

10


cứu và tính tốn khác nhau. Trường sóng dùng đê tính ảnh hưởng của sóng tới
q trình lan truyền và biến đổi dầu được tính bằng mơ hình SWAN. Q trinh
lan truyền và biến đổi dầu trên biển được tính bằng sơ đồ Euler có khử khuyếch
tán số trị bằng phương pháp sử dụng đường đặc trưng. Dầu ô nhiễm được phân
thành 2 loại: dầu trên mặt và dầu chìm dưới mặt. Tất cả các quá trình quan trọng
trong phong hố dầu trên biển như q trình bay hơi, nhũ tương hố, phân tán
dầu, hồ tan, lắng đọng dầu xuống đáy biến, tương tác dầu với bãi cát và đường
bờ V.V., đều được tính tới trong mơ hình. Các thơng số khí tượng dùng đế tính
tốn lan truyền và biến đổi của dầu ơ nhiễm như tốc độ gió, nhiệt độ khơng khí,
bức xạ mặt trời V.V., được cung cấp bởi mơ hình dự báo khí tượng MM5. Do vậy,
hệ thống tính tốn do nhóm tác giả xây dựng có thể sử dụng, phát triển để tính
tốn dự báo lan truyền và biến đổi 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 tốn đã được kiếm chứng bàng các
quan trắc trong các sự cố ô nhiễm dầu đầu năm 2007. Các kết quả tính tốn kiêm
chứng các mơ hình thuộc hệ thống cho thấy hệ thống có thể mơ phỏng khá tốt
q 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 Mơi trường đâ chuyến
giao các kết quả tính tốn xác định nguồn gây ơ nhiễm dầu cho Tổ công tác xác
định nguyên nhân ô nhiễm dầu vùng biển Việt Nam để tìm giải pháp xứ lý ô
nhiễm. Các tác giả cũng đã áp dụng hệ thống tính tốn để tính lan truyền và biến

đổi ơ nhiễm dầu phục vụ đánh giá tác động môi trường của Cảng Trung chuyển
quốc tế Vân Phong, đánh giá rủi ro ơ nhiễm dầu tại vùng biển Đà Nằng, tính
tốn xác định nguồn ô nhiễm dầu trong sự cố ô nhiễm dầu ven biển Việt Nam
đầu năm 2007.
Tác giả Trần H ồng Thái, Nguyễn Xuân Hiển tại Viện Khoa học Khí
tượng Thuỷ văn và M ơi trường đã nghiên cứu, áp dụng mơ hình MIKJE31 PA­
SA để tính lan truyền, biến đổi của dầu trên biển và xác định nguồn gây ô nhiềm
dầu trong sự cố ô nhiễm dầu ven biển Việt Nam vào đầu năm 2007. Các tác gia
cũng xây dựng một m ơ hình giải bài tốn ngược, tính tốn xác định nguồn ơ
nhiễm dầu từ vị trí dầu dạt vào bờ và thơng tin gió, dịng chảy biển trong quá
khứ. Các tác giả cũng đã kết nối mơ hình dự báo khí tượng MM5 vào hệ thống
dự báo tràn dầu nhằm cung cấp các thơng tin khí tượng như vận tốc gió, nhiệt độ
khơng khí, bức xạ mặt trời phục vụ tính tốn lan truyền và ơ nhiễm dầu. Các kết
quả nghiên cứu này, cũng đã được áp dụng vào các cơng việc cụ the như tính
tốn, dự báo ô nhiễm dầu tại khu vực cửa Định An sau khi mở kênh nối sông
Hậu với Biển Đông qua kênh tắt; như tính tốn, dự báo ơ nhiễm dầu tại khu vực


sơng Sài gịn - Đồng Nai phục vụ cơng tác diễn tập, ứng phó sự cố tràn dầu trên
sơng Sài gịn - Đồng Nai.
2.3 Các q trình vận chuyển và biến đổi dầu
Các kết quả nghiên cứu từ trước đến nay cho thấy quá trình vận chuyên và
biến đổi của dầu thốt ra ngồi mơi trường biển chịu ảnh hưởng bởi các q
trình vật lý, hố học, sinh học và phụ thuộc vào các điều kiện mơi 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 chuyển của dầu do tác động cua
gió, sóng và dịng chảy; q trình phân tán tự nhiên, q trình phong hố (kê ca
các q trình nhũ tương hố, bốc hơi, hồ tan, ơ xy hố, 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 bợ. Các kết quả nghiên cứu về các q trình trên sẽ được

mơ tả chi tiết dưới đây.

