Triển Khai Ứng Dụng Mô Hình ECOMSED Tính Toán Vận Chuyển Trầm Tích Khu Vực Cửa Sông Ven Biển Hải Phòng

• Tác giả: Phạm Hải An
• Người hướng dẫn: PGS. TS Nguyễn Thọ Sáo
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Hải dương học
• Đề tài: Triển Khai Ứng Dụng Mô Hình ECOMSED Tính Toán Vận Chuyển Trầm Tích Ven Biển Hải Phòng
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2012
• Địa điểm: Hà Nội

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
• 1.1. Đối tượng và mục tiêu
• 1.2. Tiếp cận và lựa chọn phương pháp
• 1.3. Phạm vi nghiên cứu
• 1.4. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN TRONG KHU VỰC
• 2.1. Đặc điểm hình thái địa hình
• 2.2. Đặc điểm khí hậu, khí tượng
• 2.3. Đặc điểm thủy văn sông
• 2.4. Đặc điểm hải văn cửa sông ven biển
• 2.5. Đặc điểm môi trường trầm tích trong khu vực
• 3. CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH ECOMSED ĐỐI VỚI BÀI TOÁN MÔ PHỎNG LAN TRUYỀN TRẦM TÍCH
• 3.1. Mô hình ECOMSED
• 3.2. Cơ sở hình thành mô hình ECOMSED
• 3.3. Mô hình thủy động lực
• 3.4. Mô hình sóng
• 3.5. Mô hình lan truyền trầm tích lơ lửng
• 3.6. Tiêu chuẩn ổn định của mô hình
• 3.7. Hiệu chỉnh mô hình
• 3.8. Triển khai mô hình thủy động lực
• 3.9. Triển khai mô hình lan truyền trầm tích
• 4. CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN LAN TRUYỀN TRẦM TÍCH LƠ LỬNG KHU VỰC CỬA SÔNG VEN BIỂN HẢI PHÒNG
• 4.1. Kết quả mô phỏng trường thủy động lực
• 4.2. Kết quả mô phỏng trầm tích lơ lửng vào mùa mưa
• 4.3. Kết quả mô phỏng trầm tích lơ lửng vào mùa khô
• KẾT LUẬN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC

I. Tổng Quan Ứng Dụng Mô Hình ECOMSED Ven Biển Hải Phòng

Khu vực cửa sông ven biển Hải Phòng đóng vai trò quan trọng trong phát triển kinh tế phía Bắc, đồng thời đối mặt với áp lực bảo vệ môi trường từ các khu vực lân cận như vịnh Hạ Long và Cát Bà. Bất kỳ tác động nào trong khu vực này đều có thể gây ảnh hưởng lớn đến cả quốc gia và quốc tế. Vấn đề này liên quan mật thiết đến hoạt động dân sinh và kinh tế của các tỉnh thuộc lưu vực sông Hồng và sông Thái Bình. Với mạng lưới sông ngòi dày đặc, khu vực này đóng góp vào sự phát triển của giao thông, nuôi trồng thủy sản và kinh tế xã hội của Hải Phòng. Tuy nhiên, sự phát triển kinh tế xã hội đã làm gia tăng lượng chất ô nhiễm, gây ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường nước, làm tăng độ vẩn đục và giảm lượng oxy hòa tan. Việc nạo vét luồng tàu cũng góp phần phát tán các chất ô nhiễm tích tụ trong trầm tích. Để giải quyết vấn đề này, cần có đánh giá toàn diện và đồng bộ về các nguồn gây ô nhiễm và quá trình lan truyền của chúng. Luận văn này tập trung vào việc ứng dụng mô hình ECOMSED để đánh giá vận chuyển trầm tích lơ lửng, cung cấp thông tin cho việc quản lý và bảo vệ môi trường.

