NGHIÊN CỨU KHOA HỌC ỨNG DỤNG MƠ HÌNH TỐN HỌC PHỤC VỤ QUẢN LÝ TỔNG HỢP VÙNG BỜ Ở BỜ PHÍA TÂY VỊNH BẮC BỘ ỨNG DỤNG MƠ HÌNH TỐN HỌC PHỤC VỤ QUẢN LÝ TỔNG HỢP VÙNG BỜ Ở BỜ PHÍA TÂY VỊNH BẮC BỘ Vũ Duy Vĩnh Mở đầu Quản lý tổng hợp vùng bờ biển (QLTHVBB) hướng tới cách tiếp cận tổng thể hệ sinh thái thể thống gồm toàn phần sinh vật, phi sinh vật kiểu khai thác sử dụng (Vallega A, 1999) cần cung cấp thông tin cần thiết cho nhà quản lý cộng đồng Với phát triển mạnh mẽ cơng nghệ thơng tin, cơng cụ mơ hình tốn ngày sử dụng rộng rãi phục vụ nhiều lĩnh vực có lĩnh vực quản lý vùng bờ biển Vai trị quan trọng cơng cụ mơ hình tốn để phục vụ QLTHVBB xác định “hướng dẫn chiến lược QLTHVBB Châu Âu (Burbridge, P.R (1999) Dựa phương trình phức tạp, mơ hình tốn học giúp cung cấp hiểu biết trình vật lý để hoạt động người phù hợp với quy luật điều kiện tự nhiên vùng ven biển Các mơ hình sử dụng công cụ dự báo giúp chứng minh nguyên nhân ảnh hưởng biến đổi môi trường vật lý tới trình khác vùng ven bờ Các mơ hình tốn học đóng vai trị quan trọng việc phân tích q trình phức tạp diễn vùng ven bờ biến đổi trình theo khơng gian thời gian Với đường bờ biển dài 3200km trải rộng khoảng 13 vĩ độ địa lý triệu km2 diện tích vùng thềm lục địa, vùng ven biển nước ta nơi giàu tài nguyên thiên nhiên có đa dạng sinh học cao Kinh tế biển ngành liên quan đến biển có vai trị quan trọng đến phát triển kinh tế xã hội đóng góp khoảng 25% tổng GDP cho kinh tế Việt Nam Trong năm gần đây, phát triển kinh tế xã hội nhanh nước ta gây áp lực môi trường tài nguyên vùng ven biển đe dọa phát triển bền vững khu vực Chính vậy, nhiều nghiên cứu áp dụng có liên quan đến QLTHVBB Việt Nam tiến hành Các kết nghiên cứu cung cấp luận quan trọng giúp cho nhà quản lý đưa sách gắn khai thác tiềm lợi vùng ven biển với bảo vệ tài nguyên môi trường Những kết nghiên cứu QLTHVBB có phần đóng góp quan trọng từ kết áp dụng mơ hình khu vực nghiên cứu, có vùng bờ tây vịnh Bắc Bộ Tổng quan tình hình nghiên cứu áp dụng mơ hình tốn phục vụ ICZM Theo GESAMP 61 (1996), mục đích QLTHVBB nhằm cải thiện chất lượng sống người sở cân yếu tố khác bao gồm kinh tế xã hội, tự nhiên môi trường, tài nguyên vùng ven bờ vùng ven biển đảm bảo trì tài ngun mơi trường khu vực (Cicin Sain, B & R.W Knecht, 1999) Kinh nghiệm từ quản lý tổng hợp cho thấy để đáp ứng u cầu thơng tin phục vụ QLTHVBB cần có nhiều thơng tin tổng hợp có kết mang tính định lượng từ mơ hình tốn Mơ hình tốn giúp cải thiện hiểu biết q trình mơi trường phức tạp (ví dụ lan truyền chất gây ô nhiễm, di chuyển khối nước v.v) giải đáp nhiều câu hỏi liên quan đến vấn đề liên quan đến quản lý tài ngun Các mơ hình cơng cụ có giá trị lĩnh vực quản lý mơi trường, ví dụ so sánh tác động mơi trường kịch phát triển khác nhau, phương án bảo tồn phục hồi môi trường kiểm sốt nguồn nhiễm Các kiểu áp dụng điển hình mơ hình tốn học phục vụ QLTHVBB mơ di chuyển hoàn lưu khối nước biến động mùa, dao động thủy triều mùa khác nhau; mô dự báo lan truyền phân bố chất gây ô nhiễm theo kịch bản; dự báo lan truyền ấu trùng thủy sản (GESAMP, 1991) Với lợi ích khả ứng dụng rộng rãi, linh hoạt phát triển Công nghệ thông tin, ngày mơ hình tốn học sử dụng rộng dãi nhiều lĩnh vực khác có QLTHVBB (Van der Weide, J., 1993) Những ứng dụng mơ hình tốn học ứng dụng mơ hình thủy động lực Các trình động lực vùng ven biển yếu tố nền, có ảnh hưởng đến q trình khác mơi trường vùng ven biển Chính vậy, đặc điểm động lực chế độ dịng chảy, sóng nào, khả trao đổi, hoạt động hoàn lưu nước sao… thơng tin hữu ích khơng cung cấp hiểu biết chất trình khu vực nghiên cứu mà cịn tạo sở liệu phục vụ cho tính tốn khác Ví dụ sử dụng mơ hình tốn học để khảo sát đặc điểm thủy động lực, xói lở bồi tụ vùng ven bờ lưu