nghiÊn cỨu lan truyỀn dẦu Ở biỂn ĐÔng phỤc vỤ cẢnh...

ĐAI HOC QUÔC GIA HA NÔI

TRƯƠNG ĐAI HOC KHOA HOC TƯ NHIÊN

-----------------------

Nguyễn Quốc Trinh

NGHIÊN CỨU LAN TRUYỀN DẦU Ở BIỂN ĐÔNG

PHỤC VỤ CẢNH BÁO VA TÌM KIẾM NGUỒN THẢI

LUÂN ÁN TIẾN SI HẢI DƯƠNG HOC

Ha Nôi - 2018

ĐAI HOC QUÔC GIA HA NÔI

TRƯƠNG ĐAI HOC KHOA HOC TƯ NHIÊN

-----------------------


NGHIÊN CỨU LAN TRUYỀN DẦU Ở BIỂN ĐÔNG

PHỤC VỤ CẢNH BÁO VA TÌM KIẾM NGUỒN THẢI

Chuyên nganh: Hải Dương học

Mã số: 62 44 02 28

LUÂN ÁN TIẾN SI HẢI DƯƠNG HOC

NGƯƠI HƯƠNG DÂN KHOA HOC

HDC: PGS.TS. Nguyễn Minh Huấn

HDP: PGS.TS. Phùng Đăng Hiếu

XÁC NHẬN NCS ĐÃ CHỈNH SỬA THEO QUYẾT NGHỊ

CỦA HÔI ĐỒNG ĐÁNH GIÁ LUẬN ÁN

TM. Tập thể hướng dẫn khoa học Chủ tịch Hôi đồng đánh giá

Luận án Tiến sĩ

PGS. TS. Nguyễn Minh Huấn

GS. TS. Đinh Văn Ưu

Ha Nôi - 2018

i

LƠI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan, đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.

Các số liệu và tài liệu sử dụng trong luận án là trung thực. Các kết quả nghiên

cứu nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công

trình nghiên cứu nào khác.

Hà Nội, ngày .... tháng 03 năm 2018.

Tác giả


ii

LƠI CẢM ƠN

Luận án này đã được hoàn thành tại khoa Khí tượng, Thuỷ văn và Hải dương

học thuộc Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội giai đoạn

từ năm 2011 đến 2016.

Để luận án được hoàn thành và đạt kết quả này, nghiên cứu sinh gửi lời cảm

ơn chân thành đến các thầy hướng dẫn trực tiếp là PGS. TS. Nguyễn Minh Huấn và

PGS. TS. Phùng Đăng Hiếu, các thầy cô của khoa Khí tượng, Thuỷ văn và Hải

dương học nói riêng và Trường Đại học Khoa học Tự nhiên nói chung, cùng bạn bè

và đồng nghiệp đã tạo điều kiện tốt nhất về vật chất và tinh thần cho nghiên cứu

sinh học tập, trao đổi và lĩnh hội kiến thức. Nghiên cứu sinh cũng trân trọng cảm ơn

đến Hội đồng Khoa học đã góp ý rất nhiều để các nội dung của luận án được hoàn

thiện tốt nhất.

Để có được ngày hôm nay, nghiên cứu sinh cảm ơn bố mẹ và những người

thân trong gia đình luôn thương yêu, động viên và khích lệ về vật chất và tinh thần.

Nghiên cứu sinh trân trọng cảm ơn tất cả mọi người đã ủng hộ, tạo điều kiện

và động viên khích lệ tinh thần để luận án này được hoàn thành.

Nghiên cứu sinh


iii

MỤC LỤC

LƠI CAM ĐOAN ............................................................................................. i

LƠI CẢM ƠN .................................................................................................. ii

MỤC LỤC ....................................................................................................... iii

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ..................................................................... vi

DANH MỤC BẢNG BIỂU ........................................................................... vii

DANH MỤC HÌNH VẼ ............................................................................... viii

MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1

1. Tính cấp thiết của đề tài ...................................................................................... 1

2. Mục tiêu nghiên cứu ........................................................................................... 2

3. Nội dung nhiệm vụ nghiên cứu........................................................................... 2

4. Phạm vi nghiên cứu ............................................................................................ 2

5. Phương pháp nghiên cứu .................................................................................... 2

6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn ............................................................................ 3

7. Các đóng góp mới của luận án ............................................................................ 3

8. Bố cục của luận án .............................................................................................. 3

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ THƯC TRANG SƯ CÔ DẦU TRAN VA

CÁC NGHIÊN CỨU DẦU TRAN TRÊN BIỂN .......................................... 4

1.1 Thực trạng sự cố tràn dầu trên biển trên thế giới, khu vực Biển Đông và

biển Việt Nam .................................................................................................. 4

1.1.1 Hiện trạng sự cố dầu tràn trên thế giới ......................................................... 4

1.1.2 Hiện trạng sự cố dầu tràn ở khu vực Biển Đông và biển Việt Nam ............. 6

1.1.3 Nguy cơ xảy ra sự cố dầu tràn ở khu vực biển Việt Nam và Biển Đông ....... 9

1.2. Tình hình nghiên cứu mô phỏng về dầu tràn trên biển .................................. 11

iv

1.2.1. Tình hình nghiên cứu mô phỏng dầu tràn trên biển trên thế giới .............. 12

1.2.2. Tình hình nghiên cứu mô phỏng dầu tràn trên biển ở trong nước ............. 14

1.3. Tình hình nghiên cứu khả năng tìm kiếm nguồn thải .................................... 17

1.3.1. Tình hình nghiên cứu khả năng tìm kiếm nguồn thải trên thế giới............. 17

1.3.2. Tình hình nghiên cứu khả năng tìm kiếm nguồn thải dầu ở trong nước .... 18

1.4. Kết luận chương 1 .......................................................................................... 19

CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH LAN TRUYỀN DẦU VA

KHẢ NĂNG TÌM KIẾM NGUỒN THẢI DẦU ......................................... 21

2.1. Phương pháp nghiên cứu lan truyền và biến đổi dầu .................................... 21

2.1.1. Cơ sở lý thuyết về lan truyền và biến đổi dầu xuôi thời gian ..................... 23

2.1.2. Cơ sở lý thuyết về lan truyền và biến đổi dầu ngược thời gian .................. 29

2.2. Tham số hóa các quá trình động lực và phong hoá của dầu tràn ................... 34

2.2.1. Các quá trình động lực cua dầu tràn .......................................................... 35

2.2.2. Các quá trình phong hóa dầu cua dầu tràn ................................................ 39

2.3. Phương pháp rời rạc hoá, chỉ tiêu đánh giá và sơ đồ thuật toán .................... 51

2.3.1 Phương pháp giải số .................................................................................... 51

2.3.2 Phương pháp rời rạc hoá với sơ đồ sai phân hữu hạn ................................ 53

2.3.3. Các sơ đồ cấu trúc thuật toán ..................................................................... 64

2.3.4. Chỉ tiêu đánh giá sai số .............................................................................. 69

2.4. Kết luận chương 2 .......................................................................................... 72

CHƯƠNG 3. ĐÁNH GIÁ, PHÂN TÍCH VA THẢO LUÂN KẾT QUẢ

NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG CHO KHU VƯC BIỂN ĐÔNG ..................... 73

3.1. Các bước thực hiện và thông tin dữ liệu phục vụ tính toán ........................... 73

3.1.1 Các bước thực hiện ...................................................................................... 73

3.1.2 Thông tin dữ liệu phục vụ làm đầu vào cho tính toán ................................. 74

v

3.2. Kết quả nghiên cứu đánh giá kiểm nghiệm xuôi thời gian ............................ 82

3.2.1. Ðánh giá hiệu ứng cua sơ đồ sai phân trên luới và kết hợp dưới luới ....... 82

3.2.2. Đánh giá kiểm ngiệm hiệu ứng cua các thành phần tham gia ................... 84

3.2.3. Đánh giá kiểm nghiệm hiệu ứng khuếch tán số xuôi thời gian .................. 88

3.3. Kết quả nghiên cứu đánh giá thử nghiệm xuôi thời gian ............................... 92

3.3.1. Đánh giá thử nghiệm điều kiện môi trường đồng nhất xuôi thời gian ....... 92

3.3.2. Đánh giá thử nghiệm điều kiện môi trường trung bình tháng xuôi thời

gian ................................................................................................................. 95

3.3.3. Đánh giá thử nghiệm điều kiện môi trường thực xuôi thời gian ................ 99

3.4. Kết quả nghiên cứu khả năng tìm kiếm nguồn thải ngược thời gian ........... 105

3.4.1. Một số kết quả mô phỏng ngược thời gian trên thế giới .......................... 105

3.4.2. Đánh giá thử nghiệm ngược thời gian trong điều kiện môi trường

đồng nhất ...................................................................................................... 107

3.4.4. Đánh giá thử nghiệm điều kiện môi trường biến đổi thực ngược thời

gian ............................................................................................................... 114

3.4.5. Đánh giá kiểm nghiệm hiệu ứng khuếch tán số ngược thời gian ............. 122

3.5. Đánh giá độ ổn định mô hình xuôi – ngược theo thời gian ......................... 124

3.6. Đánh giá độ ổn định mô hình ngược - xuôi thời gian .................................. 128

3.7. Kết luận chương 3 ........................................................................................ 131

KẾT LUÂN VA KIẾN NGHỊ .................................................................... 132

Kết luận ............................................................................................................... 132

Kiến nghị ............................................................................................................. 132

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HOC CỦA TÁC GIẢ CÓ

LIÊN QUAN ĐẾN LUÂN ÁN .................................................................... 134

TAI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................... 135

PHỤ LỤC ..................................................................................................... 150

vi

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

API: Viện Dầu khí của Hoa Kỳ

(American Petroleum Institute)

NOAA: Cục Khí tượng và Đại dương Quốc gia của Hoa Kỳ

(National Oceanic and Atmospheric Administration)

ITOPF: Liên đoàn Ứng phó ô nhiễm trên biển Quốc tế

(International Tanker Owners Pollution Federation Ltd)

ASCE: Hiệp hội của kỹ sư dân dụng Mỹ

(American Society of Civil Engineers)

CFSR: Hệ thống dữ liệu khí hậu tái phân tích

(Climate Forecast System Reanalysis)

POM: Mô hình Đại dương của Trường Đại học Princeton

(Princeton Ocean Model)

SWAN: Mô hình hình mô phỏng sóng ven bờ

(Simulating WAves Nearshore)

LPTMs: Mô hình Lagrangian theo dõi quỹ đạo hạt

(Lagrangian Particle-Tracking Models)

BITT: Quỹ đạo ngược thời gian

(Backward-in-Time-Trajectory)

LCSs: Cấu trúc nhánh kết hợp Lagrangian

(Lagrangian Coherent Structures)

BP : Dầu khí của Anh quốc

(British Petroleum)

nnk: Nhiều người khác

https://www.google.com/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=8&cad=rja&uact=8&sqi=2&ved=0ahUKEwjVmvzPnsrMAhXiJqYKHaxrDw4QFggxMAc&url=http%3A%2F%2Fwww.environmental-expert.com%2Fcompanies%2Finternational-tanker-owners-pollution-federation-ltd-itopf-21317&usg=AFQjCNGrlykzvZ2Iy4qY_ct-6YyWgoLD7w&sig2=4GSeU4MxeVMQwZD11Ag6Nw&bvm=bv.121421273,d.dGY

vii

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1. Thống kê về một số vụ tràn dầu lớn nhất do hàng hải từ 1970 đến

2015 ........................................................................................................... 5

Bảng 2.1. Đặc trưng mật độ tại 15oC của các loại dầu ............................................. 25

Bảng 2.2. Tổng hợp thông số các đặc trưng về tham số hoá các quá trình động

lực, phong hoá và tính chất dầu ............................................................... 50

Bảng 2.3. Hệ thống các quá trình hoá trong mô hình dầu tràn và vật thể trôi

trên biển ................................................................................................... 71

Bảng 3.1 Thông tin dữ liệu đầu vào phục vụ tính toán lan truyền và biến đổi

dầu tràn .................................................................................................... 80

Bảng 3.2. Kết quả tính toán theo các chỉ số NASH, PBIAS, RMSE và hàm

tương quan của các trường hợp thành phần tham gia ............................. 85

Bảng 3.3. Kết quả mô phỏng diện tích của lớp dầu tràn trên mặt biển với các

kịch bản bước lưới khác nhau .................................................................. 89


tương quan của mô phỏng dầu tràn theo thời gian với yếu tố môi

trường chế độ tháng ................................................................................. 96


tương quan của lan truyền dầu với yếu tố môi trường (CFSR và

POM) theo thời gian thực ...................................................................... 100

Bảng 3.6. So sánh đánh giá kết quả lan truyền dầu thải ngược thời gian theo

các chỉ số NASH, PBIAS, RMSE và hàm tương quan ......................... 108


tương quan của lan truyền dầu theo thời gian với yếu tố môi trường

chế độ tháng ........................................................................................... 111


tương quan của lan truyền dầu với yếu tố môi trường (CFSR và

POM) theo thời gian thực ...................................................................... 115

viii

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1. Một số hình ảnh tàu bị tai nạn gây sự cố tràn dầu trên thế giới ................. 5

Hình 1.2. Đồ thị phân bố về số vụ tràn dầu trên 7 tấn tại các quốc gia có sự cố

dầu tràn nhiều nhất thế giới giai đoạn 1992-2011 .................................... 6

Hình 1.3. Sơ đồ phân bố tàu hoạt động có phát báo trên Biển Đông và lân cận

giai đoạn 1995-2005 . ................................................................................ 7

Hình 1.4 Sơ đồ phân bố các sự cố tràn dầu khu vực Biển Đông và lân cận giai

đoạn 1976-2005 . ....................................................................................... 7

Hình 1.5. Sơ đồ phân bố mật độ dầu (triệu tấn/năm) vận chuyển qua tuyến

hàng hải khu vực Biển Đông và lân cận năm 2005 . ................................. 7

Hình 1.6. Bản đồ phân bố vệt dầu tràn từ ảnh vệ tinh trên Biển Đông năm

2007 và 2008 .............................................................................................. 8

Hình 1.7. Phân bố tiềm năng dầu khí khu vực Biển Đông và lân cận giai đoạn

2006-2007 ............................................................................................... 10

Hình 1.8. Giao diện website quản lý tàu vận tải dầu của Cục Hàng hải Việt

Nam ......................................................................................................... 10

Hình 1.9. Hệ thống giao thông hàng hải quốc tế về vận chuyển dầu trên biển ....... 11

Hình 2.1. Các quá trình vật lý, phong hóa và biến đổi dầu tràn trên biển ............... 21

Hình 2.2. Sơ đồ nguyên lý của quá trình lan truyền và biến đổi tính chất của

dầu tràn .................................................................................................... 23

Hình 2.3. Sơ đồ mô tả quá trình tác dụng lực làm di chuyển xuôi- ngược theo

thời gian ................................................................................................... 29

Hình 2.4. Sơ đồ mô tả quá trình khuếch tán vật chất xuôi- ngược theo thời gian .... 30

Hình 2.5. Sơ đồ mô tả quá trình bảo toàn vật chất xuôi- ngược theo thời gian ........ 30

Hình 2.6. Sơ đồ các quá trình động lực và phong hoá biến đổi theo thời gian ......... 34

Hình 2.7. Biến đổi của hệ số khuếch tán ngang theo thời gian ................................. 38

Hình 2.8a. Hình ảnh nhũ tương trên biển ................................................................. 39

Hình 2.8b. Biến đổi tỷ lệ của phần dầu bị nhũ tương (Fw) theo thời gian ................ 39

Hình 2.9a. Tỷ lệ bay hơi ở nhiệt độ 15oC cho một số loại dầu khác nhau ............... 40

Hình 2.9b. Biến đổi tỷ phần của bay hơi (Fe) theo thời gian .................................... 40

ix

Hình 2.10a. Dạng dầu phân tán tự nhiên dạng hạt ................................................... 42

Hình 2.10b. Biến đổi tỷ phần của phân tán thẳng đứng (Fd) theo thời gian ............. 42

Hình 2.11a Dạng dầu hoà tan tự nhiên dạng bông ................................................... 44

Hình 2.11b. Biến đổi tỷ phần của hoà tan (Fdisc) theo thời gian ............................... 44

Hình 2.12. Dạng dầu của trầm tích đáy .................................................................... 46

Hình 2.13. Dạng dầu trên bờ và bãi biển ................................................................. 47

Hình 2.14. Dạng Ô-xy hóa dầu ................................................................................ 48

Hình 2.15. Dạng dầu phân hủy sinh học .................................................................. 49

Hình 2.16a. Lưới sơ đồ sai phân khác nhau .............................................................. 53

Hình 2.16b. Sơ đồ phân bố biến trên lưới sai phân theo không gian hai chiều

(x và y) ..................................................................................................... 53

Hình 2.16c. Sơ đồ phân bố lưới sai phân theo không gian hai chiều (x và y) và

thời gian (t) .............................................................................................. 54

Hình 2.17a. Sơ đồ sai phân dưới lưới theo không gian hai chiều ............................. 56

Hình 2.17b. Sơ đồ miền lưới tính theo không gian hai chiều ................................... 56

Hình 2.18. Lưới sơ đồ sai phân theo thời gian .......................................................... 61

Hình 2.19 Sơ đồ khối của chương trình chính tính toán. .......................................... 66

Hình 2.20 Sơ đồ khối của chương trình con tính toán các quá trình động lực,

phong hoá và biến đổi dầu ....................................................................... 67

Hình 2.21 Sơ đồ khối của chương trình con tính toán sai phân bậc 1 với nồng

độ (C) hoặc độ dày lớp dầu (h) ................................................................ 68

Hình 2.22 Sơ đồ khối của chương trình con tính toán sai phân bậc 2 với nồng

độ (C) hoặc độ dày lớp dầu (h) ................................................................ 68

Hình 2.23 Sơ đồ khối của chương trình con tính toán sai phân bậc 1 ...................... 69

Hình 3.1. Sơ đồ các bước kiểm nghiệm, đánh giá và áp dụng .................................. 74

Hình 3.2. Bản đồ khu vực nghiên cứu và địa hình đáy biển hệ cao độ Quốc gia ..... 75

Hình 3.3. Sơ đồ lưới địa hình khu vực nghiên cứu ................................................... 77

Hình 3.4 Trường gió (trái) và dòng chảy bề mặt (phải) trung bình tháng 1 ............ 78

Hình 3.5. So sánh kết quả mô phỏng giữa các sơ đồ sai phân sử dụng trên lưới

nền, kết hợp đến dưới lưới 2-4 và , kết hợp đến dưới lưới 2-8 với thời

gian sau 48 giờ ......................................................................................... 83

x

Hình 3.6. Đồ thị so sánh biến trình giữa các tỷ lệ về quãng đường di chuyển

(mô hình Euler và phương trình (3.1)) theo thành phần tham gia ........... 84

Hình 3.7. Đồ thị so sánh biến trình nồng độ và độ dày của lớp dầu trên mặt

nước về các thành phần tham gia khác nhau ........................................... 86

Hình 3.8. So sánh kết quả tính toán nồng độ dầu giữa thành phần tham gia

khác nhau sau 3 ngày ............................................................................... 87

Hình 3.9. Đồ thị so sánh biến trình diện tích của lớp dầu trên mặt nước dầu có

nồng độ lớn hơn 1.e-5[kg.m-2] theo thời gian với các quy mô lưới

khác nhau ................................................................................................. 89

Hình 3.10. So sánh kết quả mô phỏng vệt dầu về nồng độ [kg.m-2] của lớp dầu

tràn trên mặt nước với các bước lưới khác nhau (0,02o, 0,04o và

0,06o) sau 05 ngày tính toán .................................................................... 90

Hình 3.11. Đồ thị so sánh biến trình nồng độ và độ dày lớn nhất của lớp dầu

trên mặt xuôi thời gian với các bước lưới khác nhau (0,01o; 0,02o;

0,03o; 0,04o; 0,044o; 0,05o và 0,06o) ........................................................ 91

Hình 3.12. Biến đổi theo thời gian của vị trí nồng độ dầu lớn nhất với điều

kiện môi trường đồng nhất....................................................................... 93

Hình 3.13. Kết quả tính toán mô phỏng vệt dầu về nồng độ [kg.m-2] của lớp

dầu tràn trên mặt nước theo các thời điểm khác nhau ............................. 94

Hình 3.14a. Biến đổi theo thời gian của tỷ lệ quãng đường di chuyển của vị trí

nồng độ dầu lớn nhất giữa mô hình Euler và phương trình (3.1) ............ 97

Hình 3.14b. Trường nồng độ [kg.m-2] vết dầu lan truyền sau 03 ngày tính toán

với yếu tố môi trường trung bình tháng và bước lưới tính đều ............... 97

Hình 3.15a. Mô phỏng vệt dầu về nồng độ [kg.m-2] của lớp dầu trên mặt nước

với điều kiện môi trường trung bình tháng 2 ........................................... 98

Hình 3.15b. Mô phỏng vệt dầu về nồng độ [kg.m-2] của lớp dầu trên mặt nước

với điều kiện môi trường trung bình tháng 7 ........................................... 98

Hình 3.16. Đồ thị biến đổi tỷ lệ về quãng đường di chuyển của vị trí nồng độ

cực đại của lớp dầu tràn trên mặt giữa mô hình Euler và phương

trình (3.1) theo thời gian với điều kiện môi trường thực (CFSR và

POM) và bước lưới tính đều của sự cố dầu tràn một lần ....................... 100

xi

Hình 3.17. Mô phỏng vệt dầu về nồng độ [kg.m-2] của lớp dầu tràn trên mặt

nước với điều kiện môi trường thực (CFSR và POM) của sự cố dầu

tràn một lần xảy ra lúc 00giờ ngày 05 tháng 02 năm 2007. .................. 102


nước với điều kiện môi trường thực (CFSR và POM) của sự cố dầu

tràn một lần xảy ra lúc 00giờ ngày 05 tháng 07 năm 2008. .................. 103


nước với điều kiện môi trường thực (CFSR và POM) với sự cố dầu

tràn năm 2007 ........................................................................................ 104


nước với điều kiện môi trường thực (CFSR và POM) với sự cố dầu

tràn năm 2008 ........................................................................................ 104

Hình 3.21. Kết quả mô phỏng vật thể trôi xuôi - ngược theo thời gian khu vực

Biển Bắc với thời gian tính toán là 60 giờ ............................................ 106

Hình 3.22. Kết quả mô phỏng sinh vật phù du ngược-xuôi theo thời gian vời

thời gian tính toán là 6 ngày ................................................................. 107

Hình 3.23. Biến đổi tỷ lệ quãng đường di chuyển và diện tích dầu ngược thời

gian với điều kiện môi trường đồng nhất với bước lưới tính đều .......... 108

Hình 3.24. Biến đổi tính chất dầu ngược thời gian với điều kiện môi trường

đồng nhất với bước lưới tính đều ........................................................... 109

Hình 3.25. Trường nồng độ dầu [kg.m-2] lan truyền ngược thời gian với điều

kiện môi trường đồng nhất với bước lưới tính đều ................................ 110

Hình 3.26. Biến đổi ngược thời gian của tỷ lệ quãng đường di chuyển vị trí

giữa nồng độ dầu lớn nhất của mô hình Euler và phương trình (3.1) ... 112

Hình 3.27. Biến đổi ngược thời gian của nồng độ dầu lớn nhất trong điều kiện

môi trường trung bình tháng .................................................................. 112

Hình 3.28. Trường nồng độ [kg.m-2] vết dầu lan truyền với điều kiện môi

trường trung bình tháng và bước lưới tính đều trước 07 ngày .............. 113

Hình 3.29. Kết quả lan truyền dầu thải ngược thời gian với điệu kiện môi

trường trung bình tháng 2 và dầu tràn năm 2007 .................................. 114

Hình 3.30. Kết quả lan truyền dầu thải ngược thời gian với điệu kiện môi

trường trung bình tháng 7 và dầu tràn năm 2008 .................................. 114

xii

Hình 3.31. Biến đổi các đặc trưng vật lý, phong hoá và tính chất dầu ngược

thời gian với điều kiện môi trường thực (CFSR và POM) và bước

lưới tính đều (dx=dy=0,044o) ................................................................ 117

Hình 3.32. Trường nồng độ [kg.m-2] vết dầu lan truyền ngược thời gian với

điều kiện môi trường thực (CFSR và POM) với phát hiện sự cố dầu

tràn lúc 00giờ ngày 25 tháng 2 năm 2007 ............................................. 118

Hình 3.33. Trường nồng độ [kg.m-2] vết dầu lan truyền ngược thời gian với


tràn lúc 00giờ ngày 25 tháng 7 năm 2008 ............................................. 119

Hình 3.34. Kết quả lan truyền thải dầu ngược thời gian với điều kiện môi

trường thực (CFSR và POM) năm 2007 ................................................ 120

Hình 3.35. Kết quả lan truyền thải dầu ngược thời gian với điều kiện môi

trường thực (CFSR và POM) năm 2008 ................................................ 121

Hình 3.36. So sánh quá trình lan truyền dầu ngược thời gian trước 05 ngày với


tràn lúc 00giờ ngày 25 tháng 2 năm 2007 theo các quy mô bước

lưới không gian khác nhau ..................................................................... 123

Hình 3.37. So sánh quá trình lan truyền dầu ngược thời gian trước 05 ngày với


tràn lúc 00giờ ngày 25 tháng 7 năm 2008 theo các quy mô bước

lưới không gian khác nhau ..................................................................... 124

Hình 3.38. So sánh quá trình lan truyền dầu xuôi-ngược thời gian trước 07

ngày với điều kiện môi trường thực (CFSR và POM) với sự cố dầu

tràn lúc 00giờ ngày 05/02/2007 ............................................................. 126

Hình 3.39. So sánh quá trình lan truyền dầu xuôi-ngược thời gian trước 07

ngày với điều kiện môi trường thực (CFSR và POM) với sự cố dầu

tràn lúc 00giờ ngày 05/07/2008 ............................................................. 127

Hình 3.40. So sánh quá trình lan truyền dầu ngược-xuôi thời gian trước 07

ngày với điều kiện môi trường thực (CFSR và POM) với phát hiện

sự cố dầu tràn lúc 00giờ ngày 25/02/2007 ............................................. 129

Hình 3.41. So sánh quá trình lan truyền dầu ngược-xuôi thời gian trước 07

ngày với điều kiện môi trường thực (CFSR và POM) với phát hiện

sự cố dầu tràn lúc 00giờ ngày 25/07/2008 ............................................. 130

1

MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tai

Kinh tế biển trong đó có ngành dầu khí đã và đang đóng góp quan trọng cho

sự phát triển của đất nước. Bên cạnh đó, vấn đề ô nhiễm biển do phát triển kinh tế

nói chung và ô nhiễm dầu trên biển nói riêng đã trở thành một trong những mục tiêu

quan trọng trong khoa học nghiên cứu biển. Trên thế giới sự cố giàn khoan trên vịnh

Mexico năm 2010 của công ty dầu khí Anh quốc BP với ước tính khoảng 185 triệu

gallon dầu tràn ra biển cho đến nay vẫn để lại hậu quả chưa khắc phục hết [149];

Trên Biển Đông, khu vực ảnh hưởng trực tiếp đến Việt Nam trong năm 2007 và

2008, hiện tượng dầu tràn trên biển và trôi dạt vào bờ biển chưa rõ nguồn gốc với

ước tính trên 5000 tấn dầu thu gom ở trên bãi biển đã gây thiệt hại về kinh tế như

nuôi trồng thuỷ hải sản, du lịch biển và các hệ sinh thái biển [16].

