ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - NGUYỄN CHÍ CÔNG TÍNH TOÁN LAN TRUYỀN VẬT CHẤT Ô NHIỄM KHU VỰC VỊNH NHA TRANG BẰNG MÔ HÌNH SỐ LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC Hà Nội – 2012 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - NGUYỄN CHÍ CÔNG TÍNH TOÁN LAN TRUYỀN VẬT CHẤT Ô NHIỄM KHU VỰC VỊNH NHA TRANG BẰNG MÔ HÌNH SỐ Chuyên nghành: Hải Dƣơng Học Mã số: 60.44.97 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Nguyễn Minh Huấn Hà Nội – 2012 LỜI CẢM ƠN! Để hoàn thành đƣợc chƣơng trình đào tạo thạc sỹ đề tài luận văn mình, nổ lực thân, thành công giúp đỡ từ thầy cô giáo môn Hải dƣơng học Khoa Khí tƣợng – Thủy văn Hải dƣơng học, đồng nghiệp quan, gia đình bạn bè gần xa! Học viên xin đƣợc gửi lời cảm ơn trân trọng tới thầy cô giáo môn Hải dƣơng học giảng dạy, truyền thụ kiến thức cho học viên tất tận tâm, nhiệt huyết niềm tin tƣởng Đặc biệt, em xin đƣợc gửi lời cảm ơn trân trọng chân thành tới thầy giáo PGS TS Nguyễn Minh Huấn, ngƣời trực tiếp hƣớng dẫn, động viên, gúp đỡ học viên hoàn thành luận văn Em xin đƣợc phép gửi lời biết ơn trân trọng tới tất thầy cô giáo môn Khí tƣợng – Thủy văn Hải dƣơng học tạo điều kiện giúp đỡ để học viên có đƣợc điều kiện tốt khoảng thời gian học tập hoàn thành luận văn! Học viên xin đƣợc gửi lờn cảm ơn chân thành tới tất đồng nghiệp phòng Vật lý biển, chủ nhiệm đề tài, dự án NUFU tất đồng nghiệp Viện Hải dƣơng học quan tâm, giúp đỡ, chia tạo điều kiện để học viên hoàn thành tốt chƣơng trình đào tạo cao học Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên Hà Nội! Với lòng biết ơn sâu sắc, học viên xin đƣợc gửi lời biết ơn sâu sắc chân thành tới gia đình, anh em, bạn bè luôn đồng hành, chia sẽ, động viên, giúp đỡ học viên toàn chặng đƣờng qua! Học viên Nguyễn Chí Công MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƢƠNG MÔ HÌNH SỐ TRỊ 1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu 1.1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu giới 1.1.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu nƣớc 1.2 Môđun MIKE 21 HD 10 1.2.1 Cơ sở toán học 10 1.2.2 Phƣơng pháp số 13 1.3 Môđun ECO Lab 17 1.3.1 Cơ sở lý thuyết 17 1.3.2 Ôxy hòa tan (DO) nhu cầu ôxy sinh hóa (BOD) 18 1.3.3 Các hợp phần Nitơ 21 1.3.4 Hợp phần Photpho 24 CHƢƠNG TỔNG QUAN VÙNG NGHIÊN CỨU 26 2.1 Tổng quan điều kiện tự nhiên 26 2.1.1 Vị trí địa lí 26 2.1.2 Đặc điểm gió 26 2.1.3 Đặc điểm sông ngòi 27 2.1.4 Đặc điểm nhiệt - muối 28 2.1.5 Đặc điểm dòng chảy 28 2.1.6 Đặc điểm thủy triều dao động mực nƣớc 29 2.2 Đặc điểm kinh tế - xã hội 29 2.3 Hiện trạng môi trường vịnh Nha Trang 30 2.3.1 Các nguồn thải 30 2.3.2 Chất lƣợng nƣớc vịnh Nha Trang 31 CHƢƠNG ÁP DỤNG MÔ HÌNH VÀ KẾT QUẢ 33 3.1 Thiết lập thông tin đầu vào cho mô hình 33 3.1.1 Thu thập số liệu 33 3.1.2 Địa hình đáy 34 3.1.3 Thiết lập lƣới tính 35 3.1.4 Điều kiện biên điều kiện ban đầu 36 3.2 Hiệu chỉnh mô hình 41 3.3 Một số kết tính toán 44 3.3.1 Kết tính toán cho mùa khô 44 3.3.2 Kết tính toán cho mùa mƣa 60 3.3.3 Kết tính toán kịch ô nhiễm thời kỳ mùa mƣa 75 KẾT LUẬN 80 KIẾN NGHỊ 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO 82 MỞ ĐẦU Thành phố Nha Trang thành phố xinh đẹp thơ mộng nƣớc Không Nha Trang đƣợc xếp vào giới vịnh đẹp giới đƣợc thiên nhiên ban tặng Với diện tích khoảng 500km2, 19 đảo lớn nhỏ 25km bờ biển, vịnh Nha Trang hàng năm đón nhận hàng vạn lƣợt khách du lịch nƣớc đến tham quan, du lịch Một đặc điểm biển Nha Trang nƣớc biển xanh, chất lƣợng nƣớc tốt, đa dạng sinh học với nhiều loài sinh vật rạn san hô thật kỳ vĩ Tuy nhiên, năm gần đây, với phát triển kinh tế chung, ngành nghề kinh tế thành phố tăng trƣởng với tốc độ nhanh Mặt trái phát triển tác động trực tiếp gián tiếp ngành nghề kinh tế gây nên áp lực lớn môi trƣờng Đó suy giảm chất lƣợng nƣớc vịnh Nha Trang, đa dạng sinh học ngày đi, suy