317 Tạp chí Khoa học và Công nghệ Biển; Tập 14, Số 3A; 2014: 317-326 DOI: 10.15625/1859-3097/14/3A/5208 http://www.vjs.ac.vn/index.php/jmst MÔ HÌNH TOÁN NGHIÊN CỨU VÙNG ĐỤC CỰC ĐẠI VEN BỜ SÔNG MÊ KÔNG Vũ Duy Vĩnh * , Trần Đình Lân, Trần Anh Tú, Nguyễn Thị Kim Anh Viện Tài nguyên và Môi trường biển-Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam * Email: vinhvd@imer.ac.vn Ngày nhận bài: 5-8-2014 TÓM TẮT: Bài viết này trình bày các kết quả áp dụng một hệ thống mô hình toán học 3 chiều (3D) để nghiên cứu vùng đục cực đại (MTZ-maximum turbidity zone) ở ven bờ châu thổ sông Mê Kông. Trong nghiên cứu này, hệ thống mô hình (Delft3D) thủy động lực - sóng và vận chuyển trầm tích lơ lửng đã được thiết lập và được kiểm chứng với các số liệu đo đạc khảo sát tại khu vực nghiên cứu. Với các kịch bản tính toán cho mùa lũ và mùa cạn, kết quả cho thấy sự xuất hiện những MTZ ở vùng cửa sông ven bờ sông Mê Kông với hàm lượng trầm tích lơ lửng phổ biến 0,04 - 0,07 kg/m 3 (mùa cạn) và 0,05 - 0,1 kg/m 3 (mùa lũ). Vị trí và phạm vi của các MTZ này biến động phụ thuộc chủ yếu vào tương tác của các khối nước sông đưa ra và dao động của mực nước triều. Các vùng đục cực đại xuất hiện nhiều hơn vào mùa cạn và thời điểm nước lớn - pha triều lên, ở vị trí khác nhau phía trong các cửa sông. Vị trí của các MTZ cách các cửa sông khoảng 12 - 22 km (mùa cạn) và 5 - 15 km (mùa lũ). Từ khóa: Mô hình, vùng đục cực đại, vận chuyển trầm tích lơ lửng, châu thổ sông Mê Kông. MỞ ĐẦU Bức tranh về sự vận chuyển trầm tích lơ lửng (TTLL) rất quan trọng trong việc dự báo di chuyển của các chất gây ô nhiễm ở vùng cửa sông ven biển. Một hiện tượng liên quan đến sự vận chuyển TTLL ở vùng cửa sông ảnh hưởng của triều là “Vùng đục cực đại - maximum turbidity zone- MTZ”. Hiện tượng này đã được quan trắc từ khá sớm [1-3]. Tuy nhiên cơ chế hình thành và vai trò của MTZ thì mới được quan tâm nghiên cứu trong những năm gần đây. Các MTZ được đặc trưng bởi hàm lượng TTLL cao hơn đột biến so với phía trong sông và phía ngoài vùng ven biển. Sự hình thành và biến động của các MTZ ở vùng cửa sông ven biển là một quá trình thủy thạch động lực phức tạp [4, 5], phụ thuộc vào động lực thủy triều, lưu lượng nước từ sông, các quá trình xói, lắng đọng TTLL cũng như quá trình tái lơ lửng trầm tích từ đáy và sự biến động (theo không gian và thời gian) của độ muối do ảnh hưởng của thủy triều [6, 7]. Các kết quả nghiên cứu cho thấy MTZ không chỉ là nơi lắng đọng, tích tụ vật chất từ lục địa đưa ra, rất giàu các chất dinh dưỡng [8] mà cũng là nơi tích tụ các hoá chất độc hại và kim loại nặng [9-11]. Các chất gây ô nhiễm tại đây được hấp thụ vào sinh vật phù du, qua các chuỗi thức ăn ảnh hưởng đến toàn bộ hệ sinh thái khu vực. Mặt khác, MTZ là nơi có nguồn thức ăn phong phú nên các loài cá và sinh vật khác tập trung đến đây sinh sống và đẻ trứng [12, 13]. Vì vậy, nghiên cứu vấn đề này không chỉ có ý nghĩa khoa học mà còn có ý nghĩa lớn về mặt thực tiễn. Mê Kông là hệ thống sông lớn nhất của Việt Nam và đứng thứ 10 trên thế giới (về lưu lượng chảy). Với tải lượng nước và trầm tích từ lục địa hằng năm đưa ra vùng ven bờ khá lớn kết hợp chế độ bán nhật triều không đều, điều kiện thủy động lực (TĐL) - trầm tích ở khu vực này khá phức tạp