Theo lịch sử ghi nhận được trong quá khứ đã xảy ra khoảng trên 50 sự cố dầu

tràn từ năm 1990 đến năm 2015, dầu tràn trôi nổi trên biển có nguồn gốc từ các tai

nạn tàu thuyền, kho chứa, ống dẫn dầu và giàn khoan . Hiện tại, các hoạt động giao

thông hàng hải với các tai nạn gây ra sự cố tràn dầu ra môi trường biển ghi nhận

được vẫn thường xuyên xảy ra [148, 150].

Do thúc đẩy phát triển kinh tế biển , nguy cơ xảy ra sự cố tràn dầu trong tương

lai vẫn tiếp tục tăng lên từ một số nguồn như là:

+ Từ hệ thống các cảng biển ngày càng phát triển tại các khu vực ven biển và

hải đảo ở khu vực Biển Đông và Việt Nam;

+ Từ kho chứa dầu, ống dẫn dầu, giàn khoan và các lỗ khoan thăm dò dưới

đáy biển ngày càng gia tăng với các hoạt động khai thác dầu;

+ Từ các hoạt động vận tải biển trên khu vực Biển Đông với tuyến hàng hải

quốc tế có mật độ hoạt động lớn thứ 2 thế giới sau khu vực Địa Trung Hải.

Từ những thực trạng và nguy cơ tràn dầu nêu trên, tác giả đã lựa chọn đề tài

luận án “Nghiên cứu lan truyền dầu ở Biển Đông phục vụ cảnh báo và tìm kiếm

2

nguồn thải” nhằm góp phần phát triển thêm công cụ phục vụ công tác hỗ trợ bảo vệ

môi trường, phát triển kinh tế - xã hội bền vững khi sự cố tràn dầu xảy ra. Trong

khuôn khổ luận án này, tác giả đã tiến hành nghiên cứu quá trình lan truyền và biến

đổi khi dầu tràn ra biển phục vụ cảnh báo (dầu sẽ di chuyển đến đâu - quá trình xuôi

thời gian) và khả năng tìm kiếm nguồn thải (dầu lan truyền từ đâu đến – quá trình

ngược thời gian) bằng phương pháp tiếp cận Euler (gọi tắt là mô hình Euler) và ứng

dụng cho khu vực Biển Đông.

2. Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu là nghiên cứu lựa chọn được cơ sở khoa học về mô phỏng lan truyền

và biến đổi dầu xuôi - ngược thời gian và khả năng áp dụng cho điều kiện thực.

3. Nôi dung nhiệm vụ nghiên cứu

1, Tổng quan tài liệu nghiên cứu;

2, Thu thập số liệu làm cơ sở dữ liệu và cơ sở khoa học;

3, Nghiên cứu các quá trình lan truyền, phong hoá và biến đổi tính chất của dầu;

4, Nghiên cứu khả năng tìm kiếm nguồn phát thải dầu gây ô nhiễm;

5, Mô phỏng lan truyền dầu và khả năng tìm kiếm nguồn thải dầu.

4. Phạm vi nghiên cứu

Khu vực Biển Đông với giới hạn không gian địa lý (1-240N; 99-1210E).

5. Phương pháp nghiên cứu

+ Phương pháp phân tích và đánh giá: sử dụng để phân tích tài liệu thu thập và

phân tích tính logic của nghiên cứu.

+ Phương pháp thông tin địa lý GIS: sử dụng để cập nhật và tích hợp các bản

đồ, các thông số khu vực nghiên cứu, ...

+ Phương pháp mô hình số trị: sử dụng để nghiên cứu phát triển mô hình mô

phỏng lan truyền và biến đổi dầu theo không gian và thời gian.

3

6. Ý nghĩa khoa học va thực tiễn

- Ý nghĩa khoa học: góp phần hoàn thiện phương pháp nghiên cứu về lan

truyền dầu phục vụ cảnh báo và khả năng tìm kiếm nguồn phát thải.

- Ý nghĩa thực tiễn: hỗ trợ công tác ứng phó và ngăn ngừa giảm thiểu ảnh

hưởng ô nhiễm dầu đến biển Việt Nam. Làm cơ sở cho quy hoạch quản lý và sử

dụng hợp lý tài nguyên biển đảo.

7. Các đóng góp mới của luận án

1, Xây dựng mô hình số tính toán lan truyền dầu tràn theo tiếp cận Euler để dự

báo và truy tìm nguồn gốc dầu trên Biển Đông.

2, Hoàn thành được những bước ban đầu giải bài toán ngược thời gian để tìm

nguồn gốc dầu tràn.

8. Bố cục của luận án

Ngoài các phần mở đầu; kết luận và kiến nghị; tài liệu tham khảo; phụ lục, cấu

trúc luận án gồm 03 chương:

Chương 1. Tổng quan về thực trạng sự cố dầu tran va các nghiên cứu dầu

tran trên biển.

Trong chương này thực hiện tổng hợp thông tin về hiện trạng và nguy cơ xảy

ra dầu tràn. Tổng quan các công trình nghiên cứu về dầu tràn và khả năng tìm kiếm

nguồn thải dầu để định hướng nghiên cứu ở các phần tiếp theo.

Chương 2. Nghiên cứu quá trình lan truyền dầu va khả năng tìm kiếm

nguồn thải dầu.

Trong chương này thực hiện nghiên cứu xác định cơ sở lý thuyết và phương

pháp giải bài toán lan truyền và khả năng tìm kiếm nguồn thải với các quá trình vật

lý, phong hoá và biến đổi dầu.

Chương 3. Đánh giá, phân tích kết quả nghiên cứu áp dụng cho khu vực

Biển Đông.

Trong chương này thực hiện đánh giá, phân tích kết quả tính toán mô phỏng

lan truyền và khả năng tìm kiếm nguồn thải áp dụng cho khu vực Biển Đông.

4

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ THƯC TRANG SƯ CÔ DẦU TRAN VA

CÁC NGHIÊN CỨU DẦU TRAN TRÊN BIỂN

1.1 Thực trạng sự cố tran dầu trên biển trên thế giới, khu vực Biển Đông va

biển Việt Nam

1.1.1 Hiện trạng sự cố dầu tràn trên thế giới

Vấn đề ô nhiễm biển nói chung và ô nhiễm dầu trên biển nói riêng đã được

nhiều công trình nghiên cứu trên thế giới đề cập đến.

Thực tế, sự cố tràn dầu đã xảy ra ở hầu hết các vùng biển trên thế giới với mức

độ khác nhau. Ví dụ, một số vụ tràn dầu lớn như: (1) Năm 1991 ở vịnh Ba Tư do

chiến tranh vùng vịnh khi Iraq rút quân khỏi Kuwait làm dầu tràn khoảng 250-366

triệu thùng (gallon), với diện tích dầu loang tương đương với quần đảo Hawaii

(Mỹ); (2) Năm 2010 ở vịnh Mexico, dầu tràn khoảng 185 triệu thùng, do sự cố rò rỉ

từ giếng Madonco thuộc giàn khoan của Công ty BP (Anh quốc); (3) Từ ngày

3/6/1979 đến ngày 23/3/1980 ở vùng vịnh Mexico, dầu tràn khoảng 30000 thùng

dầu/ngày và tổng khoảng 140 triệu thùng do giàn khoan Ixtoc 1 của Mexico bị tai

nạn; (4) Từ ngày 10/2/1983 đến ngày 18/9/1983 ở ngoài khơi biển Iran trên vịnh Ba

Tư, lượng dầu tràn khoảng 80 triệu thùng do chiến tranh giữa Iran và Iraq đã xảy ra

làm vỡ bể chứa và rò rì giàn khoan.

Theo số liệu của ITOPF [148] về sự cố tràn dầu do hàng hải từ năm 1970 đến

nay, ngoài tác động của chiến tranh, số vụ tràn dầu lớn từ 100.000 tấn trở lên ghi

nhận đượccó khoảng 10 vụ (Bảng 1.1). Các hình ảnh về các sự cố tàu thuyền gây ra

tràn dầu được minh hoạ ở Hình 1.1.

Từ năm 1992 đến 2011, ITOPF đã ghi nhận được 452 sự cố tràn dầu từ 7 tấn

trở lên ở 47 quốc gia. Cũng giai đoạn này, Việt Nam đứng thứ 5 thế giới, thứ 4

Châu Á và thứ 3 khu vực (sau Trung Quốc và Singapore) trong các quốc gia có sự

cố dầu tràn nhiều nhất, phân bố về số vụ tràn dầu trên 7 tấn được thể hiện ở Hình

1.2.

5

Bảng 1.1. Thống kê về một số vụ tràn dầu lớn nhất do hàng hải từ 1970 đến 2015 [148]

TT Tên tàu Năm Khu vực sự cố

Khối

lượng

(tấn)

(1) (2) (3) (4) (5)

1 ATLANTIC EMPRESS 1979 Ngoài khơi Tobago, phía tây Ấn Độ 287000

2 ABT SUMMER 1991 Cách bờ biển Angola khoảng 1300km 260000

3 CASTILLO DE BELLVER 1983 Ngoài khơi vịnh Saldanha, Nam Phi 252000

4 AMOCO CADIZ 1978 Ngoài khơi Brittany, Pháp 223000

5 HAVEN 1991 Ngoài khơi Genoa, Italy 144000

6 ODYSSEY 1988 Cách bờ biển Nova Scotia khoảng

1300km, Canada 132000

7 TORREY CANYON 1967 Ngoài khơi Scilly Isles, Anh 119000

8 SEA STAR 1972 Ngoài khơi vịnh Oman 115000

9 IRENES SERENADE 1980 Ngoài khơi vịnh Navarino, Hy Lạp 100000

10 URQUIOLA 1976 Ngoài khơi La Coruna, Tây Ban Nha 100000

Hình 1.1. Một số hình ảnh tàu bị tai nạn gây sự cố tràn dầu trên thế giới [148]

http://itopf.com/information-services/data-and-statistics/case-histories/alist.html#atlantic

http://itopf.com/information-services/data-and-statistics/case-histories/alist.html#Abt

http://itopf.com/information-services/data-and-statistics/case-histories/clist.html#castillo

http://itopf.com/information-services/data-and-statistics/case-histories/alist.html#amoco

http://itopf.com/information-services/data-and-statistics/case-histories/hlist.html#haven

http://itopf.com/information-services/data-and-statistics/case-histories/olist.html#odyssey

http://itopf.com/information-services/data-and-statistics/case-histories/tlist.html#TORREY

http://itopf.com/information-services/data-and-statistics/case-histories/slist.html#seastar

http://itopf.com/information-services/data-and-statistics/case-histories/ilist.html#irenes

http://itopf.com/information-services/data-and-statistics/case-histories/ulist.html#urquiola

6

Hình 1.2. Đồ thị phân bố về số vụ tràn dầu trên 7 tấn tại các quốc gia có sự cố dầu tràn

nhiều nhất thế giới giai đoạn 1992-2011 [148]

1.1.2 Hiện trạng sự cố dầu tràn ở khu vực Biển Đông và biển Việt Nam

Khu vực Biển Đông là khu vực có tuyến đường hàng hải quốc tế đi qua và

cũng là khu vực khai thác dầu khí lớn đang mở rộng phát triển mạnh trên thế giới.

Theo ITOPF (2013) có khoảng 80% dầu của Trung Quốc, 50% dầu của Nhật Bản

và Hàn Quốc được vận tải bằng đường biển qua Biển Đông. Giai đoạn 1992-2011,

Trung Quốc là nước đứng đầu với 23 vụ tràn dầu lớn, Nhật Bản 12 vụ, Hàn Quốc

11 vụ tràn dầu lớn, dẫn đến Châu Á đứng đầu về số lượng các sự cố tràn dầu [148].

Khu vực Biển Đông có mật độ hoạt động giao thông hàng hải lớn (Hình 1.3),

các sự cố tràn dầu xảy ra tại các cảng biển phân bố theo lượng dầu tràn được thể

hiện trên Hình 1.4. Hình 1.5 thể hiện sơ đồ tuyến hàng hải từ eo Mallaca đến Trung

Quốc, Nhật Bản, Hàn Quốc vận chuyển khối lượng dầu lên đến 300-400 triệu

tấn/năm đi qua khu vực Biển Đông và lân cận với các hệ thống cảng của các nước

tham gia như Trung Quốc, Thái Lan, Singapore, Malaixia, Philippin và Việt Nam,

….

Số v

ụ t

ràn d

ầu

Các quốc gia

7

Tại khu vực Biển Đông và biển Việt Nam, theo số liệu phân tích và thông kê

các sự cố tràn dầu trên biển

được chia thành 2 loại: (1) Sự

cố phát hiện được nguồn gốc là

các hoạt động giao thông vận

tải thủy bị tai nạn gần bờ và

giàn khoan (Phụ lục 1.1); (2)

Sự cố không phát hiện được

nguồn gốc là hiện tượng tràn

dầu xảy ra ngoài biển khơi, trôi

dạt vào bờ (sự cố tràn dầu năm

2007 đến năm 2008 tại các tỉnh

dọc ven biển Việt Nam (Hình

1.6).

Hình 1.4 Sơ đồ phân bố các sự cố tràn dầu

khu vực Biển Đông và lân cận giai đoạn

1976-2005 [148].

Hình 1.5. Sơ đồ phân bố mật độ dầu (triệu

tấn/năm) vận chuyển qua tuyến hàng hải khu

vực Biển Đông và lân cận năm 2005 [148].

Hình 1.3. Sơ đồ phân bố tàu hoạt động có phát báo

trên Biển Đông và lân cận giai đoạn 1995-2005 [5].

8

a. Năm 2007 [22] b. Năm 2008 [23]

Hình 1.6. Bản đồ phân bố vệt dầu tràn từ ảnh vệ tinh trên Biển Đông năm 2007 và 2008

9

1.1.3 Nguy cơ xảy ra sự cố dầu tràn ở khu vực biển Việt Nam và Biển Đông

A. Thăm dò và khai thác dầu khí trên biển khu vực Biển Đông

Khu vực Biển Đông là một trong năm bồn trũng chứa dầu khí lớn nhất thế giới

với tiềm năng của những bồn trũng như Bruney-Saba (Bruney), Sarawak (Indone-

sia), Malay (Malaxia), Pattani Thái (Thái Lan), Nam Côn Sơn (Việt Nam), Mê-

Công (Việt Nam), Sông Hồng (Việt Nam), cửa sông Châu Giang (Trung Quốc) [3].

Hiện nay, các bồn trũng này đều được thăm dò và khai thác dầu khí bởi các quốc

gia liên quan, trong đó Indonesia là thành viên của OPEC. Theo cơ quan Thông tin

Năng lượng của Mỹ ước tinh trữ lượng dầu thô và hoá lỏng tiềm năng ở khu vực

Biển Đông theo các quốc gia khoảng 1,5 tỷ thùng (Bruney), 0,3 tỷ thùng (Indone-

sia), 5,0 tỷ thùng (Malaxia), 3,0 tỷ thùng (Việt Nam), 0,2 tỷ thùng (Philippin), 1,3 tỷ

thùng (Trung Quốc) [147]. Theo đánh giá của Trung Quốc, trữ lượng dầu thô khu

vực Biển Đông khoảng 213 tỷ thùng, trong đó khu vực Trường Sa và Hoàng Sa

khoảng 105 tỷ thùng [154]. Theo đáng giá ước lượng của Việt Nam, dầu khí từ các

bồn trũng khoảng là 550-700 triệu m3 (Sông Hồng), 300-700 triệu m3 (Phú Khánh),

700-800 triệu m3 (Cửu Long), 650-750 triệu m3 (Nam Côn Sơn), 250-300 triệu m3

(Malay – Thổ Chu) và 1000-1500 triệu m3 (Vũng Mây) [9].

Trong giai đoạn 2006 – 2007, phân bố tiềm năng dầu - khí của khu vực Biển

Đông và lân cận được đánh giá và xây dựng thành bản đồ Hình 1.7 thể hiện phân bố

về tiềm năng dầu khí trong không gian đã được chia theo lô và màu theo quản lý sở

hữu của các quốc gia đang khai thác hoặc đã được thăm dò.

Theo số liệu thống kê trong quá khứ về dầu tràn trên biển Việt Nam đã ghi

nhận được các trường hợp liên quan đến thăm dò và khai thác dầu khí vào ngày

26/12/1992 với 300-700 tấn dầu FO (mỏ Bạch Hổ) và ngày 08/02/1995 với 15,37

m3 dầu FO (mỏ Đại Hùng) với cùng lý do vỡ ống dẫn dầu và không được thu gom.

Đối với các quốc gia khác trong khu vực Biển Đông chưa thu thập được thông tin.

Công nghiệp thăm dò và khai thác dầu khí ngày càng phát triển thì nguy cơ

khả năng xảy ra sự cố dầu tràn gây ô nhiễm trên biển cũng gia tăng cao hơn.

10

B. Hoạt động hàng hải trong khu vực Biển Đông

Hệ thống tuyến hàng hải nói chung và vận chuyển dầu nói riêng qua khu vực

Biển Đông thuộc loại lớn thứ 2 thế giới. Hệ thống vận tải dầu giữa các cảng trong

khu vực và từ khu vực Trung Đông sang Đông Á qua eo biển Singapor ở phía nam

và eo biển Đâì Loan – Basi ở phía bắc, lượng dầu lưu thông khoảng trên 300 triệu

tấn/năm (Hình 1.5 và Hình 1.9) thuộc loại lớn nhất thế giới. Lịch sử đã ghi nhận

được rất nhiều vụ tai nạn gây tràn dầu trong giai đoạn 1976 đến 2005 với lượng từ 7

đến 700tấn (141 vụ tràn dầu) và trên 700 tấn (56 vụ tràn dầu) [148].

Hình 1.7. Phân bố tiềm năng dầu khí khu vực

Biển Đông và lân cận giai đoạn 2006-2007 [102]

Hình 1.8. Giao diện website quản lý tàu vận

tải dầu của Cục Hàng hải Việt Nam [152]

Cục hàng hải Việt Nam đang quản lý trên 100 tàu vận tải dầu lớn nhỏ khác

nhau (Hình 1.8). Theo số liệu thống kê của Cục Hàng hải Việt Nam, hàng năm đều

có hàng chục vụ tai nạn xảy ra trên biển với lý do đâm va giữa tàu và tàu, giữa tàu

và cầu cảng (Phụ lục 1). Năm 2017 từ tháng 3 đến tháng 11 đã có trên 30 vụ tai nạn

đâm va và chìm tàu trên biến, các tàu này đều có một lượng dầu dự trữ nhất định để

duy trì hoạt động trên hành trình nên dầu tràn ra biển là không tránh được [152].

Theo số liệu thống kê của ITOPF về hiện trạng sự cố dầu tràn xảy ra trên biển

giai đoạn 1992-2011 có 13 quốc gia có số vụ dầu tràn trên 7 tấn lớn nhất thế giới,

11

trong đó có 06 quốc gia thuộc Biển Đông và vận tải dầu lớn qua Biển Đông [148].

Cũng theo số liệu thống kê trong nước giai đoạn 1992 đến 2015, số vụ dầu tràn là

trên 50 vụ và đặc biệt là vụ dầu tràn trên biển không rõ nguồn gốc di chuyền vào

vùng biển và bờ biển nước ta năm 2007-2008 [16].

Nguy cơ xảy ra sự cố tràn dầu trên thế giới nói chung và khu vực Biển Đông

nói riêng do các nguyên nhân khác nhau (thăm dò và khai thác dầu khí, hoạt động

giao thông hàng hải) là rất lớn và có ảnh hưởng trực tiếp đến nước ta.

Vậy, từ hiện trạng đến nguy cơ xảy ra sự cố dầu tràn trong tương lai đã làm

vấn đề nghiên cứu về lan truyền dầu và tìm kiếm nguồn phát thải trở nên cần thiết

và cấp bách. Vấn đề này được đặt ra nhằm mục đích tạo ra công cụ tư vấn và hỗ trợ

công tác ứng phó tràn dầu trong tương lai. Nhiều công trình nghiên cứu được công

bố và các hội nghị về ứng phó sự cố tràn dầu diễn ra hàng năm trên khắp thế giới ở

các nước có liên quan đến dầu.

Hình 1.9. Hệ thống giao thông hàng hải quốc tế về vận chuyển dầu trên biển [143]

1.2. Tình hình nghiên cứu mô phỏng về dầu tran trên biển

Theo tài liệu của Nguyễn Đình Dương [3] đã tổng hợp các hướng nghiên cứu

chính về dầu tràn, bao gồm:

(1) Phân tích thành phần hoá lý của dầu;

12

(2) Sử dụng mô hình số trị cho bài toán lan truyền và biến đổi dầu tràn;

(3) Đánh giá thiệt hại do ô nhiễm dầu tràn;

(4) Giải pháp ứng phó và xử lý khi có sự cố tràn dầu.

Trong luận án này, tác giả lựa chọn hướng nghiên cứu thứ 2 là sử dụng mô

hình số trị cho bài toán lan truyền và biến đổi dầu tràn. Nền tảng khoa học của

hướng nghiên cứu này sẽ được trình bày dưới đây.

1.2.1. Tình hình nghiên cứu mô phỏng dầu tràn trên biển trên thế giới

Trên thế giới, các bài toán mô phỏng quá trình lan truyền dầu cũng được phát

triển từ cuối thập niên 60 của thể kỷ XX với bài toán sơ khai về các thay đổi của

quá trình phong hoá dầu trong môi trường nước tĩnh [38, 65, 66]. Sau này, đã có

nhiều cải tiến và phát triển để phù hợp với môi trường thực được thể hiện qua các

công trình đã công bố [25, 46, 59, 68, 81, 92, 94, 124, 135, 148]. Cho đến nay, sự

phát triển này vẫn được tiếp tục không ngừng. Thực tế, hướng nghiên cứu sử dụng

mô hình toán giải quyết vấn đề tràn dầu đã hình thành nên 04 dạng mô hình chính

như sau:

Mô hình đánh giá biến đổi tính chất dầu hay mô hình phong hóa dầu là mô

hình dự báo sự thay đổi đặc điểm của dầu theo thời gian, dưới tác động của điều

kiện môi trường tự nhiên như mô hình ADIOS [144].

Mô hình lan truyền dầu là mô hình dự báo quá trình di chuyển của vệt dầu tràn

ra môi trường biển theo thời gian với mô hình Euler như mô hình OSCAR [24,

117], mô hình OILMAP [127]; mô hình GULFSPILL [27], mô hình MOHID [95],

....

Mô hình quỹ đạo là mô hình dự báo quỹ đạo di chuyển của dầu tràn ra môi

trường biển theo thời gian với phương pháp tiếp cận Lagrange (gọi tắt là mô hình

Lagrange) như mô hình MIKE31 PA/SA (Đan Mạch) [141], mô hình Delft3D

PART (Hà Lan) [146], mô hình MEDSLIK (Síp) [59], mô hình GNOME (Mỹ)

[145], mô hình Leeway [14], .....

