Luận văn Mô phỏng quá trình lan truyền vật chất ô nhiễm dưới tác động của các yếu tố động lực tại vịnh Cam Ranh bằng mô hình số

ành phố Cam Ranh, thuộc tỉnh Khánh Hòa, giới hạn bởi các kinh độ 109o07,171’ và 109o12,967’ Đông, các vĩ độ 12o 49.227’ và 12o07.011’ Bắc là một vực nước tương đối kín và thường được phân biệt thành 2 thành phần: - Đầm Thủy Triều kéo dài từ phía nam núi Cù Hin đến Mỹ Ca, phần này dài khoảng 16km và có chiều ngang hẹp, chỗ hẹp nhất chỉ đạt khoảng 250m. 25 - Phần trong của vịnh Cam Ranh có chiều dài hơn 19km, chiều ngang chỗ rộng nhất khoảng 7km, thong với phần ngoài qua eo Sộp rộng 1,4km. Bao chung quanh khu vực vịnh Cam Ranh có 11 xã/phường thuộc thành phố Cam Ranh (các phường Cam Phúc Bắc, Cam Phúc Nam, Cam Phú, Cam Thuận, Cam Linh, Cam Lợi, Ba Ngòi, các xã Cam Nghĩa, Cam Thịnh Đông, Cam Bình, Cam Lập) và 5 xã thuộc huyện Cam Lâm (xã Cam Hòa, Cam Hải Đông, Cam Hải Tây, Cam Đức và Cam Thành Bắc) Phân bố tập trung dọc bờ tây của vực nước là các khu dân cư, các cơ sở công nghiệp (nhà máy đường, nhà máy đóng tàu, nhà máy chế biến thủy sản,) các cảng hàng hóa (công suất khoảng 400 lượt tàu/năm) và cảng cá Ba Ngòi. Các sự cố về môi trường thỉnh thoảng xảy ra ở các khu vực lân cận điểm xả thải của nhà máy đường , các ao nuôi thủy sản cũng phát triển chủ yếu theo ven bờ tây và nam. 2.1.2 Đặc điểm gió Hoạt động của gió theo hai hướng chủ yếu trong năm: hướng đông nam và tây nam (thịnh hành trong mùa khô), bắc và đông bắc (thịnh hành trong mùa mưa) tốc độ gió trung bình từ 3,6 đến 5,1 m/s. Gió khô nóng tập trung vào một số ngày trong tháng 8 với tính chất làm tăng nhiệt độ, giảm độ ẩm trong không khí. Do dặc điểm địa hình chi phối nên làm thay đổi cả tốc độ và hướng gió ở Cam Ranh so với các vùng khác trong vùng biển Khánh Hòa. Ở Nha Trang, tần suất gió hướng đông vượt quá 30% trong hầu hết các tháng mùa hạ, ở Cam Ranh vào thời kỳ này tần suất gió tây nam lại lấn át so với gió đông nam. Ngoài ra, vùng Cam Ranh còn chịu sự tác động tổng hợp của hai hệ thống gió mùa và gió đất – biển đã tạo nên những đặc điểm khác biệt trong biến động ngày đêm của gió trong khu vực. Vào mùa hè, gió thổi từ đất liền ra biển với tốc độ tương đối nhỏ nhưng vào buổi tối, gió thổi từ biển vào bờ với tốc độ tương đối lớn. Vào các buổi chiều, từ tháng XI đến tháng I, gió thổi chủ yếu từ hướng Bắc, từ tháng II đến tháng III gió có hướng đông – đông bắc, từ tháng IV đến tháng V gió lại có hướng đông – đông nam, từ tháng VI đến tháng VIII gió lại có hướng tây – nam, từ tháng IX đến tháng XII gió chuyển dần từ tây nam sang đông nam và cuối cùng ổn định ở hướng nam vào tháng XI đến hết tháng I năm sau. 26 2.1.3 Đặc điểm thủy, hải văn a. Đặc điểm thủy văn Hệ thống sông suối trong khu vực nghiên cứu không nhiều, bắt nguồn chủ yếu từ vùng đồi núi kéo dài thành hình cánh cung từ phía bắc (núi Cù Hin) vòng qua phía tây đến phía nam và đông nam (bán đảo Sộp). Một số lưu vực nằm trên địa phận của các tỉnh lân cận. Các sông suối hầu hết đều mang đặc trưng của địa hình khu vực miền trung là ngắn, dốc và