vực sông Nile Ai Cập Với số kịch đưa ra, kết mơ hình cho thấy đặc trưng thủy động lực vùng ven biển nguyên nhân chất gây xói lở, bồi tụ số đoạn bờ khu vực có ảnh hưởng đập chứa lưu vực sông Nile (Ahmed Sayed Mohamed Ahmed, 2006) Ở Hà Lan, đất nước nằm vùng đất thấp với 60% dân số sống vùng đất thấp mực nước biển Nhưng vùng ven biển lại đóng góp khoảng 65% giá trị cho kinh tế Chính vấn đề quản lý bảo vệ bờ biển vấn đề sống quốc gia Do đó, QLTHVBB coi sách quốc gia Hà Lan (MIN V&W, 2006) Để thực thi sách này, cơng cụ tốn học có mơ hình đóng vai trò quan trọng việc cung cấp hiểu biết vận chuyển bùn cát, nuôi bãi, tác động động sóng, biến đổi địa hình vùng ven bờ v.v Kết góp phần làm giảm đáng kể q trình xói lở bờ biển Hà Lan: năm 1990 đoạn bờ bị xói lở mạnh chiếm khoảng 30% đến năm 2000 giảm xuống khoảng 10% (Eurosion, 2004) Kiểm soát lan truyền chất gây ô nhiễm bảo vệ môi trường nước lĩnh vực QLTHVBB Các kết ứng dụng mơ hình tốn cung cấp thơng tin chất gây nhiễm xuất phát từ đâu, di chuyển biến đổi từ nguồn phát thải khu vực xung quanh Ví dụ ứng dụng sử dụng mơ hình chất lượng nước Cục bảo vệ mơi trường Hồng Kơng Mơ hình sử dụng để đánh giá, dự báo tác động hoạt động người đến chất lượng môi trường nước vùng ven bờ vòng 20 năm (bắt đầu từ năm 1986) Kết nghiên cứu cho thấy vai trò ảnh hưởng yếu tố tự nhiên hoạt động người, nguồn ô nhiễm đến chất lượng môi trường nước vùng ven bờ qua thời kỳ (LEE Hok-shing, 2006) Từ đưa phương án quản lý nguồn gây nhiễm yếu Tương tự, việc ứng dụng mơ hình POM cho vịnh Saronikos (Hy Lạp), phần dự án mơi trường ECOSIM (http://www.ess.co.at/ECOSIM) Saronikos vịnh nửa kín nằm phía nam thủ Athens, thành phố với khoảng 3.5 triệu dân khoảng 720 000 m3 nước thải vào vịnh ngày Nhóm nghiên cứu thuộc Đại học Athens phát triển mơ hình POM thêm module để mô đường chất gây ô nhiễm từ nguồn phát thải Module sau kiểm nghiệm hiệu chỉnh trở thành công cụ hữu hiệu giúp giám sát nguồn gây ô nhiễm môi trường nước vùng ven bờ (Fedra, K., 1994) Cũng với mục đích kiểm sốt, đánh giá ảnh hưởng nguồn nhiễm, mơ hình tốn sử dụng để dự báo, mơ di chuyển phân bố vệt dầu sau cố tràn dầu xảy phục vụ cho công tác ứng cứu đánh giá tác động cố tràn dầu Sau nhiều năm phát triển ứng dụng, hàng loạt mơ hình tràn đầu ứng dụng rộng rãi nhiều vùng biển khác giới, đặc biệt vùng biển có mật độ phương tiện qua lại lớn Biển Đen, vùng biển Đông Nam Á, vịnh Mehico, vùng biển Caribbean Địa Trung Hải…v.v Cho đến nay, mơ hình tràn dầu cơng cụ thiếu kế hoạch ứng cứu cố tràn dầu đánh giá tác động (Peter Tebeau, 2003) Một lĩnh vực ứng dụng mơ hình toán gần sử dụng nhiều xây dựng kịch tác động biến đổi khí hậu đến vùng ven bờ Trên sở số dấu hiệu tác động trực tiếp biến đổi khí hậu tăng nhiệt độ nước, tăng mực nước biển, tăng số lượng bão nhiệt đới, gia tăng lượng mưa lưu lượng nước từ lục địa v.v Sử dụng mơ hình tốn cung cấp kết dự báo theo số kịch khác từ xác định vùng, khu vực chịu tác động biến đổi khí hậu đưa định thích nghi ứng (K McGuffie and A Henderson-Sellers, 2004; Ida Broker, 2008) Tiêu biểu lĩnh vực ứng dụng nghiên cứu tác động biến đổi khí hậu đến vùng vịnh Newbiggin (Anh), vùng ven bờ Matinatta (Italia), biến động đường bờ Trelleborg (Đan Mạch), kịch ngập lụt vùng Brud (Đan Mạch) Vùng ven bờ Việt Nam vùng bờ có mật độ dân số cao khu vực Đơng Nam Á chiếm vị trí quan trọng kinh tế thủy sản, hàng hải, du lịch ngành liên quan khác Với mật độ dân số cao, áp lực khai thác sử dụng tài nguyên vùng ven biển phục vụ cho nhu cầu phát triển kinh tế xã hội ngày gia tăng Ngoài ra, vùng phải đối mặt với vấn đề ô nhiễm môi trường, xói lở bờ, cạn kiệt tài nguyên Trước thực trạng đó, nhu cầu áp dụng quản lý tổng hợp cho vùng ven biển Việt Nam trở lên