Quá trình loang dầu cơ học : Sự loang dầu cơ học là một trong các quá
trình quan trọng trong di chuyển ban đầu của dầu loang, khi dầu vừa thốt ra
khỏi nguồn. M ơ hình về quá trình loang dầu cơ học cho phép dự báo độ dày cua
lớp dầu loang và diện tích khu vực dầu loang là rất cần thiết. Nó cung cấp các
biến quan trọng nhất cho các mơ hình tính tốn lan truyền và phong hoa dầu.
Diện tích khu vực dầu loang (hay độ dày lớp dầu loang) được dùng đẽ tính
lượng dầu bốc hơi, từ đó tính tốn sự thay đổi thành phần và tính chất của dầu
theo thời gian. Nhiều m ơ hình sử dụng độ dày lớp dầu loang để tính tốn tốc độ
phân tán tự nhiên của dầu, từ đó xác định thời gian tồn tại của dầu trên mặt biên.
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 mơi 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 tốn tính q trình loang dầu cơ
học. Tuy vậy, phương trình này khơng giải thích hết được một số hiện tượng
loang dầu quan trắc được trong thực tế như quá trình kéo dài cùa vệt dầu vơi
một lớp dầu mỏng rất dài sau một lớp dầu dày, quá trình giám tốc độ loang dầu
do độ nhớt của dầu, quá trình vỡ của lớp dầu ra thành các dai dầu nho, và sự phụ
thuộc của tốc độ loang dầu vào tốc độ thoát dầu ra khỏi nguồn. MacKay ( 1980a,
b) sửa đổi công thức của Fay và Hoult bằng cách chia miền dầu loang thành 2
khu vực: khu vực có lófp dầu dầy và khu vực có lớp dầu mỏng, với giá thiết là
lớp dầu dầy cung cấp dầu cho lớp dầu mỏng. Mơ 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 mơ hình cải tiến có tính đến tính bất đối xứng của q trình loang dầu. Tốc
12


độ loang dầu theo hướng gió được giả thiết là tăng theo thời gian, tý lệ thuận với
tốc độ gió với một hệ số gió thực nghiệm xác định từ các quan trắc. Trong khi

đó, tốc độ dầu loang theo hai hướng vng góc với hướng gió được thê hiện
bằng phương trình loang dầu trọng lực của Fay. Mơ hình của Lehr và nnk khơng
tính tới sự biến đổi độ dày lớp dầu trong quá trình loang dầu. NOAA (1994) đã
sử dụng mơ hình loang dầu cơ học này trong mơ hình ADIOS, biếu thị vệt dầu
loang bằng một hình e-lip kéo dài theo hướng gió. Diện tích ban đầu của vệt dầu
loang được tính bằng diện tích tại thịi điểm chuyển tiếp giữa chế độ loang dầu
trọng lực - quán tính và chế độ loang dầu trọng lực - nhớt. Mơ hình này khơng
dùng chế độ sức căng mặt ngồi của Fay mà q trình loang dầu được gia thiết
là dừng lại khi nó đạt độ dày 0.1 mm. Cách xử lý này tạo ra một lớp dâu có độ
dày đồng nhất, không phù họp 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 nổi các giọt dầu đã chìm. Các nghiên círu
trong phịng thí nghiệm (Delvigne và Sweeney, 1988 ) và tại hiện trường (Reed
và nnk, 1994) đã đưa ra những bằng chứny, 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 q
trình vật lý xảy ra trong q trình dầu loang sau khi trọng lực khơng cịn đóng
vai trị 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. Q trình này khơng
được tính tới trong các phương trình nguyên thuỷ của Fay, nhưng đã có một số
cố gắng đưa thơng số này vào trong mơ hình loang dầu dạng Fay. Dựa trên các
thí nghiệm với dầu có độ nhót biến đổi 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 thơng 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 thơ có hàm lượng nến
cao và đã đưa ra một hàm độ dày tới hạn, có tính đến sự khác nhau giữa nhiệt dộ
hoá lỏng của dầu 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, đã chia quá trình này thành 4 pha. Trong pha ban đầu, lực trọng trường
và lực qn tính đóng vai trị chủ đạo. Trong pha thứ 2, lực trọng trường và lực

nhớt đóng vai trị làm loang dầu. Trong pha thứ 3, sức căng mặt ngồi và lực
nhớt đóng vai trị chủ đạo. Cuối cùng, vết dầu loang đạt tới trạng thái cân bàng.
M ơ hình của Yapa (1994) hiện nay là một mơ hình khá thơng dụng đe tính tốn
q 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
13


cân bằng lực cho dầu loang. Các tác giả đã so sánh kết qua tính b ă n g m ỏ hình
mở rộng với số liệu thực nghiệm và đã thấy đạt được nhiều tiến bộ so với
phương trình của Fay. Tuy nhiên, khoảng giới hạn của các thí nghiệm làm cho
người ta nghi ngờ khả năng ngoại suy các kết quả của các tác giả này cho các
loại dầu khác. Điều này cần đặc biệt lưu ý đối với các loại dầu có khả năng tạo
nhũ tương hố với độ nhớt lớn hơn độ nhớt của dầu trong các thí nghiệm vài ba
bậc. Các nghiên cứu về mối phụ thuộc của độ dày lớp dầu cuối quá trình loang
dầu cơ học vào độ nhớt đã không đưa ra được các kết quả rõ ràng. Trong các
điều kiện tự nhiên, q trình loang dầu khơng dừng lại khi đạt tới độ dày tới hạn
mà đám dầu loang sẽ bị vỡ ra thành các đám dầu nhỏ do tác dụng cua sóng và
dịng chảy. Các đám dầu này sẽ bị dàn rộng ra do ảnh hưởng của rối đại dương.
Lehr (1996) chỉ ra rằng trong thực tế, dầu luôn từ từ thốt ra khói nguồn, và do
đó, sẽ bị gió, sóng và dòng chảy mang đi. Trong trường họp này, sự loang dầu
cơ học chỉ đáng kể theo hướng vng góc với hướng dịng chảy và gió.
Trường hợp thốt dầu ngầm từ đáy biển do hở lỗ khoan thăm dò dầu là một
trường hợp rất nghiêm trọng, tạo ra sự thoát dầu liên tục với tốc độ thoát dầu
thay đổi theo thời gian. Trong trường hợp này, quá trình loang dầu bề mặt sẽ chủ
yếu do các tác nhân môi trường quyết định. Dầu thoát ra từ lỗ lchoan đáy biến sẽ
tạo ra một dòng dầu nổi với tốc độ nổi chủ yếu do khí thốt cùng dầu tạo thành.
Trong trường hợp này, dầu sẽ nổi lên mặt cùng với nước bị lơi cuốn v à o dịng
dầu, và q 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 hợp này mỏng hơn lớp