nhỏ. Đáng chú ý có các hệ thống sông sau đây: - Sông Trường gồm 2 nhánh có chiều dài nguyên thủy là 11,4km và 17 km đổ vào khu vực đỉnh đầm. Do việc xây đập thủy lợi Cam Ranh Thượng, chiều dài thực tế hiện nay của các nhánh sông này còn lần lượt là 9,8km và 8km. hệ thống sông này nhận nước từ một lưu vực rộng 109,2km2. Nước từ một phần lưu vực rộng khoảng 62,3km được giữ lại bởi hồ thủy lợi Cam Ranh Thượng có diện tích 2.400.000 m2, dung tích 22 triệu m2. Ngoài việc cấp nước tưới, một phần nước qua đập tràn được dẫn về Cam Đức dung trong cấp nước sinh hoạt. Phần sông phía đông nhận được nước từ lưu vực rộng 46,9km2 trong đó 31,8km2 là sườn phía nam núi Cù Hin, vùng còn lại là đồng bằng cát. - Sông Cạn (còn được gọi là suối Nước Ngọt) có chiều dài 20km, đổ vào phần phía bắc vịnh Cam Ranh. Sông này chỉ có nước vào mùa mưa, lượng nước không lớn. - Sông Trà Dục, còn được gọi là sông Tà Rục, có chiều dài 22km và Suối Hành (dài 19km) đổ vào phía tây nam vịnh ở khu vực gần cảng Ba Ngòi; lưu vực của 2 sông này rộng 186km2. Phía trên đã xây dựng đập Tà Rục để ngăn nước từ phần lưu vực rộng 63,3km2 phía tây sông Tà Dục. Dung tích thiết kế của hồ này là 22,65 triệu m3. Ở thượng nguồn Suối Hành cũng có đập Suối Hành đã đi vào sử dụng từ nhiều năm nay. Dung tích của hồ là 8 triệu km3. - Đổ vào vịnh Cam ranh ở khu vực Cam Thịnh Đông là 2 sông nhỏ có chiều dài lần lượt là 6 và 7km có diện tích lưu vực 25 km2. Tại khu vực Cam Lập có sông Cạn dài 10km được cung cấp nước từ lưu vực rộng 63,3km2 và sông Trâu (diện tích lưu vực 94,5km2, chủ yếu nằm trong địa phận tỉnh Ninh Thuận). Sông Cạn hầu như chỉ có nước vào mùa mưa. Trong lưu vực sông Trâu, vào năm 2005 27 tỉnh Ninh Thuận đã xây dựng đập thủy điện sông Trâu (dung tích 33 triệu m3) nên lượng nước đổ vào vịnh Cam Ranh không đáng kể. Phía đông nam là vùng núi đá của bán đảo Sộp. Diện tích lưu vực 50,0km2, khu vực này có các suối nhỏ và ngắn đổ trực tiếp vào vịnh trong đó có suối Nước Ngọt có khả năng sử dụng vào việc phục vụ du lịch. Ngoài ra còn có các suối nhỏ tích nước vào mùa mưa. b. Đặc điểm hải văn: Sóng biển: do Cam Ranh là vịnh kín nên sóng ở khu vực này nhỏ và yếu. Đặc trưng của sóng thay đổi theo mùa: vào mùa khô, ở phía bắc của vịnh Cam Ranh và vùng cửa vịnh, sóng thường nhỏ hơn ở phía nam. độ cao của sóng hướng tây nam thường nhỏ hơn nhiều so với hướng đông bắc. Thủy triều: vùng biển Khánh Hòa trải dài theo chiều kinh tuyến, với khoảng 120km và có nhiều vũng vịnh sâu, kín, khúc khuỷu. Vì vậy, chế độ thủy triều biến đổi từ vùng này sang vùng khác. ở khu vực vịnh Cam Ranh, chế độ triều là bán nhật triều, biên độ triều trung bình 1,5m.. Dòng chảy: phân bố dòng chảy trên toàn bộ bề mặt vịnh tương đối phức tạp, phương và chiều của dòng chảy tại các điểm biến đổi khá rõ rệt. Theo số liệu khảo sát tháng 8 năm 2003 cho thấy: vận tốc dòng chảy cao nhất tại tầng mặt là 46cm/s. ở khu vực trung tâm vịnh, tốc độ dòng chảy dao động trong khoảng 6 – 46cm/s, cao hơn ở khu vực đầm Thủy Triều (tốc độ nhỏ khoảng 4-7cm/s). Tại các eo và khu vực hẹp tốc độ dòng chảy tương đối lớn: mũi Hòn Lương 26cm/s, vùng bở thôn Mỹ Ca 32cm/s. Vào pha triều lên, có thể thấy xu thế truyền triều từ đông sang tây, từ nam lên bắc. Đặc biệt, giai đoạn khảo sát vào thời kỳ triều cường vì vậy tốc độ và hướng dòng tầng mặt và đáy sai khác rất ít. 2.1.4 Đặc điểm nhiệt - muối Vịnh Cam Ranh là vịnh tương đối nhỏ và độ sâu trung bình tương đối thấp. Khả năng trao đổi nước giữa vịnh và Biển Đông tương đối mạnh thông qua cửa lớn phía đông nam. Mặt khác, vịnh Cam Ranh không chịu ảnh hưởng bởi khối nước ngọt từ hệ thống cửa sông nên bức tranh phân bố nhiệt muối thể hiện rất đặc trưng của nước biển từ ngoài cửa lớn truyền vào vịnh. Trên cơ sở phân tích xu thế 28 biến động theo không gian và thời gian các yếu tố nhiệt - muối cho thấy: Nhiệt độ nước có thể đạt cực đại 32,0°C vào mùa hè, đạt cực tiểu 20,27°C vào mùa đông, độ muối đạt cực đại 34,42‰ vào mùa hè và cực tiểu 29.51‰ vào mùa đông. Phân bố nhiệt độ tầng mặt: nhiệt độ giảm dần từ 32°C ở đỉnh đầm Thủy Triều đến 25°C ở cửa vịnh. Nhiệt độ thấp nhất là 24,53°C, cao nhất là 32,33°C, nhiệt độ trung bình của tầng mặt toàn vịnh là 28,21°C. Phân bố nhiệt độ tầng đáy: nhiệt độ giảm dần từ đỉnh đầm Thủy Triều ra tới cửa vịnh Cam ranh (từ 31,5°C xuống 21°C). Nhiệt độ thấp nhất là 20,27°C, nhiệt độ cao nhất là 32,16°C, trung bình tầng đáy toàn vịnh là 23,55°C. Sự chênh lệch của nhiệt độ trung bình ở tầng đáy so với tầng mặt tương đối cao (5,58°C). Phân bố độ mặn ở tầng mặt: các đường đồng mức độ mặn có giá trị giảm dần từ cửa vịnh lên phía bắc. Biến đổi độ mặn theo không gian tương đối rõ rệt và đều đặn so với nhiệt độ. độ mặn thấp là 30,59‰, cao nhất là 34,16‰, mức chênh lệch là 3,57‰, giá trị trung bình tầng mặt là 33,47‰. Phân bố độ mặn ở tầng đáy, các đường đẳng độ mặn cũng có giá trị giảm dần từ cửa vịnh trở vào nhưng mức độ chênh lệch cao hơn một chút. Cực tiểu độ mặn là 29,51‰, cực đại là 34,42‰ và độ mặn trung bình 33,85‰. Chênh lệch độ mặn trung bình giữa tầng mặt và tầng đáy là 0,38‰. 2.1.5 Đặc điểm dòng chảy Dòng chảy vịnh Cam Ranh cũng chịu ảnh hưởng chủ yếu bởi ba yếu tố chính: Hệ thống gió mùa và gió địa phương, địa hình khu vực vịnh, quá trình truyền triều từ biển vào. Tuy nhiên, vịnh tương đối kín chỉ thông qua ra biển khơi bằng một cửa duy nhất, độ sâu và chiều rộng của vịnh không lớn, vịnh trải dài, phần đỉnh vịnh nhỏ hẹp nên dòng chảy ở đây hoàn toàn bị chi phối bởi dòng triều. Vào mùa khô, dòng chảy tầng mặt trừ khu vực đầm Thủy Triều các khu vực khác có độ sâu tương đối lớn D ≈ 20m, do đó tốc độ dòng chảy phân bố tương đối đều Vtb ≈ 0,15m/s, Vmax ≈ 0.27m/s, tốc độ dòng chảy lớn xuất hiện dọc trung tâm của vịnh, vịnh Bình Ba. Dải ven bờ phía tây và đầm thủy triều có tốc độ dòng chảy nhỏ hơn. Do khu vực có độ sâu lớn tập trung dọc theo trục vịnh nên hướng dòng chảy chỉ có chiều vào và ra. Riêng khu vực phía nam của vịnh đã hình thành 29 hoàn lưu xoáy thuận tương đối rõ nét. Điều này có thể lý giải do vịnh Cam ranh là một lạch hẹp, sâu nên dòng triều trên các tầng là tương đối đồng nhất. Nhìn chung khả năng trao đổi nước