Mô hình toán phục vụ đánh giá sức tải môi trường khu vực vịnh Hạ Long - Bái Tử Long

Trên cơ sở ứng dụng mô hình tổng hợp 3 chiều (Delft3D) với kịch bản được thiết lập khác nhau của mô hình TĐL, CLN, vận chuyển trầm tích và mô hình sinh thái ở khu vực vịnh Hạ Long (VHL)-Bái Tử Long (BTL), những kết quả nhận được đã có đóng góp quan trọng cho việc đánh giá sức tải môi trường ở khu vực này.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Mô hình toán phục vụ đánh giá sức tải môi trường khu vực vịnh Hạ Long - Bái Tử Long Tuyển tập Tài nguyên và Môi trường biển, tập 17. 2012. ISSB 978-604-913-106-6 MÔ HÌNH TOÁN PHỤC VỤ ĐÁNH GIÁ SỨC TẢI MÔI TRƯỜNG KHU VỰC VỊNH HẠ LONG- BÁI TỬ LONG VŨ DUY VĨNH, TRẦN ĐỨC THẠNH, CAO THỊ THU TRANG Viện Tài nguyên và Môi trường biển, 246 Đà Nẵng Ngô Quyền, Hải Phòng Email: vinhvd@imer.ac.vn 1. MỞ ĐẦU Khái niệm sức tải môi trường lần đầu tiên được các nhà khoa học Mỹ sử dụng khi xác định mật độ chăn thả gia súc phù hợp tại cao nguyên Kaibad vào đầu thế kỷ 20 [6]. Đến nay, việc đánh giá sức tải đã được áp dụng vào nhiều lĩnh vực trong đó có tài nguyên và môi trường biển. Đối tượng đánh giá sức tải môi trường không chỉ là một vài yếu tố liên quan trực tiếp mà tổng hợp của nhiều yếu tố khác nhau có tác động qua lại chịu ảnh hưởng lẫn nhau [3]. Vì vậy cần có những đánh giá tổng hợp, có tính hệ thống và mang tính định lượng. Trong các thủy vực cũng như các hệ sinh thái luôn diễn ra sự tương tác của rất nhiều yếu tố khác nhau [10] cần tính đến trong việc đánh giá sức tải môi trường mà để tổng hợp chúng thì chỉ có thể sử dụng các mô hình toán (MHT) học [3, 7]. Những ứng dụng mô hình đầu tiên có thể kể đến là các kết quả của mô hình thủy động lực (TĐL) để đánh giá các điều kiện TĐL, giới hạn hoạt động và di chuyển của các khối nước, trao đổi nước [1, 9, 18]. Ngoài mô hình TĐL, các mô hình chất lượng nước (CLN)- sinh thái học được sử dụng để để nghiên cứu biến đổi, chuyển hóa của các nhóm chất dinh dưỡng, hữu cơ hòa tan trong môi trường nước [6, 7, 8, 13]. Những kết quả của mô hình theo hướng này không chỉ cung cấp sự hiểu biết về diễn biến của các quá trình chuyển hóa vật chất trong thủy vực mà còn có thể đưa ra những đánh giá định lượng về khả năng tiếp nhận thêm các chất gây ô nhiễm vào khu vực nghiên cứu [2, 9, 13]. Đóng góp khác của MHT cho đánh giá sức tải môi trường cũng đã được thực hiện là tính toán vận chuyển bùn cát và biến đổi địa hình của thủy vực [11, 14]. Khu vực nghiên cứu nằm ở vùng biển ven bờ phía Đông Bắc của Việt Nam, giới hạn trong khoảng 106°58-107°22 kinh Đông và 20°45-21015 vĩ Bắc, thuộc tỉnh Quảng Ninh cách thủ đô Hà Nội khoảng 150km về phía Đông – Đông Bắc. Đây là vùng biển giàu tài nguyên thiên nhiên và tiềm năng để phát triển kinh tế xã hội nhưng cũng đã và đang phải đối mặt với những thách thức về môi trường biển. Chính vì vậy, vấn đề đánh giá giới hạn tiếp nhận chất gây ô nhiễm hay sức tải môi trường ở khu vực này rất có ý nghĩa thực tiễn, đặc biệt là các kết quả mang tính định lượng. Trên cơ sở ứng dụng mô hình tổng hợp 3 chiều (Delft3D) với kịch bản được thiết lập khác nhau của mô hình TĐL, CLN, vận chuyển trầm tích và mô hình sinh thái ở khu vực vịnh Hạ Long (VHL)-Bái Tử Long (BTL), những kết quả nhận được đã có đóng góp quan trọng cho việc đánh giá sức tải môi trường ở khu vực này. 2. TÀI LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP 2.1. Tài liệu Các tài liệu cần thiết đã được sử dụng bao gồm các tài liệu thu thập và khảo sát về địa hình, khí tượng, thủy văn hải, CLN, sinh thái trong khuôn khổ đề tài: Nghiên cứu đánh giá sức tải môi trường và đề xuất các giải pháp quản lý, bảo vệ môi trường VHL-BTL. Ngoài ra, các tài liệu về phương pháp ứng dụng mô hình và tài liệu liên quan khác cũng đã được sử dụng. Trên cơ sở những tài liệu này, các MHT học được thiết lập theo những kịch bản khác nhau cho khu vực này đã được tiến hành. MHT được sử dụng ở đây là các nhóm mô hình TĐL, chất lượng nước, vận chuyển trầm tích và mô hình sinh thái trên cơ sở mô hình 213 Delft3D do Viện thủy lực Delft (Hà Lan) nghiên cứu phát triển. 2.2. Phương pháp Để có số liệu cho các biên mở biển của mô hình TĐL khu vực VHL-BTL, phương pháp NESTHD [4] đã được sử dung. Theo phương pháp này, các kết quả của mô hình với phạm vi lớn hơn (lưới thô) đã được sử dụng làm đầu vào cho các điều kiện biên mở của lưới tính khu vực nghiên cứu (lưới chi tiết). Lưới tính thô của mô hình cũng là hệ lưới cong trực giao với phạm vi vùng tính mở rộng ra tới gần đảo Bạch Long Vĩ (BLV). Miền tính này có kích thước khoảng 129km theo phương đông tây và 122km theo phương bắc nam, diện tích mặt nước khoảng 7905.94km2 được chia thành 130 x 128 điểm tính với các ô lưới có kích thước biến đổi từ 262.75-1357.75m. Theo phương thẳng đứng, lưới tính thô cũng sử dụng hệ tọa độ  với 3 lớp nước với tỷ lệ từ mặt xuống đáy lần lượt là 33%, 34% và 33% độ sâu cột nước. Điều kiên biên của mô hình này là các hằng số điều hòa của các sóng triều chính O1, K1, P1, Q1, M2, S2 trong cơ sở dữ liệu thủy triều Fes2004 [12]. Điều kiện biên nhiệt-muối của mô hình này lấy từ số liệu trung bình tháng trong cơ sở dữ liệu WOA09 [19]. Số liệu gió dùng cho mô hình là số liệu quan trắc với tần suất 6h/lần tại BLV. Lưới tính chi tiết là hệ lưới cong trực giao, có phạm vi vùng tính bao gồm các vùng nước của VHL, vịnh BTL, vịnh Cửa Lục. Miền tính có kích thước khoảng 78 km theo chiều đông tây và 56 km theo chiều bắc nam, với diện tích mặt nước khoảng 1987.4km2 đ ...