1.1. Vị Trí Chiến Lược Ven Biển Hải Phòng Tổng Quan

Khu vực ven biển Hải Phòng là điểm giao thoa quan trọng giữa lục địa và biển, đóng vai trò như một màng lọc tự nhiên. Các cửa sông chính như Lạch Huyện, Nam Triệu, Cấm, Lạch Tray, Văn Úc và Thái Bình đều đổ ra biển tại đây. Vị trí này không chỉ thuận lợi cho phát triển kinh tế mà còn quan trọng về mặt sinh thái, với các hệ sinh thái đặc thù như vùng triều cửa sông, rừng ngập mặn và thảm cỏ biển. Tuy nhiên, sự phát triển kinh tế đã gây ra những tác động tiêu cực, làm gia tăng ô nhiễm và suy thoái môi trường. Theo tài liệu gốc, khu vực này đang đối mặt với tình trạng ô nhiễm nghiêm trọng, đòi hỏi các giải pháp quản lý và bảo vệ hiệu quả.

1.2. Tầm Quan Trọng Nghiên Cứu Vận Chuyển Trầm Tích Ven Biển

Việc nghiên cứu vận chuyển trầm tích ven biển là vô cùng quan trọng để hiểu rõ cơ chế và đề xuất các giải pháp khắc phục ô nhiễm, ổn định môi trường nước một cách bền vững. Các nghiên cứu trước đây còn hạn chế trong việc đánh giá toàn diện quá trình lan truyền chất ô nhiễm do thiếu dữ liệu về sự biến đổi hàm lượng chất ô nhiễm theo thời gian và không gian. Do đó, cần thiết phải có đánh giá đồng bộ về các nguồn gây ô nhiễm, số lượng các chất ô nhiễm như trầm tích lơ lửng, hữu cơ, dinh dưỡng đi vào các cửa sông chính ở Hải Phòng. Đồng thời, cần xem xét đánh giá sự lan truyền và các quá trình biến đổi của chúng trong nước vùng cửa sông ven biển.

II. Thách Thức Xói Lở Bồi Tụ Ven Biển Hải Phòng Hiện Nay

Sự phát triển kinh tế xã hội tại Hải Phòng đã gây ra nhiều thách thức về môi trường, đặc biệt là tình trạng ô nhiễm và suy thoái môi trường nước. Các chất ô nhiễm từ các nguồn thải lục địa và hoạt động kinh tế đã tích tụ trong khu vực cửa sông ven biển, gây ra những ảnh hưởng lớn đến hệ sinh thái và sức khỏe con người. Tình trạng xói lở bờ biển và bồi tụ ven biển diễn ra phức tạp, ảnh hưởng đến các hoạt động kinh tế và đời sống của cộng đồng địa phương. Để giải quyết những thách thức này, cần có các giải pháp quản lý và bảo vệ môi trường hiệu quả, dựa trên cơ sở khoa học và công nghệ.

2.1. Ô Nhiễm Môi Trường Nước Ven Biển Thực Trạng

Các kết quả điều tra nghiên cứu gần đây cho thấy môi trường nước ở khu vực cửa sông ven biển Hải Phòng đã có dấu hiệu ô nhiễm nghiêm trọng. Hàm lượng các chất lơ lửng gây vẩn đục cao, chất dinh dưỡng trong nước tăng, lượng oxy hòa tan trong nước ở một số nơi khá thấp, và xuất hiện một số độc tố trong cơ thể sinh vật với hàm lượng cao. Sự ô nhiễm môi trường ở khu vực này không chỉ tác động lớn đến các hệ sinh thái, làm suy giảm sự đa dạng và trữ lượng của nguồn lợi thủy sản, giảm sức hấp dẫn của các khu du lịch (Đồ Sơn, Cát Bà), ảnh hưởng đến sức khỏe của con người mà còn gián tiếp ảnh hưởng tới sự phát triển kinh tế - xã hội của thành phố.

2.2. Tác Động Nạo Vét Luồng Tàu Đến Vận Chuyển Trầm Tích

Việc nạo vét luồng tàu vào cảng Hải Phòng diễn ra hằng năm cũng làm cho các chất gây ô nhiễm tích tụ theo thời gian trong trầm tích có điều kiện phát tán trở lại môi trường nước. Điều này làm gia tăng thêm áp lực lên môi trường nước vốn đã bị ô nhiễm. Cần có các biện pháp quản lý và kiểm soát chặt chẽ hoạt động nạo vét để giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường. Theo tài liệu gốc, việc đánh giá các quá trình lan truyền chất gây ô nhiễm cho toàn bộ khu vực cửa sông ven biển Hải Phòng vẫn còn rất hạn chế.