13

Mô hình tái phân tích là mô hình xem xét quá trình di chuyển ngược thời gian

dùng để xác định vị trí nguồn phát thải khi không rõ vị trí của nguồn phát như

LPTMs [33], mô hình Backtrack [40], …..

Để các mô hình mô phỏng tràn dầu có thể thực hiện tính toán cần phải có

thông tin dữ liệu về môi trường không khí và hải dương làm đầu vào. Thông

thường, các yếu tố môi trường được sử dụng là sản phẩm của các mô hình khí

tượng và hải dương. Các mô hình khí tượng hiện đã và đang được sử dụng trên thế

giới như là các mô hình WRF (Mỹ); mô hình HRM (Đức); mô hình JMA MRI-NPD

(Nhật Bản); mô hình IFS (Châu Âu); .... Các mô hình sóng mặt như là các mô hình

WAM (Đức); SWAN (Hà Lan); .... Các mô hình được sử dụng mô phỏng chế độ

thuỷ nhiệt động lực 2 chiều hoặc 3 chiều như là mô hình POM và ROMS (Mỹ); mô

hình HAMSON (Đức, Canada); mô hình AIM/GHER (Bỉ); ....

Các mô hình về dầu tràn cũng đã được phát triển từ các mô hình đơn giản tới

các mô hình ba chiều phức tạp với tính toán chi tiết quá trình lan truyền và biến đổi

dầu, có tính đến các giải pháp ứng phó và đánh giá ảnh hưởng của dầu ô nhiễm tới

môi trường sinh thái như là mô hình VOF [63]; mô hình COZOIL [82]; .... Bên

cạnh, các mô hình có tên tuổi thương hiệu riêng thì vẫn có các mô hình tự xây dựng

tồn tại song song [53, 54].

Một số kết quả nghiên cứu về quá trình phân hủy sinh học của dầu tràn cũng

đã được thể hiện [52, 104, 112, 135].

Một số nghiên cứu ứng dụng bài toán dầu tràn chịu tác động ảnh hưởng của

dòng chảy tổng hợp (dòng gió Ekman, dòng sóng Stokes và dòng triều) cho một số

khu vực như khu vực vịnh Thái Lan [44] và khu vực Biển Đông [79].

Theo một số tài liệu trên thế giới đã có tổng kết về ưu và nhược điểm của các

mô hình tràn dầu theo tiếp cận Euler hoặc Lagrange [25]. Trong các mô hình

Lagrange, giả thiết dầu tràn được phân chia thành các chất điểm (hạt) chịu tác động

của các yếu tố môi trường (khí tượng và hải dương) và quá trình khuếch tán sử dụng

phương pháp ngẫu hành (random-walk). Các yếu tố môi trường này là sản phẩm của

14

mô hình Euler nên khi sử dụng phải được nội, ngoại suy về vị trí các chất điểm cụ

thể. Trong mô hình này, tính chất hoá lý về dầu tràn cho từng hạt được thể hiện

trong các công trình [108, 138]. Hạn chế của mô hình Lagrange là không có các yếu

tố môi trường sử dụng làm đầu vào trực tiếp mà phải sử dụng từ sản phẩm mô hình

Euler. Trong khi đó, mô hình Euler sử dụng các yếu tố môi trường sử dụng làm đầu

vào trực tiếp. Đây là ưu điểm của mô hình Euler được sử dụng để mô phỏng dầu

tràn [73, 105, 135].

Tóm lại, hướng nghiên cứu tiếp cận Lagrange được phát triển rộng rãi trên thế

giới. Nhưng hướng nghiên cứu tiếp cận Euler cũng có ưu điểm đồng nhất về

phương pháp tiếp cận của các yếu tố môi trường làm đầu vào cho mô phỏng. Do đó,

tổng quan tình hình nghiên cứu về tràn dầu ở trong nước là cần thiết và quyết định

lựa chọn chính xác hướng nghiên cứu cụ thể về tiếp cận Euler hay Lagrange.

1.2.2. Tình hình nghiên cứu mô phỏng dầu tràn trên biển ở trong nước

Trong nước, nghiên cứu ô nhiễm biển nói chung và ô nhiễm do dầu tràn nói

riên cũng được thực hiện từ khá lâu. Từ thập kỷ 80 của thế kỷ XX, công trình

nghiên cứu về ô nhiễm dầu do sự cố dầu tràn được thực hiện dưới dạng đề tài với

quy mô cấp nhà nước có mã số 48.B.05.03 “Ô nhiễm biển do sông tải ra” do Phạm

Văn Ninh chủ nhiệm [11]. Vấn đề lan truyền và biến đổi dầu trên biển tiếp tục được

nhiều nhà khoa học từ nhiều cơ quan nghiên cứu đề cấp và phát triển, cụ thể:

Viện Cơ học, nhóm nghiên cứu của Phạm Văn Ninh, Đinh Văn Mạnh và nnk

đã nghiên cứu xây dựng và hoàn thiện thành phần mềm có tên gọi là OST-2D, OST-

3D [7, 8]. Đây là phần mềm đầu tiên ở trong nước mà mà tính toán mô phỏng được

sự lan truyền (mô hình Euler) của vệt dầu trên biển có tham gia của các quá trình

phong hoá (bay hơi, loang dầu cơ học do trọng lực và nhũ tương); mô phỏng quỹ

đạo (mô hình Lagrange) với quá trình khuếch tán với phương pháp ngẫu hành.

Phầm mềm này được áp dụng tính toán mô phỏng cho các khu vực khác nhau như

vịnh Hạ Long, vịnh Đà Nẵng, vịnh Văn Phong; các vùng biển Bắc, Trung và Nam

Bộ. Phần mềm này đã được chuyển giao cho Liên doanh Dầu khí Việt – Xô.

15

Viện Khoa học Khí tượng Thuỷ văn và Môi trường nay đổi tên thành Viện

Khoa học Khí tượng Thuỷ văn và Biến đổi Khí hậu, nghiên cứu về mô phỏng tràn

dầu có hai nhóm. Thứ nhất, nhóm nghiên cứu của Trần Hồng Thái và nnk sử dụng

phương án tiêp cận là ứng dụng mô hình thương mại MIKE của DHI của Đan

Mạch. Mô hình MIKE3 PA/SA là một mô đul của phần mềm MIKE để tính toán lan

truyền và biến đổi (mô hình Lagrange) của dầu tràn trên biển, xác định nguồn gây ô

nhiễm dầu trong sự cố ô nhiễm dầu ven biển Việt Nam vào đầu năm 2007 [12]. Thứ

hai, nhóm nghiên cứu của Vũ Thanh Ca và nnk đã nghiên cứu xây dựng và phát

triển mô hình lan truyền và biến đổi dầu của lớp dầu trên mặt (mô hình Euler) có

tham gia của một số quá trình phong hóa (bay hơi, nhũ tương hóa, và tương tác dầu

với bãi cát và đường bờ) [1]. Mô hình này được kết nối trực tiếp trong mô hình thuỷ

dộng lực hai chiều dưới dạng mô-đul và cũng xây dựng độc lập để sử dụng các sản

phẩm từ các mô hình dự báo khác như khí tượng (MM5, GFS, WRF) và hải dương

(POM và SWAN, …). Mô hình đã được áp dụng tính toán mô phỏng cho một số

khu vực như khu vực vịnh Vân Phong, vùng biển Đà Nẵng, khu vực Biển Đông

trong ứng phó sự cố tràn dầu năm 2007-2008.

Khu vực phía nam, nhóm nghiên cứu của Nguyễn Hữu Nhân và nnk cũng đã

nghiên cứu xây dựng và phát triển phần mềm OilSAS để tính toán mô phỏng lan

truyền và biến đổi dầu tràn trên biển (mô hình Euler và mô hình Lagrange). Đây là

phần mềm được đánh giá là đạt được nhiều kết quả tốt và được áp dụng tính toán

mô phỏng cho một số khu vực như vùng biển Khánh Hòa, vùng biển Thành phố Hồ

Chí Minh, khu vực Biển Đông (2007) [10]. Mô hình này cũng được bàn giao cho

tỉnh Khánh Hoà.

Viện nghiên cứu Biển và Hải đảo thuộc Tổng cục Biển và Hải đảo Việt Nam,

Phùng Đăng Hiếu và nnk đã nghiên cứu, xây dựng và hoàn thiện mô hình lan truyền

và biến đổi của lớp dầu tràn trên mặt biển (mô hình Lagrange) và nồng độ dầu trong

nước (mô hình Euler) [4]. Trong mô hình Lagrange này, quá trình khuếch tán được

sử dụng phương pháp ngẫu hành (Random Walk) và tham số khuếch tán rối của

Okubo.

16

Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà nội, nhóm nghiên

cứu của Đinh Văn Ưu và nnk đã nghiên cứu phát triển mô hình lan truyền và biến

đổi dầu tràn (mô hình Euler) [58]. Mô hình này là giải phương trình khuếch tán dầu

ba chiều trong biển, phạm vi lan truyền váng dầu trên mặt nước, dầu trong nước và

trầm tích đáy với quy mô từ một vài ngày đến vài tuần lễ, và mô hình dự báo các

vùng biển có khả năng tích tụ lâu dài các pha dầu khác nhau với thời gian dài hàng

tháng trở lên. Mô hình này được thực hiện dưới dạng chương trình con của mô hình

thuỷ động lực ba chiều (mô hình AIMS/GHER) của Bỉ.

Ngoài ra, các công trình nghiên cứu về tính toán mô phỏng lan truyền và biến

đổi dầu tràn trên biển cũng được thực hiện bởi các nhà khoa học khác như Đỗ Hoài

Dương, Tạ Đăng Minh, Phùng Chí Sỹ, Phạm Văn Huấn, Nguyễn Thọ Sáo, Nguyễn

Kỳ Phùng, Bùi Xuân Thông, Lê Văn Công, ..... [3]

Bên cạnh đó, phương pháp ứng dụng ảnh viễn thám phục vụ xác định vệt dầu

trên biển và tìm nguồn gốc gây ra ô nhiễm dầu đã sử dụng năm 2007 và 2008 ở Việt

Nam từ Cục Viễn thám quốc gia và Tổng cục Môi trường thuộc Bộ Tài nguyên và

Môi trường, Viện Địa lý thuộc Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.

Ưu điểm của phương pháp này là phân tích hiện trạng tức thời dầu tràn trên biển

khá hiệu quả, tạo điều kiện việc cảnh báo sớm và làm đầu vào cho mô hình số.

Như vậy, quá trình phát triển nghiên cứu về tràn dầu ở trong nước cũng được

tiến hành từ thập niên 80 của thế kỷ XX, sau thế giới hơn hai thập niên. Những kết

quả nghiên cứu cũng đáng chú ý với những phần mềm như phần mềm OST và phần

mềm OILSAS. Các phần mềm này cũng sử dụng phương pháp tiếp cận Euler và

Lagrange. Song song với sử dụng phần mềm trong nước tự phát triển, cũng có

những nhóm tác giả ứng dụng mô hình thương mại như mô hình Delft PART và mô

hình MIKE3 PA/SA. Các nghiên cứu này không ngừng phát triển theo hướng mã

nguồn mở và có sự cập nhật cải tiến. Bên cạnh đó, nghiên cứu ứng dụng phương

pháp phân tích ảnh vệ tinh nhằm tăng cường độ chính xác cơ sở dữ liệu dầu tràn

trên biển và cảnh báo ngắn hạn về dầu tràn. Từ cơ sở nền tảng kiến thức về tính toán

17

mô phỏng lan truyền và biến đổi dầu tràn, luận án lựa chọn phương pháp tiếp cận

tính toán mô phỏng lan truyền và biến đổi dầu tràn trên biển theo phương pháp tiếp

cận Euler (mô hình Euler) có sử dụng cơ sở dữ liệu sự cố dầu tràn từ các tai nạn

khai thác dầu khí và giao thông hàng hải trong quá khứ và phân tích ảnh vệ tinh về

dầu tràn trôi nổi trên biển năm 2007 và 2008.

1.3. Tình hình nghiên cứu khả năng tìm kiếm nguồn thải

Cho đến nay, vấn đề khả năng tìm kiếm hay truy tìm nguồn gốc gây sự cố trên

biển nói chung và gây ô nhiễm dầu tràn trên biển nói riêng vẫn là bài toán ngược

thời gian phức tạp và gặp nhiều khó khăn trong việc giải quyết. Cơ sở khoa học của

bài toán ngược thời gian được tổng quan với những nội dung thể hiện trong những

mục tiếp theo sau..

1.3.1. Tình hình nghiên cứu khả năng tìm kiếm nguồn thải trên thế giới

Lịch sử phát triển nghiên cứu về bài toán mô phỏng ngược thời gian từ khí

tượng (ô nhiễm không khí, bụi) đến hải dương (di chuyển sinh vật phù du, vật thể

trôi, đặc biệt là dầu tràn trên biển) ở các mức độ từ đơn giản đến phức tạp nhằm

phục vụ khả năng tìm kiếm nguồn phát sinh cũng đã được cụ thể hoá qua các công

trình nghiên cứu dưới đây.

Trong lĩnh vực khí tượng, mô hình Lagrange được sử dụng phổ biến trong các

công trình nghiên cứu khả năng truy tìm nguồn gốc bụi gây ô nhiễm được kiểm

nghiệm bằng các đầu vào với độ phân giải khác nhau và thực nghiệm bằng các chất

đánh dấu phân tán trong tự nhiên [130]. Tiếp theo, các mô hình này áp dụng kết

hợp sử dụng phương pháp so sánh mẫu dựa trên các nguồn thải đã được xác định

trước đó để xác định chính xác nguồn gây ô nhiễm [123]; áp dụng thực nghiệm xác

định quỹ đạo hạt bụi cho khu vực ở Algerciras và Paks [111]. Bên cạnh đó, hướng

tiếp cận theo giải bài toán hàm ngược để xác định nguồn gốc [96].

Trong lĩnh vực hải dương, mô hình Lagrange cũng được sử dụng phổ biến

trong các công trình nghiên cứu khả năng truy tìm nguồn xác định nguồn gốc, cụ

thể: Thứ nhất, các công trình nghiên cứu về sự di chuyển của sinh vật phù du trong

18

biển bằng mô hình LPTMs (viết tắt của Lagrangian Particle-Tracking Models) [33].

LPTMs là mô hình tích hợp của mô hình quỹ đạo xuôi thời gian (FITT) và mô hình

quỹ đạo hạt ngược thời gian (BITT) xác định khả năng vị trí nguồn của sinh vật phù

du trong quá khứ ngược thời gian mà không xét đến quá trình khuếch tán [48, 76,

97, 128]. Mô hình BITT đã ứng dụng nghiên cứu với khu vực nguồn sinh sản của cá

ở vùng OMEX ngoài khơi Na Uy và kết quả mô phỏng chỉ đạt 0,1% [107]; Thứ hai,

các công trình nghiên cứu về vật thể trôi dạt trên biển để truy tìm nguồn gốc khu

vực xảy ra tai nạn với những đánh giá thực nghiệm [26]. Mô hình này sử dụng

phương pháp Monte Carlo để tạo ra tập hợp vị trí các chất điểm ban đầu ngẫu nhiên

và sử dụng các yếu tố môi trường từ các sản phẩm mô hình Euler (khí tượng và hải

dương) phục vụ quá trình mô phỏng [55, 56]. Mô hình này xác định quỹ đạo của

các chất điểm và khu vực tìm kiếm để phục vụ khả năng tìm kiếm và cứu hộ (SAR)

(người, các vật thể trôi và vật liệu nguy hiểm (HAZMAT) đã được đề cập đến [56];

Cuối cùng, nhóm nghiên cứu của Thomas Peacock và nnk. tại Viện nghiên cứu

Công nghệ Massachusetts (MIT) của USA đã có chuyến sang Việt Nam giới thiệu

và giảng dạy về phương pháp cấu trúc nhánh kết hợp Lagrangian (LCSs) [134].

Trong hệ thống bài giảng này có những công trình liên quan đến vấn đề xác định

quỹ đạo hay đường dòng của các vật thể có thể di chuyển qua, các kết quả mô

phỏng quá trình lan truyền (3D) và các quỹ đạo trôi của dầu.

Như vậy, trên thế giới trong lĩnh vực khí tượng và hải dương, mô hình La-

grange đã được sử dụng để nghiên cứu khả năng truy tìm và tìm kiếm nguồn gốc .

1.3.2. Tình hình nghiên cứu khả năng tìm kiếm nguồn thải dầu ở trong nước

Tâị Việt Nam, trong lĩnh vực nghiên cứu khí tượng, đã sử dụng mô hình tiếp-

nhận xác định nguồn gây ô nhiễm không khí dựa trên so sánh các kết quả phân tích

mẫu khu vực ô nhiễm và các nguồn phát thải ô nhiễm đã xác định trước [2]. Tiếp

theo, sử dụng phương pháp hàm ngược trong việc xác định nguồn phát thải ô nhiễm

[114]. Phương pháp này chặt chẽ về nền tảng cơ sở toán học.

19

Trong lĩnh vực nghiên cứu hải dương về dầu tràn cũng đã có những kết quả

nghiên cứu được công bố: công trình nghiên cứu về ô nhiễm dầu ở biển Việt Nam

theo phân loại tính chất hóa học của dầu để phân biệt nguồn gốc [13], từ cấu tạo hóa

học của mỗi loại dầu cho phép xác định nguồn gốc phát thải các khu vực khác nhau

[17-19]; Vũ Thanh Ca và nnk xác định khả năng khu vực xảy nguồn thải dầu sử

dụng mô hình Euler bằng phương pháp thử mẫu. Phương pháp này dựa vào đánh

giá trực quan trường động lực bề mặt quá khứ để giả định các vị trí nguồn thải và sử

dụng mô hình tính toán mô phỏng [1]; Trần Hồng Thái và nnk đã ứng dụng mô hình

thương mại MIKE (mô hình Lagrange) tính toán mô phỏng để truy tìm nguồn gốc

thải dầu trên biển [12]; Thứ tư, nhóm nghiên cứu của Nguyễn Hữu Nhân và nnk xây

dựng mô hình Lagrange sử dụng phương pháp đảo ngược thời gian (t = -t) và quá

trình khuếch tán đơn giản để truy tìm nguồn gốc thải dầu [10]; Cuối cùng, trong

khuôn khổ đề tài “Ô nhiễm dầu trên Biển Đông” do Nguyễn Đình Dương làm chủ

nhiệm, bài toán truy tìm nguồn gốc gây ô nhiễm dầu cũng được nhóm nghiên cứu

của Trần Gia Lịch và nnk sử dụng phương pháp giả hàm ngược nhưng ở mức độ sơ

khai với điều kiện đầu vào bài toán khá lý tưởng [3].

Tóm lại, tình hình nghiên cứu về bài toán khả năng tìm kiếm nguồn gốc thải

dầu tràn ngược thời gian còn ở dạng sơ khai với nhiều khía cạnh nghiên cứu khác

nhau. Về khía cạnh mô hình hoá thì mô hình Lagrange vẫn được sử dụng rộng rãi

hơn mô hình Euler mà mô hình Euler chưa thấy thể hiện. Do đó, hướng nghiên cứu

tiếp cận Euler cho bài toán này được lựa chọn.

1.4. Kết luận chương 1

Qua thu thập và tổng hợp cơ sở dữ liệu về sự cố dầu tràn và nguy cơ khả năng

xảy ra sự cố dầu cho thấy: (1) Hiện trạng về sự cố tràn dầu trên biển đã xảy ra với

số lượng đáng kể trong nhiều năm qua, đặc biệt năm 2007 và 2008 đã có tác động

lớn đến kinh tế - xã hội và môi trường sinh thái; (2) Sự phát triển kinh tế biển gia

tăng cũng nhờ các hoạt động từ hệ thống cầu cảng, kho chứa, giao thông hàng hải,

thăm dò và khai thác dầu khí phát triển. Dẫn đến nguy cơ xảy ra sự cố dầu tràn trên

20

biển trong tương lai cũng cao hơn hiện tại và quá khứ. Đối tượng và khu vực được

lựa chọn nghiên cứu này là lớp dầu tràn trên mặt biển trong khu vực Biển Đông.

Từ cơ sở của các công trình nghiên cứu trên thế giới và trong nước về bài toán

dầu tràn trên biển đã được rất nhiều tác giả nghiên cứu ở nhiều khía cạnh khác nhau

trong đó có mô hình hoá. Mô hình hoá được thể hiện theo hai phương pháp tiếp cận

(Lagrange và Euler). Về ưu điểm của phương pháp tiếp cận Euler cho thấy: (1) Sự

đồng nhất về phương pháp tiếp cận mô phỏng và yếu tố môi trường làm đầu vào;

(2) Cách tiếp cận này chưa được áp dụng cho bài toán mô phỏng ngược thời gian.

Do đó, phương pháp tiếp cận Euler (mô hình Euler) sẽ được lựa chọn để nghiên cứu

mô phỏng sự cố dầu tràn về tính toán lan truyền và biến đổi của lớp dầu tràn trên

mặt biển xuôi - ngược thời gian.

Luận án này thực hiện nghiên cứu dựa vào phương pháp tiếp cận Euler đối với

bài toán mô phỏng lan truyền và biến đổi của lớp dầu tràn trên mặt biển trong khu

vực Biển Đông phục vụ cảnh báo (bài toán xuôi thời gian) và khả năng tìm kiếm

nguồn thải dầu (bài toán ngược thời gian).

21

CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH LAN TRUYỀN DẦU

VA KHẢ NĂNG TÌM KIẾM NGUỒN THẢI DẦU

2.1. Phương pháp nghiên cứu lan truyền va biến đổi dầu

Khi xảy ra sự cố làm tràn dầu ra môi trường biển, tính chất vật lý của dầu thay

đổi dưới tác động của các quá trình nội lực (tự khuếch tán loang ra) và ngoại lực

(thủy động lực môi trường và phong hóa). Hình 2.1 thể hiện khái quát các quá trình

tác động đến dầu tràn trong môi trường tự nhiên như quá trình động lực (bình lưu,

đối lưu, khuếch tán); quá trình phong hoá (bay hơi, ô xy hoá, hoà tan, phân tán

thẳng đứng, nhũ tương, lắng đọng xuống đáy, hấp thụ trầm tích, tương tác bờ bãi,

phân huỷ sinh học); quá trình biến đổi tính chất dầu (mật độ, thể tích, độ nhớt và

sức căng bề mặt).

Theo các tổng quan về nghiên cứu dầu tràn, đối tượng nghiên cứu được xác

định là lớp dầu tràn trên bề mặt nước với các yếu tố được lựa chọn để tính toán là

nồng độ tương đối, độ dày của lớp dầu và mật độ của lớp dầu tràn trên mặt nước.

Các yếu tố này được xem xét trong thể thống nhất và quan hệ chặt chẽ với nhau. Do

Hình 2.1. Các quá trình vật lý, phong hóa và biến đổi dầu tràn trên biển [148]

22

khối lượng dầu tràn được xem xét trên một đơn vị diện tích nên các yếu tố được xác

định như sau:

- Nồng độ tương đối của lớp dầu trên bề mặt nước được xác định là tỷ số giữa

khối lượng và diện tích bao phủ trên bề mặt nước của lớp dầu tràn:

[nồng độ tương đối] = [khối lượng]/[diện tích bao phủ]

Đơn vị tính của nồng độ là [kg/m2]

- Độ dày của lớp dầu trên bề mặt được xác định là tỷ số giữa thể tích và diện

tích bao phủ trên bề mặt nước của lớp dầu tràn:

[độ dày] = [thể tích]/[diện tích bao phủ]

Đơn vị tính của độ dày là [m]

- Mật độ của lớp dầu trên bề mặt được xác định là tỷ số giữa khối lượng và thể

tích của khối dầu tràn trên mặt nước. Trong đó, thể tích của lớp dầu được xác định

qua độ dày và diện tích bao phủ trên bề mặt nước của lớp dầu tràn:

[mật độ] = [khối lượng]/[thể tích] = [nồng độ]/ [độ dày]

Đơn vị tính của mật độ là [kg/m3]

Diện tích bao phủ của lớp dầu trên mặt nước được hiểu như sau:

+ Nếu coi lớp dầu là một khối liên tục thì diện tích này là toàn bộ diện tích

của lớp dầu bao phủ được trên mặt nước.

+ Theo mô hình Euler thì diện tích này tương ứng với tập hợp toàn bộ các ô

lưới tính toán riêng biệt có dầu xuất hiện và các yếu tố khác cũng được xem xét theo

mỗi ô lưới tính riêng biệt. Như vậy, trên từng ô luới các giá trị của các yếu tố đều có

hoặc không đồng thời và các ô lưới khác nhau có thể sẽ có giá trị khác nhau theo

từng yếu tố đặc trưng của lớp dầu tràn trên mặt nước.

23

Quá trình tính toán được thể hiện qua sơ đồ (Hình 2.2).

Hình 2.2. Sơ đồ nguyên lý của quá trình lan truyền và biến đổi tính chất của dầu tràn

2.1.1. Cơ sở lý thuyết về lan truyền và biến đổi dầu xuôi thời gian

Đã có nhiều nghiên cứu tổng hợp về các quá trình lan truyền và biến đổi dầu

tràn [45, 46, 62, 68, 69, 140]. Các quá trình này được mô tả bằng phương trình cân

bằng dầu do biến đổi với các thành phần bình lưu, khuếch tán và hàm nguồn.