trên toàn vịnh vào mùa khô là tương đối tốt, trừ dải ven bờ phía tây đầm Thủy Triều (nơi có độ sâu nhỏ). Vào mùa mưa, dòng chảy tầng mặt có tốc độ lớn tại khu vực trung tâm vịnh dao động trong khoảng Vtb ≈ 0,25m/s, Vmax ≈ 0.50m/s và có xuất hiện xoáy thuận phía nam tương đối rõ nét. Khả năng trao đổi nước trên toàn vịnh là khá tốt. Theo đánh giá của các đề tài khác, thời kỳ này ngoài tác động của dòng chảy thì còn có tác động đáng kể của sóng mặt giúp quá trình trao đổi nước được tốt hơn. Sự phân bố của dòng chảy tại vịnh Cam Ranh cho thấy dòng triều có vai trò quyết định trong quá trình trao đổi nước của vịnh. Trong vịnh Cam Ranh có dòng chảy đồng nhất cà về hướng và cường độ, hướng dòng chảy tập trung theo xu thế chảy vào – ra. Khu vực phía nam vịnh hình thành tương đối rõ nét hoàn lưu xoáy thuận. Phần phía đông trao đổi nước tốt hơn bờ tây. Nhìn chung đây là vịnh có sự trao đổi nước với biển lớn rất tốt. 2.1.6 Đặc điểm thủy triều và dao động mực nước Vịnh Cam Ranh có dòng chảy chịu tác động của thủy triều là chủ yếu do đó trao đổi nước, khả năng tự làm sạch, khả năng chống tai biến thiên nhiên phụ thuộc chặt chẽ vào chế độ triều cũng như dao động mực nước. Vì vịnh trao đổi với biển lớn thông qua 1 cửa nên chịu ảnh hưởng của chế độ triều trong khu vực biển Khánh Hòa. Thủy triều trong khu vực biển Khánh Hòa mang tính chất nhật triều không đều. Các kết quả nghiên cứu và tính toán từ số liệu mực nước tại trạm Cầu Đá Nha Trang cho thấy rằng, giá trị của chỉ số Vaderstok là 2.6. Kết quả thống kê cùng chỉ ra rằng: mực nước cao nhất là 235cm, mực nước thấp nhất là 4cm, mực nước trung bình là 124cm. Biên độ dao động mực nước lớn nhất trong năm là 222cm, trung bình là 212cm. 2.2 ĐẶC ĐIỂM KINH TẾ - Xà HỘI Thành phố Cam Ranh gồm 9 phường và 18 xã. Tổng dân số thành phố ước đạt 500.224 người, với mật độ dân số đạt 400 người/km2. Dân cư chủ yếu là dân tộc Kinh, phân bố không đồng đều, tập trung đông ở tất cả các phường và một số xã 30 như Cam Đức, Cam Bình, Cam Thành Bắc, Cam Hải Tây, nơi nằm ven các trục giao thông, cảng biển hoặc là địa bàn thuận lợi cho hình thành, phát triển đô thị và các khu công nghiệp, địch vụ, du lịch. Thành phố Cam Ranh có nhịp độ phát triển các ngành kinh tế khá cao, đặc biệt là trong các ngành công nghiệp, dịch vụ và du lịch. Khu vực mang các đặc điểm địa sinh thái của vùng ven biển Nam Trung Bộ, vì thế tài nguyên ven biển tạo các sinh kế chính cho cộng đồng. bên cạnh hoạt động nông nghiệp (lúa và hoa màu) ở các vùng đồng bằng nhỏ hẹp ven biển là hoạt động đánh bắt, nuôi trồng thủy hải sản, khai thác khoáng sản và công nghiệp chế biến. Nền kinh cơ cấu kinh tế chính của thành phố Cam Ranh là: công nghiệp, nông nghiệp, du lịch, dịch vụ. Các ngành công nghiệp chủ yếu là: Chế biển thực phẩm, đường, chế biến thức ăn thủy sản, chế biến các sản phẩm lâm nghiệp,; Công nghiệp sản xuất vật liệu xây dựng, thủy sản đông lạnh, muối; Công nghiệp cơ khí, hóa chất (Nhà máy sữa chữa ôtô, tàu thuyền, chất tẩy rửa). Hoạt động sản xuất nông nghiệp cũng đóng vai trò lớn trong tỷ trọng kinh