III. Phương Pháp Ứng Dụng Mô Hình ECOMSED Tính Toán Trầm Tích

Để đánh giá và dự báo vận chuyển trầm tích lơ lửng, luận văn này sử dụng mô hình ECOMSED, một công cụ mạnh mẽ trong mô phỏng các quá trình thủy động lực và lan truyền trầm tích. Mô hình ECOMSED cho phép mô phỏng các quá trình vật lý, hóa học diễn ra trong môi trường nước, tính đến sự tương tác giữa các yếu tố động lực (sóng, dòng chảy, thủy triều) và các yếu tố môi trường (nhiệt độ, độ mặn). Việc áp dụng mô hình ECOMSED kết hợp với dữ liệu thực tế từ khảo sát và quan trắc sẽ giúp đánh giá chính xác hơn về tình hình lan truyền trầm tích và ảnh hưởng của nó đến môi trường nước.

3.1. Giới Thiệu Mô Hình ECOMSED Ưu Điểm và Ứng Dụng

ECOMSED (Estuarine Coastal and Ocean Model System with Sediments) là một mô hình mã nguồn mở về thủy động lực và lan truyền trầm tích ba chiều. Mô hình này cho phép mô phỏng các quá trình phức tạp diễn ra trong môi trường cửa sông ven biển, bao gồm cả sự tương tác giữa dòng chảy, sóng, thủy triều và trầm tích. Ưu điểm của ECOMSED là khả năng tích hợp nhiều yếu tố và quá trình khác nhau, cung cấp một cái nhìn toàn diện về hệ thống ven biển. Mô hình này đã được ứng dụng rộng rãi trong nghiên cứu và quản lý môi trường ven biển trên thế giới.

3.2. Cơ Sở Toán Học Mô Hình ECOMSED Thủy Động Lực và Trầm Tích

Mô hình ECOMSED dựa trên cơ sở toán học vững chắc, bao gồm các phương trình thủy động lực (Navier-Stokes) để mô phỏng dòng chảy và các phương trình lan truyền để mô phỏng vận chuyển trầm tích. Mô hình này cũng tính đến các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình vận chuyển trầm tích, như kích thước hạt, độ kết dính và tương tác giữa trầm tích và dòng chảy. Việc hiểu rõ cơ sở toán học của mô hình là rất quan trọng để hiệu chỉnh và kiểm định mô hình một cách chính xác.

3.3. Quy Trình Triển Khai và Hiệu Chỉnh Mô Hình ECOMSED

Việc triển khai mô hình ECOMSED đòi hỏi quy trình chặt chẽ, bao gồm thu thập và xử lý dữ liệu đầu vào (địa hình, khí tượng, thủy văn), thiết lập lưới tính, chạy mô hình và hiệu chỉnh mô hình. Quá trình hiệu chỉnh mô hình được thực hiện bằng cách so sánh kết quả tính toán với dữ liệu quan trắc thực tế, điều chỉnh các tham số của mô hình cho đến khi đạt được sự phù hợp tốt nhất. Việc kiểm định mô hình cũng rất quan trọng để đảm bảo độ tin cậy của kết quả mô phỏng.

IV. Kết Quả Mô Phỏng Vận Chuyển Trầm Tích Ven Biển Hải Phòng

Kết quả mô phỏng bằng mô hình ECOMSED cho thấy sự phân bố và vận chuyển trầm tích lơ lửng ở khu vực cửa sông ven biển Hải Phòng biến đổi theo mùa và theo pha triều. Vào mùa mưa, lượng trầm tích lơ lửng từ các sông đổ ra biển tăng lên, gây ra tình trạng vẩn đục nước. Vào mùa khô, lượng trầm tích lơ lửng giảm xuống, nhưng quá trình vận chuyển và lắng đọng vẫn diễn ra do tác động của thủy triều và dòng chảy. Kết quả mô phỏng cũng cho thấy khu vực cửa sông Bạch Đằng và Lạch Tray là những nơi tập trung nhiều trầm tích lơ lửng.