dầu do nguồn ô nhiễm mặt gây ra khoảng 10 lần hay hơn nữa. Các nghién cứu iý
thuyết và thực nghiệm về nguồn thoát dầu dưới đáy biển đã được bắt đầu và o
những năm 1980 (Fannelop and Sjuen, 1980 ), và q trình cải tiến các mơ hình
vẫn đang được tiếp tục (Swan and Moros, 1993; Rye and Brandvik, 1997; Zheng
và Yapa, 1997; Yapa và nnk, 1999). Mơ hình rị dầu tại đáy biển do Zheng và
Yapa (1997), Yapa và nnk (1999) xây dựng có thể áp dụng để tính tốn quá trình
vận chuyển và biến đổi 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 dịng dầu-khí và dịng
chảy biển tại các tầng sâu làm sai lệch kết quả tính tốn đáng kế. Do vậy, cản
phải có những nghiên cứu tiếp tục để nâng cao độ chính xác tính tốn vớ i các
vùng biển sâu. Đe cung cấp các cơ sở cho việc cải tiến các mơ hình tính tốn các
q trình vận chuyển và biến đổi dầu khi có rò dầu ớ lỗ khoan đáy biên 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
14


DeepSpill). D ự án có hai mục đích (Johansen và nnk, 2003). Mục đích thứ nhất
là thu thập các số liệu liên quan tới rò dầu tại đáy biển sâu. Mục đích thứ hai là
kiêm chứng các phương pháp tính tốn q trình vận chun dầu khi có rị dâu
tại đáy biển. Bốn thí nghiệm đã được thực hiện trong dự án. Johansen (2000)
xây dựng mơ hình DeepBlow, đây là mơ hình Lagrange cho phép mơ phong q
trình vận chuyển dầu từ đáy lên mặt trong trường hợp thoát dầu tại đáy biên có
độ sâu trên 500m. Các kết quả tính tốn kiểm chứng bằng mơ hình DeepBlow
với các số liệu của thực nghiệm DeepSpill cho thấy rằng mơ hình có thể mơ
phỏng q trình vận chuyển và biến đổi dầu từ đáy lẽn mặt với độ chính xác tốt.

Quá trình vận chuyển dầu do gió, sóng và dịng chảy: dầu chuyển động
theo phương ngang trong biển dưới tác dụng đồng thời của gió, sóng và dịng

chảy. Vì dầu là một chất lỏng chỉ nhẹ hơn nước một chút, dầu cũng bị chìm lắng
vào trong nước và được vận chuyển ngầm trong cột nước dưới mặt dưới dạng
những giọt dầu có kích thước khác nhau. Tốc độ thay đổi theo khơng gian của
dịng chảy theo cả hai hướng đứng và ngang là những yếu tố quan trọng trong
quá trình vận chuyển dầu. Các nghiên cứu thực nghiệm hiện trường đã cho thấy
rằng tốc độ vận chuyển dầu trên mặt biển có thể coi là tổng vector của 3% vận
tốc 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 khơng
có sóng bạc đầu, tốc độ lan truyền của dầu theo hướng gió bằng khoảng 3,5%
vận tốc gió. N ếu vận tốc giỏ tăng lên, sóng bạc đầu sẽ làm dầu chìm vào trong
nước. Ngồi chìm dưới dạng những giọt dầu lơ lửng, dầu cịn bị hồ tan vào
trong nước. Khi đó, tốc độ thay đổi vận tốc dòng chảy theo phương thăng đứng
trở nên rất quan trọng. Các nghiên cứu hiện trường và mơ hình hố (Johansen,
1984; Elliot và nnk, 1986; Delvigne và Sweeney, 1988; Reed và nnk, 1994;
Leibovich, 1997) đã chỉ rõ rằng cần phải dùng mơ hình số trị 3 chiều đế tính
tốn dự báo q 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 trị quan trọng khơng chỉ trong tính tốn cân bằng khối lượng,
mà cịn trong việc xác định phân bố khơng gian và thời gian của dầu trong biển.
Các nghiên cứu 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 thơ được vận chuyển bởi dịng chảy ngầm theo
hướng gần như ngược với hướng gió. Y oussef và Spaulding (1993) đã đề xuất
một mơ hình tính gió và dịng chảy sóng có khả năng mơ phỏng thành công hiện
tượng trên với giả thiết là lớp vận chuyên dầu có bê dày 2,5 tới 5 lần chiều cao
15