tế của thành phố nhưng cũng góp phần làm suy giảm chất lượng môi trường. Kinh tế thủy sản cũng là một thế mạnh của Khánh Hòa nói chung và của Cam Ranh nói riêng. Sản lượng thủy sản ước đạt 21.103 tấn, nuôi trồng đạt 3.602 tấn, trong đó tôm hùm trên 600 tấn, rong sụn trên 2.165 tấn, nhuyễn thể 200 tấn, cá biển 20 tấn, Tuy nhiên với phương thức khai thác vẫn còn lạc hậu, các nguồn lợi tài nguyên và môi trường biển luôn bị đe dọa và ngày càng cạn kiệt. Kinh tế du lịch cũng là một trong những ngành mũi nhọn của thành phố và tỉnh. Nhưng đây cũng là một lĩnh vực có nhiều sức ép đối với các vấn đề tài nguyên, môi trường, xã hội cho các nhà quản lý, các nhà khoa học cũng như toàn thể cộng đồng. Ngành giao thông vận tải biển đã và đang được chú ý, đầu tư và phát triển ở Cam Ranh song vẫn chưa phát huy hết tiềm năng, công suất cảng Ba Ngòi Cam Ranh hiện chỉ tiếp nhận hơn 1 lượt tàu/ngày là chưa đáng kể đối với nền kinh tế của tỉnh. Trong tương lai khi chuyển cảng hàng hóa từ Nha Trang về Cam Ranh, áp lực tàu thuyền ra vào sẽ tăng lên, bên cạnh đó áp lực của các vấn đề về môi trường cũng sẽ tăng lên. Hệ thống cảng Ba Ngòi đang thực hiện nhiệm vụ trung chuyển hàng hóa với trọng tải tương đối lớn, nơi neo đậu của các tàu khách du 31 lịch trong nước. Dọc theo bờ biển Cam Ranh là khu vực ra vào của các tàu cá công suất cỡ nhỏ và còn là khu vực dân sinh dọc theo bờ vịnh. Đó cũng là những đểm nóng có khả năng làm ô nhiễm vùng vịnh. 2.3 HIỆN TRẠNG MÔI TRƯỜNG VỊNH CAM RANH 2.3.1 Các nguồn thải Cam Ranh hướng tới một thành phố du lịch, công nghiệp và dịch vụ. Vì vậy, trong nội thành phần lớn là các xí nghiệp có quy mô vừa và nhỏ, có khu công nghiệp hỗ trợ cho phát triển kinh tế ở thành phố Nha Trang (chỉ tập trung phát triển du lịch). Hệ thống nước thải từ các xí nghiệp đổ ra sông với hệ thống cống thải nước sinh hoạt chưa qua xử lí trực tiếp hay gián tiếp đổ ra biển. Hệ thống nước thải đổ vào các con sông chảy ra cửa sông với cường độ và khối lượng lớn hơn nhiều vào thời kỳ mùa mưa. Hệ thống nước thải thành phố được chia thành ba vùng chính: Vùng thứ nhất nằm phía bắc thành phố (khu đô thị mới). Vùng này chỉ có một cống thải. Nước thải hiện nay khả năng lớn là thải trực tiếp ra vịnh qua hệ thống sông vì trong bản đồ qui hoạch đô thị mới chưa thấy có vị trí của nhà máy xử lý nước thải cho khu đô thị. Vùng thứ hai là vùng trung tâm thành phố. Do địa hình và lịch sử, cống thải không tập trung mà được chia thành nhiều nhánh đổ ra vịnh dọc theo bờ phía tây và hầu như là không qua xử lý. Vùng phía tây nam là khu vực dân cư, du lịch và cảng vụ, khu chế biến thực phẩm, đóng tàu. Nước thải chủ yếu là nhà máy đóng tàu, chế biến thực phẩm, cảng cá, nước thải sinh hoạt, các nguồn nước thải này đều thải trực tiếp ra vịnh làm ảnh hưởng đến chính các khu vực trên và khu vực xung quanh. Bên cạnh đó, mỗi ngày vịnh Cam Ranh phải chịu hơn 10 tấn rác thải từ các lồng nuôi hải sản và vùng nuôi trồng hải sản ở khu vực quanh vịnh và khu vực đầm Thủy Triều. Ngoài ra, vịnh còn hứng chịu một lượng lớn chất thải từ nhà máy đường