và thuận lợi cho sự xuất hiện Vũ Duy Vĩnh, Trần Đình Lân, … 318 của các MTZ. Mặc dù vậy, những nghiên cứu liên quan đến MTZ ở khu vực này còn khá mới mẻ. Trên cơ sở ứng dụng công cụ mô hình toán, bài viết này sẽ cung cấp thêm các hiểu biết về sự hình thành và biến động của các vùng MTZ ở khu vực ven bờ sông Mê Kông. TÀI LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP Tài liệu Trong nghiên cứu này các dữ liệu đã được thu thập xử lý bao gồm: Số liệu độ sâu và đường bờ của vùng ven bờ sông Mê Kông được số hóa từ các bản đồ do Cục Đo đạc Bản đồ xuất bản năm 2005. Độ sâu của vùng biển phía ngoài sử dụng từ cơ sở dữ liệu GEBCO -1/8. Đây là số liệu địa hình có độ phân dải 0,5 phút được xử lý từ ảnh vệ tinh kết hợp với các số liệu đo sâu [14]. Số liệu khí tượng gồm các số liệu gió quan trắc trong nhiều năm ở trạm hải văn Côn Đảo và Vũng Tàu đã được thu thập và xử lý (tần suất đo 6 h/lần). Số liệu mực nước dùng để hiệu chỉnh mô hình là các kết quả đo đạc mực nước (1 h/lần) tại Vũng Tàu của Trung tâm Khí tượng thủy văn Quốc gia. Các hằng số điều hòa thủy triều ở phía ngoài xa bờ được thu thập từ cơ sở dữ liệu FES2004 [15]. Số liệu về nhiệt độ và độ muối nước biển ở vùng cửa sông ven bờ sông Mê Kông và vùng biển phía ngoài được thu thập từ các kết quả nghiên cứu liên quan trong khu vực. Số liệu nhiệt độ và độ muối nước biển ở vùng biển xa bờ được thu thập từ cơ sở dữ liệu WOA13 với độ phân giải 0,25 độ [6]. Số liệu dòng chảy và hàm lượng TTLL đo đạc tại một số vị trí khảo sát trong khu vực nghiên cứu của đề tài “Tương tác giữa các quá trình động lực Biển Đông và nước sông Mê kông” cũng đã được thu thập xử lý để phục vụ hiệu chỉnh kiểm chứng độ tin cậy của mô hình TĐL. Lưu lượng nước sông đo đạc trong các mùa cạn và mùa lũ của Trung tâm Khí tượng Thủy văn Quốc gia tại trạm thủy văn Cần Thơ và Mỹ Thuận trong những năm gần đây đã được thu thập, xử lý để tạo số liệu biên sông của mô hình. Phương pháp Trong nghiên cứu này, các phương pháp chính sau đã được sử dụng: Phương pháp GIS để số hóa, xử lý và cập nhật số liệu địa hình. Các phần mềm GIS cũng được dùng để lồng ghép số liệu địa hình ở vùng ven biển với số liệu địa hình trong cơ sở dữ liệu địa hình GEBCO -1/8 ở vùng ngoài khơi. Phương pháp khai thác số liệu từ cơ sở dữ liệu nhiệt muối WOA13 [6] và thủy triều FES2004 [15] nhằm cung cấp số liệu cần thiết cho các điều kiện biên mở nhiệt - muối cho mô hình TĐL vùng ngoài khơi (với lưới tính thô) được lưu trữ ở dạng file Netcdf. Phương pháp lưới lồng (NESTING) được sử dụng trong nghiên cứu này để tạo ra các điều kiện biên mở phía biển của mô hình. Để tạo các file số liệu cho điều kiện biên mở biển của mô hình với lưới chi tiết (cho vùng ven bờ sông Mê Kông), một mô hình với lưới thô hơn cùng thời gian tính toán, cùng kiểu lưới tính ở phía ngoài vùng này đã được thiết lập. Mô hình lưới thô có kích thước 210 × 156 điểm tính và sử dụng hệ lưới cong trực giao. Các ô lưới có kích thức biển đổi từ 166 - 22.666 m. Theo chiều thẳng đứng, mô hình này được chia thành 4 lớp độ sâu trong hệ tọa độ . Biên mở biển của mô hình này được chia thành nhiều đoạn khác nhau, mỗi đoạn sử dụng các hằng số điều hòa trong cơ sở dữ liệu FES2004 và số liệu nhiệt muối trung bình tháng trong cơ sở dữ liệu