thoái hệ sinh thái, cân sinh học dẫn đến hủy hoại môi trƣờng sống, ảnh hƣởng tới chất lƣợng nƣớc bãi tắm, chất lƣợng vùng nuôi trồng thủy sản Hậu biến đổi lại tác động trở lại ngành nghề khác nhƣ ngành nuôi trồng thủy sản, ngành du lịch – dịch vụ Trƣớc biến động xấu môi trƣờng biển, có nhiều báo cáo, kiến nghị, đề xuất, hội nghị nhà quản lý, nhà hoạch định, nhà khoa học nhằm đƣa giải pháp hợp lí giúp ngăn chặn, bảo vệ, phục hồi vịnh Nha Trang nhƣ vốn có Công việc đƣợc triển khai cách gấp rút toàn diện Tuy nhiên, nghiên cứu trƣớc tập trung mức độ đánh giá trạng mà chƣa có tranh toàn diện mối liên hệ trình thủy động lực – môi trƣờng Một công cụ đƣợc sử dụng để giúp công việc cách hiệu nhanh chóng, đỡ tốn việc sử dụng mô hình số trị để mô trình lan truyền vật chất gây ô nhiễm từ cửa sông tảng trình thủy động lực Lợi mô hình toán học mô cách toàn diện theo không gian thời gian trình tác động biến đổi để đƣa đƣợc dự báo, cảnh báo môi trƣờng Nhận thức đƣợc mức độ cấp thiết vấn đề môi trƣờng vịnh Nha Trang, học viên lựa chọn hƣớng nghiên cứu với đề tài: “Tính toán lan truyền vật chất ô nhiễm khu vực vịnh Nha Trang mô hình số trị” để mô số vật chất từ cửa Sông Cái, Sông Tắc có khả ảnh hƣởng đến chất lƣợng môi trƣờng Có nhiều kỹ thuật đánh giá mức độ ô nhiễm nƣớc dựa vào giá trị thông số chọn lọc Các kỹ thuật sử dụng số để thực mức độ ô nhiễm Trong đó nêu số số đƣợc công nhận nhƣ: Chỉ số ô nhiễm dinh dƣỡng (NPI) dƣ̣a vào các thông số NH4+, NO3-, NO2-, tổng P, pH, chlorophyll, độ dẫn điện và độ đục Chỉ số ô nhiễm hữu (OPI) dƣ̣a vào thông số BOD , COD, nhiệt độ và DO Với nguồn số liệu có đƣợc từ số đề tài đƣợc thực Viện Hải dƣơng học nhƣ đề tài cấp Cơ sở phòng Vật lý biển, phòng Thủy địa hóa, đề tài cấp Viện Khoa học Công nghệ, Các Dự án hợp tác quốc tế, tác giả khóa luận sử dụng gói phần mềm MIKE 21 HD, ECOLab để mô trình lan truyền số vật chất gây ô nhiễm từ cửa sông mùa mƣa mùa khô Trong khuôn khổ luận văn, mục tiêu học viên tính toán, mô phỏng, đƣa đƣợc tranh trình động lực trình truyền tải vật chất gồm BOD, NO3-, PO4+, NH3+, DO từ cửa cửa Sông Cái Nha Trang Sông Tắc Nha trang, Sông Cái Ninh Hòa tới vịnh Nha Trang, đặc biệt bãi tắm Nha Trang Một kị ch bản mô phỏng sƣ̣ lan truyền các vật chất ô nhiễm với giả thiết có sƣ̣ gia tăng vƣợt ngƣỡng giới hạn cho phép nồng độ các chất gây ô nhiễm tƣ̀ các cƣ̉a sông để có thể đánh giá mƣ́c độ lan truyền và ảnh hƣởng vật chất tới chất lƣợng nƣớc bãi tắm khu vực Nh Trang Các kết nghiên cứu luận văn góp phần bổ sung thêm các thông tin khoa học về nhƣ̃ng nghiên cƣ́u , đánh giá vai trò và sƣ̣ tác động của các cƣ̉a sông tới chất lƣợng nƣớc khu vƣ̣c vị nh Nha Trang và các bãi tắm Luận văn tài liệu tham khảo liên quan tới vấn đề môi trƣờng nóng bỏng nhạy cảm khu vực vịnh Nha Trang hiện Chƣơng MÔ HÌNH SỐ TRỊ 1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu 1.1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu giới Sƣ̉ dụng các mô hì nh số để tính toán , mô phỏng, đánh giá chất lƣợng môi trƣờng nƣớc khu vƣ̣c gần bờ , khu vƣ̣c bãi tắm , khu nuôi trồng thủy sản đã đƣợc thƣ̣c hiện rất phổ biến thế giới Tùy thuộc vào đối tƣợng mục đích nghiên cƣ́u, việc á p dụng các loại mô hì nh tí nh toán cũng khác Có thể liệt kê số mô hì nh thƣờng đƣợc áp dụng để đánh giá chất lƣợng nƣớc thế giới Mô hình WASP7 (Water Quality Analysis Simulation Program 7) mô hình đƣợc xây dựng dựa mô hình trƣớc (WASP – đƣợc xây dựng Di Toro, 1983; Connolly vaf Winfield, 1984; Ambrose, R.B, 1988) Mô hình đƣợc sử dụng để mô tả dự báo chất lƣợng nƣớc giúp nhà quản lý đƣa định, giải pháp đối phó với tƣợng ô nhiễm tự nhiên ngƣời Mô hình cho phép ngƣời sử dụng áp dụng không gian 1, 2, chiều, đa dạng với thành phần chất ô nhiễm Mô hình WASP liên kết với mô hình thủy động lực vận chuyển trầm tích để thu đƣợc trƣờng dòng chảy, nhiệt độ, độ muối