A. Hệ phương trình cơ bản

Phương trình biến đổi nồng độ của lớp dầu tràn trên mặt nước theo thời gian

có dạng [45-47, 60, 62, 69]:

m

myxyx Cy

CD

yx

CD

xy

CV

x

CV

t

C)()(

(2.1)

trong đó: C là nồng độ của lớp dầu tràn trên mặt nước [kg.m-2]; Vx và Vy là các vận

tốc thành phần theo trục x và y của Va [m.s-1]. Va là vận tốc bình lưu có giá trị phụ

thuộc vào gió, dòng sóng và dòng chảy mặt nước được xác định cụ thể trong phần

tham số hoá quá trình bình lưu; Dh là hệ số khuếch tán ngang với các hệ số thành

phần Dx và Dy theo trục x và y [m2.s-1]. Dh là hàm phụ thuộc vào độ dày lớp dầu,

sức căng bề mặt dầu – nước, mật độ dầu, thể tích dầu, mật độ nước, độ nhớt động

học của nước, sóng, dòng chảy mặt và gió được xác định trong phần tham số hoá

quá trình khuếch tán; Cm là nguồn của dầu tràn [kg.m-2s-1]; t là thời gian [s].

Phương trình độ dày của lớp dầu tràn trên mặt nước được viết dưới dạng [25,

130, 135, 139]:

Sự cố tràn dầu

Yếu tố môi

trường

Quá trình

động lực dầu

Quá trình

phong hóa dầu

Quá trình biến

đổi đặc tính

dầu

24

m m

myxyx

C

y

hD

yx

hD

xy

hV

x

hV

t

h

)()( (2.2)

trong đó: h là độ dày của lớp dầu tràn trên mặt nước [m]; m là mật độ tại nguồn của

dầu tràn [kg.m-3].

Nguồn của dầu tràn trong phương trình (2.1) và (2.2) dấu “” có nghĩa là

nguồn cung cấp “+” hoặc nguồn mất đi “-” tại một hoặc một số vị trí trong khu vực

nghiên cứu. Vai trò của nguồn là rất quan trọng trong quá trình lan truyền dầu tràn

vì chúng tăng cường lên hoặc làm giảm xuống khả năng gây ô nhiễm. Đối với mô

hình Euler thì vị trí nguồn được quy theo ô lưới của vị trí đó. Nếu nguồn liên tục thì

lượng dầu tràn trên ô lưới đó sẽ được bổ sung hoặc mất đi sau mỗi bước tính.

Biểu thức liên hệ giữa thể tích và mật độ của lớp dầu tràn trên mặt nước có

dạng:

h

ChAV 00 ; (2.3)

trong đó: V0 là với thể tích [m3] và 0 là mật độ [kg.m-3] của lớp dầu tràn trên mặt

nước.

B. Các đặc trưng biến đổi tính chất dầu tràn trên mặt nước

Mật độ của dầu tràn thay đổi theo thời gian và tốc độ biến đổi sẽ khác nhau

đối với mỗi loại dầu (Bảng 2.1). Các loại dầu nhẹ hơn sẽ bay hơi và nhũ tương hóa

nhiều hơn so với loại dầu nặng. Tuy nhiên, trong điều kiện thời tiết bình thường dầu

vẫn tiếp tục lan truyền nếu không bị tác động hoà tan vào cột nước hoặc bám dính

bờ. Trong điều kiện dầu tràn gần bờ sẽ bị tác động mạnh của chế độ động lực ven

bờ do sóng và bám dính vào bờ biển ở dạng dầu cục trên bãi.

Các công trình nghiên cứu cho thấy mật độ dầu biến đổi phụ thuộc vào tỷ lệ

của phần dầu bay hơi, nhiệt độ dầu, tỷ lệ của phần dầu bị nhũ tương hoá (nước trong

dầu) và mật độ dầu ban đầu, các công bố [94, 98, 109] đã xây dựng các công thức

thể hiện sự phụ thuộc của mật độ dầu vào quá trình bay hơi và nhũ tương; vào bay

hơi, nhũ tương và chênh lệch nhiệt độ (dầu và môi trường) [43, 92].

25

Bảng 2.1. Đặc trưng mật độ tại 15oC của các loại dầu [68]

TT Loại dầu Mật độ

[kg.m-3] TT Loại dầu

Mật độ

[kg.m-3]

1 Xăng, dầu nhẹ 700 – 780 8 Dầu nhớt 870

2 Dầu hoả 780 - 880 9 Dầu thô Alaska (USA) 866

3 Dầu thô nhẹ loại 1 (DO) 800 – 880 10 Dầu thô Lousiana (USA) 946

4 Dầu thô nhẹ loại 2 (DO) 880-1000 11 Dầu thô Texas (USA) 847

5 FO 940-990 12 Dầu thô Alberta (Canada) 829

6 Dầu thô loại 6 (Bunker C) 960 – 1040 13 Dầu thô Biển Bắc (UK) 835

7 Dầu thô nhũ tương 960 – 1000 14 Dầu thô Ả - Rập 864

Mật độ của lớp dầu tràn trên mặt nước được xác định dưới tác động của quá

trình phong hoá bao gồm bay hơi, nhũ tương và chênh lệch nhiệt độ (dầu và môi

trường) có dạng [43]:

eewww FCTTCFF 210 111 (2.4)

trong đó: ρ là mật độ của lớp dầu trên mặt nước dưới tác động của quá trình phong

hoá [kg.m-3]; ρw là mật độ nước biển tầng mặt [kg.m-3]; ρ0 là mật độ ban đầu của lớp

dầu trên mặt nước; C1 và C2 là các hằng số thực nghiệm tương ứng 8,0*10-3 [oK-1]

và 1,8*10-1; T và Te là nhiệt độ dầu và môi trường [oK]; Fw và Fe là tỷ phần của các

quá trình nhũ tương hoá và bay hơi.

Thể tích của lớp dầu tràn trên mặt nước được hiệu chỉnh dưới tác động của

quá trình phong hoá [60]:

w

biooxycoatsseddiscde

F

FFFFFFFVV

1

10 (2.5)

trong đó, V là thể tích của lớp dầu tràn trên mặt nước dưới tác động của quá trình

phong hoá [m3]; Fw là tỷ phần nhũ tương hoá của lớp dầu trên mặt biển, phụ thuộc

vào gió được xác định trong phần tham số hoá quá trình nhũ tương hoá; Fe là tỷ

phần bay hơi của lớp dầu trên mặt biển, phụ thuộc vào nhiệt độ dầu, chênh lệch

26

nhiệt độ giữa dầu và nước, nhiệt độ môi trường, gió và độ dày lớp dầu được xác

định trong phần tham số hoá quá trình bay hơi; Fd là tỷ phần phân tán thẳng đứng

của lớp dầu trên mặt biển, phụ thuộc vào thông lượng dầu trao đổi thẳng đứng, độ

dầy lớp dầu, mật độ dầu. Thông lượng dầu phụ thuộc vào độ nhớt động học dầu,

mật độ dầu, gió và sóng. Các giá trị này được xác định trong phần tham số hoá quá

trình phân tán thẳng đứng. Fdisc là tỷ phần hoà tan vào trong nước của lớp dầu trên

mặt biển, phụ thuộc vào khả năng hoà tan của dầu, quá trình bay hơi, độ dày lớp

dầu, sóng, dòng chảy mặt, khuếch tán thẳng đứng, gió, độ nhớt động lực học của

dầu, sức căng bề mặt dầu – nước và tỷ lệ loại dầu. Các giá trị này được xác định

trong phần tham số hoá quá trình hoà tan; Fsed là tỷ phần hấp thụ trầm tích của lớp

dầu trên mặt biển, phụ thuộc vào nồng độ dầu, nồng độ trầm tích lơ lửng, đường

kính hạt trầm tích đáy, hệ số trầm tích hấp thụ dầu và sóng. Các giá trị này được xác

định trong phần tham số hoá quá trình trầm tích hấu thụ dầu; Fcoast là tỷ phần tương

tác bãi và bờ biển của lớp dầu trên mặt biển, phụ thuộc vào hệ số suy giảm theo đặc

điểm bờ bãi được xác định trong phần tham số hoá quá trình lắng đọng dầu trên bãi

và bờ biển. Foxy là tỷ phần ô-xy hoá của lớp dầu trên mặt biển, phụ thuộc vào nhiệt

độ nước, độ muối và tổng lượng bức xạ được xác định trong phần tham số hoá quá

trình ôxy hoá dầu. Fbio là tỷ phần phân huỷ sinh học của lớp dầu trên mặt biển, phụ

thuộc vào hệ số suy giảm do sinh học được xác định trong phần tham số hoá quá

trình phân huỷ sinh vật.

Độ nhớt là một tham số phụ thuộc vào nhiệt độ, quá trình bay hơi và nhũ

tương hoá được xác định cụ thể như tương quan ảnh hưởng biến đổi tính chất nhớt

khác nhau [98]; phát triển theo hướng tích phân và vi phân [92, 94, 109, 121]; mối

quan hệ phụ thuộc vào độ nhớt ban đầu, bay hơi, nhũ tương và chênh lệch nhiệt độ

dầu và môi trường [25, 60]; mối quan hệ phụ thuộc vào độ nhớt ban đầu và nhiệt độ

môi trường [118]; độ nhớt ban đầu phụ thuộc tỷ lệ asphalten [43]. Từ đó, tác giả lựa

chọn hệ thống công thức:

- Độ nhớt động lực học và nhớt động học của lớp dầu tràn trên mặt nước [43]:

27

AC2240 ; 0

0

0

(2.6.1)

- Độ nhớt động học và nhớt động lực học của lớp dầu tràn trên mặt nước được

hiệu chỉnh theo nhiệt độ và các quá trình phong hoá là [25, 92]:

w

w

e

e FC

FCFC

TTC

4

3

5601

11exp ; (2.6.2)

trong đó, µ0 và µ là độ nhớt động lực học của dầu ở thời điểm trước và sau khi quá

trình phong hoá xảy ra [kg.m-1.s-1] hoặc [cP] hoặc [Pa.s]; 0 và là độ nhớt động

học của dầu ở thời điểm trước và sau khi quá trình phong hoá xảy ra [m2.s-1] hoặc

[cSt]; CA là tỷ lệ asphalten trong dầu [CA=2,56] [wt%]; C3 là hệ số (~2,5); C4 là hệ

số (~0,654); C5 là hệ số phụ thuộc vào loại dầu (= 1 với dầu nhẹ và =15 đối với dầu

thô [94, 122]; C6 là hệ số phụ thuộc vào nhiệt độ dầu [K-1] (9,0*103 [K-1] [107] và

5,0*103 [K-1] [140]); Fw và Fe là là tỷ phần nhũ tương và bay hơi; T và Te là nhiệt độ

dầu và môi trường [K].

Sức căng bề mặt là lực hấp dẫn giữa các phân tử trên bề mặt của một chất

lỏng. Tính chất này ảnh hưởng đến quá trình phân tán dầu. Những dữ liệu đo đạc

trong phòng thí nghiệm về sức căng bề mặt của giao diện giữa dầu - nước và giữa

dầu – khí cho phép xây dựng các công thức xác định sức căng bề mặt và sự biến đổi

theo thời gian [92, 94]:

- Xác định sức căng bề mặt dầu – nước là:

SGTeFw *&259.0085.38**10*694.117013.1 3

0 (2.7.1)

- Xác định sức căng bề mặt dầu – nước được hiệu chỉnh lại dưới dạng:

eww F 10

(2.7.2)

- Xác định sức căng bề mặt dầu – không khí là:

SGTeFA *259.00.1**10*694.117013.1 3

0 (2.8.1)

- Xác định sức căng bề mặt dầu – không khí được hiệu chỉnh lại dưới dạng:

28

eAA F 10 (2.8.2)

trong đó, w0 và w là sức căng bề mặt tiếp giáp dầu - nước tại thời điểm trước và

sau quá trình phong hoá xảy ra [N.m-1]; A0 và A là sức căng bề mặt tiếp giáp dầu -

không khí tại thời điểm trước và sau quá trình phong hoá xảy ra [N.m-1]; SG là tỷ lệ

mật độ giữa dầu và nước; TeF là nhiệt độ môi trường [oF]; Fe là tỷ phần bay hơi.

Trong sự cố tràn dầu, sau khi dầu tràn ra môi trường biển nồng độ, mật độ, thể

tích và độ dày của lớp dầu tràn trên mặt nước bị thay đổi dưới tác động của quá

trình phong hoá, các phương trình (2.4) và (2.5) có thể chuyển sang các dạng sau:

hCA

Vh ; (2.9)

trong đó, C và h là tương ứng với nồng độ [kg.m-2] và độ dày [m] của lớp dầu tràn

trên mặt nước; A là diện tích [m2] của lớp dầu tràn trên mặt nước.

C. Điều kiện ban đầu

+ Đối với yếu tố môi trường gồm có các trường gió, nhiệt độ không khí, sóng,

dòng chảy mặt, nhiệt độ nước mặt, độ muối tầng mặt.

+ Đối với thông tin ban đầu về dầu tràn trên biển :

Hoặc )0,,(),,(

)0,,(),,(

yxhtyxh

yxCtyxC

tại thời điểm ban đầu t=0 (2.10)

D. Điều kiện biên trên mặt nước thoáng

Các yếu tố môi trường gồm có các trường gió, dòng chảy mặt, sóng mặt, nhiệt

độ không khí, nhiệt độ nước mặt và độ muối nước biển bề mặt. Các yếu tố này tham

gia vào quá trình bình lưu, khuếch tán, phong hoá và biến đổi dầu.

E. Điều kiện biên cứng

Dầu không thẩm thấu qua biên cứng:

0;0

n

h

n

C (2.11)

29

trong đó, n là pháp tuyến của đường biên cứng.

F. Điều kiện biên lỏng

Dầu phát tán tự do ra ngoài:

0;0

n

hD

nn

CD

nhnhn (2.12)

trong đó, n là pháp tuyến của biên lỏng; Dhn là hệ số khuếch tán tại biên.

2.1.2. Cơ sở lý thuyết về lan truyền và biến đổi dầu ngược thời gian

Bài toán lan truyền và biến đổi dầu ngược thời gian được giải quyết dựa trên

những giả thiết sau:

- Dầu tràn trong quá trình di chuyển (theo định luật Newton [101]) từ vị trí ban

đầu dưới tác động của lực (F) gây ra bởi dòng chảy sẽ dịch chuyển được một

khoảng cách tới vị trí mới theo hướng của lực tác động. Trong bài toán ngược thời

gian nhằm xác định lại vị trí ban đầu, sẽ coi dầu tràn từ vị trí hiện tại cũng chịu một

lực tương tự nhưng theo chiều ngược lại để có thể di chuyển được về vị trí ban đầu

(Hình 2.3);

Hình 2.3. Sơ đồ mô tả quá trình tác dụng lực làm di chuyển xuôi- ngược theo thời gian

(F là lực tác động; V, L là vận tốc và quãng đường di chuyển, t1, t2 và t là thời gian ở vị trí

thứ nhất, thứ hai và khoảng thời gian (t2-t1))

- Theo định luật Fick về quá trình khuếch tán phân tử, trong một môi truờng

lan truyền chất (chất lỏng, không khí,….) khi có sự khác biệt về nồng độ chất trong

không gian dẫn đến hiện tuợng khuếch tán chất [67]. Có nghĩa là “khối luợng chất

30

đi ngang qua một đơn vị diện tích trong một đơn vị thời gian theo phương cho truớc

tỷ lệ với chênh lệch của nồng độ chất theo phương đó.”.

Hình 2.4. Sơ đồ mô tả quá trình khuếch tán vật chất xuôi- ngược theo thời gian

(C0 và C1, C2 là nồng độ tại vị trí t1 và t2; C và L là nồng độ và quãng đường; Dh là tham

số khuếch tán; t1, t2 và t là thời gian ở vị trí thứ nhất, thứ hai và khoảng thời gian (t2-t1),

C1’ và C2’ là nồng độ do các nguyên nhân khuếch tán khác gây nên)

Do đó, quá trình khuếch tán dầu theo thời gian làm dầu lan toả ra xung quanh

(loang dầu) thì quá trình truy ngược thời gian dầu sẽ tích tụ quay về vị trí ban đầu

và được thể hiện như sơ đồ Hình 2.4.

- Theo định luật bảo toàn vật chất, các quá trình lan truyền tiêu tán theo thời

gian và tích tụ ngược thời gian là quá trình cân bằng thuận nghịch, có nghĩa là quá

trình xuôi là tiêu tán thì quá trình ngược là tích tụ (Hình 2.5);

Hình 2.5. Sơ đồ mô tả quá trình bảo toàn vật chất xuôi- ngược theo thời gian

- Điều kiện nghiệm của bài toán là không âm.

31

A. Hệ phương trình cơ bản

Từ phương trình (2.1) xác định nồng độ của lớp dầu tràn trên mặt nước ngược

thời gian được thể hiện dưới dạng sau:

m

myxyx Cy

CD

yx

CD

xy

CV

x

CV

t

C)()()()( (2.13)

Từ phương trình (2.2) xác định độ dày của lớp dầu tràn trên mặt nước ngược

thời gian được viết dưới dạng là:

m m

myxyx

C

y

hD

yx

hD

xy

hV

x

hV

t

h

)()()()(

(2.14)

trong đó, C là nồng độ [kg.m-2] và h là độ dày [m] của lớp dầu tràn trên bề mặt

nước ; Vx và Vy là các thành phần của vận tốc trôi dạt Va theo trục x và y [m.s-1]; Dx

và Dy là các thành phần của hệ số khuếch tán ngang của Dh theo trục x và y [m2.s-1];

Cm là nguồn của dầu tràn [kg.m-2s-1]; m là mật độ dầu tràn của nguồn [kg.m-3]; t là

thời gian [s].

Nguồn của dầu tràn trong phương trình (2.13) và (2.14) mang dấu “+” có

nghĩa là nguồn cấp xuất hiện tại một hoặc một hoặc nhiều vị trí dầu được phát hiện

theo các thời gian khác nhau trong khu vực nghiên cứu.

Tương tự biểu thức (2.3), biểu thức liên hệ giữa thể tích và mật độ của lớp dầu

tràn trên mặt nước ngược thời gian sẽ có dạng:

h

ChAV 00 ; (2.15)

trong đó, V0 và 0 là tương ứng với thể tích [m3] và mật độ [kg.m-3] của lớp dầu tràn

trên mặt nước.

B. Các đặc trưng biến đổi tính chất cua dầu tràn trên mặt nước

Từ biểu thức (2.4), mật độ của lớp dầu tràn trên mặt nước tại vị trí ban đầu

chưa bị quá trình phong hoá ảnh hưởng (ngược thời gian) được viết dưới dạng:

32

eew

ww

FCTTCF

F

21

0

111

(2.16)

trong đó, ρ là mật độ của lớp dầu trên mặt nước chưa bị quá trình phong hoá ảnh

hưởng [kg.m-3]; ρ0 là mật độ của lớp dầu trên mặt nước đã bị phong hoá [kg.m-3];

ρw là mật độ nước [kg.m-3]; C1 và C2 là các hằng số thực nghiệm tương ứng 8,0*10-3

[K-1] và 1,8*10-1; T và Te là nhiệt độ dầu và môi trường [K]; Fw và Fe là phần dầu bị

nhũ tương và bay hơi [%].

Tương tự phương trình (2.5), thể tích của lớp dầu tràn trên mặt nước được hiệu

chỉnh bởi quá trình phong hoá viết dưới dạng:

w

biooxycoatsseddiscde

F

FFFFFFFVV

1

10 (2.17)

trong đó, V là thể tích của lớp dầu chưa bị quá trình phong hoá ảnh hưởng [m3]; V0

là thể tích của lớp dầu trên mặt nước đã bị phong hoá [m3]; Fw, Fe, Fd, Fdisc , Fsed,

Fcoats, Foxy và Fbio là phần dầu tương ứng bị nhũ tương, bay hơi, phân tán thẳng

đứng, hòa tan, hấp thụ trầm tích, tương tác bờ bãi, ô-xy hoá và phân huỷ sinh học.

Độ nhớt động lực học và nhớt động học của lớp dầu tràn trên mặt nước được

hiệu chỉnh theo nhiệt độ dầu, nhiệt độ môi trường và các quá trình phong hoá tương

tự các phương trình (2.6.2) viết dưới dạng:

u0 =u exp -C6

1

T-

1

Te

æ

èç

ö

ø÷-C5Fe -

C3Fw

C4Fw

é

ëê

ù

ûú ; (2.18)

trong đó, µ là độ nhớt động lực học của lớp dầu tràn trên mặt nước đã bị phong hoá

[kg.m-1.s-1] hoặc [cP]; 0 và là độ nhớt động học trước và sau khi quá trình phong

hoá xảy ra [m2.s-1] hoặc [cSt]; C3 và C4 là hệ số; C5 là tham số phụ thuộc vào loại

dầu; C6 hằng số độ nhớt có liên quan đến nhiệt độ T[K-1]; Fe và Fw là phần dầu bay

hơi và nhũ tương [%]; T và Te là nhiệt độ dầu và môi trường [K].

Xác định sức căng bề mặt dầu – nước được hiệu chỉnh lại dưới dạng:

33

s w0 =s w

1-Fe( ) (2.19)

Xác định sức căng bề mặt dầu – không khí được hiệu chỉnh lại dưới dạng:

s A0 =s A

1-Fe( ) (2.20)

trong đó,w0 và w là sức căng bề mặt tiếp giáp dầu - nước trước và sau khi quá trình

phong hoá xảy ra [N.m-1]; A0 và A là sức căng bề mặt tiếp giáp nước - không khí

trước và sau khi quá trình phong hoá xảy ra [N.m-1]; Fe là phần dầu bay hơi [%].

Từ phương trình (2.16) và (2.17), độ dày và nồng độ của lớp dầu trên mặt

nước được xác định sau khi hiệu chỉnh thể tích và mật độ viết dưới dạng:

hCA

Vh ; (2.21)

trong đó, C và h là tương ứng nồng độ [kg.m-2] và độ dày [m] của lớp dầu trên mặt

nước; A là diện tích của lớp dầu trên mặt nước [m2].

Điều kiện tính toán được thực hiện tương tự như bài toán xuôi.

C. Điều kiện ban đầu

+ Đối với yếu tố môi trường gồm có các trường gió, nhiệt độ không khí, sóng,

dòng chảy mặt, nhiệt độ nước mặt tại thời điểm bắt đầu thực hiện tính toán.

+ Đối với thông tin ban đầu về dầu tràn trên biển :

Hoặc C(x, y, t)

h(x, y, t)tại thời điểm t = T (2.22)

D. Điều kiện biên trên mặt nước thoáng

Các yếu tố môi trường có các trường gió, dòng chảy mặt, sóng mặt, nhiệt độ

không khí, nhiệt độ nước mặt và độ muối nước biển bề mặt trong quá khứ.

E. Điều kiện biên cứng

34

Dầu không thẩm thấu qua biên cứng:

0;0

n

h

n

C khi d 0 (2.23)

trong đó, n là pháp tuyến với biên, d là độ sâu [m].

F. Điều kiện biên hở

Dầu phát tán tự do ra ngoài:

0;0

n

hD

nn

CD

nhnhn (2.24)

trong đó, n là pháp tuyến của biên; Dhn là tham số khuếch tán tại biên.

2.2. Tham số hóa các quá trình đông lực va phong hoá của dầu tran

Các quá trình động lực, phong hoá và biến đổi tính chất dầu được đề cập đến

khá đầy đủ trong công trình nghiên cứu đã được công bố [38, 43, 50, 52, 66, 68, 92,

140, 144]. Nhưng trong khuôn khổ nghiên cứu của luận án này, đối tượng nghiên

cứu là dầu tràn trên bề mặt nước nên các quá trình được tập trung nghiên cứu gồm

bình lưu, khuếch tán ngang, nhũ tương hoá, bay hơi, phân tán thẳng đứng, hoà tan,

hấp thụ trầm tích, lắng đọng bờ bãi, ô-xy hoá, phân huỷ sinh học, các quá trình này

được trình bày dưới dạng sơ đồ trên hình vẽ 2.6.