WOA13 [6]. Phương pháp ứng dụng mô hình toán Các điều kiện TĐL, vận chuyển trầm tích và sóng được mô hình hóa bằng module Delft3D-Flow (kết hợp chạy đồng thời với các module sóng, trầm tích) trong hệ thống mô hình Delft3D của Hà Lan. Đây là hệ thống mô hình này có thể mô phỏng tốt điều kiện TĐL-sóng, vận chuyển bùn cát, chất lượng nước ở vùng cửa sông ven bờ [4]. Mô hình TĐL cho khu vực cửa sông ven bờ sông Mê Kông sử dụng hệ lưới cong trực giao có phạm vi vùng tính bao gồm các vùng nước của các cửa Soài Rạp, cửa Tiểu, cửa Đại, cửa Ba Lai, cửa Hàm Luông, Cổ Chiên, Cung Hầu, Định An và Trần Đề. Miền tính trải rộng Mô hình toán nghiên cứu vùng đục cực đại … 319 từ vùng biển Vũng Tàu đến phía Tây của Cà Mau, với kích thước khoảng 485 km theo chiều Đông - Tây Nam và 100 km theo chiều Bắc - Nam, được chia thành 424 × 295 điểm tính, kích thước các ô lưới biến đổi từ 43,9 đến 11.488,9 m (hình 1). Theo chiều thẳng đứng, toàn bộ cột nước được chia làm 4 lớp độ sâu theo hệ tọa độ . Lưới độ sâu được thiết lập trên cơ sở lưới tính và bản đồ địa hình của khu vực. Mô hình được thiết lập và tính đến cả các quá trình nhiệt - muối và ảnh hưởng của sóng. Hình 1. Lưới tính của mô hình (lưới chi tiết ở phía trong và lưới tính thô ở phía ngoài) Mô hình TĐL được thiết lập và chạy với hai mùa đặc trưng trong năm: 3 tháng mùa lũ (tháng 9-10-11 năm 2012); 3 tháng mùa cạn (tháng 3-4-5 năm 2012). Bước thời gian chạy của mô hình là 0,2 phút. Điều kiện ban đầu của các kịch bản hiện trạng là các kết quả tính toán sau 1 tháng của mùa cạn và mùa lũ trong các file restart. Số liệu để cung cấp cho các biên mở phía biển là kết quả tính toán toán từ mô hình phía ngoài sau đó sử dụng phương pháp NESTHD để tạo các file số liệu nhiệt độ, độ muối, mực nước tại các điểm biên. Đây là các số liệu dạng timeserial với tần suất 1 h/lần. Đối với các biên sông, số liệu độ muối và nhiệt độ cho điều kiện biên là các đặc trưng trung bình tháng. Lưu lượng nước sử dụng cho các điều kiện biên sông là các chuỗi số liệu được tính toán từ số liệu đo với tần suất 1h/lần tại trạm thủy văn Cần Thơ và Mỹ Thuận. Số liệu gió đưa vào mô hình tính cho kịch bản hiện trạng là các số liệu quan trắc tại Côn Đảo trong tháng 3-5 và tháng 9-12 năm 2012 với tần suất 6 h/lần. Mô hình sóng trong nghiên cứu này được thiết lập chạy đồng thời (online coupling) với mô hình thủy động lực và mô hình vận chuyển TTLL. Tại mỗi thời điểm tính toán (bước thời gian), mô hình sóng sẽ sử dụng lưới tính, trường gió, các kết quả tính độ sâu, mực nước, dòng chảy của mô hình thủy động lực. Điều kiện biên mở của mô hình sóng sử dụng kết quả tính sóng của WAVE CLIMATE Vũ Duy Vĩnh, Trần Đình Lân, … 320 [16] cho vùng biển Đông và tham khảo thêm số liệu sóng quan trắc tại Côn Đảo trong năm 2012. Kiểu ma sát đáy trong mô hình sóng ở nghiên cứu này được lựa chọn là phổ JONSWAP với hệ số có giá trị 0,067. Mô hình B&J (Battjes, J. and J. Janssen, 1978) được lựa chọn để tính ảnh hưởng của nước nông nơi diễn ra quá trình sóng đổ. Các tham số tính toán khác của mô hình Tham số nhám đáy (bottom roughness) trong nghiên cứu này lựa chọn sử dụng các hệ số Manning (n) biến đổi theo không gian với giá trị 0,018 - 0,023 m -1/3 s [17, 18]. Các giá trị liên quan đến điều kiện