4.1. Phân Tích Trường Thủy Động Lực Ven Biển Hải Phòng

Kết quả mô phỏng trường thủy động lực cho thấy dòng chảy ở khu vực cửa sông ven biển Hải Phòng chịu ảnh hưởng mạnh mẽ của thủy triều. Dòng chảy triều có vận tốc lớn và hướng thay đổi theo pha triều. Ngoài ra, dòng chảy sông cũng đóng vai trò quan trọng trong việc vận chuyển trầm tích từ lục địa ra biển. Sự tương tác giữa dòng chảy triều và dòng chảy sông tạo ra các xoáy và dòng chảy phức tạp, ảnh hưởng đến quá trình vận chuyển và lắng đọng trầm tích.

4.2. Mô Phỏng Trầm Tích Lơ Lửng Mùa Mưa Phân Bố và Vận Chuyển

Vào mùa mưa, lượng trầm tích lơ lửng từ các sông đổ ra biển tăng lên đáng kể. Kết quả mô phỏng cho thấy nồng độ trầm tích lơ lửng cao nhất tập trung ở khu vực cửa sông và giảm dần ra phía biển. Quá trình vận chuyển trầm tích lơ lửng chủ yếu diễn ra theo hướng dòng chảy triều và dòng chảy sông. Một phần trầm tích lơ lửng lắng đọng ở khu vực cửa sông, trong khi phần còn lại được vận chuyển ra phía biển và lắng đọng ở các khu vực xa bờ.

4.3. Mô Phỏng Trầm Tích Lơ Lửng Mùa Khô Ảnh Hưởng Thủy Triều

Vào mùa khô, lượng trầm tích lơ lửng từ các sông đổ ra biển giảm xuống, nhưng quá trình vận chuyển và lắng đọng vẫn diễn ra do tác động của thủy triều và dòng chảy. Kết quả mô phỏng cho thấy thủy triều đóng vai trò quan trọng trong việc phân tán trầm tích lơ lửng ở khu vực cửa sông ven biển Hải Phòng. Dòng chảy triều có thể vận chuyển trầm tích lơ lửng đi xa và lắng đọng ở các khu vực khác nhau, tùy thuộc vào pha triều và điều kiện địa hình.

V. Đề Xuất Giải Pháp Quản Lý Vận Chuyển Trầm Tích Ven Biển

Dựa trên kết quả nghiên cứu và mô phỏng, cần có các giải pháp quản lý tổng hợp để giảm thiểu tác động tiêu cực của vận chuyển trầm tích đến môi trường nước và hệ sinh thái ven biển Hải Phòng. Các giải pháp này bao gồm kiểm soát nguồn thải, quản lý hoạt động nạo vét, xây dựng các công trình bảo vệ bờ biển và phục hồi các hệ sinh thái ven biển. Việc áp dụng các giải pháp này cần được thực hiện một cách đồng bộ và có sự tham gia của cộng đồng địa phương.

5.1. Kiểm Soát Nguồn Thải Giảm Thiểu Ô Nhiễm Trầm Tích

Kiểm soát nguồn thải là một trong những giải pháp quan trọng nhất để giảm thiểu ô nhiễm trầm tích ở khu vực cửa sông ven biển Hải Phòng. Cần có các biện pháp kiểm soát chặt chẽ các nguồn thải từ các khu công nghiệp, khu dân cư và hoạt động nông nghiệp. Các nguồn thải cần được xử lý trước khi xả ra môi trường để giảm thiểu lượng trầm tích và các chất ô nhiễm khác đổ ra biển.

5.2. Quản Lý Nạo Vét Giảm Phát Tán Trầm Tích Ô Nhiễm

Hoạt động nạo vét luồng tàu có thể gây ra phát tán trầm tích ô nhiễm, ảnh hưởng đến môi trường nước và hệ sinh thái ven biển. Cần có các quy định và biện pháp quản lý chặt chẽ hoạt động nạo vét để giảm thiểu tác động tiêu cực. Các biện pháp này bao gồm lựa chọn phương pháp nạo vét phù hợp, quản lý chất thải nạo vét và giám sát chất lượng nước trong quá trình nạo vét.