Hình 2.6. Sơ đồ các quá trình động lực và phong hoá biến đổi theo thời gian

Không khí Bình lưu Khuếch tán ngang

Bay hơi Ôxy hoá

Bờ bãi Nước

Phân tán Hoà tan

Trầm tích

Phân huỷ

sinh học

Nhũ tương

35

2.2.1. Các quá trình đông lực cua dầu tràn

a. Quá trình bình lưu

Quá trình bình lưu của dầu tràn là quá trình di chuyển theo phương ngang dưới

tác động cơ học của môi trường như dòng chảy bề mặt, lực kéo của gió và tác động

sóng. Tốc độ di chuyển của lớp dầu là tổng hợp tác động của gió, sóng và dòng

chảy [36, 59, 99]:

ssccwwwaaaa VVVDwvuV ,, (2.25)

trong đó, aaaa wvuV ,, là vận tốc di chuyển [m.s-1], ua=Vx, va=Vy và wa=Vz là các

thành phần vận tốc trôi dạt theo trục x, y và z [m.s-1]; www vuV , là vận tốc gió tại

độ cao 10m tính từ mặt nước biển [m.s-1], uw=Vwx và vw=Vwy là các thành phần vận

tốc gió theo trục x, và y [m.s-1]; w là hệ số ma sát của gió; Dw là ma trận chuyển đổi

góc lệch giữa gió và dòng chảy mặt; cccc wvuV ,, là vận tốc dòng chảy trung bình

tầng mặt [m.s-1] tương ứng với lớp đồng nhất dòng chảy trên mặt, uc=Vcx, vc=Vcy và

wc=Vcz là các thành phần vận tốc dòng chảy theo trục x, y và z [m.s-1]; c là hệ số

trôi của dòng chảy; ssss wvuV ,, là vận tốc dòng chảy sóng Stokes [m.s-1]; us=Vsx,

vs=Vsy và ws=Vsz là các thành phần vận tốc dòng chảy sóng theo trục x, y và z [m.s-

1]; s là hệ số trôi của sóng;

Ở đây tzyxVwvuV aaaaa ,,,,, (2.25)

Để thực hiện chi tiết theo từng thành phần trong trường vận tốc trôi dạt tổng

hợp (ua, va và wa) được xác định theo công thức:

zpsscca

yssccwwwa

xssccwwwa

Vwwww

VvvvDv

VuuuDu

(2.25.1)

trong đó, wp là thành phần lực nổi [m.s-1].

Xác định ma trận chuyển đổi (Dw) [115]:

36

cossin

sincoswD (2.26)

trong đó: là góc lệch giữa gió và dòng chảy mặt [độ lượng giác].

Dựa trên cơ sở lý thuyết của dòng chảy Ekman [61] và đánh giá tương quan

góc lệch () giữa gió và dòng chảy mặt [115, 120], thay đổi hệ số trôi dạt phụ thuộc

vào tốc độ gió thổi được tổng hợp, cụ thể:

+ Góc lệch () giữa gió và dòng chảy trôi dạt do gió:

5,12exp*45 wV

(2.27)

+ Hệ số ma sát (w) do gió:

5,17exp1*05,0 w

w

V

(2.28)

trong đó: Vw là tốc độ gió ở mực 10 mét [m.s-1].

Gió phân bố thẳng đứng xấp xỉ theo hàm loga hoặc hàm mũ. Công thức thể

hiện theo hàm mũ [42] là:

7

1

10*

zVV wzw

(2.29)

ở đây, z là vị trí độ cao đo gió [m]; Vwz là vận tốc gió tại chiều cao z [m.s-1].

Stolzenbach và nnk đã sử dụng hệ số trôi dạt do dòng chảy là hằng số [131].

Nhưng thực tế, tốc độ trôi dạt này sẽ bị suy giảm chậm dần hơn so với dòng chảy

khi tốc độ dòng chảy môi trường tăng lên. Vì vậy, hệ số trôi dạt do dòng chảy (c)

thường xác định dưới dạng:

25exp*45,0

3

25,2

c

c

V

(2.30)

trong đó: Vc là tốc độ dòng chảy [m.s-1].

Sóng có tác động mạnh tới quá trình lan truyền và phân tán dầu. Việc đưa tác

động của sóng vào quá trình lan truyền dầu có thể thông qua dòng chảy trôi Stokes

[126] trong sóng [49]. Vậy, xác định hệ số trôi do sóng (s) phụ thuộc vào tốc độ

sóng dưới dạng:

37

5,1exp1*11,0 s

s

V

(2.31)

trong đó: Vs là tốc độ dòng chảy sóng [m.s-1].

Việc đưa tác động của sóng vào quá trình lan truyền dầu có thể thông qua

dòng chảy Stokes trong sóng [126]:

kd

zdkHkV s

s 2

2

sinh8

2cosh

(2.32)

22

8

1;

2tanh

2;

2;

2sw

s

s

gHEL

dgTL

TLk

(2.32.1)

trong đó: Vs là tốc độ dòng chảy sóng [m.s-1]; k là số sóng; là tần số góc [rad.s-1];

Hs là độ cao sóng [m], d là độ sâu cột nước [m]; z là vị trí tầng sâu [m]; L là độ dài

sóng [m]; Ts là chu kỳ sóng [s]; E là năng lượng sóng [J].

Tuy nhiên, các tham số của sóng thể hiện trạng thái mặt biển và thường được

xác định từ các yếu tố khác như tốc độ gió, hướng gió và thời gian gió thổi, đà gió.

CEM của Mỹ phát triển một số công thức đơn giản này [49]. Trong trường hợp của

sóng biển đã phát triển đầy đủ, chiều cao sóng đáng kể có thể được tính toán như:

Độ cao sóng có nghĩa được ước tính bằng: 2310*8,24 wss VH (2.33.1)

và chu kỳ (s) đỉnh phổ được ước tính bằng: wss VT 210*83 (2.33.2)

với Vws được xác định bằng cách sử dụngcông thức: 23,1*071,0 wws VV (2.33.3)

trong đó: Hs là độ cao sóng [m],; Ts là chu kỳ sóng [s]; Vws là tốc độ chuyển đổi của

gió [m.s-1]; Vw là tốc độ gió [m.s-1].

b. Quá trình khuếch tán

Quá trình khuếch tán của dầu tràn là quá trình khuếch tán nội lực kết hợp quá

trình khuếch tán rối của môi trường. Quá trình khuếch tán này được xác định với

các mối quan hệ khác nhau như do môi trường động lực tạo nên như gió, sóng và

dòng chảy [112]; phụ thuộc vào đặc điểm tính chất dầu (thể tích, độ dày, mật độ, độ

38

nhớt và sức căng bề mặt) và thời gian [25, 60, 65, 66, 85, 135]; phụ thuộc vào tác

động sóng, đặc điểm tính chất dầu (thể tích, mật độ) và thời gian [31]. Do đó, hệ số

khuếch tán được lựa chọn tổng hợp từ các công thức bán thực nghiệm đã được công

bố chú trọng đến sự đầy đủ của các yếu tố tác động chủ yếu với giá trị phù hợp với

quy luật biến đổi và nằm trong giới hạn cho phép (Hình 2.7).

Hệ số khuếch tán tổng hợp được xác định phụ thuộc vào các tác động từ môi

trường (gió, sóng và dòng chảy), phụ thuộc vào tính chất vật lý của dầu (thể tích, độ

dày, mật độ, độ nhớt và sức căng bề mặt) và phụ thuộc vào thời gian có dạng như

sau:

)1,78,91(101

)1(32

)3()1(

2

3

3/1

2/1

222

1

2

wc

www

h uut

gVkCghD

(2.34)

)2exp(10*2,4)0,310,397(10

2

55 kzT

HuuD

s

s

wcv (2.35)

trong đó, Dh và Dv là hệ số khuếch tán ngang và thẳng đứng [m2.s-1]; C1 là hằng số

(0,72); g là gia tốc trọng trường [m.s-2]; V là thể tích dầu [m3]; h là độ dày lớp dầu

[m]; ρ và ρw là mật độ dầu và nước [kg.m-3]; νw là hệ số nhớt động học nước [m2.s-

1]; σ là sức căng bề mặt dầu-nước [kgm-2s-1]; uc và uw là vận tốc dòng chảy và gió

[m.s-1]; t là thời gian [s]; k là số sóng; Hs là độ cao sóng [m]; z là vị trí tầng sâu [m];

Ts là chu kỳ sóng [s].

Hình 2.7. Biến đổi của hệ số khuếch tán ngang theo thời gian

39

2.2.2. Các quá trình phong hóa dầu cua dầu tràn

a. Quá trình nhũ tương hoá

Quá trình nhũ tương hoá là quá trình xâm nhập nước vào dầu tràn dưới dạng

các hạt nước nhỏ xen kẽ với dầu (hình 2.8a). Cơ chế hình thành nhũ tương là do quá

trình xáo trộn bề mặt nước (gió, sóng), các hạt nước xâm nhập xen kẽ vào dầu với

kích thước khoảng 10 - 25 µm (hoặc 0,010 - 0,025mm). Nếu dầu có độ nhớt nhỏ thì

những hạt nước sẽ xâm nhập nhanh và nhiều.

Trong nhiều công trình nghiên cứu, quá trình nhũ tương được quan tâm và sử

dụng trong tính toán như xây dựng phương trình dưới dạng hàm vi phân mà được

rời rạc hóa và ứng dụng trong mô hình ADIOS [94, 140, 145]; biến đổi trong quá

trình phong hóa dầu của SINTEF của Na-Uy [24]; phụ thuộc vào tốc độ gió và giới

hạn cực đại tỷ phần nhũ tương hoá (0,85%) [140]; biến đổi theo quy luật hàm mũ

của phụ thuộc vào gió bề mặt [116]; trên cơ sở các số liệu thí nghiệm cho các loại

dầu cho trước [53]; kế thừa và phát triển công thức của Mackay [118]; theo quy luật

hàm mũ với các tham số khác [140]; phát triển của Mackay với bộ tham số khác

[64, 74]; nghiên cứu phát triển của ASCE và ứng dụng theo trường hợp [46, 47, 60,

99]; đã tổng quan quá trình nhũ tương hóa của dầu [68]; ứng dụng về sự phụ thuộc

vào tốc độ gió biến đổi theo thời gian dưới dạng hàm vi phân [25]. Dựa vào công

thức của Aghajanloo [25], tỷ phần của nhũ tương hoá biển đổi thành dạng đơn giản

Hình 2.8a. Hình ảnh nhũ tương trên

biển [148]

Hình 2.8b. Biến đổi tỷ lệ của phần dầu bị nhũ

tương (Fw) theo thời gian

40

hơn nhưng vẫn phù hợp với quy luật (xem hình 2.8b). Công thức xác định tỷ lệ của

phần dầu nhũ tương hoá có dạng:

tC

FVKF w

wemw *1*1*1

2

(2.36)

trong đó, Fw là tỷ phần nhũ tương hoá; Kem là hệ số khớp đường cong thực nghiệm

(1*10-6 2*10-6 đối với dầu nhẹ và 4,5*10-6 đối với dầu nặng); Vw là tốc độ gió [m.s-

1]; C1 là hệ số phụ thuộc vào tính chất dầu (0,7 với dầu nhẹ và 1,15 với dầu nặng)

[25, 116]; t là thời gian [s].

Tỷ lệ phần dầu bị nhũ tương hoá được xác định bằng cách giải phương trình

(2.36) theo phương pháp lặp với phép xấp xỉ gần đúng.

b. Quá trình bay hơi

Quá trình bay hơi là quá trình dầu bị tiêu tán vào khí quyển dưới tác động

của môi trường không khí (nhiệt độ và gió). Quá trình này có ảnh hưởng lớn nhất

đến lượng dầu còn lại trên mặt nước sau khi sự cố tràn dầu xảy ra. Mức độ bay hơi

dao động từ 20 - 50% và thậm chí trên 90% với xăng hay dầu nhẹ (Hình 2.9a) [39,

68, 118].

Hình 2.9a. Tỷ lệ bay hơi ở nhiệt độ 15oC

cho một số loại dầu khác nhau [140]

Hình 2.9b. Biến đổi tỷ phần của bay hơi (Fe)

theo thời gian

Quá trình bay hơi dầu đã được nhiều tác giả công bố như là quá trình phụ

thuộc vào nhiệt độ, gió bề mặt và đặc trưng dầu (mật độ, thể tích và diện tích bề

mặt) [94]; phụ thuộc vào gió theo nhám mặt nước [29, 37]; phát triển thêm công

41

thức của Mackay và đưa ra thông số “tỷ lệ bốc hơi” [129] là tỷ lệ giữa nhiệt độ dầu

và nhiệt độ môi trường và tác động cơ học sử dụng chỉ số API của dầu trong mô

hình ADIOS [140, 145]; ứng dụng và phát triển công thức của Mackay theo trường

hợp riêng [74, 124]; phụ thuộc vào gió dựa trên thông lượng nhiệt, ẩm tại mặt nước

[125]; phụ thuộc vào đặc điểm tính chất dầu, khối lượng phân tử và trạng thái môi

trường và tác động cơ học [117, 118]; dựa vào phân loại dầu, trạng thái môi trường

và tác động cơ học sử dụng dữ liệu thí nghiệm như ở mô hình [127]; ứng dụng và

phát triển của Mackay theo mối liên hệ thực nghiệm giữa thể tích phân tử và điểm

sôi [36, 86, 92]; phụ thuộc vào đặc điểm tính chất dầu và tác động cơ học [118]; phụ

thuộc vào đặc điểm tính chất dầu và tác động cơ học với tổng hợp các thành phần

dầu khác nhau theo tỷ lệ [46, 140]; phụ thuộc đánh giá tốc độ gió và bức xạ (trực

tiếp và gián tiếp) theo thời gian [35]; xác định tốc độ bay hơi của dầu phụ thuộc vào

nhiệt độ [68]; ứng dụng và phát triển công thức của Stiver và Mackay với sự phụ

thuộc vào đặc điểm tính chất dầu [25, 60].

Biểu thức tổng hợp xác định tỉ lệ bay hơi của dầu tràn được tác giả sử dụng

là hàm số phụ thuộc vào các yếu tố môi trường và đặc tính của dầu tràn có dạng ở

công thức (2.37), giá trị xác định được từ biểu thức này vẫn đảm bảo quy luật biến

động và nằm trong giới hạn của các công thức đã được các tác giả khác công bố

(Hình 2.9b)

ge

e

e

eeww

e

g

eeTB

Tt

T

TBA

h

UK

T

TBF

exp1ln

0

9/7

(2.37)

Dầu thô: APITg 597,1362,985 (2.37.1)

và dầu tinh chế : APITg 8725,319,388 (2.37.2)

)024,0()008,0(288,7);045,0()016,0(572,0 TTBTTA gege (2.37.3)

trong đó, Fe là tỷ phần bay hơi; T và Te là nhiệt độ dầu và môi trường [K]; Tg là

chênh lệch nhiệt độ của dầu và nước [K]; API là chỉ số dầu phụ thuộc mật độ

[m3.kg-1]; Kw là hệ số ảnh hưởng của gió (0,00252); Vw là tốc độ gió [m.s-1]; h0 là độ

42

dày của lớp dầu tràn trên mặt nước biển [m]; Ae và Be là hệ số phụ thuộc nhiệt độ

dầu và gradien nhiệt độ dầu; t là thời gian [s].

Xác định nhiệt độ dầu phụ thuộc chỉ số API là [140, 145]:

432 0002604,003439,0565,1275,306,542 APIAPIAPIAPIT (2.38)

)ln(36,2477,1356 APITg

(2.39)

trong đó, T và Tg là là nhiệt độ dầu [K] và chênh lệch nhiệt độ dầu và nước [K].

Chỉ số API phụ thuộc vào mật độ được xác định theo biểu thức có dạng [59,

75]:

5.1315.141

;0 SG

APISGw

(2.40)

trong đó, API là chỉ số dầu; ρ0 và ρw là mật độ dầu và nước [kg.m-3]; SG là tỷ lệ giữa

mật độ dầu và nước.

c. Quá trình phân tán thẳng đứng

Quá trình phân tán thẳng đứng của dầu tràn là quá trình di chuyển của các giọt

dầu phân tán vào trong cột nước khi tác động cơ học từ môi trường (gió, sóng và

dòng chảy) gây ra hiện tượng phá vỡ cấu trúc dầu (Hình 2.10a).

Hình 2.10a. Dạng dầu phân tán tự

nhiên dạng hạt [68]

Hình 2.10b. Biến đổi tỷ phần của phân tán thẳng

đứng (Fd) theo thời gian

Quá trình phân tán dầu đã được nhiều tác giả nghiên cứu và công bố như là

43

quá trình phụ thuộc vào trạng thái mặt nước, tỷ lệ với bình phương vận tốc gió trên

đơn vị diện tích bề mặt [94]; chỉ phụ thuộc vào gió [83]; phụ thuộc vào gió và tỷ lệ

bay hơi [129]; phụ thuộc vào độ dày của dầu tràn [107]; sử dụng dữ liệu phòng thí

nghiệm xây dựng hàm thực nghiệm loại dầu và năng lượng sóng [57]; hệ số phân

tán của dầu bị nhũ tương hóa nhỏ hơn hệ số phân tán của dầu không bị nhũ tương

hóa một cách đáng kể [118]; phụ thuộc vào các thông số môi trường (trạng thái mặt

nước biển), độ dày lớp dầu và tính chất dầu (mật độ, sức căng mặt ngoài, độ nhớt)

[93]; nghiên cứu phát triển và ứng dụng công thức của Delvigne và Sweeney [36,

46, 70-72]; phụ thuộc vào sóng theo hàm mũ [90]; chỉ phụ thuộc vào tính chất dầu

và tác động môi trường (gió và sóng) [68]; phương pháp Delvigne và Sweeney

được sử dụng trong mô hình ADIOS [140, 144, 145], mô hình OSCAR [24]; mô

hình OILMAP [127]. Tổng hợp các giá trị nhận được từ các biểu thức đã được công

bố, tỷ lệ của phần dầu phân tán thẳng đứng được coi là phụ thuộc vào các tác động

của môi trường (gió, sóng) và đặc tính của dầu tràn (mật độ, độ nhớt) (Hình 2.10b).

biểu thức tổng hợp xác định tỷ lệ của phần dầu phân tán thẳng đứng có dạng :

tC

QF d

d

0

(2.41)

ddSDFCQ dbawcd 3/257.0)0( (2.41.1)

)575,12)ln(1523,0exp()0( C (2.41.2)

5,12exp

510*236,1

5,3

4 sw

wc

TVF (2.41.3)

8;52,9

5,0;10*4,3

;;2;

2

3/1

0

3/2

34,04,0

min

34,04,03

max

minmax

2

sw

w

srmsrmswwba

HgE

gdrop

EdEd

dddHHgHCD

(2.41.4)

Độ sâu xáo trộn giọt dầu (Zmix):

rms

d

v

mix Hw

DZ ,max (2.42)

trong đó, Fd là tỷ phần dầu phân tán thẳng đứng; Qd là thông lượng dầu phân tán

thẳng đứng [kg.m-2.s-1]; C0 là nồng độ dầu [kg.m-2]; ρ0 là mật độ dầu [kg.m-3]; C(0)

44

là tham số phụ thuộc vào độ nhớt và nhiệt độ của dầu; Fwc là tham số phụ thuộc vào

gió và chu kỳ sóng; Dba là tham số phụ thuộc mật độ nước và độ cao sóng; Sd là

tham số bề mặt của dầu (Sd=0.75); drop là đường kính giọt dầu (d=100) [m]; d là

khoảng giới hạn đường kính giọt dầu [m]; là độ nhớt động lực dầu [cSt]; Vw là tốc

độ gió [m.s-1]; Ts là chu kỳ sóng [s]; Cw là hệ số chuyển đổi [3,4*10-3]; ρw là mật độ

nước [kg.m-3]; g là gia tốc trọng trường [m.s-2]; Hrms là độ cao sóng trung bình có

nghĩa [m]; Hs là độ cao sóng có nghĩa [m]; dmax và dmin là đường kính giọt dầu cực

đại và cực tiểu [m]; E là năng lượng sóng [J]; Zmix là độ sâu xáo trộn dầu [m]; Dv là

hệ số khuếch tán thẳng đứng [m2.s-1]; wd là độ nổi [m.s-1]; t là thời gian [giờ].

d. Quá trình hoà tan

Quá trình hoà tan của dầu tràn là quá trình dầu được hoà tan vào trong nước

(Hình 2.11a). Quá trình này phụ thuộc vào thành phần và trạng thái của dầu, các kết

quả nghiên cứu cho thấy rằng tốc độ hòa tan của dầu vào trong nước có thể tính

theo thước đo trọng lượng theo Viện Dầu Khí Hoa Kỳ (API).

Hình 2.11a Dạng dầu hoà tan tự nhiên

dạng bông [68]

Hình 2.11b. Biến đổi tỷ phần của hoà tan (Fdisc)

theo thời gian

Quá trình hoà tan đã được xác định ở nhiều nghiên cứu khác nhau, có thể coi

lượng dầu hoà tan phụ thuộc tốc độ gió và tỷ lệ nghịch với độ dày và tính chất dầu

[94]; phụ thuộc vào diện tích dầu lan và mức độ suy giảm theo thời gian [50, 60, 74,

83]; xác định dựa vào giá trị giới hạn thấp nhất cùa gió biến đổi thời gian theo hàm

mũ [117, 118, 127]; phụ thuộc vào tính chất và khuếch tán dầu theo thời gian dưới

45

dạng hàm mũ [25, 118]; biến đổi theo hàm mũ phụ thuộc độ dày của dầu, sóng bề

mặt và thời gian [70-72]; phụ thuộc vào đặc điểm tính chất dầu theo tỷ lệ thành

phần loại dầu [99]. Dựa vào các đặc tính của các công thức đã được công bố, quá

trình hoà tan được tổng hợp và hệ thống lại nhằm có được công thức xác định tỷ lệ

phần dầu hoà tan mang tính tổng quát nhất về mối phụ thuộc vào đặc tính dầu (độ

dày của lớp dầu trên mặt nước, độ nhớt, khả năng hoà tan, nhiệt độ, sức căng bề mặt

dầu-nước) và tác động của môi trường (gió, sóng và dòng chảy). Công thức này vẫn

đảm bảo quy luật và giới hạn biến đổi chung về quá trình hoà tan (Hình 2.11b).

Công thức được thể hiện:

tKtKAtKKFdísc 4321 5,0expexp1 (2.43)

drop

Sh1K ; 2310*4,3 sw gH (2.43.1)

)exp(0 atSS hoặc )exp(0 edcFCSS (2.43.2)

r

D

D

uuRK v

vw

3/18.0

0

2 035,0

(2.43.3)

0

5,0

2

03501

1

8 h

VSK w

(2.43.4)

oilfines

aromatic

escycloalkan

alkanes

eRTSAZexK iiii

8,1

2,2

4,1

4,1

;1036,2 5

4 (2.43.5)

trong đó, Fdisc là tỷ phần hòa tan của lớp dầu dầu trên mặt vào trong nước; A là diện

tích dầu tràn [m2]; K1, K2, K3, K4 là các tham số; là năng lượng sóng [J.m-2]; h0 là

độ dày lớp dầu [m]; drop là đường kính giọt dầu [m]; w là mật độ nước [kg.m-3];

g là gia tốc trọng trường [m.s-2]; Hs là độ cao sóng [m]; S là khả năng hòa tan trong

nước [kg.m-3]; S0 là khả năng hòa tan trong nước ban đầu (3,0*10-2) [kg.m-3]; a là hệ

số suy giảm (0,1); Cdc là hệ số (12); Fe là tỷ phần bay hơi;w là hệ số nhớt động lực

của nước biển [cSt]; u là tốc độ di chuyển của dầu [m.s-1]; V là thể tích dầu loang

46

[m3]; Ro và r là bán kính dầu loang giới hạn và thực [m]; Dv là hệ số khuếch tán dầu

thẳng đứng [m2.s-1]; Vw là tốc độ gió [m.s-1]; µ là độ nhớt động học của dầu [cP];

là sức căng bề mặt dầu – nước [N.m-1]; ei là hệ số loại dầu; Zi là tỷ lệ thành phần

loại dầu; Si là khả năng hòa tan trong nước của từng loại dầu [kg.m-3]; T là nhiệt độ

dầu [K]; R là hằng số khí [kg m2 mol−1 K−1 s−2.]; t là thời gian [giờ].

e. Quá trình hấp thụ trầm tích

Quá trình hấp thụ dầu của trầm tích là dầu có thể bị mắc kẹt trong không gian

giữa các hạt trầm tích (Hình 2.12) hoặc bị kết dính với trầm tích lơ lửng. Quá trình

này được chia thành hai loại: (1) Hấp thụ bề mặt do hoạt động ion trên bề mặt nền

trầm tích; (2) Hấp thụ mao dẫn do các lỗ

thoáng trầm tích.

Quá trình này được nghiên cứu và đưa

ra công thức thực nghiệm tương quan giữa

nồng độ dầu và tham số trầm tích đáy,

đường kính hạt trầm tích [46, 99]; phụ thuộc

thông lượng dầu bị hấp thụ vào nồng độ

trầm trích lơ lửng, tác động của sóng [92].