thiết nhằm phục vụ cho mục tiêu phát triển bền vững khu vực Từ năm 90 kỷ trước, nhà quản lý nhà khoa học bước đầu quan tâm tiếp cận hướng nghiên cứu phục vụ QLTHVBB Các mơ hình tốn học sử dụng cho nghiên cứu Việt Nam mẻ cuối năm 90 kỷ trước, chủ yếu ứng dụng số quan nghiên cứu Viện Cơ học, Viện Địa Lý, Viện Khí tượng thủy văn Đại học Khoa học Tự nhiên (Đại Học Quốc Gia Hà Nội) Tuy nhiên mơ hình chủ yếu phục vụ cho nghiên cứu giảng dạy Các kết ứng dụng mơ hình tốn học thường nhằm đạt mục tiêu cụ thể QLTHVBB, chẳng hạn kết ứng dụng mơ hình tốn học Trường Đại học Khoa Học Tự nhiên (Đoàn Bộ, 1997, 1999; Đinh Văn Ưu nnk, 1999, 2000); Viện Cơ học (Nguyễn Mạnh Hùng nnk, 1998; Đỗ Ngọc Quỳnh nnk, 1998 ), Viện Khí tượng thủy văn (Lê Đình Quang nnk, 1998), Trung tâm Khí tượng thủy văn biển (Bùi Xuân Thông nnk, 1998) số quan nghiên cứu khác Gần hơn, nhu cầu thực tế địi hỏi nên mơ hình tốn mang tính thương mại đưa vào sử dụng số quan nghiên cứu với lĩnh vực đa dạng chế độ thủy động lực, vận chuyển trầm tích, tràn dầu, chất lượng nước v.v Một số mơ hình tốn học có khả tính tốn ứng dụng mạnh có Việt Nam MIKE (Viện Khoa học Thủy lợi, Viện Cơ học), Delft3D (Viện Tài Nguyên Môi trường biển, Trường Đại học Thủy Lợi, Trung tâm Hải văn Môi trường), SMS (Trường Đại học Khoa học Tự nhiên) Mặc dù chưa quan tâm nhiều Việt Nam việc ứng dụng mơ hình tốn học phục vụ cho QLTHVBB cho kết bước đầu tích cực, bật mơ hình tốn học dùng dự án quản lý lưu vực sông công cụ hỗ trợ nghiên cứu, đánh giá phương án quản lý lưu vực khác nhau, ứng dụng mơ hình MIKE phục quản lý tổng hợp tài nguyên nước lưu vực sơng Hồng – Thái Bình, lưu vực sơng Vu Gia- Thu Bồn; ứng dụng mơ hình SWAT- ISSI phục vụ quy hoạch quản lý tài nguyên nước lưu vực sơng Cả; xây dựng cơng nghệ tính tốn dự báo lũ lớn hệ thống sông Hồng – Thái Bình sở mơ hình MIKE11…(Huỳnh Thị Lan Hương, 2005) Đặc biệt, mơ hình thủy động lực, vận chuyển bùn cát chất lượng nước sử dụng công cụ hỗ trợ tích cực dự án QLTHVBB Việt Nam – Hà Lan khu vực Thừa Thiên Huế, Nam Định Bà Rịa - Vũng Tàu (VNICZM, 2003) Các cơng cụ mơ hình sử dụng Viện Tài nguyên Môi trường Biển Tại Viện Tài nguyên Môi trường biển, cơng cụ mơ hình sử dụng năm gần Đặc biệt từ sau năm 2002, số mơ hình chủ yếu sử dụng sau: Mơ hình Delft3d: Đây mơ hình tổng hợp chiều (3D) Viện Thủy lực Delft (WL | Delft Hydraulics) Hà Lan nghiên cứu phát triển Mơ hình gồm module Delft3d-Flow (Thủy động lực), Delft3d-Waq (chất lượng nước), Delft3d-Eco (sinh thái học), Delft3d-Sed (trầm tích) Delft3d-Morph (địa hình đáy), Delft3d-Part (phần tử vật chất) Ngồi cịn số module hỗ trợ khác GRID (lưới tính), QUICKIN (độ sâu), GPP (xử lý kết tính) v.v Delft3d sử dụng hệ lưới cong trực giao theo phương ngang hệ tọa độ  cho phương thẳng đứng Các phương trình mơ hình thủy động lực giải bằng phương pháp sai phân ẩn (WL|Delft Hydraulics, 1999) với sơ đồ khử luân hướng (ADI – Alternating Direction Implicit) Với tính ưu điểm mình, Delft3d sử dụng để mơ phỏng- dự báo thủy động lực, chất lượng nước, lan truyền chất gây nhiễm, vận chuyển trầm tích biến đổi địa hình vùng cửa sơng, vùng ven biển biển khơi Mơ hình SHYFEM (Finite Element Model for Coastal Seas) nghiên cứu phát triển Viện Khoa học biển Venice (Italia) Đây chương trình dựa phương pháp phần tử hữu hạn để giải phương trình thủy động lực cho vùng đầm phá, vùng cửa sông ven biển Bộ chương trình dùng để mơ đặc điểm thủy động lực, lan truyền chất gây ô nhiễm, chất lượng nước vận chuyển trầm tích SYFEM viết ngơn ngữ lập trình FORTRAN chạy hệ điều hành UNIX người dùng thay đổi tham số mơ hình thơng qua việc can thiệp trực tiếp vào mã nguồn (codes) module trương trình thành phần mơ hình Đây lợi lớn so với phần mềm thương mại tính “mở” vấn