Cam Ranh, dù đã qua xử lý song vẫn không triệt để nên vẫn gây tai biến môi trường cục bộ ở khu vực xung quanh nhà máy. Tất cả những tác động tổng hợp trên đã làm môi trường vịnh ngày càng thêm ô nhiễm và đã có những dấu hiệu ban đầu cho thấy sức tải môi trường của vịnh bắt đầu tới hạn. 32 2.3.2 Chất lượng nước vịnh Cam Ranh Trong những năm gần đây, chất lượng môi trường vịnh Cam Ranh trên diện rộng tuy vẫn còn khá tốt nhưng đang diễn ra với xu thế xấu đi, đã xuất hiện nhiều tai biến môi trường cục bộ ảnh hưởng trực tiếp tới hoạt động nuôi trồng thủy sản. Hiện nay đã xuất hiện nhiều nguy cơ khai thác quá mức, ô nhiễm gây ảnh hưởng đến suy giảm hệ sinh thái, đe dọa đa dạng sinh học. Kết luận này được đưa ra trên cơ sở khảo sát, phân tích, tổng hợp một cách khoa học, có kế thừa liên tục từ năm 2000 đến nay. Nhiều đánh giá cho thấy hiện tượng ô nhiễm xảy ra vào mùa mưa, tổng lượng vật chất có 2 yếu tố vật lơ lửng và Fe có nguy cơ ảnh hưởng lớn đến chất lượng môi trường và trầm tích vịnh Cam Ranh. Chất thải hiện nay vào môi trường vịnh là từ khu vực dân cư, nuôi trồng thủy sản và hoạt động công nghiệp. Trong tương lai gần hai khu công nghiệp Nam và Bắc Cam Ranh có thể đi vào hoạt động sẽ gia tăng nguy cơ rủi ro ô nhiễm môi trường cho toàn vịnh. Nước thải từ nhà máy đường và khu dân cư nếu không được bổ sung thêm nhà máy xử lý chất thải tập trung có xử lý qua giai đoạn hồ sinh học thì nguy cơ tác động đến môi trường vịnh là rất lớn. Các khu vực có thể xảy ra tai biến cục bộ trong tương lai gần có thể dẫn đến tình trạng ưu dưỡng là: khu vực đầm Thủy Triều, khu vực nam đầm Thủy Triều, khu vực lân cận nhà máy đóng tàu, khu vực bờ Tây Nam vịnh Cam Ranh (Phạm Văn Thơm - 2008) CHƯƠNG 3. ÁP DỤNG MÔ HÌNH VÀ KẾT QUẢ 3.1 THIẾT LẬP CÁC THÔNG TIN ĐẦU VÀO CHO MÔ HÌNH 3.1.1 Thu thập số liệu Khu vực vịnh Cam Ranh đã được tiến hành nhiều chuyến khảo sát thực địa và thu được những nguồn số liệu phong phú về các lĩnh vực nghiên cứu khác nhau. Tuy nhiên, việc thu thập số liệu về các yếu tố động lực, môi trường cũng gặp những khó khăn nhất định. Trong những năm gần đây, các đề tài nghiên cứu cấp cơ sở, cấp tỉnh, cấp Viện Khoa học và Công Nghệ Việt Nam, Các dự án quốc tế đã và đang được tiến hành trên khu vực này. 33 Hình 3.1: Bản đồ địa hình khu vực nghiên cứu Để phục vụ cho luận văn, tác giả đã thu thập và chọn lọc những chuỗi số liệu phù hợp phục vụ cho luận văn. Các nguồn số liệu đã sử dụng dựa trên các bộ số liệu - Số liệu tổng hợp: Đề tài “Điều tra đánh giá tài nguyên môi trường các vũng vịnh trọng điểm ven bờ phục vụ phát triển kinh tế - xã hội và bảo vệ môi trường” do GS.TS Mai Trọng Nhuận làm chủ nhiệm, năm 2008. - Số liệu các yếu tố mực nước, khí tượng, thủy văn và môi trường: Đề tài “Nghiên cứu khả năng tự làm sạch, đề xuất các giải pháp nhằm bảo vệ và cải thiện chất lượng môi trường đầm Thủy Triều - vịnh Cam Ranh” do PGS.TS. Bùi Hồng Long và ThS. Nguyễn Hữu Huân đồng chủ nhiệm 34 - Số liệu tham khảo và kế thừa từ các đề tài cấp tỉnh tại khu vực vịnh Cam Ranh trong các năm 2005, 2008 do CN. Phạm Văn Thơm