Vậy, quá trình hấp thụ trầm tích được xác

định phụ thuộc vào nồng độ trầm tích, tác

động môi trường (sóng) và nồng độ dầu tràn:

tC

QF s

sed

6

0

10* (2.44)

)5.12

exp(1

5,1

0

32

1

121

zdzCCKdK

CK

CbKQQQ

H

s

w

m

ssss

(2.44.1)

78,0;10*96,1;36.2

;10*14,8;21,11231,68

4

3

6

21

mdbK

KdK

s

s (2.44.2)

trong đó, Fsed là tỷ phần hấp thụ trầm tích; C0 là nồng độ dầu trên một đơn vị bề mặt

[kg.m-2]; Qs1, Qs2 và Qs là tổng đáy, tổng lơ lửng và tổng cộng đáy và lơ lửng khả

Hình 2.12. Dạng dầu của trầm tích đáy

[68]

47

năng lượng dầu hấp thụ [kg.m-3s-1]; ds là đường kính hạt trầm tích [m]; K1, K2 và b

là các thông số hấp thụ dựa trên mối quan hệ thực nghiệm [46]; K3 là thông số phụ

thuộc kiểu và kích thước hạt; Cs là nồng độ bùn cát lơ lửng [kg.m-2]; là năng

lượng sóng vỡ [J.m-3.s-1]; w là độ nhớt động học của nước [m2.s-1]; z là độ sâu [m];

t là thời gian [giờ].

f. Quá trình tương tác bãi và bờ biển

Quá trình tương tác với bãi và bờ biển của dầu tràn là hiện tượng lắng đọng

dầu trên bãi và bờ biển, hiện tượng dầu bị giữ lại trong quá trình di chuyển khi gặp bãi

và bờ biển. Sau khi đã lắng đọng trên bãi, dầu có thể bị sóng, gió và dòng chảy đưa

trở lại biển (Hình 2.13).

Một trong những mô hình xử lý khá kỹ vấn đề này là mô hình COZOIL [82].

Mô hình khác cũng có tính đến khả năng giữ dầu của bãi biển và tốc độ đọng dầu

trên các loại bãi khác nhau mà sử dụng một phương pháp đơn giản với các giá trị

không đổi cho tất cả các thông số [84]; sử dụng phương pháp của Humphrey cho

các kết quả tính toán không phù hợp tốt với các số liệu quan trắc [32, 80, 132]; sử

dụng kết quả quan trắc về khả năng giữ dầu trên bãi [77]; phụ thuộc vào chu kỳ bán

rã của từng loại bờ bãi [124]; dạng hàm xác xuất của hạt dầu từ bờ biển [27]; xác

định theo công thức của Shen và Yapa ở dạng khác [84, 110]. Vậy, quá trình lắng

đọng trên bờ bãi của dầu tràn phụ thuộc chu kỳ bán phân rã của dầu đối với từng

loại chất liệu bờ bãi khác nhau là:

Hình 2.13. Dạng dầu trên bờ và bãi biển [68]

48

365*7

tkFcoast (2.45)

610*5exp95,2112,0 k (2.45.1)

trong đó, Fcoast là tỷ phần tương tác bãi và bờ biển (0< Fcoast <1); k là hệ số suy

giảm, và là chu kỳ bán phân rã; t là thời gian [ngày].

g. Quá trình Ôxy hóa

Quá trình Ôxy hóa là quá trình hoá học, dầu tràn bị ô-xy hóa các thành phần

(Hình 2.14). Quá trình này rất chậm và thậm chí cả những ngày nắng, màng mỏng

dầu phản ứng tối đa không quá 0,1% mỗi ngày.

Quá trình Ôxy hóa được thể hiện dưới

dạng như tỷ lệ tương đối của quá trình ô-xy hóa

dầu tự nhiên dựa trên các kết quả thí nghiệm

[89]; công thức thực nghiệm mô tả thể tích dầu

chuyển hoá thông qua quá trình ô-xy hoá hoặc

lượng dầu suy giảm chuyển hóa phụ thuộc vào

nhiệt độ nước, độ muối và bức xạ măt trời [95,

106].Quá trình ô-xy hoá được xác định dưới

dạng là:

ktFoxy (2.46)

IODTIODIOS

i

i

ST

eek

IOSkk

/20/3

20

*5,110*67,1

012,1*04,1*533,2

(2.46.1)

trong đó, Foxy là tỷ phần ôxy hóa của lớp dầu trên mặt nước; k và ki là hệ số suy

giảm; IOS là tổng quang hợp do hoạt động bức xạ; IOD là quang hợp cực đại do

hoạt động bức xạ (IOD = 1367) [W.m-2]; T và S là nhiệt độ nước [oC] và độ muối

[%0]; t là thời gian [ngày].

h. Quá trình phân huy sinh vật

Hình 2.14. Dạng Ô-xy hóa dầu [89]

49

Quá trình phân hủy sinh vật là một trong những quá trình phong hóa quan

trọng nhất dẫn tới sự biến mất của dầu khỏi môi trường, nhất là làm biến mất những

thành phần không bay hơi (Hình 2.15). Nhiều công trình nghiên cứu đã làm sáng tỏ

khía cạnh khác nhau của quá trình này cũng như những yếu tố môi trường làm thay

đổi tốc độ phân hủy sinh vật [30].

Các kết quả nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm về quá trình phân hủy sinh

học của dầu cũng như những ảnh hưởng của các yếu tố môi trường (như trạng thái

nhũ tương, nhiệt độ nước biển, ánh sáng mặt trời,...) tới các quá trình phân hủy sinh

học [52, 104, 112, 135].

Swannel và Daniel cho thấy rằng sử dụng các chất phân tán trên dầu tràn có

thể tăng tốc phân hủy sinh học của dầu trong môi trường tự nhiên (hình 2.15) [133].

Những ảnh hưởng của phân hủy sinh học thường được biểu diễn như sau:

tk

biobeF

1 (2.47)

trong đó, Fbio là tỷ phần phân hủy sinh học của lớp dầu trên mặtnước; kb là hệ số

suy giảm; t là thời gian [ngày].

Bảng 2.2 tổng hợp các giá trị đặc trưng về tham số hoá các quá trình động

lực, phong hoá và tính chất dầu.

Hình 2.15. Dạng dầu phân hủy sinh học [133]

50

Bảng 2.2. Tổng hợp thông số đặc trưng về tham số hoá các quá trình động lực, phong hoá và

tính chất dầu

TT Ký

hiệu Đặc trưng

Thời gian

tồn tại Giá trị Đơn vị

1 w Tham số ma sát gió <0,045

2 c Tham số trôi dạt do dòng

chảy 0,6<c<1,1

3 s Tham số trôi dạt do dòng

sóng <0,11

4 Dx,Dy Tham số khuếch tán ngang <1,0 m2.s-1

5 Fw Tỷ phần nhũ tương hoá <1 năm <0,85

6 Fe Tỷ phần bay hơi <1 tháng <0,95

7 Fdisc Tỷ phần hoà tan <1 tuần <0,15

8 Fd Tỷ phần phân tán thẳng

đứng < 1tháng <0,35

9 Fsed Tỷ phần hấp thụ trầm tích ngày<Fsed

Fsed<năm <0,10

10 Foxy Tỷ phần ô-xy hoá ngày<Foxy

Foxy<năm <0,15

11 Fbio Tỷ phần phân huỷ sinh học tuần<Fbio

Fbio<năm <0,10

12 Fcoast Tỷ phần tương tác bờ bãi ngày<Fcoast

Fcoast<năm <1,0

13 Mật độ dầu >700 kg.m-3

14 Độ nhớt động học >0,4 cSt

15 T Nhiệt độ dầu 280<T<320 K

16 w Sức căng bề mặt dầu-nước 30<w<75 N.m-1

17 A Sức căng bề mặt dầu-

không khí 1<A<2 N.m-1

51

2.3. Phương pháp rời rạc hoá, chỉ tiêu đánh giá va sơ đồ thuật toán

2.3.1 Phương pháp giải số

Trong bài toán Euler này, miền tính toán được sử dụng dưới dạng lưới chia

hình chữ nhật cho phép triển khai bài toán trên từng ô lưới theo thời gian và ngược

thời gian.

Đối với quá trình tiến triển theo thời gian, phương trình (2.1) về biến đổi nồng

độ của lớp dầu trên mặt nước biển được viết lại dưới dạng:

m

m

yx

yx

C

CyySPBDCxxSPBD

CySPBVCxSPBVtCft

C

2*2*

1*1*),(

(2.48)

trong đó, f(C,t) là hàm vi phân bậc 1 của nồng độ theo thời gian; SPB1Cx và

SPB1Cy là hàm sai phân bậc 1 của nồng độ theo trục Ox và Oy; SPB2Cxx và

SPB2Cyy là hàm sai phân bậc 2 theo trục Ox và Oy của nồng độ.

Tương tự như phương trình nồng độ, phương trình (2.2) về biến đổi độ dày lớp

dầu trên mặt cũng được viết dưới dạng:

m

yx

yx

h

hyySPBDhxxSPBD

hySPBVhxSPBVthft

h

2*2*

1*1*),(

(2.49)

trong đó, f(h,t) là hàm vi phân bậc 1 theo thời gian của độ dày; SPB1hx và SPB1hy

là hàm sai phân bậc 1 theo trục Ox và Oy của độ dày; SPB2hxx và SPB2hyy là hàm

sai phân bậc 2 theo trục Ox và Oy của độ dày; hm là hàm nguồn về độ dày.

Đối với quá trình ngược thời gian thì phương trình (2.13) về biến đổi nồng độ

dầu trên một đơn vị diện tích bề mặt cũng được viết lại dưới dạng:

m

m

yx

yx

C

CyySPBDCxxSPBD

CySPBVCxSPBVtCft

C

2*2*

1*1*),(

(2.50)

52

Tương tự như phương trình nồng độ thì phương trình (2.14) về biến đổi độ dày

của lớp dầu trên mặt nước biển cũng được viết dưới dạng:

m

yx

yx

h

hyySPBDhxxSPBD

hySPBVhxSPBVthft

h

2*2*

1*1*),(

(2.51)

Các hàm sai phân nồng độ dầu được ký hiệu rút gọn của các phương trình

(2.1 và 2.13) như sau:

dCyy

CCySPBdCx

x

CCxSPB

1;1 (2.52.1)

y

dCy

y

C

yy

CCyySPB

x

dCx

x

C

xx

CCxxSPB

)(2;)(2

2

2

2

2

(2.52.2)

trong đó, dCx và dCy là hàm sai phân bậc 1 theo trục Ox và Oy của nồng độ.

Tương tự như vậy đối với độ dày lớp dầu trong các phương trình (2.2 và 2.14)

có dạng như sau:

dhyy

hhySPBdhx

x

hhxSPB

1;1 (2.53.1)

y

dhy

y

h

yy

hCyySPB

x

dhx

x

h

xx

hhxxSPB

)(2;)(2

2

2

2

2

(2.53.2)

m m

mm

Ch

(2.53.3)

trong đó, dhx và dhy là hàm sai phân bậc 1 theo trục Ox và Oy của nồng độ.

Xét các ô lưới hình chữ nhật có các chiều tương ứng theo tục toạ độ ox và oy

là x = dx và y =dy. Tại các ô lưới bất kỳ được gán chỉ số i, j theo hai chiều không

gian, cần xác định các đại lượng Cijn+1, hij

n+1 theo các đại lượng đã biết ở các bước

thời gian trước (-t) là Cijn, hij

n.

53

2.3.2 Phương pháp rời rạc hoá với sơ đồ sai phân hữu hạn

Phép rời hoá phổ biến thông thường được xuất phát từ phép triển khai chuỗi

Taylor để xác định các biến phụ thuộc và các đạo hàm của chúng trong miền lưới

rời rạc. Kowalik và Murty đã đưa ra rất nhiều sơ đồ sai phân khác nhau như sai

phân tiến, sai phân lùi và sai phân trung tâm từ miền lưới rời rạc [91].

Nguyên tắc của sai phân là được xấp xỉ tuyến tính bởi các giá trị biến tại các

điểm nút lưới rời rạc.

Đối với một chiều : Tập hợp điểm NixCCXx iii ,...,1,0;)(;],0[

Các điểm trên nút lưới: xixi , và kích thước bước NXx /

Khai triển chuỗi Taylor tổng quát được viết dưới dạng:

XCC

x

C

n

xxxC

i

n

n

n

n

i ,0;!

)(0

(2.54)

Khai triển chuỗi Taylor tiến là: i

i

ii xOx

CxCC

1 (2.55.1)

Khai triển chuỗi Taylor lùi là: ii

ii xOx

CxCC

1 (2.55.2)

Hình 2.16a. Lưới sơ đồ sai phân khác nhau

Hình 2.16b. Sơ đồ phân bố biến trên lưới

sai phân theo không gian hai chiều (x và y)

54

Khai triển chuỗi Taylor trung tâm là: 2

11 2 xOx

CxCC

i

ii

(2.55.3)

Các sơ đồ sai phân không chỉ khác nhau về dạng mà còn về độ chính xác

(O(x), O(x)2 ).

Triển khai theo không gian (y) và theo thời gian (t) cũng tương tự như không

gian (x).

Hình 2.16a thể hiện giá trị của sai phân đạo hàm bậc nhất nếu nghiệm chính

xác là đường đậm nét, nếu theo sơ đồ trung tâm là đường nối 02 điểm cận kề trái và

phải, nếu theo sơ đồ tiến là đường nối điểm với điểm cận kề phải, nếu theo sơ đồ lùi

là nối điểm với điểm cận kề trái.

Dẫn xuất ban đầu theo hình 2.16a

được viết dưới dạng:

x

xxCxxC

x

xxCxC

x

xCxxCx

x

C

x

x

x

2

)()(lim

)()(lim

)()(lim)(

0

0

0

(2.56)

Từ phương trình (2.56) kết hợp hình

2.16b và hình 2.16c, phép xấp xỉ tuyến tính

theo không gian và thời gian xác định là :

Sơ đồ sai phân lùi của đạo hàm bậc

nhất:

dCxbdx

CC

x

CC

xx

CC

x

C jijijiji

jiji

jiji

ji

,1,,1,

,1,

,1,

,

(2.57.1)

dCybdy

CC

y

CC

yy

CC

y

C jijijiji

jiji

jiji

ji

1,,1,,

1,,

1,,

,

(2.57.2)

Hình 2.16c. Sơ đồ phân bố lưới sai phân

theo không gian hai chiều (x và y) và

thời gian (t)

55

Sơ đồ sai phân trung tâm của đạo hàm bậc nhất:

dCxcdx

CC

x

CC

xx

CC

x

C jijijiji

jiji

jiji

ji

*2*2

,1,1,1,1

,1,1

,1,1

,

(2.58.1)

dCycdy

CC

y

CC

yy

CC

y

C jijijiji

jiji

jiji

ji

*2*2

1,1,1,1,

1,1,

1,1,

,

(2.58.2)

),(*2*2

,

1

,

1

,

1

,

1

,

11

1

,

1

,

,

tCfdt

CC

t

CC

tt

CC

t

C n

ji

n

ji

n

ji

n

ji

n

ji

nn

n

ji

n

ji

n

ji

(2.58.3)

Sơ đồ sai phân tiến của đạo hàm bậc nhất:

dCxfdx

CC

x

CC

xx

CC

x

C jijijiji

jiji

jiji

ji

,,1,,1

,,1

,,1

,

(2.59.1)

dCyfdy

CC

y

CC

yy

CC

y

C jijijiji

jiji

jiji

ji

,1,,1,

,1,

,1,

,

(2.59.2)

),( ,

,

1

,,

1

,

1

,

1

,

,

tCfdt

CC

t

CC

tt

CC

t

C n

ji

n

ji

n

ji

n

ji

n

ji

nn

n

ji

n

ji

n

ji

(2.59.3)

trong đó: Ci+1,j, Ci,j, Ci-1,j, Ci,j-1, Ci,j+1 và C là các giá trị của biến số; xi+1,j, xi,j và xi-1,j

là các giá trị của vị trí không gian phía sau, hiện tại và phía trước theo trục x; yi,j+1,

yi,j và yi,j-1 là các giá trị của vị trí không gian phía sau, hiện tại và phía trước theo

trục y; tn-1, tn, tn+1 là các giá trị của thời gian quá khứ, hiện tại và tương lai; Ci,jn-1,

Ci,jn, Ci,j

n+1 là các giá trị của biến số theo thời gian tại vị trí tn-1, tn, tn+1.

A. Rời rạc hoá với sơ đồ sai phân hữu hạn theo không gian

Phương pháp này được thực hiện trên từng ô lưới với các vị trí được xác định

cho các yếu tố và thành phần tham gia tính toán mô phỏng là sơ đồ Arakawa A

(Hình 2.16b, Hình 2.16c và Hình 2.17a). Phương pháp sai phân hữu hạn của đạo

hàm bậc 1 có một số dạng cơ bản tiến hoặc lùi hoặc trung tâm, đối với bài toán này,

tác giả lựa chọn thử nghiệm phương pháp sai phân tích hợp theo quy mô lưới và

dưới lưới khác nhau theo không gian. Các bước sẽ thực hiện cho các hàm vi phân

riêng rẽ theo không gian và thời gian. Sau đó, chúng sẽ được tổng hợp theo các

56

phương trình cụ thể để giải quyết về lan truyền và biến đổi nồng độ dầu và độ dày

của lớp dầu tràn trên mặt nước.

Các hàm vi phân đạo hàm bậc 1 và 2 của yếu tố nồng độ và độ dày (t

C

,

x

C

,

y

C

,

2

2

x

C

và

2

2

y

C

) và độ dày (

t

h

,

x

h

,

y

h

,

2

2

x

h

và

2

2

y

h

) sẽ được thực hiện tính

toán trên tất cả các nút lưới của toàn bộ miền tính sau đó mới tổng hợp theo phương

trình biến đổi nồng độ đầy đủ.

1<i<M M M+1

dx

1

0

0

N

1<

j<N

N

+1

dy

Miền tính ảo

Miền tính

1

Hình 2.17a. Sơ đồ sai phân dưới lưới theo

không gian hai chiều

Hình 2.17b. Sơ đồ miền lưới tính theo

không gian hai chiều

Từ hình 2.17a cho thấy rằng cần thiết tiến hành xác định các giá trị quy mô

dưới lưới trước khi tích hợp sai phân (tiến, trung tâm và lùi). Các giá trị này được

xác định theo phương pháp trung bình cộng tuyến tính không có trọng số cho các

nút trung gian giữa các nút lưới.

Bên cạnh đó, xử lý biên được thực hiện với việc tạo ra miền ảo hay nút tính ảo

bao quanh miền tính (Hình 2.17b). Có nghĩa là khi xử lý tính toán thì sử dụng thêm

02 nút lưới cho mỗi chiều mà giá trị của chúng được sử dụng là “0” cho tất cả các

biến nồng độ và độ dày. Nếu vị trí nút lưới là ảo hoặc nút luới trên đất:

Ci,j =0 và hi,j=0 (2.60)

57

Xác định giá trị trên lưới dx và dy:

Cc =Ci, j; xb1=Ci-1, j; xf1=Ci+1, j ; yb1=Ci, j-1; yf1=Ci, j+1

C11=Ci-1, j+1; C21=Ci+1, j+1 ; C31=Ci+1, j-1; C41=Ci-1, j-1

(2.61.1)

Xác định giá trị dưới lưới dx/2 và dy/2:

.4/)12212(2;.4/)14232(2

.4/)13222(2;.4/)14212(2

.4/)1141(42;.4/)1131(32

.4/)1121(22;.4/)1111(12

CcyfCCyfCcybCCyb

CcxfCCxfCcxbCCxb

CcxbybCCCcxfybCC

CcxfyfCCCcxbyfCC

(2.61.2)

Từ phương trình (2.59.1 và 2.59.2) về sai phân tiến kết hợp sử dụng hình 2.17

và phương trình (2.61.1 và 2.61.2), sơ đồ sai phân tiến của đạo hàm bậc 1 là :

+ Nếu trên lưới:

dy

CcyfdCyf

y

C

dx

CcxfdCxf

x

C

jiji

1;

1

,,

(2.62.1)

+ Nếu dưới lưới (dx/2 và dy/2):

.2/2

*.21

.2/2

*.21

,

,

dy

Ccyf

dy

CcyfdCyf

y

C

dx

Ccxf

dx

CcxfdCxf

x

C

ji

ji (2.62.2)

Từ phương trình (2.57.1 và 2.57.2) về sai phân lùi kết hợp sử dụng hình 2.17

và phương trình (2.61.1 và 2.61.1), sơ đồ sai phân lùi của đạo hàm bậc nhất là:


dy

ybCcdCyb

y

C

dx

xbCcdCxb

x

C

jiji

1;

1

,,

(2.63.1)


58

.2/2

*.21

.2/2

*.21

,

,

dy

ybCc

dy

ybCcdCyb

y

C

dx

xbCc

dx

xbCcdCxb

x

C

ji

ji

(2.63.2)

Từ phương trình (2.58.1 và 2.58.2) về sai phân trung tâm kết hợp sử dụng hình

2.17 và phương trình (2.61.1 và 2.61.2), sơ đồ sai phân trung tâm của đạo hàm bậc 1

viết dưới dạng là:


dy

ybyfdCyc

y

C

dx

xbxfdCxc

x

C

jji *.2

11;

*.2

11

,

(2.64.1)


.2/22

*.2

11

.2/22

*.2

11

,

,

dy

ybyf

dy

ybyfdCyc

y

C

dx

xbxf

dx

xbxfdCxc

x

C

ji

ji

(2.64.2)

Xác định giá trị dưới lưới dx/4. dx/8, dx/16, dx/32, dx/64, dx/128 và dx/256 là

tương tự như các bước dưới lưới dx/2 của phương trình (2.61.1, 2.61.2, 2.62.2,

2.63.2 và 2.64.2). Xác định giá trị dưới lưới dy/4. dy/8, dy/16, dy/32, dy/64, dy/128

và dy/256 là tương tự như các bước dưới lưới dy/2 của phương trình (2.61.1, 2.61.2,

2.62.2, 2.63.2 và 2.64.2).

Từ phương trình (2.62.1, 262.2, 2.63.1, 2.63.2, 2.64.1 và 2.64.2) tổ hợp xác

định sơ đồ sai phân của đạo hàm bậc 1 được xác định tại vị trí từng nút lưới (i,j) là:

+ Đối với nồng độ dầu theo trục x và y:

ji

ji

jiji

CySPBdCyfdCycdCyb

y

C

CxSPBdCxfdCxcdCxb

x

C

,

,

,,

1.4

*.2

1.4

*.2

(2.65)

59

+ Tương tự các bước thực hiện từ phương trình (2.60) đến phương trình (2.65)

được thay thế nồng độ (C) bằng độ dày (h) của lớp dầu trên mặt nước theo trục x và

y, thu được sơ đồ sai phân của đạo hàm bậc 1 đối với độ dày là:

ji

ji

jiji

hySPByfdhdhycdhyb

y

h

hxSPBxfdhdhxcdhxb

x

h

,

0

,

,

0

,

1.4

*.2

1.4

*.2

(2.66)

Phương trình (2.65 và 2.66) là các phương trình cuối cùng để xác định được

hàm vi phân bậc 1 theo sơ đồ sai phân tích hợp (tiến, lùi và trung tâm) tại nút lưới

(i,j) theo trục x và trục y.

Đối với các đạo hàm bậc 2 ji

x

C

,

2

2

và

jiy

C

,

2

2

thì được thực hiện như là:

dCyyfdCyycdCyyby

Cy

y

C

y

C

yy

C

y

CCy

dCxxfdCxxcdCxxbx

Cx

x

C

x

C

xx

C

x

CCx

jijijijiji

ji

jijijijijiji

,,

2

2

,,

2

2

,

,

,,

2

2

,,

2

2

,,

;

;

(2.67)

Xác định giá trị trên lưới nút lưới tính và lưới trung gian đối với Cx:

+ Tương tự phương trình (2.61.1) với C, xác định giá trị trên lưới với Cx là:

1,11,11,11,1

1,1,,1,1,

41;31;21;11

1;1;1;1;

jijijiji

jijijijiji

CxCCxCCxCCxC

CxyfCxybCxxfCxxbCxCc (2.68)

+ Xác định giá trị dưới lưới (dx/2) của Cx tương tự như phương trình (2.61.2).

Xác định giá trị trên lưới nút lưới tính và lưới trung gian đối với Cy:

+ Tương tự phương trình (2.61.1) với C, xác định giá trị trên lưới với Cy là:

1,11,11,11,1

1,1,,1,1,

41;31;21;11

1;1;1;1;

jijijiji

jijijijiji

CyCCyCCyCCyC

CyyfCyybCyyfCyybCyCc (2.69)

+ Xác định giá trị dưới lưới (dy/2) của Cy tương tự như phương trình (2.61.2).

60

Các bước xác định tính toán tiếp theo của Cx và Cy tương tự như C ở các

phương trình (2.62.1, 262.2, 2.63.1, 2.63.2, 2.64.1 và 2.64.2) và xác định giá trị hàm

vi phân bậc 2 tại nút lưới tính (i,j) theo trục x theo phương pháp tổ hợp là:

+ Đối với nồng độ dầu theo trục x:

ji

jiji

CxxSPBdCxxfdCxxcdCxxb

x

Cx

x

C,

,,

2

2

2.4

*.2

(2.70)

+ Tương tự với độ dày lớp dầu theo trục x:

ji

ji

hxxSPBdhxxfdhxxcdhxxb

x

h,

,

2

2

2.4

*.2

(2.71)

+ Đối với nồng độ dầu theo trục y:

ji

jiji

CyySPBdCyyfdCyycdCyyb

y

Cy

y

C,

,,

2

2

2.4

*.2

(2.72)

+ Tương tự với độ dày lớp dầu theo trục y:

ji

ji

hyySPBdhyyfdhyycdhyyb

y

h,

,

2

2

2.4

*.2

(2.73)

Phương trình (2.70, 2.71, 2.72 và 2.73) là các phương trình cuối cùng để xác

định được hàm vi phân bậc hai theo sơ đồ sai phân tích hợp (tiến, lùi và trung tâm)

tại nút lưới (i,j) theo trục x và trục y.