thông lƣợng trầm tích Mô hình WASP đƣợc sử dụng để mô trình yếm khí vịnh Tampa; Cung ứng Photpho cho hồ Okeechobee; Quá trình yếm khí cửa sông Neuse River; Ô nhiễm vật chất hữu dễ phân hủy cửa sông Delaware, ô nhiễm kim loại nặng sông Deep, bắc Carolina [13] Mô hình AQUATOX mô hình mô hệ sinh thái thủy sinh Mô hình dự báo trình suy tàn nhiều loại chất gây nhiễm môi trƣờng nhƣ dinh dƣỡng, hóa học hữu cơ, ảnh hƣởng chúng lên hệ sinh thái, bao gồm loài cá, động vật không xƣơng sống loài thực vật thủy sinh AQUATOX công cụ hữu hiệu cho nhà môi trƣờng học, sinh học, nhà mô hình hóa chất lƣợng nƣớc cần quan tâm tới việc đánh giá rủi ro suy giảm hệ sinh thái thủy sinh Mô hình QUAL2K (hay Q2K) (River and Stream Water Quality Model) đƣợc nâng cấp từ mô hình trƣớc QUAL2E (hay Q2E (Brown Barnwell 1987)) Đây mô hình mô chất lƣợng nƣớc suối sông chiều có tham gia trình xáo trộn rối bên Một đặc điểm linh hoạt mô hình chạy đƣợc môi trƣờng Visual basic môi trƣờng Excel Mô hình có đặc điểm sau: tính toán phân đoạn sông nhánh sông Mô hình tính toán chu trình Nitơ Thông qua chu trình chuyển hóa nitơ để biểu diễn hợp chất cacbon (loại ôxy hóa nhanh chậm), loại cacbon hữu không sống (các phân tử cacbon, nitơ, phôtpho hợp chất hóa học) Các trình thiếu hụt ôxy gần tới giá trị không trình ôxy hóa, trình khử nitơ nhƣ bƣớc tƣơng tác Tính toán thông lƣợng trao đổi ôxy hòa tan dinh dƣỡng trầm tích nƣớc DELFT 3D Viện nghiên cứu thuỷ lực Hà Lan cho phép kết hợp mô hình thuỷ lực chiều với mô hình chất lƣợng nƣớc Ƣu điểm mô hình việc kết hợp module tính toán phức tạp để đƣa kết tính mô cho nhiều chất nhiều trình tham gia SMS Trung tâm nghiên cứu phát triển kỹ thuật quân đội Mỹ xây dựng cho phép kết hợp mô hình thuỷ lực 1, chiều với mô hình chất lƣợng nƣớc, module RMA4 mô hình số trị vận chuyển yếu tố chất lƣợng nƣớc phân bố đồng theo độ sâu Nó tính toán tập trung thành phần bảo toàn không bảo toàn đƣợc tính toán theo lƣới chiều chiều ECOHAM (phiên 2) mô hình số 3D kết hợp module thủy lực với module sinh thái đƣợc phát triển nhóm nghiên cứu Trƣờng đại học Hamburg (Đức) Mô hình chủ yếu tính toán dựa chu trình hợp phần Nitơ Photpho có tính đến thực vật động vật phù du nƣớc biển ECOSMO (ECOSystem MOdel) mô hình cặp ba chiều thủy động lực – băng biển – sinh địa hóa Mô hình đƣợc phát triển dựa mô hình thủy động lực HAMSOM (HAMburg shelf Ocean Model) đƣợc liên kết mô đun động lực nhiệt động lực biển - băng (Schrum Backhaus, 1999) mô đun sinh học (Schrum, 2006) Mô đun sinh học NPZD dựa trình chuyển đổi mức thứ hai chuỗi thức ăn đƣợc điểu khiển thông lƣợng Nitơ, Photpho Silic Điều quan trọng tính toán mô hình thống đƣợc giới hạn chu trình dinh dƣỡng vĩ mô động vật phù du nhƣ mô hình chuẩn đoán biến đổi cho tƣơng tác phi tuyến hệ sinh thái mức thứ thứ hai chuỗi thức ăn Thêm vào đó, mô hình tính toán biến đổi mảnh vụn ôxy để đánh giá đƣợc lƣợng lại trình ôxy hóa Các tính toán sinh khối sơ cấp thứ cấp Mô hình ECOSMO đƣợc áp dụng cách thành công việc mô tả khu vực có động lực dinh dƣỡng yếu khu vực Biển Bắc BASINS EPA nhằm trợ giúp đánh giá kiểm tra hệ thống liệu thông tin môi trƣờng, giúp hệ thống phân tích môi trƣờng phân tích phƣơng án quản lý Một điểm bật BASINS đƣa vào cách tiếp cận dựa tảng lƣu vực sông, có kết hợp quản lý liệu không gian thông qua hệ thông tin địa lý GIS BASINS dùng cho mục đích sau: Mô điều kiện lƣu vực đánh giá trạng chất lƣợng nƣớc; Mô tác động việc thay đổi sử dụng đất có tính đến cân nƣớc, mô kịch nguồn ô nhiễm điểm diện, xây dựng phát triển cách quản lý lƣu vực Các nhóm tham số mô hình bao gồm: Các hợp chất dinh dƣỡng Nitơ Photpho, DO, BOD, thuốc trừ sâu, bảo vệ thực vật, bùn Bộ phần mềm MIKE Viện Thuỷ lực Đan Mạch (DHI) phát triển đƣợc thƣơng mại hoá Một đặc điểm mạnh MIKE dễ sử dụng với giao diện Windows, kết hợp chặt chẽ với GIS (hệ thống thông tin địa lý) MIKE tích hợp module thuỷ lực (HD) chất lƣợng nƣớc (ECOlab), bao gồm: thuỷ lực, truyền tải - khuếch tán chất lƣợng nƣớc MIKE mô hình với nhiều tính mạnh, khả ứng dụng rộng rãi cho nhiều dạng thuỷ vực khác 1.1.