đề quyền địi hỏi người dùng phải có kiến thức UNIX khả lập trình FORTRAN Mơ hình sóng SWAN (Simulating Waves Nearshore )- mơ hình sóng nước nơng nghiên cứu phát triển Viện Thủy lực Delft (WL | Delft Hydraulics) Hà Lan Đây mơ hình sóng hệ thứ mơ hình HISWA khắc phục hầu hết hạn chế HISWA - Các yếu tố vật lý SWAN biểu diễn cách rõ cơng thức vật lý - Các phổ sóng biểu diễn đầy đủ với tần suất hướng (từ đến 360 độ) - Các tính tốn sóng SWAN khơng chịu ảnh hưởng điều kiện ổn định sử dụng sơ đồ sai phân ẩn để giải phương trình tốn liên quan SWAN áp dụng tốt cho vùng ven biển, vùng cửa sông ven bờ, hồ v.v Cũng SYFEM, mơ hình sóng SWAN phần mềm có mã nguồn mở viết ngơn ngữ lập trình FOTRAN, chạy hai hệ điều hành UNIX WINDOWS Một số kết ứng dụng cơng cụ mơ hình tốn bờ tây vịnh Bắc Bộ 4.1 Mô đặc điểm thủy động lực Chế độ thủy động lực thủy vực yếu tố quan trọng tác động đến hầu hết q trình diễn Chính vậy, xét đến nghiên cứu tài ngun mơi trường vận chuyển trầm tích, bồi tụ -xói lở, biến động đường bờ, lan truyền chất gây ô nhiễm ô nhiễm vùng cửa sông ven biển Trước kia, để đánh giá đặc trưng thủy động lực, người ta dựa kết phân tích từ số liệu khảo sát đo đạc Tuy nhiên, hạn chế thời gian số lượng khảo sát nên việc đánh giá điều kiện thủy động lực thông qua số liệu khảo sát gặp nhiều khó khăn Trong đó, cơng cụ mơ hình áp dụng cho kết phân bố không gian, biến động theo thời gian yếu tố thủy động lực Với lợi ích vậy, mơ hình thủy động lực áp dụng cho số khu vực bờ tây vịnh bờ tây vịnh Bắc Bộ khu vực vịnh Bái Tử Long, khu vực vịnh Hạ Long-Bái Tử Long, khu vực ven biển Cát Bà-Hạ Long, khu vực cửa sông ven biển Hải Phịng, vùng cửa sơng Ba Lạt (Vũ Duy Vĩnh (2007, 2008, 2009), Đỗ Trọng Bình (2003) Hình Phân bố trường dòng chảy khu vực vịnh Hạ Long – Bái Tử Long (pha triều lên-mùa mưa, kết từ mơ hình Delft3D) Hình hình ví dụ kết mơ trường dịng chảy khu vực vịnh Hạ Long –Bái Tử Long vai trò dao động mực nước đến biến động theo thời gian trường dòng chảy ảnh hưởng địa hình đến phân bố khơng gian trường dòng chảy khu vực Sự biến động theo thời gian vận tốc dòng chảy khu vực bờ tây vịnh Bắc Bộ ảnh hưởng thủy triều độ sâu thể hình Khả trao đổi nước thủy vực khu vực khác có ý nghĩa quan trọng việc đánh giá khả tự làm sạch, sức tải môi trường vùng ven biển, khả tính tốn định lượng từ mơ hình thủy động lực (Vũ Duy Vĩnh, 2009) Hình Phân bố trường dịng chảy khu vực vịnh Hạ Long – Bái Tử Long (pha triều lên-mùa mưa, kết từ mơ hình Delft3D) 0.8 tầng mặt tầng đáy 4.5 mực nước 0.7 4.0 0.6 vận tốc (m/s) 0.5 3.0 0.4 2.5 mực nước (m) 3.5 0.3 2.0 0.2 1.5 0.1 1.0 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 ngày Hình Biến động theo thời gian dòng chảy khu vực vịnh Hạ Long – Bái Tử Long (tháng năm 2008, kết từ mơ hình Delft3D) 4.2 Mơ đặc điểm vận chuyển trầm tích Nằm khu vực chịu ảnh hưởng trực tiếp từ dòng vật chất từ hệ thống sơng Hồngvà sơng Thái Bình, vùng bờ tây vịnh Bắc Bộ chịu tác động khác dòng bùn cát từ lục địa đưa Những tác động vừa có tác dụng tích cực tăng cường bồi đắp cho vùng châu thổ tạo đất đai bảo vệ bờ biển…, vừa có tác dụng tiêu cực gây bồi lấp luồng vào cảng, làm đục nước khu du lịch ven biển Dưới tác động trình thủy động lực, vận chuyển trầm tích đóng vai trị quan trọng q trình gây tác động Để tìm hiểu chế vận chuyển trầm tích từ kết đo đạc khảo sát gặp nhiều khó khăn hạn chế, để hiểu rõ chế vận chuyển trầm tích vùng biển việc áp dụng mơ hình tốn điều cần thiết có ý nghĩa (a) (b) Hình Phân bố trầm tích lơ lửng khu vực ven biển Hải Phịng (a-mùa mưa; b-mùa khơ, kết từ mơ hình Delft3D) (a) (b) Hình Phân bố trầm tích lơ lửng khu vực vịnh Hạ Long – Bái Tử Long (a-tầng mặt; b-tầng đáy, kết từ mơ hình Delft3D) Những kết ứng dụng mơ hình tốn