sóng. Một số tác giả (H owlett và Jayko, 1998; Hodgins và nnk, 1995; Morita và

nnk, 1997) đã sử dụng mơ hình số trị tính tốn dịng chảy đê mơ phong quá trình
lan truyền và biến đổi dầu. M ột số mơ hình dùng trong hệ thống ứng phó sự cố
tràn dầu (Galt, 1994; M artinsen và nnk, 1994) đã kết nối các mơ hình dự báo số
trị khí tượng hải văn với mơ hình phong hố dầu, cho phép dự báo thời gian thực
quá trình lan truyền và phong hố dầu. Một sổ mơ hình cho phép sử dụng các sổ
liệu đo đạc dòng chảy m ặt bằng radar để tính tốn lan truyền ơ nhiễm dầu. Ngày
nay, với tốc độ tính tốn tăng rất nhanh theo theo thời gian, hầu hết những mơ
hình số trị được sử dụng để tính tốn lan truyền và biến đổi dầu đều là những mơ
hình số trị cho kết quả dự báo thời gian thực. Tốc độ tính tốn cao cũng đã cho
phép sử dụng các mơ hình số trị rất chính xác để tính tốn q trình loang dầu.
Thí dụ, Fang và W ong (2006) đã sử dụng m ơ hình V OF để tính tốn q trình
loang dầu cơ học. Sterling và nnk (2003) đã xây dựng một mơ hình số trị rất
hiện đại tính tốn dự báo q trình lan truyền dầu, trong đó q trình vận chuyến
và biến đổi của các giọt dầu lơ lửng trong nước được mơ phỏng bàng phương
pháp Lagrange, có tính đến các q trình va chạm, liên kết và vỡ ra cua các e,iọt
dầu. Các số liệu đầu vào cho các mơ 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 q
tính tốn bằng các mơ hình là đủ để sử dụng trong cơng tác ứng phó sự cố tràn
dầu.

Quá trình bốc hơi dầu: Đánh giá lượng dầu mất m át do bốc hơi là rất
quan trọng đế 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 m ơ hình giải tích của Stiver và M ackay (1984). NO A A
cũng dùng phương pháp này trong mơ hình ADIOS. G ần đây, Pingas (1996a),
Fingas và nnk (1995,1996b, 1999) đã đề xuất một phương pháp thực nghiệm
đơn giản để xác định tốc độ bay hơi của dầu bằng chậu đo bốc hơi. Jones (1997)
đã so sánh các kết quả dự báo bằng các phương pháp bay hơi dầu khác nhau.
Theo các nghiên cứu trên, có thể 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 m ơ 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 mỗi thành
phần được tính và chuyển thành phần trọng lượng phân tử. Áp suất hơi của mỗi
thanh phần được tính từ giá trị điểm sôi và các công thức thực nghiệm. Với điều
kiện áp suất riêng của các thành phần là không đáng kể trong khơng khí, tốc độ
16


bóc hơi của mỗi thành phần được giả thiết tỷ lệ với áp suất riêng của mồi thành
pl-ần. Lượng bốc hơi thực tế được giả thiết là phụ thuộc vào hệ sổ trao đối chất
vả là hàm của nhiệt độ và tốc độ gió. Fingas và nnk (1996b, 1999) cho ràng tốc
đc gió khơng phải là một thơng số phù hợp. Jones (1997) đã cải biến phương
ptáp này bằng cách đưa ra mối liên hệ thực nghiệm giữa thể tích phân tử và
điềm sôi. Tác giả này cũng đề xuất mối liên hệ thực nghiệm giữa áp suất hơi với
điềm sơi và nhiệt độ của dầu. Nhờ đó, tác giả đã sử dụng được mơ hình ngay ca
trcng trường hợp khơng có số liệu về trọng lượng riêng của mỗi thành phần.
Ptương trình của Jones cho kết quả gần thực tế hơn so với áp suất hơi tính theo
phương trình Clausius - Clapeyron hay phương pháp tính theo Payne và nnk
(P 8 7 ). M ột phương pháp thành phần tương tự đã được dùng trong mơ hình
phong hố dầu SINTEF (Daling và nnk, 1997). Tuy nhiên, hệ số trao đổi chất
trcng mơ hình này dựa trên cơng thức thường được dùng để tính thơng lượng
nhiệt, ẩm tại mặt biển (Smith, 1988). Điều này có nghĩa là hệ số trao đổi chất
phi 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 đổi độ nhám mặt biến
theo tốc độ gió. Theo các kết quả của các tác giả này, hệ số trớ kháng mặt biên
thay đổi từ giá trị gần bằng hằng số ( lx lO '3) tại vận tốc gió dưới 6 hay 7m/s, khi
bắ. đầu xuất hiện sóng bạc đầu, tới khoảng gấp đơi giá trị đó tại vận tốc gió
20n/s (Amorocho và DeVries, 1980). Do yêu cầu nhiều số liệu và thuật tốn