rối trong mô hình này sử dụng phương pháp tính toán với cách tiếp cận HLES (Horizontal Large Eddy Simulation) trong hệ thống mô hình Delft3D theo lý thuyết của Uittenbogaard [19] và Van Vossen [20]. Tham số tính toán của mô hình trầm tích lơ lửng Vận tốc lắng đọng của TTLL được chọn biến đổi từ 0,05 - 0,12 mm/s. Tiêu chuẩn ứng suất cho quá trình xói của trầm tích được lựa chọn là 0,25 N/m 2 [21]. Tiêu chuẩn ứng suất cho quá trình bồi lắng của trầm tích được lựa chọn là 0,1 N/m 2 [21]. Tốc độ xói trong tự nhiên ban đầu được giả thiết là 10 -3 kg/m 2 .s. Hình 2. Kiểm chứng kết quả tính của mô hình và quan trắc: a, b- mực nước tại Vũng Tàu tháng 4 và tháng 9-2012; c- dòng chảy tầng giữa phía ngoài cửa Soài Rạp (14-20/9/2013); d- hàm lượng TTLL phía ngoài cửa Trần Đề (14-20/9/2013) Hiệu chỉnh, kiểm chứng kết quả tính của mô hình Các kết quả tính toán của mô hình đã được kiểm chứng thông qua việc so sánh với số liệu quan trắc. So sánh kết quả tính toán mực nước từ mô hình với mực nước quan trắc tại các trạm Vũng Tàu, Bình Đại, An Thuận, Hòa Bình cho thấy khá phù hợp kể cả về pha và biên độ (hình 2a, b). Sai số bình phương trung (a) (b) (c) (d) Mô hình toán nghiên cứu vùng đục cực đại … 321 bình giữa tính toán và đo đạc mực nước ở các trạm này này dao động trong khoảng 0,18 - 0,25 m. Các giá trị quan trắc dòng chảy được phân tích thành các thành phần kinh hướng (u) và vĩ hướng (v) trước khi so sánh với các kết quả tính toán từ mô hình. Sau lần hiệu chỉnh cuối cùng, kết quả so sánh cho thấy có sự phù hợp tương đối giữa số liệu đo đạc và tính toán chảy ở khu vực này là phù hợp (hình 2c). So sánh hàm lượng TTLL quan trắc và tính toán ở một số vị trí phía ngoài cửa sông Mê Kông cũng thấy sự phù hợp nhất định giữa tính toán và quan trắc (hình 2d). KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Phân bố trầm tích lơ lửng vùng ven bờ sông Mê Kông Các kết quả nghiên cứu về MTZ có sử dụng công cụ toán học là mô hình [2, 22-26] đã chỉ ra rằng hoàn lưu mật độ (gravitational circulation) do chênh lệch tỷ trọng giữa nước ngọt và nước mặn, sự lắng đọng của TTLL và sự tái lơ lửng do bào mòn đáy dưới tác động của dòng triều là ba nguyên nhân chính tạo thành MTZ. Kết quả tính toán cho thấy, ngoài chế độ động lực, đặc điểm phân bố và cấu trúc nhiệt - muối thì sự xuất hiện của các MTZ vùng ven bờ châu thổ sông Mê Kông có liên quan đến sự phân bố của TTLL phụ thuộc vào dao động mực nước và biến đổi mùa của dòng trầm tích từ lục địa đưa ra. Trong pha triều xuống, dòng trầm tích từ sông phát triển mạnh nhất ra phía ngoài biển. Vào mùa lũ, vùng nước có hàm lượng TTLL khoảng 60 mg/l có thể xuất hiện cách các cửa sông khoảng 25 - 30 km (đối với tầng mặt) và 20 - 25 km đối với tầng đáy. Vùng nước có hàm lượng TTLL cao trên 100 mg/l ở tầng mặt trải rộng từ cửa sông ra xa khoảng 10 - 15 km, trong khi ở tầng đáy chỉ rộng hơn 8 km (hình 3b). Vào mùa cạn, hàm lượng và lưu lượng bùn cát sông đưa ra đều giảm, nên phạm vi phân bố của TTLL gần các cửa sông có hàm lượng khá nhỏ với giá trị hầu hết dưới 70 mg/l (hình 3a). Hình 3. Phân bố hàm lượng TTLL (kg/m 3 ) tầng mặt vùng ven bờ sông Mê Kông trong pha triều xuống (a- mùa cạn; b- mùa lũ) Trong pha triều lên, trong khi khối nước có hàm lượng TTLL cao