Phần mở đầu: Sơ lược về nội dung, phương pháp nghiên cứu và mục tiêu. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu: cách thức tiếp cận và lựa chọn phương pháp; tình hình nghiên cứu trong nước, ngoài nước. Tổng quan điều kiện tự nhiên trong khu vực nghiên cứu: hình thái địa hình (độ sâu địa hình), khí tượng (nhiệt, bức xạ, mưa, gió), thủy hải văn (lưu lượng sông, thủy triều, dòng chảy, sóng), hiện trạng môi trường trầm tích trong khu vực nghiên cứu. Mô hình Ecomsed đối với bài toán mô phỏng lan truyền trầm tích lơ lửng: tổng quan về mô hình Ecomsed; cơ sở toán học của mô hình(thủy lực, sóng, trầm tích); cách thức triển khai và hiệu chỉnh mô hình tính toán, mô phỏng trầm tích lơ lửng.
Tính toán lan truyền trầm tích lơ lửng TSS khu vực cửa sông ven biển Hải Phòng: kết quả tính toán, phân tích trường thủy lực và lan truyền trầm tích lơ lửng cửa sông ven biển Hải Phòng. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CHƢƠNG 1 ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 1.1 Đối tƣợng và mục tiêu Đặc điểm lan truyền các chất ô nhiễm khu vực cửa sông ven biển Hải Phòng liên quan chặt chẽ đến chế độ thủy động lực, và hàm lượng các chất gây ô nhiễm trong môi trường nước. Tìm hiểu liên quan đến vấn đề trên, trong khuôn khổ của một báo cáo Luận văn Thạc sĩ, học viên lựa chọn đối tượng: trầm tich lơ lửng cho nghiên cứu của mình với sự tác động của các điều kiện thủy động lực khu vực với hai mục tiêu chính như sau: - Hiểu được phương pháp ứng dụng mô hình Ecomsed trong việc tính toán vận chuyển trầm tích lơ lửng - Mô phỏng quá trính vận chuyển trầm tích lơ lửng khu vực cửa sông ven biển Hải Phòng.2 Tiếp cận và lựa chọn phƣơng pháp Hình 1. Chuyển hoá và lan truyền vật chất cửa sông ven biển 1 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Phương pháp tiếp cận hệ thống coi khu vực nghiên cứu như một hệ thống tương đối độc lập, có dòng vật chất vào, dòng ra và dòng tích tụ.
Đối với khu vực cửa sông ven biển Hải Phòng, dòng vào xuất phát từ mặt cắt (biên) phía trong cửa sông, các điểm nguồn thải dọc bờ sông, còn dòng ra là phía cửa sông tiếp giáp với biển (biên phía ngoài). Các quá trình trao đổi chuyển hoá của chất gây ô nhiễm có thể diển ra ở trong khu vực hoặc trên biên và chịu tác động chi phối của các yếu tố động lực (sóng, dòng chảy sông, thuỷ triều), các yếu tố môi trường (nhiệt độ, độ mặn) và các yếu tố khác. Có thể minh hoạ mối quan hệ phân tán - tích luỹ các chất ô nhiễm trong hệ thống cửa sông ven biển như hình 1. Với cách thức tiếp cận này, cần phải xác định nguồn vật chất (trong đó có các chất gây ô nhiễm) đi vào khu vực, các quá trình chuyển hoá - biển đổi vật chất trong thuỷ vực và sự lan truyền chất gây ô nhiễm ở khu vực cửa sông ven biển.
Trong đó nguồn vật chất đi vào khu vực chủ yếu từ phía thượng lưu của sông và các điểm nguồn thải ở ven bờ. Sự chuyển hoá, vận chuyển và trao đổi nước cũng như vật chất là các quá trình rất phức tạp. Đặc biệt là ở vùng cửa sông ven biển, nơi chịu tác động đồng thời của dòng vật chất từ sông đưa ra và dao động của thuỷ triều nên các quá trình này biến đổi rất lớn theo thời gian và không gian. Vì vậy việc khảo sát ở một vài vị trí trong khu vực nghiên cứu trong khoảng thời gian nào đó sẽ khó thể hiện được các qui luật biến đổi cũng như bản chất của quá trình lan truyền biến đổi chuyển hoá vật chất cả ở mức độ tổng thể và chi tiết theo không gian và thời gian.