để mơ vận chuyển trầm tích lơ lửng khu vực ven biển Hải Phòng, vùng ven biển Cát Bà-Hạ Long, vùng biển vịnh Hạ Long –Bái Tử Long, vùng cửa Ba Lạt cho thấy vai trò quan trọng dòng bùn từ lục địa dao động mực nước triều đến phân bố theo không gian biến động theo thời gian trầm tích lơ lửng mơi trường nước Dịng trầm tích cung cấp cho khu vực chủ yếu tập trung vào mùa mưa, vào mùa khơ lượng bùn cát cung cấp nên hàm lượng trầm tích lơ lửng nhỏ (hình 4) Những nơi xa nguồn cung cấp trầm tích từ cửa sơng chính, vùng có hàm lượng trầm tích lơ lửng cao nhỏ sát ven bờ, biến động theo độ sâu (hình 5) Lượng vận chuyển trầm tích qua mặt cắt khác tính tốn dự báo dựa mơ hình tốn (Đỗ Trọng Bình, 2000; Vũ Duy Vĩnh nnk, 2007) 4.3 Mơ hình chất lượng nước sinh thái Với ưu điểm lớn so với phương pháp khác, mơ hình chất lượng nước sinh thái ứng dụng nhiều vùng bờ tây vịnh Bắc Bộ, đặc biệt vùng ven biển khu vực Quảng Ninh –Hải Phịng- nơi có di sản thiên nhiên giới Vịnh Hạ Long, quần đảo Cát BàKhu dự trữ sinh giới Đối tượng mô tính tốn từ mơ hình tốn khả lan truyền theo không gian biến động theo thời gian số nhóm chất gây nhiễm hữu cơ, dinh dưỡng kim loại nặng Mặc dù nhiều nguyên nhân khác thiếu số liệu đầu vào, khơng có điều kiện để tiến hành thí nghiệm đánh giá hệ số -tham số mơ hình chất lượng nước kết tính tốn dự báo chất lượng nước khu vực ven biển Cát Bà –Hạ Long (Vũ Duy Vĩnh, 2008), khu vực vịnh Hạ Long –Bái Tử Long cho kết bước đầu có ý nghĩa bán định lượng, giúp đánh giá – dự báo ảnh hưởng nguồn gây ô nhiễm đến chất lượng nước khu vực nghiên cứu dự báo theo vài kịch Một số mơ hình chất lượng nước có đóng góp định việc đánh giá sức tải môi trường khu vực ven biển Cát Bà, khu vực vịnh Hạ Long –Bái Tử Long (Đỗ Trọng Bình 2003) (a) (b) Hình Phân bố tảo khác (non-diatoms) khu vực ven biển Cát Bà - Hạ Long thời điểm nước lớn (mùa mưa 2007, kết từ mơ hình Delft3D) Những tác động tiêu cực người làm suy giảm chất lượng môi trường nước mà cịn có ảnh hưởng định đến sinh vật Một biểu thể qua hình thành suất sơ cấp thủy vực Để đánh giá ảnh hưởng đó, mơ hình sinh thái ứng dụng khu vực ven biển Cát Bà-Hạ Long vịnh Hạ Long-Bái Tử Long để mơ dự báo hình thành suất sơ cấp khu vực số kịch khác (Vũ Duy Vĩnh nnk, 2008; Đỗ Trọng Bình nnk, 2009) Những kết bước đầu mở hướng ứng dụng mơ hình tốn nghiên cứu mơi trường biển cách có hệ thống từ yếu tố (thủy động lực) đến diễn biến ô nhiễm (chất lượng nước) sinh vật (sự hình thành suất sơ cấp) Chlorophyll-a concentration (mg/m3) 10-Jan-2009 06:00:00 2.335 x 10 Chlorophyll-a concentration (mg/m3) 10-Jan-2009 19:00:00 2.335 2.33 2.325 2.32 12 2.33 2.325 x 10 2.32 distance (m)  distance (m)  10 2.315 2.31 2.305 2.29 6.9 2.315 2.31 2.305 2.3 2.3 2.295 (a) 2.295 7.1 7.2 7.3 distance (m)  7.4 7.5 x 10 2.29 6.9 (b) 7.1 7.2 7.3 distance (m)  7.4 7.5 x 10 Hình Phân bố Chlorophyll-a khu vực vịnh hạ Long –Bái Tử Long kỳ triều cường, mùa khơ, năm 2008 (a- nước lớn; b- nước rịng) (Đỗ Trọng Bình nnk, 2009, kết từ mơ hình Delft3D) 4.4 Mô dự báo lan truyền dầu xảy cố tràn dầu Với vị trí địa lý thuận lợi, vùng bờ tây vịnh Bắc Bộ có tuyến đường hàng hải quan trọng từ tỉnh phía bắc tỉnh phía nam quốc tế Cùng với phát triển kinh tế xã hội, nhu cầu vận chuyển hàng hóa đường thủy ngày tăng từ làm xuất nhiều nguy xảy cố tràn dầu- thảm họa môi trường sinh thái Để hạn chế ảnh hưởng tiêu cực cố tràn dầu gây ứng cứu kịp thời phương pháp hiệu việc ứng dụng mơ hình tốn cung cấp thơng tin cần thiết giúp xây dựng phương án ứng cứu Kết mơ hình tràn dầu cung cấp thơng tin vị trí, phạm vi xu hướng di chuyển vệt dầu loang mặt biển mà cịn mặt nước Mơ hình tràn dầu cịn cơng cụ giúp dự báo khu vực bị ảnh hưởng cố tràn dầu gây Cho đến nay, số mơ hình tràn