p h íc tạp, các phương pháp đơn giản hơn đã được đề xuất như phương pháp giải
tíci của Stiver và M ackay (1984). Phương pháp này hiện được dùng trong nhiều
mc hình lan truyền dầu, kể cả mơ hình ADIOS của N OAA (1994). Phương phap
nàYdựa trên một vài phép đơn giản hố, trong đó có mối liên hệ tuyến tính giữa
điểm sơi của pha dầu lỏng và lượng dầu mất mát do bốc hơi. Mối liên hệ tuyến
tím này được xác định theo nhiệt độ điểm sơi ban đầu của pha lỏng và gradient
cik nhiệt độ điểm sơi này theo phần trăm bay hơi. Trong mơ hình ADIOS
(NOAA, 1994), nhiệt độ điểm sơi ban đầu được tính toán theo thuật toán thứ sai
với áp suất hơi trên mặt dầu vừa thoát ra được giả thiết bằng áp suất khơng khí.
Jores (1997) so sánh m ơ hình giải tích m ở rộng và mơ hình thành phần và thấy
rằng mơ hình giải tích m ở rộng nói chung dự báo lượng bốc hơi lớn hơn đáng kể
so /ới m ơ hình thành phần của ơng. Ơng cho rằng sự khác nhau có thê do khác
nhai về thuật tốn, cũng có thể do mơ hình giải tích sử dụng xấp xỉ tuyến tính để
biểi diễn đường cong điểm sơi. Stiver và Mackay (1984) đưa ra thông số “ lộ
bốc hơi” trong mơ hình giải tích. Họ chứng minh rằng mối liên hệ giữa lượng
mấ". mát do bốc hơi và thơng số này có bản chất động lực và khơng phụ thuộc
vàc mức lộ bốc hơi. Do vậy, mối liên hệ chỉ phụ thuộc vào thành phần dầu ban
17


đầu và nhiệt độ của dầu. Với vận tốc gió khơng đối, thơng số lộ bốc hơi có thè
biểu thị bằng biểu thức với K là hệ số trao đổi chất, h là độ dày ban đầu cua lớp
dầu và t là thời gian lộ. Khi vận tốc gió thay đổi, hệ số lộ bốc hơi có thê tính
bằng cách tích phân theo thời gian. Johansen và Skognes (1988) áp dụng
phương pháp này trong mơ hình thống kê quỹ đạo giọt dầu đế giảm thời gian
tính tốn lượng bốc hơi. Trong mơ hình này, lượng dầu mất mát do bốc 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 q trình tính, lượng dầu mất mát do bốc hơi được xác định
bằng phương pháp nội suy đơn giản trên cơ sở lộ bốc hơi tích luỹ theo mỗi quỳ
đạo. Fingas (1997) tiến hành các thí nghiệm với nhiều loại dầu thô khác nhau đẻ

xác định các cơng 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 rằng vận tốc gió và diện tích lộ bốc hơi không ảnh hường
đáng kể tới tốc độ bốc hơi. Do vậy, ông cho rằng các công thức của ông có thê
được dùng mà khơng cần hiệu chỉnh vận tốc gió hay độ dày lớp dầu, mà chi 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 tốn theo mơ 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 kế so với mô hình
thành phần. Jones (1997) chỉ ra rằng Fingas đã sử dụng tốc độ gió nho và lớp
dầu khá dày để xác định các thơng số trong mơ hình của ơng. Khi kiểm tra với
các điều kiện tương tự, ông thấy rằng kết quả tính tốn bằng mơ hình thành phần
phù hợp tốt với kết quả của Fingas.

Quá trình phân tán tự nhiên: tính tốn q 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 số môi trường (trạng thái mặt biến), nhưng cũng phụ thuộc
vào các thông số dầu như độ dày lớp dầu và tính chất dầu (mật độ, sức căng mật
ngồi, độ nhớt) (Li, 1996). Q trình nhũ tương hố đóng góp quan trọng vào

sự

tồn tại của dầu, chủ yếu do tăng mạnh độ nhớt của dầu và độ dày lóp dầu có
chứa nước (làm chậm q trình loang dầu, tăng thể tích, làm giảm q trình
phân tán tự nhiên). Mất mát dầu do quá trình phân tán tự nhiên có thể được tính
tốn theo các phương trình do Mackay và nnk (1980a,b) đề xuất. Phương pháp
của M ackay và nnk dựa trên đánh giá phần F của mặt biển chịu ảnh hưởne cua
quá trình phân tán trong một đơn vị thời gian, tính theo phần FB của dầu được
phân tán dưới dạng các giọt dầu có kích thước đủ nhỏ để phân tán vào trong
nước. Tổc độ tồng cộng lôi cuốn dầu vào trong nước (m 3/m 2s) được tính bằng