Để khắc phục hạn chế này cần thiết phải sử dụng các công cụ toán học để mô phỏng các quá trình quá trình vật lý- hoá học trong thuỷ vực. Mô hình toán học không chỉ thể hiện được các quá trình nội tại diễn ra trong thuỷ vực mà còn tính tới sự tương tác lẫn nhau giữa các quá trình này theo không gian cũng như thời gian. Trong Luận văn: việc mô hình hóa các quá trình thuỷ động lực, lan truyền chất ô nhiễm dựa trên cơ sở áp dụng mô hình ECOMSED kết hợp với phương pháp thu thập và tổng hợp tài liệu: địa hình, đường bờ, khí hậu, khí tượng thủy văn, nguồn thải.v; phương pháp điều tra khảo sát; phân tích mẫu tại hiện trường và phòng thí nghiệm phục vụ thiết lập và chạy mô hình thủy động lực, lan truyền trầm tích lơ lửng hiện trạng (mùa mưa, khô năm 2009) khu vực cửa sông ven biển Hải Phòng, tiến tới tiến hành đánh giá lượng chất gây ô nhiễm trầm tích lơ lửng vào môi trường nước của khu vực nghiên cứu, cung cấp thông tin hữu ích cho việc đề xuất các giải pháp kiểm soát, hạn chế tác động do ô nhiễm ở khu vực nghiên cứu. 2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.3 Phạm vi nghiên cứu Phạm vi khu vực nghiên cứu là toàn bộ vùng cửa sông ven biển Hải Phòng gồm các sông chính đổ ra biển như Thái Bình, Văn Úc, Lạch Tray, Cấm và Bạch Đằng, vùng biển ven bờ phía ngoài các cửa sông đó.
Các nguồn ô nhiễm vào vùng ven biển sẽ được xác định qua các kết quả khảo sát 2 mùa trên các mặt cắt gần các cửa sông và các điểm nguồn thải. Vùng tính toán của đề tài cũng được mở rộng đến khu vực phía đông và đông nam quần đảo Cát Bà. Trong đó chủ yếu tập trung phân tích kết quả lan truyền trầm tích lơ lửng tại khu vực cửa sông Bạch Đằng, khu vực cửa Lạch Tray, ảnh hưởng đến khu vực Đồ Sơn, Cát Hải và đảo Cát Bà. Vùng cửa sông ven biển Hải Phòng 1.4 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc Ngoài nước: Khu vực cửa sông ven biển tuy chỉ chiếm 1/10 diện tích bề mặt đại dương thế giới (Lisitsyn, 1995) nhưng lại đóng vai trò đáng kể trong quá trình vận chuyển vật chất.
Đây được coi là màng lọc giữa lục địa và biển, là nơi giữ lại một lượng đáng kể vật chất lơ lửng và hoà tan có nguồn gốc từ lục địa. 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Quá trình này phụ thuộc vào nhiều phương diện: có nơi bị ảnh hưởng bởi các quá trình động lực từ sông, có nơi chịu tác động mạnh do thủy triều, một số nơi khác lại bị chi phối bởi hỗn hợp giữa nhiều quá trình khác nhau. Song kiểm soát và ảnh hưởng nhiều phải kể đến tác động của thuỷ triều và sự phân tầng của khối nước. Trong đó dòng chảy đóng vai trò quyết định đến sự vận chuyển trầm tích và các chất gây ô nhiễm từ sông ra phía ngoài dưới tác động kết hợp của dòng triều và dòng chảy sông (biến đổi theo mùa).