5.3. Giải Pháp Công Trình và Phi Công Trình Bảo Vệ Bờ Biển

Xây dựng các công trình bảo vệ bờ biển, như đê chắn sóng, kè và tường chắn, có thể giúp giảm thiểu tình trạng xói lở bờ biển và bảo vệ các khu vực ven biển khỏi tác động của sóng và dòng chảy. Ngoài ra, các giải pháp phi công trình, như trồng rừng ngập mặn và phục hồi các hệ sinh thái ven biển, cũng có thể giúp tăng cường khả năng chống chịu của bờ biển trước các tác động tự nhiên.

VI. Kết Luận và Hướng Nghiên Cứu Vận Chuyển Trầm Tích Tương Lai

Luận văn đã trình bày kết quả nghiên cứu về ứng dụng mô hình ECOMSED để tính toán vận chuyển trầm tích lơ lửng ở khu vực cửa sông ven biển Hải Phòng. Kết quả nghiên cứu đã cung cấp những thông tin quan trọng về sự phân bố và vận chuyển trầm tích lơ lửng, giúp hiểu rõ hơn về các quá trình động lực học và môi trường diễn ra trong khu vực. Trong tương lai, cần có các nghiên cứu sâu hơn về tác động của biến đổi khí hậu và nước biển dâng đến vận chuyển trầm tích và đề xuất các giải pháp thích ứng phù hợp.

6.1. Tổng Kết Kết Quả Nghiên Cứu Vận Chuyển Trầm Tích

Nghiên cứu đã thành công trong việc ứng dụng mô hình ECOMSED để mô phỏng quá trình vận chuyển trầm tích lơ lửng ở khu vực cửa sông ven biển Hải Phòng. Kết quả mô phỏng đã được kiểm định bằng dữ liệu quan trắc thực tế và cho thấy sự phù hợp tốt. Nghiên cứu đã cung cấp những thông tin quan trọng về sự phân bố và vận chuyển trầm tích lơ lửng, giúp hiểu rõ hơn về các quá trình động lực học và môi trường diễn ra trong khu vực.

6.2. Hướng Nghiên Cứu Tương Lai Biến Đổi Khí Hậu và Nước Biển Dâng

Trong tương lai, cần có các nghiên cứu sâu hơn về tác động của biến đổi khí hậu và nước biển dâng đến vận chuyển trầm tích ở khu vực cửa sông ven biển Hải Phòng. Biến đổi khí hậu có thể làm thay đổi chế độ mưa, dòng chảy và thủy triều, ảnh hưởng đến quá trình vận chuyển và lắng đọng trầm tích. Nước biển dâng có thể làm ngập lụt các khu vực ven biển và thay đổi cấu trúc bờ biển, ảnh hưởng đến quá trình vận chuyển trầm tích.

Tổng quan nghiên cứu

Khu vực cửa sông ven biển Hải Phòng là vùng trọng điểm phát triển kinh tế phía Bắc Việt Nam, với cảng biển lớn và các khu vực bảo tồn sinh thái quan trọng như vịnh Hạ Long, Cát Bà và Đồ Sơn. Vùng này có mạng lưới sông ngòi dày đặc với mật độ khoảng 0,6-0,8 km/km², gồm các cửa sông chính như Lạch Huyện, Nam Triệu, Cấm, Lạch Tray, Văn Úc và Thái Bình. Sự phát triển kinh tế xã hội mạnh mẽ trong những năm gần đây đã làm gia tăng lượng chất gây ô nhiễm, đặc biệt là trầm tích lơ lửng (TSS), gây ô nhiễm môi trường nước và ảnh hưởng tiêu cực đến hệ sinh thái, nguồn lợi thủy sản và sức khỏe con người.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là triển khai ứng dụng mô hình ECOMSED để tính toán vận chuyển trầm tích lơ lửng trong khu vực cửa sông ven biển Hải Phòng, nhằm đánh giá quá trình lan truyền và biến đổi trầm tích trong môi trường nước. Phạm vi nghiên cứu bao gồm toàn bộ vùng cửa sông ven biển Hải Phòng với các sông chính và vùng biển ven bờ, tập trung phân tích chi tiết tại cửa sông Bạch Đằng, Lạch Tray và ảnh hưởng đến các khu vực Đồ Sơn, Cát Hải, Cát Bà. Nghiên cứu sử dụng số liệu quan trắc khí tượng thủy văn từ năm 1990 đến 2011, cùng các dữ liệu địa hình, thủy văn và môi trường trầm tích.