cách nhân F với độ dày lóp dầu. Tốc độ phân tán dầu được tính bằng cách nhân
18


đ ã lượng tìm được với FB. Mackay và nnk (1980a,b) cho rằng F phụ thuộc v à o
trang thái mặt biển, tăng tỷ lệ với bình phương vận tốc gió. Phần dầu bị phân tán
lạ chịu ảnh hưởng bởi các tính chất của dầu. Các nghiên cứu cho rằng các lớp
dáu mỏng với độ nhớt nhỏ sẽ phân tán nhanh hơn các lớp dầu dầy có độ nhớt lớn
hm . Trong một số mơ 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
d in g các phương trình phân tán cho cả phần dày và phần mỏng cua dầu. Do bo
q ia quá trình vận chuyển dầu từ phần lóp dầu dày sang phần lớp dầu mong, các
ỈTỊ hình này cho kết quả tính tốc độ phân tán chung nhỏ hơn thực tế. Các mơ
h ìih phân tán dầu dựa trên các kết quả thực nghiệm của Delvigne và S w e e n e y
(1988) giờ đã gần như trở thành các mơ hình tiêu chuẩn. Delvigne và S w e e n e y
đỗ nghiên cứu quá trình phân tán tự nhiên của dầu do sóng vỡ trong máng sóng
và bể sóng và đã rút ra mối liên hệ thực nghiệm giữa tốc độ lôi cuốn dầu v à o
trcng nước (phần dầu m ất 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
bá) phân bố kích thước giọt dầu theo các thông số trên. Các tác giá cũng thấy
rằng số lượng giọt dầu trong một khoảng kích thước nào đó liên hệ với kích
t.hước giọt theo mối quan hệ hàm mũ. Biểu thức phân bố kích thước giọt dầu cua
lương dầu bị lôi cuốn vào trong nước do mỗi con sóng vỡ có dạng Qíltrcng đó Qdi0\à lượng dầu bị lơi cuốn vào nước trong mồi đơn vị diện tích bề
rmệt với các giọt dầu có kích thước từ 0 tới D. s ố mũ 1,7 được rút ra từ quan trắc
p h in

bố hàm mũ của kích thước hạt, xác định từ thí nghiệm. Hệ sổ ty lệ c phụ

tỉhiộc vào loại dầu và độ cao sóng vỡ H, c = aH q, với hệ số phân tán a phụ thuộc

vào loại dầu, biểu thị qua hệ số nhớt, s ố mũ q tìm được trong thí nghiệm máng
Stóng là 1,14 và trong thí nghiệm bể sóng là 1,4 (Delvigne và Hulsen, 1994). Các
tác giả cho rằng hệ số phân tán có giá trị hầu như khơng đổi với dầu có độ nhớt
ruhó cho tới một giá trị giới hạn nào đó. Khi độ nhót lớn hơn giá trị giới hạn, hệ
Siốphân tán giảm đáng kể khi hệ số nhớt tăng lên. Các kết quả nghiên cứu trên
p^hi hợp với các kết quả quan trắc hiện trường là hệ số phân tán cua dầu bị nhũ
tưcng hoá nhỏ hơn hệ số phân tán của dầu khơng bị nhũ tương hố một cách
điár.g kể (Reed và nnk, 1994). Tốc độ phân tán như trình bày ớ trên được tính
clho mỗi sóng vỡ. Đe thu được tốc độ lôi cuốn dầu vào trong nước, cần phải
nhản phương trình tìm được với hệ số tốc độ Fw, được tính bằng tỷ số phần mặt
b iểi được bao phủ bởi sóng vỡ chia cho chu kỳ sóng. Các tác giả cho rằng các
p>hiíơng trình mơ tả các q trình phân tán dầu có thể đúng trong giới hạn từ các
giiạ dầu nhỏ nhất cho tới kích thước mà lượng dầu lôi cuốn bằng hàm lượng dầ u
trên mặt (lượng dầu trên một đơn vị diện tích bề mặt). Điều này có nghĩa là kích
19


thước giọt dầu lớn nhất sẽ phụ thuộc vào độ dày lớp dầu, trạng thái mặt biên,
loại dầu và trạng thái phong hoá. Phương pháp Delvigne và Sweeney hiện đang
được sử dụng rộng rãi trên thế giới, kể cả trong mơ hình ADIOS (NOAA, 1994),
mơ hình phong hố dầu SINTEF (Aamo và nnk, 1993; Daling và nnk, 1997),
OSCAR (Reed và nnk, 1995a,b; Aamo và nnk, 1997), và OILM AP (Spaulding
và nnk, 1992). Trong m ột số mơ hình, các giọt dầu có kích thước nhó 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 ơ nhiễm dầu. Khi đó, các giọt dầu khơng có khả năng
tái xuất hiện tại khu vực ơ nhiễm dầu sẽ bị coi là biến mất vĩnh viễn. Giới hạn
đường kính của giọt dầu để nó biến mất vĩnh viễn nói chung nằm trong khoảng
70-100ũm (Luneỉ, 1993). Tuy nhiên, việc dùng một bán kính giới hạn đê giọt
dầu biến mất là đáng nghi ngờ do một số nguyên nhân sau đây. Các giọt dầu bị
lôi cuốn vào nước sẽ có khả năng biến mất vĩnh viễn nếu vận tốc chuyển động