làm chủ nhiệm. Hình 3.2: Bản đồ trạm khảo sát mùa khô (tháng 05/2011) 35 Hình 3.3: Sơ đồ trạm khảo sát mùa mưa (tháng 10/2011) Hình 3.4: Sơ đồ các nguồn phát thải trong vịnh Cam Ranh 36 3.1.2 Địa hình đáy Địa hình vùng nghiên cứu được xây dựng trên bản đồ có tỉ lệ 1 : 50.000 với các đường đồng mức 0,5m. Hệ quy chiếu là hệ quy chiếu UTM, zone 49. Độ sâu khảo sát là từ mép nước tới độ sâu 30m tại khu vực cửa vịnh và phía ngoài khu vực đảo Bình Ba – Cam Ranh và bản đồ được quy về độ sâu hải đồ. Vùng nghiên cứu được giới hạn trong khu vực có kinh độ từ 109o5’28,546” đến 109o15’00” , vĩ độ từ 11o48’43,842” đến 12o07’30”. 3.1.3 Thiết lập lưới tính Một trong những công cụ ưu việt của phần mềm MIKE là thiết lập lưới một cách tiện lợi và nhanh chóng. Với đặc điểm của khu vực nghiên cứu có địa hình nhỏ hẹp, độ sâu không cao, đặc biệt vùng đầm Thủy Triều thông với vịnh Cam Ranh qua một eo hẹp nên việc mô phỏng các quá trình động lực và khuyếch tán vật chất gây ô nhiễm là phức tạp. Vì vậy, để có được lưới tính mô phỏng địa hình đáy gần với địa hình thực tế vùng nghiên cứu, dạng cấu trúc không lưới là một trong những giải pháp thường được sử dụng trong mô hình. 37 Hình 3.5: Địa hình và lưới tính tam giác vùng nghiên cứu 38 Từ số liệu địa hình và số liệu biên bờ của vịnh, tác giả đã thiết lập lưới tính tương đối chi tiết trên toàn bộ miền tính. Với 7629 tam giác từ 4447 nút lưới, diện tích tam giác nhỏ nhất là 57m2, diện tích tam giác lớn nhất là 0,215 km2. Trong đó, có tiểu vùng được thiết lập với lưới tính tương đối chi tiết là phần ven bờ phía trong vịnh và phần đầm Thủy Triều. Biên cứng là đường bờ, biên lỏng là phần cửa vịnh tiếp giáp với vùng biển Khánh Hòa. Giới hạn và vị trí tọa độ biên lỏng từ kinh độ 109o11’28,688” đến 109o12’11,200” , từ vĩ độ 11o52’27,182” đến 11o52’47,962”. Giới hạn và vị trí tọa độ biên cứng từ kinh độ 109o06’51,611”đến 109o12’56,358” từ vĩ độ 11o49’13,508” đến 11o07’07,814”. 3.1.4 Điều kiện biên và điều kiện ban đầu Với môđun MIKE 21 HD, tại biên lỏng phía biển là biên cửa lớn của vịnh nằm phía Tây Nam, thông với biển Khánh Hòa. Mô hình sử dụng dao động mực nước biển làm điều kiện biên. Các phần mềm dự báo mực nước hiện nay đang rất được sử dụng như như gói phần mềm Tide42 hoặc gói phần mềm đã được tích hợp sẵn trong MIKE đều cho kết quả tương đối chính xác. Tuy nhiên, để tiện lợi, tác giả sử dụng số liệu mực nước tại các biên lỏng từ kết quả dự báo thủy triều của gói phần mềm TMD (Tide Model Driver). Đây là một gói phần mềm cho phép dự báo thủy triều trên toàn cầu do viện ESR (Earth & Space Research, Mỹ), là viện nghiên cứu phi lợi nhuận về không gian và trái đất xây dựng. Trường gió đưa vào mô hình là trường gió trung bình tháng của hướng gió thịnh hành nhất trong tháng đó. Bảng 3.1:Tốc độ gió trung bình tháng và hướng gió thịnh hành trong tháng khu vực Cam Ranh (Số liệu được lấy từ Đài Khí tượng Thủy văn Nam Trung bộ) Yếu tố I II III IV V VI VII XIII IX X XI XII Tốc độ gió (m/s) 4.7 4.5 4.8 4.6 4.7 3.6 3.7 3.8 3.9 4.1 4.8 5.1 Hướng gió N NE NE SE SE SW SW SW SE NE