Là một thành phần cơ bản và rất quan trọng ở các vùng cửa sông ven biển đặc trưng bởi thành phần hạt - lan truyền trầm tích phụ thuộc vào các nguồn cung cấp từ lục địa, dòng chảy sông và các quá trình thủy động lực ven biển (tính cả tự nhiên xen lẫn những tác động và can thiệp do con người gây ra). Trong trường hợp dòng chảy mạnh sẽ làm ứng suất đáy lớn, tăng sự vận chuyển trầm tích cả ở lớp đáy và trầm tích lơ lửng. Ngược lại, quá trình này sẽ lắng đọng ở những thời điểm và nơi có vận tốc dòng chảy, hoạt động của sóng và thủy triều nhỏ. Nhìn chung, tốc độ lắng đọng trầm tích phụ thuộc vào vào kích thước hạt, điều kiện môi trường.
Bởi vậy, đây là một trong những vấn đề môi trường nhận được sự quan tâm sâu sắc của các nhà khoa học cũng như các nhà quản lý, đặc biệt là ở các nước Hà Lan, Đức, Mỹ, Nhật Bản, Anh, Trung Quốc. Nổi bật hơn hết là các nhóm vấn đề như: điều tra hiện trạng môi trường; đánh giá kiểm soát các nguồn ô nhiễm từ lục địa ra vùng cửa sông ven biển; nghiên cứu đánh giá cơ chế lan truyền, biến đổi chất gây ô nhiễm ở khu vực cửa sông ven biển; đánh giá sự tích tụ chất gây ô nhiễm ở khu vực cửa sông; mối quan hệ giữa ô nhiễm môi trường và tài nguyên sinh vật ở khu vực cửa sông. Điển hình cho các các nghiên cứu về trầm tích lơ lửng phải kể đến: Nghiên cứu sự bồi lắng trầm tích, tích tụ chất gây ô nhiễm ở cửa sông Hudson; Nghiên cứu sự lan truyền tích tụ chất gây ô nhiễm ở vùng cửa sông Danube (Ucraina) của J. Garnier và các cộng sự (1999); Lan truyền Phosphorus ở khu vực cửa sông Elbe (Đức) của Béuekom và các cộng sự (1998); Mô hình chất lượng nước 3 chiều cho khu vực cửa sông Humber của Falconer và các cộng sự (1997); Tính toán biến động đáy với việc ứng dụng mô hình vận chuyển trầm tích trên cơ sở các công thức của Engelund and Hansen (1967) thực hiện bởi Struiksma và nnk (1984); Nghiên cứu phân bố trầm tích ở gần cửa sông với trường hợp dòng chảy ít biến đối, Wang (1989).
Tính hữu hiệu của các nghiên cứu trên không những làm sáng tỏ nguồn gốc, bản chất, cơ chế lan truyền biến đổi, tác động của các chất gây ô nhiễm mà còn 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com nhằm kiểm soát và hạn chế tác động tiêu cực đến môi trường sinh thái ở khu vực cửa sông mà còn hình thành và hoàn thiện các phương pháp nghiên cứu môi trường (khảo sát, phân tích mẫu, phân tích - xử lý số liệu, mô hình toán) ở khu vực, thể hiện trong các tài liệu nghiên cứu và hướng dẫn tổng hợp của GESAMP (1987), UNEP (1986). Dựa trên những nghiên cứu lý thuyết về trầm tích đáng kể như các công trình của H. Vander Meer (1990), Richard Soulsby (1997) đã được khái quát hóa mang tính phương pháp luận, viết thành cẩm nang sử dụng như: Động lực gần bờ và các quá trình bờ - Lý thuyết, đo đạc và các mô hình dự báo của Horikawa K., 1978, Động lực cát biển: Sách hướng dẫn cho các ứng dụng thực tiễn, các nguyên lý vận chuyển trầm tích trong sông, cửa sông hình phễu và biển ven bờ của Richard S., 1997, hay Các nguyên lý vận chuyển trầm tích ở sông, cửa sông và ven biển của Leo C. Ngày nay, vấn đề trên còn được giải quyêt trên phương diện mô hình.
Sự phát triển mô hình một chiều - nghiêng nhiều về tính lý thuyết.