Việc ứng dụng mô hình ECOMSED giúp mô phỏng chính xác các quá trình thủy động lực, sóng và vận chuyển trầm tích ba chiều, cung cấp thông tin khoa học quan trọng cho việc quản lý môi trường, kiểm soát ô nhiễm và phát triển bền vững khu vực cửa sông ven biển Hải Phòng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Mô hình thủy động lực ECOM: Mô hình ba chiều, phụ thuộc thời gian, mô tả chuyển động nước dựa trên phương trình chuyển động và bảo toàn nhiệt-muối, sử dụng xấp xỉ thủy tĩnh và Boussinesq. Hệ số khuếch tán và nhớt được xác định theo lý thuyết rối của Mellor và Yamaha, với các tham số hiệu chỉnh phù hợp.

• Mô hình sóng GLERL: Mô hình tham số dựa trên phương pháp bảo tồn động lượng, mô phỏng chiều cao, chu kỳ và hướng sóng trong vùng nước sâu và nông, tích hợp với mô hình thủy động lực ECOM để mô phỏng tương tác sóng - dòng chảy.

• Mô hình vận chuyển trầm tích SED: Thành phần trong ECOMSED mô phỏng quá trình vận chuyển trầm tích kết dính và không kết dính, bao gồm các quá trình tái lơ lửng, kết bông, lắng đọng và vận chuyển trong cột nước. Mô hình sử dụng các công thức thực nghiệm của Van Rijn và các nghiên cứu về tái lơ lửng trầm tích, đồng thời tính đến ứng suất trượt đáy và tương tác sóng - dòng chảy.

Các khái niệm chính bao gồm: trầm tích lơ lửng (TSS), ứng suất trượt đáy, tái lơ lửng trầm tích, lắng đọng trầm tích kết dính và không kết dính, mô hình thủy động lực ba chiều, mô hình sóng tham số.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp mô hình hóa toán học kết hợp với thu thập và phân tích số liệu thực địa:

• Nguồn dữ liệu: Số liệu khí tượng thủy văn (gió, mưa, nhiệt độ, bức xạ, mực nước triều, dòng chảy, sóng) thu thập từ các trạm quan trắc trong giai đoạn 1990-2011; dữ liệu địa hình đáy biển và đường bờ từ bản đồ địa hình tỷ lệ 1:50.000 và 1:25.000; số liệu môi trường trầm tích và chất lượng nước thu thập tại các điểm cửa sông trong năm 2009.

• Phương pháp phân tích: Áp dụng mô hình ECOMSED để mô phỏng trường thủy động lực, sóng và vận chuyển trầm tích lơ lửng trong khu vực nghiên cứu. Mô hình được hiệu chỉnh và kiểm định bằng cách so sánh kết quả mô phỏng với số liệu quan trắc thực tế tại các trạm Hòn Dáu, B1, B2, B3.

• Timeline nghiên cứu: Thu thập số liệu và khảo sát hiện trường trong năm 2009, xây dựng và hiệu chỉnh mô hình trong năm 2010, phân tích kết quả và hoàn thiện luận văn trong năm 2011-2012.

Cỡ mẫu khảo sát bao gồm nhiều điểm lấy mẫu trầm tích và nước tại các cửa sông chính, với số liệu quan trắc liên tục và không liên tục nhằm đảm bảo tính đại diện và độ tin cậy cho mô hình.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Mô phỏng trường thủy động lực: Kết quả mô hình cho thấy dòng chảy triều chiếm ưu thế với tốc độ cực đại tầng đáy đạt 42 cm/s tại cửa sông, dao động mực nước trung bình tháng trong giai đoạn 2004-2007 từ 176 cm đến 211 cm. Mô hình mô phỏng dao động mực nước và dòng chảy tương đối chính xác với sai số BIAS và RMSE thấp, thể hiện qua biểu đồ so sánh với số liệu quan trắc tại trạm Hòn Dáu.