đầu thiết lập để mô lan truyền dầu xảy cố tràn dầu giả định số khu vực vịnh Hạ Long, vịnh Bái Tử Long, khu vực ven biển Hải Phòng (Đỗ Trọng Bình nnk, 2005; Vũ Duy Vĩnh, 2007) Các kết mơ hình cung cấp đầy đủ xu hướng di chuyển theo không gian, biến đổi theo thời gian vệt dầu, hàm lượng dầu nước, lượng dầu mặt lượng dầu bám đáy khu vực giả định xảy cố tràn dầu (hình 8) Tuy nhiên, để áp dụng mơ hình tràn dầu cách hiệu cần xây dựng sở liệu vùng nhạy cảm dễ xảy cố tràn dầu, sở trường hợp xảy cố, cần thông báo vị trí, lượng dầu tràn ra, điều kiện khí tượng sau thời gian ngắn có thể, mơ hình cho ta kết phân bố theo không gian biến đổi theo thời gian vệt dầu, góp phần đưa phương án ứng cứu nhanh (a) (b) Hình Biến đổi vệt dầu tan nước (kg/m3) cửa sông Bạch Đằng xảy cố lúc triều lên -mùa mưa (a- sau cố 6h; b- sau cố 11h, kết từ mơ hình Delft3D) Kết luận QLTHVBB Việt Nam cần có đóng góp nhiều lĩnh vực nghiên cứu khác có mơ hình tốn Mặc dù cịn có nhiều hạn chế việc ứng dụng mơ hình tốn học vùng ven bờ tây vịnh Bắc Bộ Viện Tài nguyên Môi trường biển cung cấp thông tin định lượng đặc điểm thủy động lực, trao đổi nước, lan truyền biến đổi chất gây ô nhiễm, hình thành suất sơ cấp số khu vực trọng điểm vùng biển ven bờ tây vịnh Bắc Bộ theo kịch khác Ngồi mơ hình tốn bước đầu dự báo tác động người biến đổi khí hậu đến mơi trường nước, hình thành suất sơ cấp khu vực Các ứng dụng mơ hình tốn học khu vực ven bờ tây vịnh Bắc Bộ Viện Tài nguyên Môi trường biển nói riêng Việt Nam nói chung có thành cơng bước đầu để cung cấp nhiều thơng tin hữu ích phục vụ QLTHVBB cần thiết phải khắc phục hạn chế cịn tồn việc ứng dụng mơ hình tốn học khu vực thiếu số liệu đủ tin cậy cung cấp đầu vào cho mô hình, kinh nghiệm xử lý số liệu lựa chọn tham số mơ hình cịn yếu Lời cảm ơn: Bài báo sử dụng tài liệu nhận hỗ trợ đề tài KC-09.13 Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Trần Đức Thạnh TS Trần Đình Lân có nhận xét khích lệ quan trọng để báo hoàn thành TÀI LIỆU THAM KHẢO Ahmed Sayed Mohamed Ahmed, 2006 Numerical model as a tool to investigate coastal problems in Egypt Tenth International Water Technology Conference, IWTC10 2006, Alexandria, Egypt 10 Burbridge, P.R.1999 The Guiding Principles for a European ICZM Strategy Retrieved May 12, 2003, from central website of “Integrated Coastal Zone Management (ICZM)”: http://europa.eu.int/comm/environment/iczm/burbridge.pdf Đỗ Trọng Bình, 2000 Ứng dụng mơ hình toán nghiên cứu khả sa bồi luồng cảng Hải Phịng Tuyển tập Tài ngun mơi trường biển, tập VII Đỗ Trọng Bình, 2003 Ứng dụng mơ hình MIKE21 đánh giá dự báo thuỷ động lực chất lượng nước Vịnh Hạ Long, Việt Nam Tuyển tập Tài nguyên môi trường biển, tập IX Đỗ Trọng Bình nnk, 2005 Mơ q trình tràn dầu khu vực vịnh Hạ Long mơ hình Delft-3D Tuyển tập Báo cáo khoa học hội nghị môi trường tồn quốc 2005 Đỗ Trọng Bình nnk, 2009 Nghiên cứu, đánh giá tác động trình chuyển hố vật chất hình thành suất sơ cấp ảnh hưởng tới sức tải môi trường khu vực vịnh Hạ Long Bái Tử Long Báo cáo chuyên đề thuộc đề tài “Nghiên cứu đánh giá sức tải môi trường đề xuất giải pháp quản lý bảo vệ môi trường vịnh Hạ Long –Bái Tử Long” Đồn Bộ, 1997 Mơ hình tốn học phân bố sinh vật suất sinh học sơ cấp vùng nước trồi thềm lục địa Nam Trung Bộ Tạp chí Sinh học, T.19, số 4, 1997, Hà Nội Đồn Bộ, 1999 Mơ hình sinh thái thuỷ động lực số kết áp dụng biển Việt Nam Tuyển tập Hội nghị khoa học công nghệ biển tồn quốc lần thứ 4, Tập 1: Khí tượng-Thuỷ văn, Động lực biển ,1999, NXB Thống kê Hà Nội, tr 185-191 Cicin Sain, B & R.W Knecht, 1999 Integrated Coastal and Ocean Management: Concepts and Practices, Washington, D.C.: Island Press 10 Eurosion, 2004 Living with coastal erosion in Europe: Sediment and Space