Điều kiện hàm nguồn của phương trình (2.1, 2.2, 2.14 và 2.15) được xác định :

+ Nếu không có nguồn: 0)0(;0)0( ,, jiji

thtC (2.74.1)

+ Nếu có nguồn :jim m

m

ji

jim

mji

CthCtC

,

,

,

,)0(;)0(

(2.74.2)

B. Phương pháp rời rạc hoá với sơ đồ sai phân hữu hạn theo thời gian

Đối với thời gian, tác giả lựa chọn sai phân bậc nhất theo quy mô bước thời

gian và giá trị của một số bước thời gian trước (Hình 2.18).

61

Hình 2.18. Lưới sơ đồ sai phân theo thời gian

Tương tự phương trình (2.59.3 và 2.58.3), phương trình (2.48 và 2.50) về nồng

dầu được rời rạc theo sơ đồ sai phân của đạo hàm bậc 1 theo thời gian viết là:

Nếu C0i,jn-1 = 0. thì t),f(C*

n

,,

1

, ji

n

ji

n

ji tCC

(2.75.1)

Nếu C0i,jn-1 0. thì t),f(C**75.1*25.0*75.0

n

,,

1

,

1

, ji

n

ji

n

ji

n

ji tCCC

(2.75.2)

Tương tự phương trình (2.59.3 và 2.58.3), phương trình (2.49 và 2.51) về độ

dày lớp dầu được rời rạc theo sơ đồ sai phân bậc nhất theo thời gian viết dưới dạng:

Nếu h0i,jn-1 = 0. thì t),f(h*

n

,,

1

, ji

n

ji

n

ji thh

(2.76.1)

Nếu h0i,jn-1 0. thì t),f(h**75.1*25.0*75.0

n

,,

1

,

1

, ji

n

ji

n

ji

n

ji thhh

(2.76.2)

Xác định mật độ dầu theo phép rời rạc hoá từ phương trình (2.3) và (2.15) là:

1

,

1

,1

,0,

1

,

1

,0 ;

n

ji

n

jin

jiji

n

ji

n

jih

CAhV (2.77)

Các quá trình phong hoá (Fwn+1, Fe

n+1, Fdn+1, Fdisc

n+1, Fsed n+1, Fcoats

n+1, Foxy n+1

và Fbio n+1) được xác định ở bước thời gian thứ n+1 ở tất cả các điểm nút lưới theo

các quá trình phong hoá như nhũ tương (biểu thức (2.36)), bay hơi (biểu thức

(2.37)), phân tán thẳng đứng (biểu thức (2.41)), hoà tan (biểu thức (2.43)), hấp thụ

trầm tích (biểu thức (2.44)), lắng đọng trên bờ bãi (biểu thức (2.45)), ô-xy hoá (biểu

thức (2.46)) và phân huỷ sinh học (biểu thức (2.47)).

B1. Đối với bài toán lan truyền và biến đổi dầu xuôi thời gian

Từ phương trình (2.4), mật độ của lớp dầu tràn trên mặt nước được hiệu chỉnh

dưới tác động của các quá trình phong hoá dưới dạng:

1

2

11

1

1

0

1111 111

n

e

n

e

nnn

w

n

w

n

w

n FCTTCFF (2.78)

T (thời gian)

t0 t1 tn-1

tn tn+1 tN-1

tN

dt

62

Từ phương trình (2.38), nhiệt độ của lớp dầu tràn trên mặt nước biến đổi phụ

thuộc chỉ số API là:

4131

2111

0002604,003439,0

565,1275,306,542

nn

nnn

APIAPI

APIAPIT (2.79)

Từ phương trình (2.40), chỉ số API được hiệu chỉnh lại dưới dạng:

5.1315.141

;1

1

1

1

01

n

n

n

w

n

n

SGAPISG

(2.80)

Từ phương trình (2.5), thể tích của lớp dầu tràn trên mặt nước được hiệu chỉnh

phụ thuộc vào các quá trình phong hoá dưới dạng:

1

1111111

1

0

1

1

1

n

w

n

bio

n

oxy

n

coats

n

sed

n

disc

n

d

n

enn

F

FFFFFFFVV (2.81)

Từ phương trình (2.6.1 và 2.6.2), độ nhớt của lớp dầu tràn trên mặt nước là:

1

0

01

00 ;224

n

n

AC

(2.82.1)

1

4

1

31

5116

1

0

1

1

11exp

n

w

n

wn

en

e

n

nn

FC

FCFC

TTC (2.82.2)

Từ phương trình (2.7.1 và 2.7.2), sức căng bề mặt dầu- nước được xác định là:

1131

0 *&259.0085.38**10*694.117013.1 nn

e

n

w SGT (2.83.1)

11

0

11

n

e

n

w

n

w F

(2.83.2)

Từ phương trình (2.8.1 và 2.8.2), sức căng bề mặt dầu-khí được xác định là:

1131

0 *&259.0000.1**10*694.117013.1 nn

e

n

A SGT (2.84.1)

11

0

11

n

e

n

A

n

A F

(2.84.2)

Từ phương trình (2.9), độ dày và nồng độ của lớp dầu trên mặt nước được hiệu

chỉnh từ phương trình (2.78 và 2.81) là:

63

1

,

1

,

1

,

,

1

,1

, ;

n

ji

n

ji

n

ji

ji

n

jin

ji hCA

Vh (2.86)

B2. Đối với bài toán lan truyền và biến đổi dầu ngược thời gian

Từ phương trình (2.16), mật độ của lớp dầu trên mặt nước được hiệu chỉnh bởi

các quá trình phong hoá là:

1

2

11

1

1

111

01

111

n

e

n

e

nn

w

n

w

n

w

n

n

FCTTCF

F (2.87)

Xác định nhiệt độ của lớp dầu trên mặt nước tương tự phương trình (2.79).

Xác định chỉ số API và SG tương tự phương trình (2.80).

Từ phương trình (2.17), thể tích của lớp dầu trên mặt nước được hiệu chỉnh

bởi các quá trình phong hoá là:

1

1111111

1

0

1

1

1

n

w

n

bio

n

oxy

n

coats

n

sed

n

disc

n

d

n

enn

F

FFFFFFFVV (2.88)

Từ phương trình (2.79 và 2.18), độ nhớt động học của dầu được xác định là:

1

4

1

31

5116

1

0

1

1

11exp

n

w

n

wn

en

e

n

nn

FC

FCFC

TTC (2.89)

Từ phương trình (2.83.1 và 2.19), sức căng bề mặt dầu- nước được xác định là:

1

1

01

1

n

e

n

wn

wF

(2.90)

Từ phương trình (2.84.1 và 2.20), sức căng bề mặt dầu-khí được xác định là:

1

1

01

1

n

e

n

An

AF

(2.91)

Xác định độ dày và nồng độ của lớp dầu trên mặt nước được hiệu chỉnh tương

tự phương trình (2.86).

C. Điều kiện ổn định

64

Bài toán lan truyền chất sử dụng số Peclet [153] và phụ thuộc vào điều kiện ổn

định [51] là :

yyxx D

y

V

y

D

x

V

xt

2;

)2(;

2;

)2(min

2

max

2

max

(2.92)

trong đó, t là quy mô thời gian theo bước tính [s]; x và y là quy mô ngang của

bước lưới tính theo trục x và y [m]; (Vx)max và (Vy)max là tốc độ dịch chuyển của dầu

cực đại theo trục x và y [m.s-1]; Dx và Dy là tham số khuếch tán ngang theo trục x và

y [m2.s-1].

2.3.3. Các sơ đồ cấu trúc thuật toán

Dựa trên cơ sở phương pháp rời rạc hoá với các sơ đồ sai phân ở trên, chương

trình tính toán được thiết kế và xây dựng để giải hệ phương trình (2.1 và 2.2) xuôi

theo thời gian và hệ phương trình (2.14 và 2.15) ngược thời gian có kết hợp tính

toán các quá trình phong hoá và biến đổi tính chất dầu, chương trình được xây dựng

theo sơ đồ khối thể hiện trên hình vẽ 2.19.

Danh sách các file số liệu đầu vào:

- File thông tin dữ liệu về miền tính, thời gian tính, bước tính, yếu tố tính, các

yếu tố môi trường tham gia tính toán (Phụ lục 2.3 và 2.7);

- File số liệu địa hình phục vụ cho tính toán (Phụ lục 2.9 và 2.9a);

- File số liệu về thông tin tràn dầu gồm vị trí, thời điểm và lượng dầu, thời gian

dầu tràn (Phụ lục 2.4 và 2.8). Thông tin trong các file này sẽ cho phép tính toán dầu

tràn là một lần hoặc một khoảng thời gian tại một vị trí như tai nạn do giàn khoan,

kho chứa, tàu thuyền rò rỉ dầu tràn ra biển; một lần hoặc một khoảng thời gian tại

nhiều vị trí như sự cố dầu tràn và trôi nổi trên biển trong các năm 2007 và 2008.

- Các file số liệu về các yếu tố môi trường gồm gió, nhiệt độ không khí, mực

nước, sóng, dòng chảy mặt, nhiệt độ mặt nước biển, độ muối tầng nước mặt (Phụ

lục 2.10, 2.10a, 2.11, 2.11a, 2.12, 2.12a, 2.13 và 2.13a). Thông tin trong các file này

65

sẽ cho phép tính toán với nhiều định dạng và quy mô lưới khác nhau theo từng yếu

tố môi trường đầu vào.

Từ hình vẽ 2.19 đến hình vẽ 2.23 thể hiện về sơ đồ khối của các chương trình

chính và các chương trình con thành phần đối với tràn dầu.

Hình 2.19 thể hiện sơ đồ thuật toán của chương trình chính. Hình 2.20 thể hiện

sơ đồ khối của các chương trình con tính toán các quá trình động lực, phong hoá và

biến đổi dầu. Trong sơ đồ này cho thấy quá trình tính toán được thực hiện với các

số liệu nguồn cập nhật, bình lưu, khuếch tán, sai phân bậc 1 và 2, quá trình lan

truyền, nhũ tương, bay hơi, phân tán, hoà tan, hấp thụ trầm tích, bờ bãi, ô-xy hoá,

phân huỷ sinh vật, biến đổi đặc tính dầu và cập nhật nồng độ và độ dày lớp dầu sau

phong hoá và biến đổi tính chất.

Hình 2.21 thể hiện sơ đồ thuật toán của chương trình con về tính toán sai phân

bậc 1 của nồng độ và độ dày trong không gian ngang. Sơ đồ này phục vụ quá trình

tính toán thành phần bình lưu.

Hình 2.22 thể hiện sơ đồ thuật toán của chương trình con tính toán sai phân

bậc 2 của nồng độ và độ dày trong không gian ngang. Sơ đồ này được thực hiện sau

khi đã được thực hiện sai phân bậc 1 (Hình 2.21) và sử dụng cho quá trình tính toán

thành phần khuếch tán.

Hình 2.23 thể hiện sơ đồ thuật toán của chương trình con về tính toán sai phân

bậc 1 tổng hợp để phục vụ tính toán cho tất cả các yếu tố có tính đến sai phân bậc 1.

Các thông tin đầu ra bao gồm các tham số đầu vào và các thông tin đầu ra của

đặc tính dầu, được cụ thể theo danh sách các file số liệu đầu ra:

- Các file số liệu đầu ra (Phụ lục 2.3 và 2.7);

- Các file thông tin về dầu tràn, nồng độ dầu, độ dày lớp dầu, mật độ, nhiệt độ

dầu, độ nhớt dầu, sức căng bề mặt dầu và các quá trình phong hoá (Phụ lục 2.14,

2.15, 2.16 và 2.17).

66

Tính toán

các quá

trình

động lực:

Vx, Vy,

Dx, Dy

Nguồn

dầu

tràn:

Cm, hm

Hình 2.19 Sơ đồ khối của chương trình chính tính toán.

Đúng

KẾT THÚC

Tính toán các quá trình vật lý, phong hoá va biến đổi dầu

Tính toán nồng độ và

độ dày của dầu tràn

trên mặt nước:

Cn+1, hn+1, 0n+1,

V0n+1, T0

n+1, 0n+1,

oan+1, ow

n+1

Cập nhật và tính toán yếu tố môi trường:

Uw, Vw, Ta, Hs, Ts, Ds, Uc, Vc, SST, S

BẮT ĐẦU

Tính toán quá trình phong

hoá và biến đổi tính chất

của dầu tràn: Fe, Fw, Fd,

Fdisc, Fsed, Fcoast, Fo, Fb và

Tn+1, n+1, Vn+1, Cn+1,

hn+1, n+1, an+1, w

n+1

Đã hết thời gian tính toán chưa?

Tăng thời

gian t

Sai

Thời gian in kết quả đúng không?

Sai

Đọc dữ liệu đầu vào: lưới tính,

điều kiện biên, điều kiện ban đầu

và các yếu tố môi trường

In kết quả tính toán:

Cn+1, hn+1, n+1, Tn+1, n+1, .....

67

Tính toán các quá trình động lực: Vx, Vy, Dx, Dhy

BẮT ĐẦU

Tính toán:

C0n, h0

n, 0n, T0

n, 0n, .....

Cập nhật thông tin dầu

tràn không?

Sai

Cập nhật thông tin dầu tràn:

Cm, hm

Tính toán các thành phần sai phân bậc 1 và 2:

2

2

2

2

;;;y

C

x

C

y

C

x

C

và

2

2

2

2

;;;y

h

x

h

y

h

x

h

Tính toán sự lan truyền và biến đổi của dầu để tính nồng

độ và độ dày của dầu tại bề mặt:

Cn+1, hn+1, V0n+1, 0

n+1, T0n+1, 0

n+1, oan+1, ow

n+1

Tính toán quá trình phong hoá:

Fw, Fe, Fd, Fdisc, Fsed, Fcoast, Foxy, Fbio

Hình 2.20 Sơ đồ khối của chương trình con tính toán các quá trình động lực, phong hoá và

biến đổi dầu

KẾT THÚC

Đúng

Biến đổi tính chất của dầu tràn:

Tn+1, n+1, Vn+1, Cn+1, hn+1, n+1, oan+1, ow

n+1

68

Sử dụng chương trình con tính toán sai phân C hoặc h

BẮT ĐẦU

Nhận yếu tố dầu vào

C hoặc h, dx, dy, dep

Sử dụng chương trình con tính toán sai phân SPB1Cx hoặc SPB1Cy hoặc SPB1hx hoặc SPB1hy

BẮT ĐẦU

Nhận yếu tố dầu vào

SPB1Cx hoặc SPB1Cy hoặc

SPB1hx hoặc SPB1hy, dx, dy, dep

Hình 2.21 Sơ đồ khối của chương trình con tính toán sai phân bậc 1 với nồng độ (C) hoặc

độ dày lớp dầu (h)

Hình 2.22 Sơ đồ khối của chương trình con tính toán sai phân bậc 2 với nồng độ (C) hoặc

độ dày lớp dầu (h)

KẾT THÚC

Kết quả về sai phân đạo hàm bậc 1 theo x và y:

(SPB1Cx, SPB1Cy) hoặc (SPB1hx, SPB1hy)

KẾT THÚC

Kết quả về sai phân đạo hàm bậc 2 theo x và y:

SPB2Cxx hoặc SPB2Cyy hoặc SPB2hxx hoặc SPB2hyy

69

Tính toán các bước trung gian: xb, xb1, … xc, ... xf2, xf yb, yb1,… yc, … yf2, yf

BẮT ĐẦU

Nhận yếu tố tính sai phân, luới

tính và địa hình

Tính toán các theo sai phân lùi, trung tâm và tiến:

dxb, dxc, dxf, dyb, dyc, dyf

Hình 2.23 Sơ đồ khối của chương trình con tính toán sai phân bậc 1

trong đó, SPB1*x và SPB1*y là giá trị sai phân đạo hàm bậc 1 theo trục x và y. Dấu

“*” là nồng độ hoặc độ dày hoặc sai phân bậc 1 của nồng độ hoặc sai phân bậc 1

của độ dày.

2.3.4. Chỉ tiêu đánh giá sai số

Độ chính xác của kết quả mô phỏng xuôi và ngược thời gian được đánh giá

thông qua một số yếu tố (khoảng cách di chuyển vị trí nồng độ cực đại của lớp dầu

trên mặt nước) theo một số chỉ tiêu. Các yếu tố làm chuẩn được gọi tắt là Xnet và các

yếu tố so sánh được gọi tắt là Xsim. Dưới đây là một số chỉ tiêu đánh giá cụ thể:

a, Chỉ số Nash-Sutclife (NASH): là chỉ số thống kê đánh giá tương quan giữa

yếu tố chuẩn (Xnet) và yếu tố tính toán mô phỏng (Xsim), có tham gia của giá trị

trung bình chuẩn (Xmean) [100]. Công thức xác định chỉ số NASH là:

n

i

netmeann

i

meannet

n

i

simnet

Xn

X

XX

XX

NASH1

1

2

1

2

1;1 (2.93)

KẾT THÚC

Kết quả về sai phân bậc 1 theo x và y:

SPB1*x, SPB1*y

70

Chỉ số này thông thường được phân theo độ chính xác như sau:

Chỉ số NASH 0.0 - 0.2 0.2 - 0.4 0.4 - 0.6 0.6 - 0.8 0.8 - 1.0

Mức độ Rất thấp Thấp Trung bình Cao Rất cao

b, Chỉ số PBIAS: là chỉ số thống kê được đánh giá tương quan giữa yếu tố

chuẩn (Xnet) và yếu tố tính toán mô phỏng (Xsim) theo quan điểm xác định thiên cao

hoặc thiên thấp [78]. Công thức xác định chỉ số PBIAS được viết dưới dạng:

n

i

net

n

i

simnet

X

XX

PBIAS

1

1

100*

(2.94)

c, Chỉ số RMSE (Root Mean Square Error): là chỉ số thống kê đánh giá sai số

giữa yếu tố chuẩn (Xnet) và yếu tố tính toán mô phỏng (Xsim) theo quan điểm độ lệch

trung bình bình phương [88]. Công thức xác định chỉ số RMSE dưới dạng:

n

i

simnet XXn

RMSE1

21 (2.95)

d, Hệ số tương quan (r): là hệ số thống kê được đánh giá mức độ tương quan

giữa yếu tố chuẩn (Xnet) và yếu tố tính toán mô phỏng (Xsim) theo quan điểm tỷ lệ

sai lệch [87]. Công thức xác định tính toán được viết dưới dạng:

n

i

simsimmean

n

i

netnetmean

n

i

simmeansim

n

i

netmeannet

n

i

simmeansimnetmeannet

Xn

XXn

X

XXXX

XXXX

r

1

_

1

_

1

2

_

1

2

_

1

__

1;

1

*

*

(2.96)

Dựa trên cơ sở các hệ phương trình và phương pháp rời rạc hoá đã được trình

bày, ngôn ngữ lập trình Fortran, phần mềm đồ hoạ Tecplot, phần mềm Excel đã

được sử dụng để xây dựng chương trình tính toán mô phỏng, hiển thị kết quả tính

toán và tính toán sai số (phụ lục 2.1 đến phụ lục 2.16).

71

Tổng hợp các quá trình được mô phỏng trong các hệ thống mô hình sử dụng

rộng rãi đề cập ở chương 1 và cơ sở luận án lựa chọn được trình bày trong Bảng 2.3.

Bảng 2.3. Hệ thống các quá trình trong mô hình dầu tràn và vật thể trôi trên biển

TT Hệ thống các quá trình

Hệ thống các mô hình

AD

IOS

[144]

GN

OM

E [

145]

OIL

MA

P [

127]

OS

CA

R [

24, 118]

MO

TH

Y [

55, 155]

PO

SE

IDO

N O

SM

[103]

ME

DS

LIK

II

[59

]

OIL

TR

AN

S [

36]

BS

Hm

od. L

[41]

SL

RO

SM

[34]

OD

3D

+ L

EE

W. [2

6, 40]

GU

LF

SP

ILL

[27 ]

SE

AT

RA

CK

WE

B [

28]

MO

HID

[95

]

OS

T-2

D, O

ST

-3D

[7, 8

]

OIL

SA

R [

10]

Mô h

ình E

ule

r tự

lập

1 Bình lưu - + + + + + + + + + + + + + + + +

2 Khuếch tán - + + + + + + + + + + + + + + + +

3 Trôi do gió - + + + + + + + + + + + + + + + +

4 Trôi do sóng - - - + + + + + + - + - + + +

5 Vật thể trôi - - + - + - + - + - + - + + - - -

6 Ngược thời gian - - + - + - + - - - - - + + - + +

7 Bám dính bờ bãi - + + + + + + + + + + + + + +

8 Vệt loang + - + + + + - + + + - + + + + + +

9 Bay hơi + + + + + + + + + + + + + + + + +

10 Nhũ tương + - + + + + + + + + + + + + + + +

11 Phân tán + - + + + + + + + + + + + + +

12 Hoà tan - - + + - - - - - - - - - + +

13 Di chuyển thẳng đứng - - + + + + - - + + + + + + -

14 Trầm tích - - - + + + + - + + - - + + +

15 Ô-xy hoá - - - - - - - - - - - - - - - - +

16 Phân huỷ sinh học - - - - - - - - - - - - - - - - +

Ghi chú: (+): là được tham gia tính toán trong mô hình;

(-): là không được tham gia tính toán trong mô hình.

Bảng 2.3 thể hiện phần nào tổng quát hoá các mô hình sử dụng tính toán mô

phỏng các quá trình dầu tràn trên thế giới. Đối với trong nước, vấn đề tìm kiếm

nguồn thải theo bài toán ngược thời gian bằng tiếp cận Euler chưa có công trình

khoa học nào được công bố.

72


Từ cơ sở lý luận khoa học về dầu tràn đã có trong lịch sử, cơ sở lý thuyết về

lan truyền và biến đổi của lớp dầu tràn trên mặt nước xuôi–ngược thời gian bằng

phương pháp tiếp cận Euler với sự tham gia của các quá trình vật lý, phong hoá và

biến đổi tính chất dầu đã được lựa chọn.

Xác định được bộ các hệ số tham số hoá các quá trình động lực, phong hoá và

biến đổi tính chất của lớp dầu tràn trên mặt nước.

Các hệ phương trình được sai phân hoá sử dụng sơ đồ lưới chữ nhật Arakawa

– A, hệ phương trình sai phân được giải với các sơ đồ sai phân tổng hợp (lùi, trung

tâm và tiến) đối với đạo hàm bậc 1 và bậc 2. Các chỉ tiêu NASH, PBIAS, RMSE và

hệ số tương quan sẽ được sử dụng để đánh giá kết quả tính toán mô phỏng của

chương trình.

73

CHƯƠNG 3. ĐÁNH GIÁ, PHÂN TÍCH VA THẢO LUÂN KẾT QUẢ

NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG CHO KHU VƯC BIỂN ĐÔNG

Chương trình tính toán mô phỏng lan truyền và biến đổi dầu tràn đã được xây

dựng dựa trên cơ sở khoa học ở chương 2 có khả năng thực hiện các nhiệm vụ như

sau:

(1) dự báo khu vực dầu lan truyền theo bài toán xuôi thời gian;

(2) tìm kiếm nguồn thải theo bài toán ngược thời gian.

Mặc dù, trường phân bố nồng độ từ cao đến thấp vẫn được thể hiện đầy đủ

nhằm đảm bảo tính trung thực của kết quả tính toán nhưng các phân tích, đánh giá

sẽ tập trung vào khu vực có giá trị nồng độ hoặc độ dày của lớp đầu lớn hơn giá trị

công bố của quy chuẩn quốc gia về ô nhiềm dầu nước mặt và ven bờ [20, 21], đặc

biệt sẽ tập trung nhiều hơn vào khu vực có giá trị cực đại, do khu vực này là nơi có

khả năng vệt dầu di chuyển qua hoặc xảy ra sự cố dầu tràn.

Các phương án thiết lập tính toán, công tác chuẩn bị số liệu đầu vào phục vụ

tính toán và thể hiện kết quả tính toán sẽ lần lượt được thực hiện như các bước dưới

đây.

3.1. Các bước thực hiện va thông tin dữ liệu phục vụ tính toán

3.1.1 Các bước thực hiện

Kết quả tính toán lan truyền và biến đổi của lớp dầu tràn trên mặt nước bằng

chương trình tính toán đã được xây dựng sẽ được đánh giá kiểm nghiệm và thử

nghiệm trong các điều kiện tính toán khác nhau được thể hiện trên hình vẽ 3.1.

Đánh giá kiểm nghiệm về hiệu ứng tham gia của các thành phần (bình lưu,

khuếch tán, phong hoá) là tính toán mô phỏng nhằm đánh giá vai trò của từng thành

phần trong bài toán lan truyền dầu tràn. Tính toán kiểm nghiệm được thực hiện với

các điều kiện đầu vào như nhau.

74

Hình 3.1. Sơ đồ các bước kiểm nghiệm, đánh giá và áp dụng

Đánh giá kiểm nghiệm hiệu ứng khuếch tán số, sử dụng các quy mô lưới tính

khác nhau trong cùng điều kiện đầu vào, mục đích là xem xét vai trò của quy mô

lưới tính ảnh hưởng đến kết quả mô phỏng.