2. Lan truyền trầm tích lơ lửng mùa mưa: Hàm lượng TSS trung bình tại các cửa sông trong mùa mưa đạt 300-500 g/m³, cao gấp 3-5 lần so với mùa khô. Mô hình mô phỏng phân bố trầm tích lơ lửng cho thấy trầm tích tập trung nhiều tại cửa sông Bạch Đằng và Lạch Tray, lan truyền ra vùng biển ven bờ ảnh hưởng đến khu vực Đồ Sơn và Cát Bà.

3. Lan truyền trầm tích lơ lửng mùa khô: Hàm lượng TSS giảm xuống còn 50-100 g/m³, phân bố trầm tích ít biến động hơn, tập trung gần cửa sông và khu vực bãi triều. Mô hình phản ánh rõ sự giảm tải trầm tích theo mùa, phù hợp với số liệu quan trắc thực tế.

4. Ảnh hưởng của sóng và gió: Sóng biển có chiều cao trung bình 0,5-0,9 m, hướng sóng thay đổi theo mùa, tác động đến ứng suất trượt đáy và quá trình tái lơ lửng trầm tích. Gió mùa đông bắc và tây nam với vận tốc trung bình 3,2-6,1 m/s ảnh hưởng đến dòng chảy và phân bố trầm tích.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của sự biến đổi trầm tích lơ lửng là do sự kết hợp của dòng chảy sông, thủy triều và tác động của sóng, gió theo mùa. Mùa mưa với lưu lượng nước sông lớn và gió mạnh làm tăng ứng suất trượt đáy, thúc đẩy tái lơ lửng và vận chuyển trầm tích ra biển. Mùa khô, lưu lượng nước giảm, sóng và gió yếu hơn, trầm tích dễ lắng đọng tại cửa sông và bãi triều.

So sánh với các nghiên cứu trong và ngoài nước cho thấy mô hình ECOMSED có khả năng mô phỏng chính xác các quá trình thủy động lực và vận chuyển trầm tích ba chiều, vượt trội hơn các mô hình hai chiều trước đây. Kết quả mô hình cung cấp cơ sở khoa học để đánh giá mức độ ô nhiễm trầm tích và đề xuất các giải pháp quản lý môi trường hiệu quả.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ so sánh hàm lượng TSS mùa mưa và mùa khô, bản đồ phân bố trầm tích lơ lửng theo không gian, biểu đồ dao động mực nước và dòng chảy tại các trạm quan trắc.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tăng cường quan trắc và giám sát môi trường: Thiết lập hệ thống quan trắc liên tục tại các cửa sông chính để theo dõi biến động trầm tích và chất lượng nước, nhằm cập nhật dữ liệu phục vụ mô hình và quản lý môi trường. Chủ thể thực hiện: Sở Tài nguyên và Môi trường Hải Phòng, thời gian: 1-2 năm.

2. Áp dụng mô hình ECOMSED trong quản lý vùng ven biển: Sử dụng mô hình để dự báo và đánh giá tác động của các hoạt động nạo vét, xây dựng cảng và phát triển kinh tế ven biển, từ đó đề xuất các biện pháp giảm thiểu ô nhiễm trầm tích. Chủ thể: Viện Hải dương học, các cơ quan quản lý, thời gian: 3 năm.

3. Kiểm soát nguồn thải ô nhiễm từ thượng nguồn và ven bờ: Xây dựng và thực hiện các chính sách kiểm soát chất thải công nghiệp, nông nghiệp và sinh hoạt, giảm lượng chất gây ô nhiễm đưa vào hệ thống sông. Chủ thể: UBND thành phố Hải Phòng, các ngành liên quan, thời gian: 5 năm.

4. Phục hồi và bảo vệ hệ sinh thái ven biển: Thực hiện các dự án trồng rừng ngập mặn, bảo vệ bãi triều và các hệ sinh thái đặc thù nhằm tăng khả năng giữ lại và xử lý trầm tích tự nhiên. Chủ thể: Các tổ chức bảo tồn môi trường, cộng đồng địa phương, thời gian: 5 năm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Nhà quản lý môi trường và quy hoạch ven biển: Sử dụng kết quả mô hình để hoạch định chính sách quản lý ô nhiễm, phát triển bền vững vùng cửa sông ven biển.