for Sustainability A guide to coastal erosion management practises in Europe: lessons learned Coastal erosion – Evaluation of the need for action Directorate General Environment European Commission January 2004 Prepared by the National Institute of Coastal and Marine Management of the Netherlands 11 Fedra, K 1994 GIS and Environmental Modeling In: Goodchild M.F., Parks B.O and Steyaert L.T., [eds.] Environmental Modeling with GIS, 35-50, Oxford University Press, New York 12 GESAMP, 1991 Coastal modelling Rep Stud.GESAMP, (43):187 p 13 GESAMP, 1996 The contributions of science to integrated coastal management, reports and studies no 61 14 Ida Broker, 2008 Numerical Modelling in Support of Shoreline Management Workshop: ICZM in a climate change perspective, Denmark 2008 15 K McGuffie and A Henderson-Sellers, 2004 A Climate Modelling Primer (Wiley, New York) 16 LEE Hok-shing, 2006 The Application of Numerical Modelling in Managing Our Water Environment Science in the Public Service, 2006 http://www.science.gov.hk/eng/infosymposium.htm 17 MIN V&W, 2006 EU Recommendation concerning the Implementation of Integrated Coastal Zone Management in Europe, Report on Implementation in the Netherlands, Ministry of Transport, Public Works and Watermanagement, The Hague NL 11 18 Nguyễn Mạnh Hùng, Nguyễn Văn Mơi, 1998 Quy trình tính vận chuyển bùn cát dọc bờ phục vụ xây dựng cơng trình ven biển bảo vệ bờ biển Tuyển tập Báo cáo khoa học,hội nghị khoa học cơng nghệ biển tồn quốc lần thứ IV, 1998 19 Nguyễn Mạnh Hùng, Nguyễn Thanh Cơ, 1998 Kết nghiên cứu vận chuyển bùn cát vùng cửa Định An Tuyển tập Báo cáo khoa học,hội nghị khoa học cơng nghệ biển tồn quốc lần thứ IV, 1998 20 Huỳnh Thị Lan Hương, 2005 Một số mơ hình tốn phục vụ cơng tác quản lý tổng hợp tài nguyên nước lưu vực sông Kỷ yếu hội thảo lần thứ Viện Khoa học Khí tượng thủy văn 21 Lê Đình Quang, Vương Quốc Cường, 1998 Mơ hình lớp biên rối bão phát triển Tuyển tập Báo cáo khoa học,hội nghị khoa học công nghệ biển toàn quốc lần thứ IV, 1998 22 Đỗ Ngọc Quỳnh, Nguyễn Thị Việt Liên, Trần Thị Ngọc Duyệt, 1998 Mơ hình số trị dự báo nước dâng bão Tuyển tập Báo cáo khoa học,hội nghị khoa học công nghệ biển toàn quốc lần thứ IV, 1998 23 Đỗ Ngọc Quỳnh, Phạm Văn Ninh, Nguyễn Thị Việt Liên, Trần Thị Ngọc Duyệt, 1998 Đánh giá ảnh hưởng lực tạo triều biển đông Tuyển tập Báo cáo khoa học,hội nghị khoa học cơng nghệ biển tồn quốc lần thứ IV, 1998 24 Peter Tebeau, 2003 Oil spill response research & development program, a decade of achievement Final report of United States Coast Guard, Marine Safety and Environmental Protection (G-M) Washington, DC 20593-0001.Bùi Xuân Thông, Trần Hồng Lam, Trương Trọng Xuân, 1998 Xây dựng đồ đường bao nước dâng bão theo kịch với họ bão đổ vào vùng biển ven bờ Nghệ An Tuyển tập Báo cáo khoa học,hội nghị khoa học cơng nghệ biển tồn quốc lần thứ IV, 1998 25 Đinh Văn Ưu, Phạm Huấn, Đồn Bộ, 1999 Mơ hình chiều (3D) nghiên cứu biến động cấu trúc hoàn lưu nhiệt muối Biển Đơng điều kiện gió mùa biến đổi Tuyển tập Hội nghị khoa học cơng nghệ biển tồn quốc lần thứ 4, Tập 1: Khí tượng-Thuỷ văn, Động lực biển , 1999, NXB Thống kê, Hà Nội, tr 177-184 26 Đinh Văn Ưu nnk, 2000 Nghiên cứu cấu trúc ba chiều (3D) thuỷ nhiệt động lực học Biển Đông ứng dụng chúng Báo cáo tổng kết đề tài KHCN cấp NN KHCN-0602, Chương trình KHCN-06, Hà Nội, 2000 27 Vallega, A., 1999 Fundamentals of Integrated Coastal Management Kluwer Academic Publishers, Dordrecht 28 Van der Weide, J., 1993 A Systems View of Integrated Coastal Management Ocean and Coastal Management, Vol 21, pp 129 – 148 29 Vietnam Netherlands Integrated Coastal Zone Management Project, 2003 Nam Dinh, Thua Thien Hue, Ba Ria-Vung Tau Pilot