N N Với mô đun ECO Lab, các giá trị biên đưa vào dựa trên các kết quả phân tích mẫu trong các tháng đại diện cho hai mùa. Giá trị biên ngoài được lấy từ các số 39 liệu quan trắc tại các trạm xa bờ, nơi có thể xem không còn ảnh hưởng của các yếu tố môi trường có nguồn gốc từ lục địa xét trên quy mô mùa. Tại thời điểm bắt đầu tính của mô hình, mực nước trên toàn miền tính là giá trị trung bình mực nước trên các biên tại thời điểm bắt đầu tính. Các thành phần vận tốc dòng chảy bằng không. Giá trị nồng độ các chất ô nhiễm trên toàn bộ miền tính được nội suy từ số liệu quan trắc tại 18 trạm phân bố trên toàn vịnh và các giá trị tại các biên (hình 3.2, hình 3.3), các kết quả này được sử dụng làm điều kiện ban đầu của các yếu tố ô nhiễm . Ngoài ra giá trị đầu vào của các yếu tố ô nhiễm môi trường tại biên là các kết quả của trạm đo liên tục tại cửa vịnh Cam Ranh của chuyến khảo sát trong tháng 5 và tháng 10/2011(bảng 3.2, bảng 3.3) Bảng 3.2: Trung bình các giá trị tại biên của các thành phần vật chất trong mô hình tính tính toán trong mùa khô STT Temp (°C) Sal (‰) DO (mg/l) BOD (mg/l) PO4 (mg/l) NH4 (mg/l) NO3 (mg/l) 1 33.9 29.25 5.92 0.63 24.77 864.521 4.32 Bảng 3.3: Trung bình các giá trị tại biên của các thành phần vật chất trong mô hình tính tính toán trong mùa mưa STT Temp (°C) Sal (‰) DO (mg/l) BOD (mg/l) PO4 (mg/l) NH4 (mg/l) NO3 (mg/l) 1 31.23 27.26 5.98 0.45 32.05 27.22 0.87 Bảng 3.4: Giá trị các biến trạng thái sử dụng trong môđun ECO Lab Stt Mô tả Kiểu Giá trị Thứ nguyên 1 Vĩ độ Biến số File địa hình (0), (m) 2 Quá trình BOD: Tốc độ phân rã bậc 1 tại 20oC (dạng hòa tan) Hằng số 0.161 (/ngày) 3 Quá trình BOD: Tốc độ phân rã bậc 1 tại 20oC (dạng lơ lửng) Hằng số 0.05 (/ngày) 4 Quá trình BOD: Tốc độ phân rã bậc 1 tại 20oC (dạng trầm tích) Hằng số 0.05 (/ngày) 5 Quá trình BOD: Hệ số nhiệt của tốc độ phân rã (dạng hòa tan) Hằng số 1.07 Phi thứ nguyên 6 Quá trình BOD: Hệ số nhiệt của tốc độ phân rã (dạng lơ lững) Hằng số 1.07 Phi thứ nguyên 7 Quá trình BOD: Hệ số nhiệt của tốc độ phân rã (dạng trầm tích) Hằng số 1.07 Phi thứ nguyên 8 Quá trình BOD: Nồng độ ôxy bán bão hòa Hằng số 2 mg/l 9 Quá trình tái lơ lửng: Vận tốc dòng chảy tới hạn Hằng số 0.3 m/s 10 Quá trình tái lơ lửng: Tỉ lệ tái lơ lửng của BOD (dạng trầm tích) Hằng số 0 (/ngày) 11 Quá trình lắng đọng: vận tốc dòng chảy tới hạn Hằng số 0.1 m/s 40 12 Quá tình lắng đọng: Tỉ lệ lắng đọng của BOD (dạng trầm tích) Hằng số 0.2 (/ngày) 13 Quá trình đạm hóa: Tốc độ phân rã bậc 1 ở 200C Hằng số 0.05 (/ngày) 14 Quá trình đạm hóa: Hệ số nhiệt của tốc độ phân rã Hằng số 1.088 Phi thứ nguyên 15 Quá trình đạm hóa: Nhu cầu ôxy cho quá trình đạm hóa Hằng số 4.57 g O2/g NH4-N 16 Quá trình đạm hóa: Nồng độ ôxy bán bão hòa Hằng số 2 mg/l 17 Quá trình ôxy: Cực đại sản xuất ôxy buổi trưa, m2 Hằng số 2 (/ngày) 18 Quá trình ôxy: Độ sâu đĩa Secchi Hằng số 0.4 m 19 Quá trình ôxy: Hệ số hiệu chỉnh vào buổi trưa Hằng số 0 giờ 20 Quá trình ôxy: Tốc độ hô hấp của thực vật, m2 Hằng số 0 (/ngày) 21 Quá trình ôxy: Hệ số nhiệt quá trình hô hấp Hằng số 1.08 Phi th