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu nước Ở nƣớc ta, năm gần đây, hƣớng nghiên cứu, xây dựng sử dụng mô hình nghiên cứu thủy động lực – môi trƣờng đƣợc quan tâm Trong nghiên cứu, điều tra, tính toán ô nhiễm môi trƣờng vũng vịnh khu vực ven biển - khu vực tập trung chủ yếu hoạt động kinh tế ngƣời đã, đƣợc tiến hành Chƣơng trình hợp tác với Cơ quan hợp tác Quốc tế Nhật Bản - JICA (1995 – 1998) Viện Tài nguyên Môi trƣờng biển – Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam, bƣớc đầu sử dụng phƣơng pháp tính dòng vật chất bổ sung (Flux) quỹ nguồn (Budget) chạy phần mềm chuyên dụng CABARET of LOICZ (Mỹ) để đánh giá mức độ tích tụ khuếch tán vật chất số điểm thuộc vịnh Hạ Long Sau đó, phƣơng pháp nghiên cứu đƣợc sử dụng tính toán mức độ dinh dƣỡng hệ đầm phá Tam Giang – Cầu Hai (Thừa Thiên Huế) Tuy nhiên, phƣơng pháp chƣa tính toán đến trình khuếch tán vật chất không gian giới hạn số điểm định Hoàng Dƣơng Tùng (2004), phạm vi luận án tiến sĩ, sử dụng phần mềm DELFT 3D - WAQ đánh giá khả chịu tải ô nhiễm Hồ Tây với mục đích xây dựng khoa học việc xây dựng kế hoạch bảo vệ phát triển Hồ Tây Nội dung xem xét đến khả biến động yếu tố DO, BOD, COD, NH4+, NO3-, PO4-3 theo không gian chiều thời gian Trong khuôn khổ đề tài cấp Bộ Thủy sản, Trần Lƣu Khanh cộng tiến hành nghiên cứu sức chịu tải khả tự làm khu vực nuôi cá lồng bè Phất Cờ (Quảng Ninh) Tùng Gấu (Hải Phòng) dựa trình chuyển hóa hợp chất dinh dƣỡng, hữu nhƣ chế độ thủy động lực thủy vực nghiên cứu Trong số nghiên cứu thuộc chƣơng trình cấp Nhà nƣớc cấp Bộ, đề tài triển khai theo hƣớng: đánh giá nguồn thải (nhƣ ô nhiễm biển sông tải ra, thuộc đề tài KT.03.07 - 1996), đánh giá tổn thất môi trƣờng hoạt động kinh tế gây với vùng ven biển Tuy nhiên, nghiên cứu chƣa thể đƣợc mức độ chi tiết cao thủy vực nhỏ số biến môi trƣờng hạn chế, đồng thời mang tính chất vĩ mô cho khu vực nghiên cứu Tại khu vực vịnh Nha Trang, có số công trình nghiên cứu môi trƣờng liên quan tới truyền tải vật chất từ cửa sông, trình tự làm môi trƣờng Một số công trình nghiên cứu điển hình đƣợc liệt kê nhƣ: Phan Minh Thụ, Nguyễn Hữu Huân (1999) sử dụng phƣơng pháp mô hình hóa trình sinh học để nghiên cứu trình tự làm môi trƣờng biển khu vực vịnh Nha Trang với nguồn thải nƣớc sinh hoạt bị ô nhiễm từ sông Khi chất ô nhiễm từ cửa sông đổ các cửa sông, trình bình lƣu – khuếch tán các trình sinh học bên quy định phân bố nồng độ chất Xét mặt rộng phân bố nồng độ chất phụ thuộc vào thời điểm triều chu kỳ ngày chu kỳ tháng Kết hợp với trƣờng dòng chảy đƣợc tính toán từ mô đun HD, thấy rằng, cửa sông, phân bố nồng độ chất biến đổi theo biến đổi triều chu kỳ Vào thời điểm triều lên, dòng chảy có hƣớng từ đông bắc xuống tây nam, khu vực cửa Sông Cái Nha Trang, dòng vật chất bị đẩy xuống phía nam dọc theo bờ đẩy xuống sát với cửa Sông Tắc, chí vƣợt qua cửa sông đến sát gần biên phía nam Đây phân bố truyền tải dòng vật chất điển hình vào mùa mƣa khu vực cửa Sông Cái Nha Trang khu bãi biển dọc theo bờ thƣờng xuất hàng năm Vảo thời điểm triều xuống, dòng chảy có hƣớng từ phía nam với nồng độ chất thành phần thấp chảy ngƣợc lên hƣớng bắc, trình bình lƣu khuếch tán làm nồng độ giảm xuống Ngay cửa Sông Cái, khối nƣớc dƣờng nhƣ bị đẩy ngƣợc lên phía bắc mang theo thành phần vật chất hòa tan nƣớc Sự di chuyển ngƣợc lại pha triều xuống, nhiên giới hạn bán khu vực có bán kính nhỏ 2km Nếu xét quy mô, khu vực lan truyền thành phần vật chất giai đoạn triều lên lớn so khu vực lan truyền vật chất giai đoạn triều xuống Tại khu vực Sông Tắc, vào thời kỳ mùa mƣa, lƣu lƣợng nƣớc sông tƣơng đối nhỏ nên nồng độ thành phần vật chất nhanh chóng bị pha loãng trình tải cửa sông nồng độ thành phần vật chất gần với nồng độ gần biên lỏng khơi Tại khu vực Sông Cái Ninh Hòa, lƣu lƣợng nƣớc sông nhỏ nhiều so với lƣu lƣợng nƣớc Sông Cái Nha Trang nên lƣợng vật chất không lớn Nồng độ thành phần vật chất khu vực cửa sông giảm nhanh khỏi cửa sông 68 Hình 3.46: Phân bố nồng độ BOD vùng nghiên cứu mùa mưa, tháng 12/2008, kỳ triều kiệt, lúc triều lên Hình 3.47: Phân bố nồng độ BOD vùng nghiên cứu mùa mưa, tháng 12/2008, kỳ triều kiệt, lúc triều xuống 69 Hình 3.48: Phân bố nồng độ NH4 vùng nghiên cứu mùa mưa, tháng 12/2008, kỳ triều kiệt, lúc triều lên Hình 3.49: Phân bố nồng độ NH4 vùng nghiên cứu mùa mưa, tháng 12/2008, kỳ triều kiệt, lúc triều xuống 70 Hình 3.50: Phân bố nồng độ NO3 vùng nghiên cứu mùa mưa, tháng 12/2008, kỳ triều kiệt, lúc triều lên Hình 3.51: Phân bố nồng độ NO3 vùng nghiên cứu mùa mưa, tháng 12/2008, kỳ triều kiệt, lúc triều xuống 71 Hình 3.52: Phân bố nồng độ PO4 vùng nghiên cứu mùa mưa, tháng 12/2008, kỳ triều kiệt, lúc triều lên Hình 3.53: Phân bố nồng độ PO4 vùng nghiên cứu mùa mưa, tháng 12/2008, kỳ triều kiệt, lúc triều xuống 72 Hình 3.54: Phân bố nồng độ DO vùng nghiên cứu mùa mưa, tháng 12/2008, kỳ triều kiệt, lúc triều lên Hình 3.55: Phân bố nồng độ DO vùng nghiên cứu mùa mưa, tháng 12/2008, kỳ triều kiệt, lúc triều xuống 73 Trong kỳ triều kiệt, phân bố trƣờng dòng chảy nhìn chung yếu Kết hợp với trƣờng phân bố dòng chảy toàn vùng số vị trí điển hình, thấy trình truyền tải vật chất cửa Sông Cái Nha Trang lớn sau đến Sông Cái Ninh Hòa Sông Tắc Nha Trang Phần lớn, thành phần vật chất giảm nồng độ xuống dƣới mức GHCP cửa sông Riêng khu vực cửa Sông Cái, phân bố dòng chảy tƣơng đối đặc thù dòng chảy vào kỳ triều kiệt chủ yếu có hƣớng đông bắc – tây nam chiếm ƣu nên phần lớn khối nƣớc chủ yếu di chuyển từ bắc vịnh Nha Trang xuống phía nam vịnh Sự tồn chiếm ƣu hƣớng dòng chảy mang vật chất từ Sông Cái Nha Trang xuống phía nam chủ yếu Bảng 3.12: Giá trị cực đại, cực tiểu trung bình yếu tố tính toán vị trí tuyến điểm, tháng 12/2008, thời kỳ mùa mưa SC1 SC2 SC3 BT1 BT2 BT3 BT4 BT5 BOD (mg/l) Cực Trung Cực đại tiểu bình 6.9 6.8 6.9 1.9 0.0 0.3 0.1 0.0 0.1 4.6 1.8 3.7 3.7 1.4 2.7 3.0 1.2 2.0 2.3 1.0 1.5 1.4 0.7 0.9 DO (mg/l) Cực Cực đại tiểu 4.2 4.1 6.3 5.3 6.2 6.1 5.2 4.3 5.4 4.5 5.4 4.6 5.6 4.9 5.8 5.3 SC1 SC2 SC3 BT1 BT2 BT3 BT4 BT5 NO3-N (µg/l) Cực Trung Cực đại tiểu bình 70 69 70 49 38 40 39 37 38 63 50 58 59 49 53 57 48 51 54 46 49 49 43 46 PO4-P (µg/l) Cực Trung Cực đại tiểu bình 17 16 16 31 18 21 22 21 21 45 31 35 46 31 37 48 32 38 45 30 37 40 28 33 Tên điểm Trung bình 4.1 6.1 6.1 4.7 5.0 5.2 5.4 5.6 NH4-N (µg/l) Cực Cực đại tiểu 147 141 146 60 85 79 238 163 239 152 238 148 217 133 179 113 Trung bình 144 75 82 190 184 181 166 143 Xét biến động yếu tố tên tuyến SC, nồng BOD giảm 20 lần tƣ̀ SC1 tới SC2, SC3 nồng độ BOD chỉ còn khoảng 0.1 mg/l, giảm 70 lần so với nồng độ BOD tại cƣ̉a Sông Cái; Với nồng đ ộ chất NH4, điểm SC 1, có giá trị khoảng 144(μg/l), giảm nửa vị trí SC Nồng độ DO có giá trị thấp khoảng 4.16(mg/l) SC1 thấp giới hạn cho phép Quy chuẩn Việt Nam (2008), nhƣng tại vị trí SC2, nồng độ DO là 6.1mg/l Nồng độ NO3 SC1 74 70(μg/l), giảm xuống 35mg/l tại vị trí SC Sự biến động giá trị cho thấy nồng độ chất giảm khoảng nửa giá trị nồng độ truyền tải xa khoảng 1km Riêng đối với thành phần PO4, nồng độ tăng tƣ̀ 16 (mg/l) vị trí SC1 lên 24(mg/l) vị trí SC2 Xem xét biến động nồng độ các thành phần vật chất ô nhiễm tuyến bãi tắm (BT) cho thấy, vị trí BT1 (vị trí bãi tắm trƣớc Ủy ban Nhân dân tỉnh) nồng độ BOD giảm xuống còn 3.7 mg/l, giảm gấp đôi so với nồng độ vị trí SC Tại bãi t ắm BT 2, BT3, BT4 nồng độ giảm dần và chỉ còn 0.9mg/l tại bãi tắm BT5 Khác với biến đổi nồng độ BOD , nồng độ NH4 có xu hƣớng tăng lên dọc theo bãi tắm , vị trí SC nồng độ trung bì nh của NH 144 μg/l nhƣng vị trí BT nồng độ chất này đã tăng lên 194 μg/l, nồng độ tại bãi tắm BT có giá trị tƣơng tự , tƣ̀ vị trí BT tới BT5 nồng độ chất này giảm dần nhƣng vẫn có giá trị cao nồng độ SC Nguyên nhân có thể trình phân hủy hợp chất hƣ̃u làm bổ sung thêm lƣợng NH bãi tắm Nhận đị nh này đƣợc khẳng định xem xét thấy nồng độ DO tƣơng đối thấp khu vực bãi tắm Nồng độ PO4 có phân bố tƣơng tự nhƣ phân bố nồng độ NH dọc theo tuyến BT Nồng độ có xu hƣớng tăng dần dọc theo các bãi tắm tƣ̀ BT tới BT4 Tại vị trí BT đến BT4 nồng độ PO 37 μg/l tăng lên gần gấp đôi so với nồng độ của PO4 vị trí SC1 Dọc theo bãi tắm từ BT đến BT4 nồng độ PO gần với nồng độ BT Tại bãi tắm BT 5, nồng độ có giảm so với nồng độ BT nhƣng vẫn cao nồng độ tại SC Nồng độ NO3 có xu hƣớng giảm dần tƣ̀ vị trí SC đế vị trí TB Nhìn chung, dọc theo bãi tắm từ B T1 đến BT4 nồng độ BOD và NO3 giảm dần nhƣng nồng độ chất NH4 PO3 lại tăng so với nồng độ chất cửa Sông Cá i Nha Trang 3.3.3 Kết tính toán kịch ô nhiễm thời kỳ mùa mưa Với kị ch bản ô nhiễm , dọc theo tuyến mặt cắt SC , nồng độ BOD nhanh chóng giảm xuống từ giá trị 19.6 mg/l tại cƣ̉a Sông Cái xuống còn 0.8 mg/l tại vị trí SC1 Nồng độ DO tăng lên vƣợt ngƣỡng giới hạn cho phép tại đểm này Các giá trị nồng độ NH4, NO3, PO4 giảm khoảng 50% giá trị nồng độ vị trí SC3 75 Đối với tuyến dọc bãi tắm BT , nồng độ BOD giảm dần tƣ̀ cƣ̉a Sông Cái đến bãi tắm Bãi Dƣơng Nhƣng nồng độ BOD vƣợt n gƣỡng (>10 mg/l) lan tới khu vƣ̣c bãi tắm khách sạn Sun Rise Ngƣợc lại với phân bố nồng độ BOD, nồng độ NH4 bãi tắm tăng lên khoảng gấp lần so với nồng độ NH4 vị trí SC1, vƣợt ngƣỡng giá trị cho phép gấp 3-4 lần Nồng độ NO3 có giảm nhƣng giá trị nồng độ tại các bãi tắm này vẫn vƣợt ngƣỡng cho phép (>100 μg/l) Riêng đối với thành phần PO4, nồng độ chất này tăng cao nồng độ tại cƣ̉a Sông Cái tính từ bãi tắm UBND tỉnh tới bãi tắm Quang Trƣờng 2-4 Tại các bãi tắm BT BT4, nồng độ giảm dần nhƣng nhƣng giá trị này vẫn cao giới hạn cho phép (cao 100 μg/l) So với các kết quả tí nh toán các thành phần vật chất ô nhiễm hai mùa khô và mùa mƣa, kết quả tí nh toán với kịch ô nhiễm môi trƣờng cho thấy có sƣ̣ vƣợt ngƣỡng về nồng độ một số chất Hình 3.56: Phân bố nồng độ BOD vùng nghiên cứu mùa mưa, tháng 12/2008, kỳ triều cường, lúc triều lên, kịch ô nhiễm 76 Hình 3.57: Phân bố nồng độ NH4 vùng nghiên cứu mùa mưa, tháng 12/2008, kỳ triều cường, lúc triều lên, kịch ô nhiễm Hình 3.58: Phân bố nồng độ NO3 vùng nghiên cứu mùa mưa, tháng 12/2008, kỳ triều cường, lúc triều lên, kịch ô nhiễm 77 Hình 3.59: Phân bố nồng độ PO4 vùng nghiên cứu mùa mưa, tháng 12/2008, kỳ triều cường, lúc triều lên, kịch ô nhiễm Hình 3.60: Phân bố nồng độ DO vùng nghiên cứu mùa mưa, tháng 12/2008, kỳ triều cường, lúc triều lên, kịch ô nhiễm 78 Bảng 3.13: Giá trị cực đại, cực tiểu trung bình yếu tố tính toán vị trí tuyến điểm, tháng 12/2008, thời kỳ mùa mưa, kịch ô nhiễm Tên điểm SC1 SC2 SC3 BT1 BT2 BT3 BT4 BT5 Tên điểm SC1 SC2 SC3 BT1 BT2 BT3 BT4 BT5 BOD (mg/l) Cực Trung Cực đại tiểu bình 19.7 19.5 19.6 5.7 0.0 0.8 0.2 0.0 0.1 13.4 5.3 10.6 10.7 4.2 7.7 8.7 3.5 5.9 6.6 3.0 4.4 4.2 1.9 2.8 DO (mg/l) Cực Cực đại tiểu 2.7 2.4 6.2 3.6 6.1 5.5 3.8 2.4 4.1 2.5 4.5 2.7 4.8 3.0 5.3 3.5 NO3-N (µg/l) Cực Cực đại tiểu 199 198 140 47 67 40 179 130 171 109 164 96 156 85 142 71 PO4-P(µg/l) Cực Trung Cực đại tiểu bình 97 93 95 154 29 60 62 23 32 192 102 131 200 93 132 206 89 132 198 79 123 179 63 106 Trung bình 199 77 48 154 138 128 117 102 Trung bình 2.5 5.8 6.0 3.1 3.5 3.8 4.1 4.7 NH4-N(µg/l) Cực Trung Cực đại tiểu bình 234 217 223 521 76 170 217 83 108 657 313 410 691 295 423 716 287 431 691 254 402 624 202 345 Nhƣ vậy, với kịch nguồn ô nhiễm từ cửa sông vƣợt ngƣỡng cho phép gấp hai lần , kết tính toán cho thấy nồng độ BOD vƣợt ngƣỡng bãi tắm từ BT1 tới BT2 Nồng