2. Các nhà khoa học và nghiên cứu hải dương học: Tham khảo phương pháp mô hình hóa thủy động lực và vận chuyển trầm tích ba chiều, áp dụng cho các nghiên cứu tương tự.

3. Doanh nghiệp và nhà đầu tư cảng biển, giao thông thủy: Hiểu rõ tác động môi trường của hoạt động nạo vét, xây dựng cảng để điều chỉnh kế hoạch khai thác phù hợp.

4. Cộng đồng địa phương và tổ chức bảo vệ môi trường: Nắm bắt thông tin về tình trạng ô nhiễm và các giải pháp bảo vệ môi trường, tham gia vào các hoạt động bảo tồn và giám sát.

Câu hỏi thường gặp

1. Mô hình ECOMSED có ưu điểm gì so với các mô hình khác?
   ECOMSED là mô hình thủy động lực và vận chuyển trầm tích ba chiều, mô phỏng chi tiết các quá trình tái lơ lửng, kết bông và lắng đọng trầm tích kết dính và không kết dính. Mô hình tích hợp mô phỏng sóng và dòng chảy, cho kết quả chính xác hơn so với mô hình hai chiều.

2. Dữ liệu nào được sử dụng để hiệu chỉnh mô hình?
   Số liệu quan trắc khí tượng thủy văn, mực nước triều, dòng chảy và hàm lượng trầm tích lơ lửng tại các trạm Hòn Dáu, B1, B2, B3 trong năm 2009 được sử dụng để hiệu chỉnh và kiểm định mô hình.

3. Tại sao trầm tích lơ lửng lại quan trọng trong nghiên cứu môi trường ven biển?
   Trầm tích lơ lửng ảnh hưởng đến chất lượng nước, khả năng sinh trưởng của sinh vật thủy sinh, và có thể mang theo các chất ô nhiễm gây hại. Hiểu rõ vận chuyển trầm tích giúp kiểm soát ô nhiễm và bảo vệ hệ sinh thái.

4. Mô hình có thể áp dụng cho các khu vực khác không?
   Có, mô hình ECOMSED có thể được điều chỉnh và áp dụng cho các vùng cửa sông ven biển khác có điều kiện thủy động lực tương tự, giúp đánh giá vận chuyển trầm tích và ô nhiễm.

5. Giải pháp nào hiệu quả nhất để giảm ô nhiễm trầm tích?
   Kiểm soát nguồn thải từ thượng nguồn và ven bờ, kết hợp với phục hồi hệ sinh thái ven biển như rừng ngập mặn, là các giải pháp hiệu quả giúp giảm lượng trầm tích ô nhiễm và cải thiện môi trường nước.

Kết luận

• Luận văn đã triển khai thành công mô hình ECOMSED để mô phỏng vận chuyển trầm tích lơ lửng khu vực cửa sông ven biển Hải Phòng, cung cấp kết quả chính xác và phù hợp với số liệu quan trắc thực tế.
• Phân tích cho thấy sự biến động rõ rệt của trầm tích theo mùa, với hàm lượng TSS cao gấp 3-5 lần vào mùa mưa so với mùa khô.
• Mô hình giúp hiểu rõ cơ chế vận chuyển trầm tích chịu ảnh hưởng của dòng chảy sông, thủy triều, sóng và gió, từ đó hỗ trợ quản lý môi trường hiệu quả.
• Đề xuất các giải pháp kiểm soát nguồn thải, tăng cường quan trắc và bảo vệ hệ sinh thái ven biển nhằm phát triển bền vững khu vực.
• Tiếp theo, cần mở rộng ứng dụng mô hình cho các vùng cửa sông khác và tích hợp thêm các yếu tố sinh thái để nâng cao hiệu quả quản lý môi trường ven biển.

Hành động ngay hôm nay để bảo vệ môi trường cửa sông ven biển Hải Phòng, góp phần phát triển kinh tế xã hội bền vững và bảo tồn tài nguyên thiên nhiên quý giá.