rối theo phương thẳng đứng lớn hơn vận tốc nổi của giọt dầu. Khi chuyến động
rối là thống trị, các giọt dầu bị phân tán có xu hướng xáo trộn vào trong cột nước,
do vậy thời gian nổi lên mặt sẽ tăng lên, tức là làm gia tăng khá 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 biền,
hơn là vào kích thước giọt dầu. Hơn nữa, các giọt dầu bị phân tán có xu hướng
chuyển động chậm hơn lớp dầu bề mặt do vận tốc dịng nước phía dưới nho hơn.
Q trình nổi lên từ từ của những giọt dầu bị nhấn chim trong một khoang kích
thước nào đó sẽ đóng góp vào sự kéo dài của vết dầu, với một vùng có lớp dầu
mỏng ở phía sau vùng có lớp dầu dày. Các quá trình như đã nêu ớ trên đã được
đưa vào các mơ hình vận chuyển dầu theo phương pháp theo dõi hạt (Johansen,
1987; Elliot, 1991; Reed và nnk, 1994). Các quá trình này tạo ra sự vận chuyến
dầu từ vùng có vết dầu dày tới vùng có vết dầu mỏng, do vậy làm tăne cường
quá trình phân tán dầu. Các nghiên cứu gần đây nhất theo hướng xem xét sự cân
bằng giữa lực nổi của các giọt dầu và động lực của sóng võ là cóng trình cua
Tkalich và Chan (2002). Các tác giả này đã xây dựng một mơ hình động học
mới về xáo trộn thẳng đứng của dầu, sử dụng thơng lượng năng lượng giữa sóng
vỡ và các giọt dầu nổi. Các tác giả đã hiệu chỉnh mơ hình với các thực nghiệm,
cho phép sử dụng mơ hình trong nhiều điều kiện mơi trường và loại dầu khác
nhau.
Quá trình va chạm liên kết hay vỡ ra của các giọt dầu có thê là khơng
quan trọng ở ngồi khơi đại dương, nhưng ảnh hưởng cửa nó rất quan trọng
trong vùng gần bờ khi tốc độ pha loãng và lôi cuốn dầu giảm một cách đáng kê.
Do quá trình này, các giọt dầu nhỏ có thể liên kết với nhau đế tạo ra các giọt dầu
20


lớn và nổi lên mặt biển. Do vậy, một số mơ hình sổ trị đã tính tới q trình này
như mơ hình của Sterling và nnk (2003).

Q trình nhũ tương hố: Trong nhiều mơ hình, q trình nhũ tương hố
được tính tốn bàng một thuật tốn được Mackay và nnk (1980a,b,c, 1982, 1996)
xây dựng. Các tác giả này cũng xây dựng thuật tốn số trị để tính tốn dưới dạng
sai phân. Thuật tốn này đã được dùng trong mơ hình ADIOS cua NOAA, và
dưới dạng biến đổi một chút trong mơ hình phong hố dầu SINTEF. Thuật tốn
đơn giản hố chứa hai thông số, tốc độ lấy nước và độ ngậm nước cực đại. Ca
hai thơng số này đều có thể rút ra được từ các thí nghiệm, nhưng thơng số về tốc
độ lấy nước cần chỉnh theo các điều kiện hiện trường và các trạng thái mặt biển
khác nhau. Các nghiên cứu thí nghiệm về q trình nhũ tương cua các loại dầu
thô khác nhau đã cho thấy ràng cả tốc độ lấy nước và độ ngậm nước cực đại thay
đổi đáng kể từ loại dầu này sang loại dầu khác và bị ảnh hưởng bởi cả trạng thái
phong hố 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 thể là do thành phần hoá học của dầu (nhựa, nến, hắc ín V.V.), nhưng người ta
vẫn chưa tìm ra được các biểu thức đáng tin cậy để tính tốn q trình này. Do
có sự khác biệt đáng kể trong q trình nhũ tương hố của các loại dầu khác
nhau, Daling và nnk (1990) đề nghị rằng các thông số nhũ tương cần được xác
định trên cơ sở các số liệu thí nghiệm cho các loại dầu cho trước. Pingas và nnk
(1999) đã tổng quan các mơ hình mơ phỏng q trình nhũ tương hố cua dầu.
Các tác giả kết luận rằng các mơ hình nhũ tương hố trong q khứ dựa trên các
phương trình tốc độ nhũ tương hố 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 triển các mơ hình nhũ tương hố
mới; và các mơ hình đó cần tính đến tính ổn định của q trình nhũ tương hố
của các loại dầu khác nhau (ổn định, chuẩn ổn định và không ổn định). Tinh 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 giữ ở trạng thái tTnh
trong 24 giờ. Trong khi độ nhớt hiệu dụng của nhũ tương ốn định có thế lớn hơn
độ nhớt của dầu nguyên chất 2 hay 3 bậc, độ nhớt của nhũ tương không ốn định
không lớn hơn độ nhớt của dầu nguyên chất 1 bậc. Do vậy, cần tính đến ảnh

hưởng của q trình nhũ tương hố lên độ nhớt của nhũ tương. Mơ hình phong
hố dầu SINTEF (A am o và nnk, 1993; Daling và nnk, 1997 dùng độ ổn định
phong hoá trong tính tốn độ nhớt thích hợp dùng đế tính tốn sự phân tán dầu.