độ DO dƣới mƣ́c cho phép tại các bãi tắm tƣ̀ BT1 tới BT4 Nồng độ các chất NH4, PO4, NO3 vƣợt ngƣỡng t iêu chuẩn cho phép bãi tắm 79 KẾT LUẬN Qua kết thu đƣợc từ mô hình tính toán, sở phân tích, thống kê, tác giả đƣa số kết luận sau: - Việc sử dụng gói công cụ MIKE đáp ứng đƣợc mục tiêu nội dung đặt luận văn Các kết tính toán từ mô hình mô đƣợc trình dòng chảy, trình lan truyền chất gây ô nhiễm khu vực vịnh Nha Trang từ cửa sông - Trƣờng phân bố dòng chảy có hƣớng từ đông bắc xuống tây nam thời gian triều lên hƣớng ngƣợc lại thời gian triều xuống Dòng chảy khu vực vịnh Nha Trang chủ yếu dòng triều chịu tác động chế độ gió mùa khu vực - Trong thời kỳ mùa khô, thành phần vật chất gây ô nhiễm khu vực vịnh Nha Trang không ảnh hƣởng tới chất lƣợng bãi tắm dọc theo bãi biển Nha Trang Trong thời kỳ mùa mƣa, khu vực bãi tắm bị ảnh hƣởng lớn khu vực bãi tắm trƣớc Ủy ban Nhân dân tỉnh (BT1) Sự ảnh hƣởng tử cửa Sông Cái Nha Trang tới chất lƣợng nƣớc bãi tắm giảm dần từ phía bắc xuống phía nam nhƣng nằm giới hạn cho phép Sự ảnh hƣởng Sông Cái Ninh Hòa Sông Tắc Nha Trang tới bãi tắm khu vực vịnh Nha Trang không đáng kể cả hai mùa khô và mùa mƣa - Với kị ch bản ô nhiễm môi trƣờng , kết cho thấy vƣợt ngƣỡng giới hạn cho phép nồng độ số chất dọc theo bãi tắm , có nguy ảnh hƣởng tới chất lƣợng nƣớc khu vƣ̣c các bãi tắm Nha Trang - Các kết nghiên cƣ́u luận văn góp phần làm sá ng tỏ thêm bƣ́c tranh thủy động lực – môi trƣờng liên quan tới vấn đề ô nhiễm môi trƣờng , quy hoạch, sƣ̉ dụng khai thác hợp lý tài nguyên môi trƣờng vịnh Nha Trang 80 KIẾN NGHỊ Mặc dù luận văn đáp ứng đƣợc mục tiêu đặt Tuy nhiên, để có đƣợc kết xác có thực tiễn hơn, cần phải có chuỗi số liệu đồng hơn, đầy đủ không gian thời gian vùng nghiên cứu, đặc biệt vùng cửa sông Tiếp tục nghiên cứu sâu để tiến tới xây dựng kịch lan truyền vật chất ô nhiễm số vị trí nhạy cảm đƣa cảnh báo, tƣ vấn cho ngành nghề liên quan đến môi trƣờng biển 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Nguyễn Tác An (1998), Báo cáo đề tài : “Điều tra hiệ n trạng môi trường ven biển thành phố Nha Trang - Đề xuất các giải pháp cải thiện & phát triển môi trường”, Viện Hải Dƣơng học Đoàn Văn Bộ (2001), “Hóa học biển”, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội Bùi Hồng Long - Trần Văn Chung (2006), “Tính toán thử nghiệm dòng chảy ba chiều (3-D) cho vùng vịnh Vân Phong”, Tạp chí Khoa học Công nghệ biển, 6(1), tr 12-27 Sở khoa học và công nghệ tỉ nh Khánh Hòa (2004), “Đặc điểm khí hậu – thủy văn tỉ nh Khánh Hòa” UBND tỉnh Khánh Hòa (2003), “Địa chí Khánh Hòa”, NXB Chính trị quốc gia Nguyễn Kim Vinh (1997), “Xây dựng sở liệu, tính toán thông số KTTV - động lực phục vụ thiết kế khai thác vùng ven biển Khánh Hòa”, Đề tài cấp sở, phòng Vật lí biển, Viện Hải dƣơng học Nguyễn Kim Vinh (1997), “Đo đạc và nghiên cứu các đặc trưng động lực biển Nha Trang mối liên hệ với môi trường ”, Báo cáo đề tài sở , Viện Hải Dƣơng học Lê Thị Vinh , (2008), “Ảnh hưởng hoạt động kinh tế – xã hội đến chất lượng thủy vực tại cửa Bé – Nha Trang”, Tạp chí KHCNB 4(T.8)2008 Qui chuẩn Việt Nam, 2008 Bộ Tài Nguyên Môi Trƣờng 10 http://www.nhatrang.khanhhoa.gov.vn/website/intro.php 11 http://phapluattp.vn/20110508123154586p0c1085/vinh-nha-trang-co-nguy-coo-nhiem-nang.htm Tiếng Anh 12 Mike Flow model (DHI 2007), Hydronamic module: Scientific Documentation 13 Mike Flow model (DHI 2007), ECO Lab module: Scientific Documentation 14 http://www.epa.gov/athens/wwqtsc/html/water_quality_models.html 15 http://www.esr.org/polar_tide_models/Model_TPXO62_load.html 82 [...]