từ lục địa vẫn tiếp tục đưa ra thì khối nước biển với độ mặn cao di chuyển về phía lục địa. Sự tương tác giữa hai khối nước này khiến phạm vi ảnh hưởng của khối nước có hàm lượng TTLL cao bị thu hẹp đáng kể so với khi nước ròng. Điều này cũng làm cho sự xuất hiện các vùng đục nước trở lên rõ ràng hơn. Ở thời điểm nước lớn, ảnh hưởng của các khối nước biển vào lục địa lớn nhất. Vào mùa (a) (b) Vũ Duy Vĩnh, Trần Đình Lân, … 322 lũ, vùng nước có hàm lượng TTLL cao từ sông bị dồn sát về phía trong các cửa sông. Các nêm mặn tương tác với dòng TTLL vẫn được dòng chảy sông đẩy dồn ra đã góp phần tạo nên một số vùng đục cực đại ở hầu hết các cửa sông chính trong khu vực. Vào mùa cạn, khi dòng TTLL từ lục địa đưa ra không lớn thì vào pha triều lên, ảnh hưởng của khối nước biển đã chiếm ưu thế tuyệt đối, làm cho các MTZ xuất hiện sâu hơn vào phía trong các cửa sông và hàm lượng TTLL trong nước cũng nhỏ hơn nhiều so với mùa lũ. Vùng đục cực đại ven bờ CTSMK Các kết quả phân tính toán cho thấy các MTZ ở vùng cửa sông ven bờ châu thổ sông Mê Kông phụ thuộc chặt chẽ vào dao động mực nước và nguồn cung trầm tích, nước biến động theo mùa từ các sông đưa ra. Chênh lệch độ lớn triều trong những ngày triều cường và triều kém ở khu vực nghiên cứu không quá lớn nên sự hình thành và biến động theo không gian và thời gian của các MTZ giữa những ngày triều cường và triều kém. So với vùng cửa sông Bạch Đằng [27] biến động của các MTZ (theo không gian và thời gian) giữa những ngày triều cường và triều kém ở khu vực này nhỏ hơn. Trong mùa cạn, do hàm hàm lượng TTLL và tải lượng nước sông đưa ra vùng ven bờ qua các cửa sông tương đối nhỏ nên các khối nước biển có điều kiện đi sâu vào trong các sông, sự hình thành các MTZ thể hiện rõ rệt ở các cửa sông trong khu vực. Vào pha triều xuống, ảnh hưởng của khối nước có hàm lượng TTLL cao là lớn nhất, sự tương tác của hai khối nước sông - biển được thể hiện trên các profile TTLL dọc các mặt cắt từ trong cửa sông ra phía ngoài. Trên các mặt cắt đều thấy xuất hiện những vùng có hàm lượng TTLL cao hơn những khu vực khác. Các profile TTLL theo chiều thẳng đứng khá đồng nhất ở phía trong cửa sông (cách các cửa sông trên 22 km), nhưng phía tiếp giáp với biển (cách các của sông khoảng cách 5 - 22 km) lại có sự biến động mạnh theo độ sâu (hàm lượng TTLL cao hơn ở tầng mặt và khá nhỏ ở dưới đáy) do ảnh hưởng của các nêm mặn. Do vị trí và địa hình các cửa sông khác nhau nên mức độ hình thành các MTZ cũng như phạm vi ảnh hưởng của TTLL ra phía ngoài biển từ các cửa sông cũng khác nhau, trầm tích từ các cửa như Định An, cửa Đại, Trần Đề có ảnh hưởng lớn hơn các cửa còn lại. Sự hình thành và xuất hiện các MTZ thể hiện rất rõ trong pha triều lên và ở thời kỳ nước lớn khi có sự tương tác của các khối nước biển và nước sông. Tại khu vực cửa Định An, MTZ di chuyển trong vị trí khoảng từ 18 - 22 km (so với cửa sông) với hàm lượng TTLL khoảng 0,04 - 0,07 kg/m 3 (hình 4a). Trong khi đó MTZ ở của Cung Hầu tập trung quanh vị trí cách cửa sông khoảng 15 - 20 km và hàm lượng TTLL ở vùng đục này khá đồng nhất theo chiều thẳng đứng với giá trị dao động 0,04 - 0,06 kg/m 3 (hình 4c). Tại khu vực phía ngoài cửa Hàm Luông, MTZ xuất hiện gần biển hơn, vị trí cách cửa sông khoảng 12 - 17 km với giá trị hàm lượng TTLL lớn nhất khoảng 0,05 - 0,07 kg/m 3 (hình 4e). Ở khu vực cửa Đại, MTZ có vị trí cách cửa sông khoảng 15 - 20 km với hàm lượng TTLL khoảng 0,035 - 0,06 kg/m 3 (hình 4g). Xu hướng biến động và hình thành các MTZ trong mùa lũ cơ bản tương tự như trong mùa cạn. Tuy nhiên do động lực sông trong mùa lũ lớn hơn nhiều so với mùa cạn nên các đặc điểm MTZ ở khu vực cửa sông ven bờ sông Mê Kông có những thay đổi đáng kể so với mùa cạn. Những thay đổi này là: Vị trí các MTZ trong mùa lũ dịch chuyển gần hơn về phía cửa sông khoảng 3 - 8 km so với mùa cạn. Điều này thể hiện sự tác động mạnh mẽ hơn của động lực sông so với động lực biển. Hàm lượng TTLL ở các MTZ trong mùa lũ cao hơn so với mùa cạn với các giá trị phổ biến trong khoảng 0,05 - 0,1 kg/m 3 . Sự xuất hiện các MTZ trong mùa lũ ở các vùng cửa sông ven bờ sông Mê Kông không diễn ra thường xuyên như trong mùa cạn mà chỉ xuất hiện chủ yếu vào thời kỳ triều lên và nước lớn. Vùng đục cực đại cũng ít xuất hiện vào những ngày có tải lượng nước từ sông đưa ra lớn. Điều này có thể giải thích khi tải lượng nước quá lớn làm suy giảm mức độ xâm nhập Mô hình toán nghiên cứu vùng đục cực đại … 323 của các khối nước biển (mặn) hơn vào sâu các cửa sông, khi đó dòng nước ngọt và TTLL có điều kiện phát triển mạnh ra phía ngoài, hạn chế sự hình thành các MTZ ở cửa sông. Do sự khác nhau về hình thái địa hình và điều kiện động lực nên các MTZ ở vùng cửa sông ven bờ sông Mê Kông xuất hiện rõ rệt hơn so với vùng cửa sông Bạch Đằng, đặc biệt là trong khoảng thời gian cuối mùa lũ và thời kỳ mùa cạn. Vị trí các MTZ ở khu vực này phần lớn nằm sâu ở phía trong các cửa sông trong khi ở vùng cửa sông Bạch Đằng [27], các vùng đục cực đại xuất hiện chủ yếu ở phía ngoài các cửa sông (khu vực cửa Nam Triệu). Hình 4. Phân bố hàm lượng TTLL (kg/m 3 ) dọc một số mặt cắt: phía ngoài cửa Định An (a- mùa cạn; b- mùa lũ); phía ngoài cửa Cung Hầu (c- mùa cạn; d- mùa lũ); phía ngoài cửa Hàm Luông (e- mùa cạn; f- mùa lũ); phía ngoài cửa Đại (g- mùa cạn; h- mùa lũ) (c) (a) (b) (d) (e) (f) (g) (h) Vũ Duy Vĩnh, Trần Đình Lân, … 324 KẾT LUẬN Một trong những kết quả của sự tác động đồng thời giữa các điều kiện động lực sông - biển ở vùng ven bờ châu thổ sông Mê Kông là sự hình thành nên các MTZ ở phía trong các cửa sông của khu vực này. Sự xuất hiện và quy mô của các MTZ phụ thuộc chặt chẽ vào lưu lượng nước sông, dao động triều. Ở khu vực nghiên cứu, các MTZ xuất hiện nhiều hơn vào mùa cạn và thời điểm nước lớn - pha triều lên, ở vị trí khác nhau phía trong các cửa sông. Vị trí của các MTZ cách các cửa sông khoảng 12 - 22 km (mùa cạn) và 5 - 15 km (mùa lũ). Các MTZ di chuyển dọc theo mặt cắt từ cửa sông hướng ra biển. Tuy nhiên, trong quá trình di chuyển nó tạo thành các vùng bồi lắng bùn cát và chôn vùi dinh dưỡng, các chất ô nhiễm từ lục địa. Các kết quả trong bài viết này mới chỉ là bước đầu, cần có nhiều hơn các số liệu khảo sát về điều kiện môi trường để kiểm chứng kết quả tính của mô hình. Lời cảm ơn: Bài báo đã sử dụng các tư liệu của Nhiệm vụ Hợp tác theo nghị định thư về Khoa học và Công nghệ giữa Việt Nam và Hoa Kỳ giai đoạn 2013-2014: “Tương tác giữa các quá trình động lực Biển Đông và nước sông Mê Kông”, các tác giả xin chân thành cảm ơn sự hỗ trợ quý báu đó. Các tác giả cũng chân thành cảm ơn những ý kiến góp ý của PGS. TS Trần Đức Thạnh và TS. Phạm Xuân Dương trong quá trình hoàn thiện bài báo này. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Bowden, K. F., 1984. Turbulence and mixing in estuaries. In: Kennedy, V.S. (Ed.), The Estuary as a Filter. Acad. Press, Orlando, p. 15-26. 2. Hamblin, P. F., 1989. Observations and model of sediment transport near the turbidity maximum of the upper Saint Lawrence estuary. Journal of Geophysical Research: Oceans (1978-2012), 94(C10): 14419-14428. 3. Li, Z. H., Nguyen, K. D., Bruncottan, J. C., & Martin, J. M. (1994). Numerical- simulation of the turbidity maximum transport in the Gironde estuary (France).Oceanologica Acta, 17(5): 479- 500. 4. Delft Hydraulics, 1999, 2000. Delft3D- FLOW User Manual; Delft3D-WAVE User Manual. 5. Li, J., & Zhang, C., 1998. Sediment resuspension and implications for turbidity maximum in the Changjiang Estuary. Marine Geology, 148(3): 117-124. 6. Boyer. T, Ed.; A. Mishonov, 2013. Technical Ed.: World Ocean Atlas 2013 Product Documentation. Ocean Climate Laboratory, NODC/NESDIS/NOAA. Silver Spring, MD 20910-3282. 7. Jay, D. A., & Musiak, J. D., 1994. Particle trapping in estuarine tidal flows. Journal of Geophysical Research: Oceans (1978- 2012), 99(C10): 20445-20461. 8. Lueotte, M., 1989. Organic carbon isotope ratios and implications for the maximum turbidity zone of the St Lawrence upper estuary. Estuarine, Coastal and Shelf Science, 29(4): 293-304. 9. Cauwet, G., & Mackenzie, F. T., 1993. Carbon inputs and distribution in estuaries of turbid rivers: the Yang Tze and Yellow rivers (China). Marine Chemistry, 43(1): 235-246. 10. Fishes, T. R., 1991. Phytoplankton nutrients and turbiding in the Chaspeak, Delaware and Husdson esturies, 16(1): 104-112. 11. Shi, Z., & Kirby, R., 2003. Observations of fine suspended sediment processes in the turbidity maximum at the North Passage of the Changjiang Estuary, China. Journal of coastal research, 19, 529-540. 12. Largier, J. L., 1993. Estuarine fronts: how important are they?. Estuaries, 16(1): 1-11. 13. Dodson, J. J., Dauvin, J. C., Ingram, R. G., & d’Anglejan, B., 1989. Abundance of larval rainbow smelt (Osmerus mordax) in relation to the maximum turbidity zone and associated macroplanktonic fauna of the middle St. Lawrence estuary. Estuaries, 12(2): 66-81. 14. Meirion T Jones, Pauline, W., Raymond, N. Cramer, 2009. User Guide to the centenary Mô hình toán nghiên cứu vùng đục cực đại … 325 edition of the GEBCO digital atlas and its data sets. Natural environment research council. 15. Lyard, F., Lefevre, F., Letellier, T., & Francis, O., 2006. Modelling the global ocean tides: modern insights from FES2004. Ocean Dynamics, 56(5-6): 394- 415. 16. BMT Argoss, 2011. Overview of the service and validation of the database. Reference: RP_A870, www.waveclimate.com. 17. Battjes, J. A., & Janssen, J. P. F. M., 1978. Energy loss and set-up due to breaking of random waves. Coastal Engineering Proceedings, 1(16). 