Quá trình chìm dầu: hầu hết các thành phần của dầu thơ là khơng hồ tan
trong nước, do vậy chúng có xu hướng dính kết với các hạt rắn lơ lung trong
21


nước, trở nên có khối lượng riêng lớn hơn nước biền và chìm dần xuống đáy.
Quá trình chìm dầu xảy ra khi dầu thơ đã trải qua q trình phong hoá và tương
tác với các chất lơ lửng tự nhiên trong biển hay bùn đáy do rối biến khuấy lên.
Quá trình dầu tương tác với bùn đáy thường xảy ra khi độ sâu nho hơn 2 đến 5
lần độ cao sóng vỡ (Reed và nnk, 1999a). Thậm chí, q trình này không được
xem xét đến trong hai bài báo tổng quan về các mơ hình mơ phóng tràn dầu
quan trọng nhất (ASCE, 1996; Reed và nnk, 1999a). Các quá trình liên kết của
các giọt dầu lơ lửng với các hạt rắn lơ lửng có thể thơng qua các q 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 rằng rối biển tăng cường rất
mạnh quá trình tương tác và lắng đọng của dầu. Hiện tại, chưa có mơ hình nào
mơ phỏng tường minh quá trình tương tác giữa dầu và các chất lơ lửng do chưa
tính tốn được với độ tin cậy cao độ nổi của các hạt dầu liên kết với các hạt bùn
cát lơ lửng. Tuy vậy, có một số mơ hình có tính tới tính kết nối của dầu và chất
lơ lửng và quá trình lắng đọng của dầu xuống đáy theo công thức thực nghiệm
(Tkalich và nnk, 2003). Yapa (1994) cũng mơ phỏng q trình lẳng đọng dầu
xuống đáy tại vùng cửa sông và ven bờ bàng một hệ số thực nghiệm. Đổi với
vùng xa bờ, đa số các mơ hình tính tốn lan truyền ơ 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. L ượng dầu mất mát do q trình phân tán này đôi khi cũng
được coi là lượng dầu mất mát do lắng đọng.

Tương tác dầu với bờ: Một số mơ hình hiện nay đã tính tốn anh hướng
của các quá trình động lực vùng ven biển tới quá trình dầu. Một trong những mơ
hình xử lý khá kỹ vấn đề này là mơ hình tràn dầu COZOIL (Reed và nnk, 198%;
Howlett và Jayko, 1998). Ngồi tính tốn khá chi tiết q trình tương tác giữa
dầu và bãi, COZOIL cịn bao gồm một mơ hình lan truyền sóng ven bờ, vận tốc
dịng ven do sóng gây ra (Reed and Gundlach, 1989a). Một số mơ hình khác cỏ
tính đến khả năng giữ dầu của bãi biển 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 kha
năng giữ dầu trên bãi. Reed và nnk (198% ) tính khả năng giữ dầu trên bãi từ độ
nhớt của dầu, độ thấm nước và độ rỗng 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 xuống. H um phrey và nnk (1993) sử dụng một phươne pháp đơn gian
với các giá trị không đổi cho tất cả các thông số. Phương pháp của Humphrey và
nnk cho các kết quả tính tốn khơng phù hợp tốt với các số liệu quan trẳc (Hayes
22


và nnk, 1991; Baker và nnk, 1993; Sveum và Bech, 1993). Tuy vậy, các mơ hình
đơn giản dạng này rất tiện lợi trong những trường hợp không thể quan trắc hoặc
mơ hình hố được các thơng số mơi trường.

Q trình phân huỷ sinh học: quá trình phân huỷ sinh học là một trong
những q trình phong hố quan trọng nhất dẫn tới sự biên mât của dâu khỏi
môi trường, nhất là làm biến mất những thành phần không bay hơi. Nhiều cơng
trình nghiên cứu đã làm sáng tỏ những khía cạnh khác nhau của quá trình nà}
cũng như các yếu tố môi trường làm thay đổi tốc độ phân huỷ sinh học (Atlas,
1981). Quá trình phân huỷ sinh học của dầu xảy ra do một số loại vi khuẩn có

khả năng đồng hoá hydrocarbons trong dầu. Một số loại vi khuẩn khơng có kha
năng đồng hố hydrocarbons cũng có thể đóng góp vào việc làm biến mất dầu
trong tự nhiên. Quá trình phân huỷ dầu bao gồm một chuỗi các q trình, trong
đó một số vi khuẩn 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 yếu tố môi trường (như trạng thái nhũ tương, nhiệt độ nước biên,
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 cúa dầu
trong môi trường biển, các nhà khoa học vẫn chưa có được những kết quả định
lượng đáng tin cậy để có thể sử dụng trong mơ hình dự báo q trình biến đối
của dầu ơ nhiễm. Bởi vậy, trong các mơ hình tính tốn dự báo sự lan truyền và
biến đổi của dầu ơ nhiễm, q trình phân huỷ sinh học của dàu thường bị bỏ qua.

Quả trình hồ tan: Các thành phần có thể hồ tan trong nước của dầu có
thể bị hồ tan trong q trình phong hố. Q trình hồ 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 cũng là nhừng thành
phần bốc hơi nhanh nhất nên nếu dầu ở trên mặt biến thì q trình hồ tan cua
các thành phần này là khơng quan trọng. Lượng dầu hồ tan vào trong nước là
rất nhỏ (nói chung nhỏ hơn 1 phần triệu) và khơng đóng góp đáng kể vào q
trình mất dầu tại mặt biển. Tuy vậy, dầu hồ 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,
23