Project Final report 30 Vũ Duy Vĩnh, 2005 Mơ hình tốn nghiên cứu thuỷ động lực chất lượng nước khu vực Vịnh Bái Tử Long Tuyển tập tài nguyên môi trường biển, tập XII, trang 33-51 Nxb KH&KT, Hà Nội 31 Vũ Duy Vĩnh, 2006 Áp dụng mơ hình tốn mơ lan truyền dầu xảy cố tràn dầu vịnh Bái Tử Long Tạp chí Khoa học Công nghệ Biển Phụ trương (Tháng 6/2006) 32 Vũ Duy Vĩnh, 2007 Mơ hình tốn chiều nghiên cứu chất lượng nước vịnh Hạ Long Tài nguyên môi trường biển, tập XIII Nxb KH&KT, Hà Nội 12 33 Vũ Duy Vĩnh nnk, 2007 Mô đặc điểm thuỷ động lực vận chuyển trầm tích lơ lửng khu vực cửa sơng ven biển Hải Phịng Tài nguyên môi trường biển, tập XIII Nxb KH&KT, Hà Nội 34 Vũ Duy Vĩnh, 2007 Mơ q trình lan truyền dầu xảy cố tràn dầu khu vực cửa sông Bạch Đằng Tuyển tập báo cáo Hội nghị Khoa học công nghệ môi trường năm 2007 35 Vũ Duy Vĩnh nnk, 2008 Báo cáo tổng kết đề tài “Nghiên cứu, ứng dụng mơ hình sinh thái phục vụ bảo vệ đa dạng sinh học hệ sinh thái vùng biển Cát Bà - Hạ Long” Lưu trữ Viện Tài nguyên Môi trường biển 36 Vũ Duy Vĩnh, 2009 Mơ hình thủy động lực khu vực vịnh Hạ Long- Bái Tử Long Báo cáo chuyên đề thuộc đề tài “Nghiên cứu đánh giá sức tải môi trường đề xuất giải pháp quản lý bảo vệ môi trường vịnh Hạ Long –Bái Tử Long” Lưu trữ Viện Tài nguyên Môi trường biển 37 WL|Delft Hydraulics, 1999 Delft3D-FLOW User Manual Version 3.05, Delft3D-Waq User Manual Version 3.01, Delft3d-Waq: Detailed description of processes (Technical Reference Manual) WL| Delft Hydraulics, Delft, Netherlands ỨNG DỤNG MƠ HÌNH TỐN HỌC PHỤC VỤ QUẢN LÝ TỔNG HỢP VÙNG BỜ Ở BỜ PHÍA TÂY VỊNH BẮC BỘ Tóm tắt Với đường bờ biển dài diện tích thềm lục địa lớn, quản lý tổng hợp vùng bờ biển (QLTHVBB) có ý nghĩa quan trọng cho phát triển bền vững Việt Nam Trong nhiều lĩnh vực nghiên cứu khác cơng cụ tốn học mơ hình tốn học dần khẳng định đóng góp phục vụ QLTVBB Bài viết trình bày tóm tắt tổng quan ứng dụng mơ hình tốn Việt Nam, vài kết ứng dụng mô hình tốn học vùng biển ven bờ tây vịnh Bắc Bộ Viện Tài nguyên Môi trường Biển Đó kết ứng dụng khác mơ hình tốn mơ chế độ thủy động lực, vận chuyển trầm tích, lan truyền chất gây nhiễm sinh thái học Tuy cịn có hạn chế kết đạt việc ứng dụng mơ hình tốn vùng biển ven bờ tây vịnh Bắc Bộ có đóng góp định cho quản lý tổng hợp vùng bờ biển APPLYING OF NUMERICAL MODELS FOR INTEGRATED COASTAL ZONE MANAGEMENT IN THE WESTERN TONKIN GULF With a long coastline and more than million square km of continental shell, Integrated Coastal Zone Management (ICZM) takes an important role in suitable development in Vietnam Among related to studies, mathematic tools such as numerical modeling more and more contributed to ICZM This paper presents a summary on applications of numerical modeling in Vietnam Some applications of the Íntitute of Marine Environment and Resources in coastal zone of the Western Tonkin Gulf also provided These results of hydrodynamics, sediments transports, water quality and ecological modeling in Quang Ninh and Hai Phong coastal areas Despites of some limitations in modeling application, it is a good contribution to ICZM in coastal zone of the western Tonkin Gulf 13 ...ỨNG DỤNG MƠ HÌNH TỐN HỌC PHỤC VỤ QUẢN LÝ TỔNG HỢP VÙNG BỜ Ở BỜ PHÍA TÂY VỊNH BẮC BỘ Vũ Duy Vĩnh Mở đầu Quản lý tổng hợp vùng bờ biển (QLTHVBB) hướng tới cách tiếp cận tổng thể hệ sinh... Netherlands ỨNG DỤNG MƠ HÌNH TỐN HỌC PHỤC VỤ QUẢN LÝ TỔNG HỢP VÙNG BỜ Ở BỜ PHÍA TÂY VỊNH BẮC BỘ Tóm tắt Với đường bờ biển dài diện tích thềm lục địa lớn, quản lý tổng hợp vùng bờ biển (QLTHVBB)... Những kết nghiên cứu QLTHVBB có phần đóng góp quan trọng từ kết áp dụng mơ hình khu vực nghiên cứu, có vùng bờ tây vịnh Bắc Bộ Tổng quan tình hình nghiên cứu áp dụng mơ hình tốn phục vụ ICZM Theo