18. Arcement Jr, G. J., & Schneider, V. R., 1989. Guide for Selecting Manning's Roughness Coefficients for Natural Channels and Flood Plains United States Geological Survey Water-supply Paper 2339. pubs. usgs. gov/wsp/2339/report. pdf. 19. Uittenbogaard, R. E., 1998. Model for eddy diffusivity and viscosity related to sub-grid velocity and bed topography. Note, WL| Delft Hydraulics. 20. Van Vossen, B., 2000. Horizontal Large Eddy Simulations; evaluation of computations with DELFT3D-FLOW. Report MEAH,197, Delft University of Technology. 21. Van Rijn, L. C., 1993. Principles of sediment transport in rivers, estuaries and coastal seas (Vol. 1006). Amsterdam: Aqua publications. 22. Kistner, D. A., & Pettigrew, N. R., 2001. A variable turbidity maximum in the Kennebec estuary, Maine. Estuaries, 24(5): 680-687. 23. Lin, J., & Kuo, A. Y., 2003. A model study of turbidity maxima in the York River Estuary, Virginia. Estuaries, 26(5): 1269- 1280. 24. Sheng Fangting, 1995. A new recognition of estuarine turbidity maximum in china. Advance in Earth Sciences, 10(2): 210-213. 25. Simpson, J. E., 1997. Gravity Currents in the Environment and the Laboratory, second ed. Cambridge University Press, Cambridge, 244 p. 26. Wolanski, E., & Spagnol, S., 2003. Dynamics of the turbidity maximum in King Sound, tropical Western Australia. Estuarine, Coastal and Shelf Science, 56(5): 877-890. 27. Vũ Duy Vĩnh, Trần Đức Thạnh, 2012. Ứng dụng mô hình toán nghiên cứu vùng đục cực đại ở khu vực cửa sông Bạch Đằng. Tạp chí Khoa học và Công nghệ biển, 12(3): 1-12. Vũ Duy Vĩnh, Trần Đình Lân, … 326 A NUMERICAL MODEL TO STUDY MAXIMUM TURBIDITY ZONES IN MEKONG ESTUARY COASTAL AREA Vu Duy Vinh, Tran Dinh Lan, Tran Anh Tu, Nguyen Thi Kim Anh Institute of Marine Environment and Resources-VAST ABSTRACT: This paper presents the results of application of a 3D numerical model to study maximum turbidity zone (MTZ) in the coastal zone of Mekong River Delta. In this study, a 3D modelling system with combination of hydrodynamics - wave and suspended sediment transport was set up and validated with measured data in the study area. Based on calculated scenarios for the flood and dry seasons, the results showed the appearance of MTZs in the coastal zone of Mekong river with suspended sediment concentration of 0.04 - 0.07 kg/m 3 (the dry season) and 0.05 - 0.1 kg/m 3 (the flood season). The position and scale of MTZs change with the interaction between fresh water and tidal oscillations. They occur more regulary in the dry season and at high tide and inside the estuaries. The MTZs are prevalently located far away from estuaries within a distance of 12 - 22 km (the dry season), and 5 - 15 km in the flood season. Keywords: Modelling, maximum turbidity zone, suspended sediment transport, Mekong river coastal area. . dụng một hệ thống mô hình toán học 3 chiều (3D) để nghiên cứu vùng đục cực đại (MTZ-maximum turbidity zone) ở ven bờ châu thổ sông Mê Kông. Trong nghiên cứu này, hệ thống mô hình (Delft3D) thủy. http://www.vjs.ac.vn/index.php/jmst MÔ HÌNH TOÁN NGHIÊN CỨU VÙNG ĐỤC CỰC ĐẠI VEN BỜ SÔNG MÊ KÔNG Vũ Duy Vĩnh * , Trần Đình Lân, Trần Anh Tú, Nguyễn Thị Kim Anh Viện Tài nguyên và Môi trường biển-Viện. là hệ thống mô hình này có thể mô phỏng tốt điều kiện TĐL-sóng, vận chuyển bùn cát, chất lượng nước ở vùng cửa sông ven bờ [4]. Mô hình TĐL cho khu vực cửa sông ven bờ sông Mê Kông sử dụng