... quả nghiên cứu th ng qua các mô hình số trị để có th mô phỏng quá trình lan truyền các vật chất gây ô nhiễm vịnh từ các cửa sông dựa trên mối liên hệ với quá trình động lực Vì th , tính toán lan truyền vật chất ô nhiễm vịnh Nha Trang bằng dựa trên công cụ phần mềm MIKE là một hƣớng nghiên cứu mới mà học viên lựa chọn 1.2 Mô un MIKE 21 HD 1.2.1 Cơ sở toán học Mô hình MIKE12HD là gói công cụ trong bộ... đa dạng của các khu bảo tồn sinh vật biển, chất lƣợng các bãi tắm dọc bờ biển Nha Trang Trong khu n khổ luận văn, các kết quả nghiên cứu đề cập đến sự lan truyền các vật chất gây ô nhiễm từ các cửa sông để đánh giá chất lƣợng các bãi tắm dọc bờ biển Nha Trang 32 Chƣơng 3 ÁP DỤNG MÔ HÌNH VÀ KẾT QUẢ 3.1 Thiết lập các th ng tin đầu vào cho mô hình 3.1.1 Thu th p số liệu Khu vực vịnh Nha Trang đã đƣợc tiến... khảo sát chất lƣợng nƣớc, môi trƣờng trầm tích và th c vật phù du ở vịnh Nha Trang do Ban Quản lý Khu bảo tồn biển v ịnh Nha Trang phối hợp với Viện Hải dƣơng học th c hiện, số liệu thu đƣợc cho th y nồng độ Hydrocarbon và sắt trong nƣớc biển cao hơn giá trị giới hạn Tình trạng nhiễm bẩn vi sinh khá phổ biến, đặc biệt ở khu vực cửa Sông Cái Ảnh hƣởng vật chất từ Sông Cái bao trùm khắp vịnh Nha Trang, ... và đƣa ra đƣợc những đặc trƣng biến động theo mùa của nồng độ Nitơ và Photpho trong vịnh Một đề tài cấp Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã và đang đƣợc tiến hành nghiên cứu sức tải môi trƣờng tại vịnh Cam Ranh bằng mô hình ECOSMO do Viện Hải dƣơng học chủ trì Đề tài sử dụng mô hình để tính toán, mô phỏng quá trình lan truyền một số th nh phần vật chất gây ô nhiễm, các quá trình sinh hóa từ đó có... trình tự làm sạch vịnh Qua các công trình nghiên cứu đã công bố, có th th y rằng, các nghiên cứu về môi trƣờng đã và đang đƣợc các nhà khoa học quan tâm và có những kết quả nghiên cứu nhất định từ th ng kê, phân tích số liệu hoặc sử dụng các mô hình số trị Riêng tại vịnh Nha Trang, đã có các công trình nghiên cứu về môi trƣờng khu vực này nhƣng th ờng tập trung phân tích hiện trạng môi trƣờng và hầu... Dọc theo bờ biển Nha Trang còn có cảng Hải Quân đồng th i là cảng tiếp nhận xăng, dầu Cảng cá ở cầu Hà Ra và Cửa Bé Đó cũng là những đểm nóng có khả năng làm ô nhiễm vùng vịnh 2.3 Hiện trạng môi trường vịnh Nha Trang 2.3.1 Các nguồn th i Nha Trang hƣớng tới một th nh phố du lịch hơn là một th nh phố công nghiệp Vì vậy, trong nội th nh phần lớn là các xí nghiệp có quy mô vừa và nhỏ Hệ th ng nƣớc th i... hƣớng Đông – Đông bắc nhƣng từ th ng th ng IV đến th ng X gió lại có hƣớng Đông – Đông nam [6] 2.1.3 Đặc điểm sông ngòi Với đặc trƣng của địa hình khu vực miền trung, các sông suối trong lƣu vực tỉnh Khánh Hòa đều ngắn và dốc Dọc bờ biển, cứ khoảng 5 – 7km có một cửa sông Tuy nhiên, phần lớn các con sông này đều nhỏ Đáng chú ý là hai con sông lớn nhất bao gồm Sông Cái Nha Trang và Sông Cái Ninh Hòa Sông... nƣớc ngọt Nha Trang, Công ty dƣợc, chợ,… Vùng th hai là vùng trung tâm th nh phố Do địa hình và lịch sử, cống th i không tập trung mà đƣợc chia th nh nhiều nhánh đổ ra Sông Cái và phía trên Sông Tắc Vùng phía nam là khu vực Bình Tân Nƣớc th i chủ yếu là Nhà máy thuốc lá, xí nghiệp chế biến đông lạnh, xí nghiệp song mây, dệt Tân Tiến, khu than đá, khu vực cảng cá, nhà máy đóng tàu, nƣớc th i sinh... hợp này cả hai th nh phần th ng lƣợng khối lƣợng và th ng lƣợng động lƣợng đƣợc tính Độ sâu ƣớt hwet phải lớn hơn độ sâu khô giới hạn hdry và độ sâu giới hạn ngập hflood, đƣợc xác định theo điều kiện hdry < hflood < hwet 1.3 Mô un ECO Lab 1.3.1 Cơ sở lý thuyết Động lực học của bình lƣu các biến trạng th i trong ECO Lab có th đƣợc mô tả bằng các phƣơng trình truyền tải của vật chất không bảo toàn, có... sạch các chất ô nhiễm hữu cơ của nƣớc biển đạt từ 42 - 90% Nghiên cứu này không tính đến ảnh hƣởng của các quá trình th y động lực ven biển (vận chuyển, khu ch tán vật chất dƣới tác động của th y triều) Nhóm tác giả Th i Ngọc Chiến, Nguyễn Tác An, Bùi Hồng Long - Viện Hải dƣơng học cũng đã ứng dụng mô hình số 3 chiều ECOHAM vào tính toán động lực học dinh dƣỡng trong vịnh Vân Phong (Nha Trang - Khánh