Đánh giá thử nghiệm trong điều kiện môi trường đồng nhất là tính toán mô

phỏng tràn dầu bằng mô hình với điều kiện sử dụng số liệu đầu vào trên cùng một

hệ thống miền và lưới tính với các yếu tố môi trường đồng nhất trên không gian và

theo thời gian.

Đánh giá thử nghiệm trong điều kiện môi trường chế độ trung bình tháng là

tính toán mô phỏng tràn dầu bằng mô hình với điều kiện sử dụng số liệu đầu vào

trung bình tháng của các yếu tố môi trường trên khu vực Biển Đông trên cùng một

hệ thống miền và lưới tính.

Đánh giá thử nghiệm trong điều kiện môi trường thực là tính toán mô phỏng

tràn dầu bằng mô hình với điều kiện sử dụng số liệu đầu vào trên cùng một hệ thống

miền và lưới tính với các yếu tố môi trường biến đổi trên không gian và theo thời

gian thực .

3.1.2 Thông tin dữ liệu phục vụ làm đầu vào cho tính toán

A. Điều kiện tự nhiên khu vực Biển Đông

A1. Đặc điểm điều kiện tự nhiên khu vực Biển Đông

Biển Đông là một biển nửa kín, có diện tích khoảng 3,75 triệu km2, trải rộng

Đánh giá thử nghiệm về

điều kiện môi trường

đồng nhất

Đánh giá kiểm nghiệm về

hiệu ứng của các thành

phần


hiệu ứng khuếch tán sô

(quy mô lưới tính)

Ðánh giá kiểm nghiệm về

sơ đồ sai phân trên luới

và kết hợp dưới luới


điều kiện môi trường chế

độ trung bình tháng


điều kiện môi trường

biến đổi thực

75

từ 99o đến 121o kinh Đông và từ 1o đến 25o vĩ Bắc (hình 3.2), là một trong những

biển ven lớn nhất trên thế giới.

Hình 3.2. Bản đồ khu vực nghiên cứu và địa hình đáy biển hệ cao độ Quốc gia

(theo số “0” lục địa) [6]

Khu vực Biển tiếp giáp với các nước ASEAN và Trung Quốc, Biển Đông

còn là nơi chứa đựng nguồn tài nguyên thiên nhiên biển quan trọng cho sự phát

triển kinh tế của các nước xung quanh, đặc biệt là nguồn tài nguyên sinh vật,

khoáng sản, du lịch, đồng thời đây cũng là khu vực đang chịu sức ép nhiều về bảo

vệ môi trường sinh thái biển.

76

A2. Đặc điểm điều kiện khí tượng – hải văn khu vực Biển Đông

Vùng Biển Đông thuộc khu vực nhiệt đới gió mùa, nóng ẩm [15] nên gió tồn

tại 02 hướng thịnh hành là đông bắc (mùa đông) và tây nam (mùa hè); có hai thời

kỳ đổi hướng từ đông bắc sang tây nam và từ tây nam sang đông bắc. Trường dòng

chảy bề mặt biển chịu ảnh hưởng mạnh của chế độ gió. Nhiệt độ không khí cũng có

sự biến động theo mùa khá rõ nét ở phía bắc và suy giảm biến động về phía nam.

Nhiệt độ nước bề mặt tương tự như nhiệt độ không khí nhưng có biên độ dao động

nhỏ hơn.

B. Cơ sở dữ liệu phục vụ tính toán

B1. Thông tin dữ liệu địa hình đáy biển (nền): Khu vực Biển Đông, theo đánh

giá của Tổ chức Thủy đạc quốc tế (IHO) việc khảo sát đo đạc và lập hải đồ còn

nhiều hạn chế. Số liệu địa hình phục vụ tính toán được thu từ hải đồ trong nước và

theo số liệu quốc tế (thông qua mạng Internet). Hải đồ có các tỷ lệ như sau: tỷ lệ

1/2.500.000 (Biển Đông); tỷ lệ 1/1.000.000 (Việt Nam); tỷ lệ 1/500000; tỷ lệ

1/400000 (khu vực giữa và Nam Biển Đông, ven bờ biển TQ và Việt Nam); tỷ lệ

1/300 000 (ven biển nước ta); tỷ lệ 1/250 000 khu vực biển Cam-pu-chia – Thái

Lan; tỷ lệ 1/200 000; tỷ lệ 1/100000 ven biển, khu vực Trường Sa – DK1; tỷ lệ

1/25000 ở các đảo, cửa sông, vũng, vịnh và các cảng ven biển.

Từ cơ sở số liệu địa hình đã thu thập được như trên, miền tính được giới hạn

phục vụ nghiên cứu là khu vực Biển Đông (kinh độ từ 99o đến 121o kinh Đông và vĩ

độ từ 1 o đến 24o vĩ Bắc). Số liệu địa hình từ các nguồn khác nhau với các hệ cao độ

được xử lý để đưa về cùng chuẩn cao độ quốc gia. Phần mềm Surfer được sử dụng

để tạo ra lưới tính với bước lưới theo phương ngang với quy mô lưới vuông là 1/64 o

(Hình 3.3). Dựa trên nền địa hình và bước lưới đã được chuẩn bị, sử dụng hàm nội

suy đưa sô liệu độ sâu về lưới tính cho từng miền tính theo phương án tính toán cụ

thể.

77

Hình 3.3. Sơ đồ lưới địa hình khu vực nghiên cứu

B2. Thông tin dữ liệu các yếu tố môi trường: Thông tin dữ liệu các yếu tố môi

trường bao gồm gió, nhiệt độ không khí, sóng, dòng chảy, nhiệt độ nước và độ

muối, theo các phương án như sau:

(1) Phương án đồng nhất sử dụng các yếu tố môi trường theo số liệu trung

bình nhiều năm [15];

(2) Phương án chế độ trung bình tháng sử dụng các yếu tố môi trường theo số

liệu trung bình tháng (Hình 3.4) [5, 6];

(3) Phương án biến đổi thực được sử dụng các yếu tố môi trường theo số liệu

khí tượng từ kết quả tái phân tích (CFSR) của Mỹ [151] và số liệu hải văn từ sản

phẩm mô hình ba chiều (POM).

Số liệu khí tượng từ nguồn CFSR bao phủ toàn cầu với lưới tính ngang

0,5x0,5o và bước thời gian trích xuất là 06 giờ [151]. Từ nguồn số liệu này sử dụng

các yếu tố như gió tầng 10m, áp suất bề mặt và nhiệt độ không khí tầng 2m với

78

chuỗi thời gian từ 07giờ 00 phút ngày 01/01/2007 đến 07giờ 00 phút ngày

01/01/2009 trong khu vực Biển Đông với giới hạn là từ 98.75o đến 125o kinh Đông

và từ -3o đến 27o vĩ Bắc. Nguồn số liệu này cũng được sử dụng làm đầu vào cho mô

hình POM và mô hình mô phỏng dầu tràn.

Hình 3.4 Trường gió (trái) và dòng chảy bề mặt (phải) trung bình tháng 1 [5, 6]

Mô hình POM là mô hình hoàn lưu đại dương 3 chiều, mã nguồn mở. Mô hình

hình POM sử dụng cho khu vực Biển Đông đã được đánh giá độ tin cậy thể hiện ở

công trình được tác giả luận án công bố thông qua so sánh về mực nước một số vị

trí trạm (trạm Bạch Long Vỹ, trạm Phú Quý) và trường dòng chảy bề mặt trung

bình mùa được so sánh đánh giá với Wyrtky (1961), sản phẩm đề tài KC 09-02

(2005), Morton vầ Blackmore (2001) và JCOMM (2009). Các kết quả so sánh đánh

giá phù hợp với số liệu đo đạc và các công bố trước đó. Mô hình POM sử dụng điều

kiện đầu vào bao gồm số liệu địa hình, số liệu gió từ CFSR, số liệu thuỷ triều từ

hằng số điều hoà 08 sóng chính (M2, S2, K1, O1, N2, P1, K2, Q1). Mô hình này sử

dụng bước lưới tính 1/12x1/12o khu vực Biển Đông với giới hạn từ 98.75o đến 125o

kinh Đông và từ -3o đến 27o vĩ Bắc với 02 khoảng thời gian từ 07giờ 00 ngày

15/01/2007 đến 07giờ 00 ngày 15/07/2007 và từ 07giờ 00 ngày 15/06/2008 đến

07giờ 00 ngày 15/08/2008. Các yếu tố mực nước, dòng chảy mặt tầng 5mét, nhiệt

79

độ nước mặt tầng 5mét, độ muối nước mặt tầng 5mét được trích xuất từ kết quả của

mô hình POM với bước thời gian là 01 giờ. Nguồn số liệu này cũng được sử dụng

làm đầu vào cho mô hình mô phỏng dầu tràn.

B3. Thông tin dữ liệu dầu tràn: Dữ liệu dầu tràn được sử dụng phục vụ tính

toán mô phỏng theo các phương án gồm có:

(1) Phương án tính toán xuôi thời gian với sự cố tràn dầu là 100[tấn] tương tự

sự cố tàu KASCO va vào cầu tàu ngày 21 tháng 01 năm 2005 theo dữ liệu trong phụ

lục 1.1

(2) Phương án tính toán ngược thời gian của một sự cố lựa chọn số lượng là

0,001[tấn] tương đương nồng độ dầu 1.0e-5[kg.m-2] là giới hạn ô nhiễm dầu đối với

nước mặt theo quy chuẩn quốc gia [20, 21];

(3) Phương án tính toán với thời gian thực được lựa chọn là sự cố dầu tràn trên

biển năm 2007 và 2008. Số liệu dầu tràn được thu thập dưới dạng thông tin địa lí

GIS (hình 1.6) nên phương pháp thông tin địa lý được sử dụng để chuyển đổi thành

dạng số phù hợp với định dạng đầu vào của chương trình tính toán.

B4. Thông tin dữ liệu thời gian mô phỏng:

Thời gian tính toán là 15 ngày cho các phương án tính toán đối với một sự cố

tràn dầu và 01 tháng cho phương án theo thời gian thực.

Bảng 3.1 tổng hợp các kịch bản tính toán trong luận án này, các yếu tố môi

trường (gió, nhiệt độ không khí, sóng, dòng chảy, nhiệt độ nước, độ muối) được sử

dụng từ các nguồn kết quả tính toán riêng biệt đã được thực hiện từ trước, trong quá

trình sử dụng các yếu tố môi trường sẽ được nội, ngoại suy về lưới tính và thời điểm

tính toán. Khi tính toán mô phỏng bài toán ngược thời gian sẽ thực hiện đảo dấu đối

với các yếu tố động lực theo các phương trình 2.34, 2.35, 2.13 và 2.14.

80

Bảng 3.1 Thông tin dữ liệu đầu vào phục vụ tính toán lan truyền và biến đổi dầu tràn

TT Kịch bản tính toán Lưới tính

(dx=dy)

Các yếu tố môi

trường Nguồn dầu

Thời gian

mô phỏng

(1) (2) (3) (4) (5) (6)

I Đánh giá kiểm nghiệm xuôi thời gian

I.1 Ðánh giá hiệu ứng của sơ

đồ sai phân trên luới và

kết hợp dưới luới

0,044o Gió: 7,0 m.s-1;

Nhiệt độ

không khí:

28oC; Sóng:

1,5m và 6,5s;

Dòng chảy bề

mặt: 0,35m.s-1;

Nhiệt độ nước

bề mặt: 22oC;

Độ muối bề

mặt: 34%o [15]

100 tấn 15 ngày

I.2 Đánh giá kiểm nghiệm về

hiệu ứng tham gia của các

thành phần

I.3 Đánh giá kiểm nghiệm về

hiệu ứng quy mô lưới tính

(còn gọi là hiệu ứng

khuếch tán số)

0,010o;

0,020 o;

0,040 o;

0,044 o;

0,050 o

II Đánh giá thử nghiệm xuôi thời gian

II.1 Điều kiện môi trường

đồng nhất

0,044 o

Tương tự mục

I

100 tấn 15 ngày

II.2 Điều kiện môi trường chế


Các yếu tố

tương tự mục

II.1 nhưng có

giá trị trung

bình theo thời

gian nhiều

năm trong

tháng và biến

đổi theo không

gian [5, 6]

100 tấn;

tháng

02/2007 và

tháng

07/2008

15 ngày

của tháng

02 và 07

II.3 Điều kiện môi trường

thực

Các yếu tố

tương tự mục

15 ngày

của tháng

02/2007 và

81

TT Kịch bản tính toán Lưới tính

(dx=dy)

Các yếu tố môi

trường Nguồn dầu

Thời gian

mô phỏng

(1) (2) (3) (4) (5) (6)

II.1 nhưng giá

trị biến đổi

thực theo thời

gian và không

gian. Các yếu

tố khí tượng từ

CFSR [151] và

hải dương từ

POM

07/2008

III Đánh giá thử nghiệm ngược thời gian

III.1 Điều kiện môi trường

đồng nhất

0,044 o Tương tự mục

II.1

0,001 tấn 15 ngày

III.2 Điều kiện môi trường chế


Tương tự mục

II.2

0,001 tấn;

tháng

02/2007 và

tháng

07/2008

15 ngày

của tháng

02 và 07

III.3 Điều kiện môi trường

thực

Tương tự mục

II.3

15 ngày

của tháng

02/2007 và

07/2008

III.4 Đánh giá kiểm nghiệm về

hiệu ứng quy mô lưới tính

(còn gọi là hiệu ứng

khuếch tán số)

0,010o;

0,025 o;

0,044 o;

0,050 o

Tương tự mục

II.3

0,001 tấn 05 ngày

của tháng

02/2007 và

07/2008

IV Đánh giá thử nghiệm

xuôi-ngược thời gian

0,044 o Tương tự mục

II.3

100 tấn 07 ngày

của tháng

02/2007 và

07/2008 V Đánh giá thử nghiệm

ngược-xuôi thời gian

0,001 tấn

Để xác định độ tin cậy và ổn định của mô hình cần phải có số liệu quan trắc để

so sánh. Tuy nhiên, hiện tại rất khó khăn để có thể thu thập được các dữ liệu quan

trắc về dầu tràn. Để có thể đánh giá được mô hình, tác giả lựa chọn phép so sánh

82

giữa quãng đường dịch chuyển của điểm vật chất không biến đổi khối lượng và tính

chất xác định bằng phương trình tuyến tính bậc nhất theo thời gian và vận tốc di

chuyển với kết quả tính của mô hình trong cùng điều kiện. Phương trình này được

viết dưới dạng sau đây:

n

i

i dtVL1

* (3.1)

trong đó, L là quãng đường di chuyển của chất điểm [m]; Vi là tốc độ di chuyển ở

bước tính thứ i [m.s-1]; dt là bước thời gian [s], n là số lần tính theo thời gian.

Quãng đường di chuyển của vị trí có nồng độ lớn nhất theo dữ liệu được tạo ra

từ phương trình (3.1) và trong mô hình Euler phục vụ hiệu chỉnh mô hình số trị. Vì

tại vị trí này các quá trình khuếch tán do chênh lệch nồng độ tác động đến là nhỏ

nhất.

3.2. Kết quả nghiên cứu đánh giá kiểm nghiệm xuôi thời gian

3.2.1. Ðánh giá hiệu ứng cua sơ đồ sai phân trên luới và kết hợp dưới luới

Trong phần này, các điều kiện tính toán được thực hiện cụ thể theo các thông

tin đầu vào xác định theo Bảng 3.1. Các kịch bản theo sử dụng các sơ đồ sai phân

trên lưới kết hợp dưới lưới khác nhau.

Các kết quả tính mô phỏng được thể hiện trên hình 3.5., trên hình này hiệu ứng

của sơ đồ sai phân được thể hiện, cho thấy nghiệm tính toán ổn định theo mức độ

dưới lưới gia tăng, phần khuếch tán số bị triệt tiêu dần khi mức độ chi tiết của lưới

tính tăng lên thông qua hình ảnh liên tục của vệt dầu.

Kết quả mô phỏng cho thấy giải pháp sử dụng sơ đồ sai phân trên lưới nền kết

hợp dưới lưới là phù hợp và tăng cao độ tập trung. Các phương án đánh giá sau được

lựa chọn thực hiện với sơ đồ sai phân trên lưới nền kết hợp đến dưới lưới 2-8.

83

Hình 3.5. So sánh kết quả mô phỏng giữa các sơ đồ sai phân sử dụng trên lưới nền, kết hợp

đến dưới lưới 2-4 và , kết hợp đến dưới lưới 2-8 với thời gian sau 48 giờ

84

3.2.2. Đánh giá kiểm ngiệm hiệu ứng cua các thành phần tham gia

Điều kiện thực hiện tính toán như mục I.2 của Bảng 3.1 với sử dụng sơ đồ sai

phân trên lưới nền kết hợp đến dưới lưới 2-8. Phương án tính toán mô phỏng theo

các kịch bản về các thành phần tham gia tính toán gồm bình lưu; bình lưu + khuếch

tán; bình lưu + khuếch tán + phong hoá tổng hợp.

Kết quả tính toán được trình bày dưới dạng đồ thị trên hình 3.6 xác định

khoảng cách dịch chuyển của vị trí nồng độ dầu tràn lớn nhất so sánh với khoảng

cách dịch chuyển xác định từ phương trình (3.1). Các kết quả này được thể hiện qua

tỷ lệ quãng đường giữa mô hình Euler và phương trình (3.1) (Hình 3.6 và Hình 3.7,

Bảng 3.2).

Hình 3.6. Đồ thị so sánh biến trình giữa các tỷ lệ về quãng đường di chuyển (mô hình

Euler và phương trình (3.1)) theo thành phần tham gia

Hình 3.6 thể hiện kết quả so sánh của 03 trường hợp tính toán trong mô hình

Euler với vị trí nồng độ lớn nhất và phương trình (3.1) với giá trị tốc độ được cập

nhật theo từng bước thời gian của vị trí nồng độ lớn nhất trong mô hình Euler. Đối

với trường hợp chỉ tính toán với thành phần bình lưu so với các trường hợp còn lại,

thời gian 2 ngày đầu tiên di chuyển của vị trí có nồng độ lớn nhất ổn định hơn, có tỷ

lệ nhỏ sau đó tăng dần và dao động tiến sát đến giá trị 1 nhanh hơn so với các trường

hợp khác.

85

Bảng 3.2 cho thấy kết quả mô phỏng đánh giá theo các chỉ tiêu sai số giữa kết

quả tính toán của mô hình Euler và phương trình (3.1) với vị trí nồng độ dầu lớn

nhất xuôi thời gian. Nhìn chung, các chỉ số cho thấy đều đạt độ chính xác cao như

chỉ số NASH và hệ số tương qua đều phổ biến lớn hơn 0,95. Chỉ số PBIAS cũng thể

hiện độ chính xác cao và còn cho thấy được mức độ thiên thấp (trường hợp chỉ có

bình lưu) và thiên cao (trường hợp có bình lưu + khuếch tán +….). Hệ số RMSE

phản ánh được phạm vi sai lệch với bán kính (bình lưu là 5798,8m; bình lưu +

khuếch tán là 8315,1m; bình lưu + khuếch tán + phong hoá là 5775,6m) không quá

lớn so với bước lưới tính (dx = dy = 0,044o 4884m).

Bảng 3.2. Kết quả tính toán theo các chỉ số NASH, PBIAS, RMSE và hàm tương quan của

các trường hợp thành phần tham gia

Thứ

tự Phương án

Số

ngày

Quãng đường

theo phương

trình (3.1) (m)

Chỉ tiêu đánh giá

NASH PBIAS

(%)

RMSE

(m)

Tương

quan

(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8)

1 Trường hợp

A:

Thành phần

tham gia tính

toán là quá

trình bình lưu

1 32555.3 0.93288 26.975 4802.0 0.98888

2 75962.3 0.98274 14.241 5727.3 0.99787

3 119369.4 0.99253 9.445 5934.7 0.99895

5 206183.5 0.99780 5.100 5571.2 0.99955

7 292997.6 0.99914 3.016 4945.8 0.99974

10 423218.7 0.99969 1.286 4300.2 0.99985

12 510032.8 0.99977 0.558 4475.1 0.99989

15 640254.0 0.99975 -0.223 5798.8 0.99992

2 Trường hợp

B:

Thành phần

tham gia tính

toán là quá

trình bình lưu

+ khuếch tán

1 32555.3 0.98215 11.914 2476.3 0.99492

2 75962.3 0.99657 5.442 2553.2 0.99912

3 119369.4 0.99875 3.105 2427.6 0.99960

5 206183.5 0.99968 0.980 2131.4 0.99984

7 292997.6 0.99978 -0.052 2477.5 0.99991

10 423218.7 0.99970 -0.943 4206.1 0.99995

12 510032.8 0.99962 -1.326 5717.5 0.99996

15 640254.0 0.99949 -1.757 8315.1 0.99997

86

Thứ

tự Phương án

Số

ngày

Quãng đường

theo phương

trình (3.1) (m)


NASH PBIAS

(%)

RMSE

(m)

Tương

quan

(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8)

3 Trường hợp

C

Thành phần

tham gia tính

toán là quá

trình bình lưu

+ khuếch tán

+ phong hoá

1 32555.3 0.98005 13.104 2617.8 0.99486

2 75962.3 0.99508 6.928 3057.2 0.99912

3 119369.4 0.99775 4.758 3257.1 0.99961

5 206183.5 0.99915 2.997 3472.5 0.99986

7 292997.6 0.99954 2.230 3633.6 0.99993

10 423218.7 0.99974 1.701 3960.0 0.99997

12 510032.8 0.99978 1.567 4407.7 0.99998

15 640254.0 0.99976 1.575 5775.6 0.99999

Hình 3.7 thể hiện các kết quả tính toán biến động xuôi thời gian của nồng độ

dầu và độ dày lớp dầu với hiệu ứng của các thành phần tham gia như là bình lưu,

bình lưu + khuếch tán và bình lưu + khuếch tán + phong hoá, đồ thị cho thấy tác

động tổng cộng của 3 quá trình bình lưu + khuếch tán + phong hoá có ảnh hưởng

lớn nhất, sau đó là bình lưu + khuếch tán và cuối cùng là bình lưu.

a. Nồng độ dầu [kg.m-2] lớn nhất b. Độ dày lớp dầu [mm] lớn nhất

Hình 3.7. Đồ thị so sánh biến trình nồng độ và độ dày của lớp dầu trên mặt nước về các

thành phần tham gia khác nhau

87

Hình 3.8. So sánh kết quả tính toán nồng độ dầu giữa thành phần tham gia khác nhau sau

3 ngày

Điều kiện đầu vào đơn giản để thực hiện các phương án đánh giá vai trò của

88

các thành phần tham gia khác nhau (quá trình bình lưu, khuếch tán và phong hoá

tổng hợp) với trường các yếu tố môi trường đầu vào trung bình nhiều năm (đồng

nhất theo không gian và thời gian) với trên nhiều hệ thống miền và lưới tính (Hình

3.8). Hình này cho thấy sự thay đổi khá rõ nét về độ lớn nồng độ và diện tích lan

truyền khi có các quá trình tham gia tính toán khác nhau giảm xuống theo thành

phần tham gia. Các hình bên phải là phóng to một phần của hình bên trái về vệt dầu

loang.

Kết quả mô phỏng đã phản ánh được hiệu ứng của các thành phần tham gia

tính toán. Thời gian đầu tính toán, vai trò của khuếch tán là đáng kể. Vai trò của

phong hoá mạnh dần lên và chiếm ưu thế ở khoảng thời gian cuối. Bên cạnh đó, vấn

đề cần nghiên cứu đánh giá kiểm nghiệm vai trò của khuếch tán số trong mô phỏng

được thực hiện tiếp theo.

3.2.3. Đánh giá kiểm nghiệm hiệu ứng khuếch tán số xuôi thời gian

Điều kiện thực hiện tính toán mô phỏng được thực hiện như mục I.3 trong

bảng 3.1. Các trường hợp để so sánh đánh giá theo các kịch bản theo các quy mô

lưới tính (bước lưới) khác nhau.

Kết quả tính toán mô phỏng với các kịch bản khác nhau được thể hiện thông

qua các bảng biểu, đồ thị biến trình theo thời gian và hình ảnh vệt dầu theo không

gian (Bảng 3.3, Hình 3.9, Hình 3.10 và Hình 3.11).

Bảng 3.3 và Hình 3.9 thể hiện diện tích vệt dầu với giới hạn nồng độ dầu nhỏ

nhất là 1,0e-5[kg.m-2] mà giá trị giới hạn này cũng thuộc giới hạn theo tiêu chuẩn

nước mặt [20]. Các giá trị và biểu đồ biến trình của quy mô lưới tỷ lệ thuận với diện

tích vệt dầu. Như vậy, hiệu ứng quy mô lưới đã có ảnh hưởng đến kết quả mô

phỏng lan truyền và biến đổi dầu.

89

Bảng 3.3. Kết quả mô phỏng diện tích của lớp dầu tràn trên mặt biển [m2] với các kịch bản

bước lưới khác nhau

TT

Thời

gian mô

phỏng

(ngày)

Diện tích của lớp dầu tràn trên mặt biển [m2] với các lưới tính khác nhau

dx =dy

= 0,06o

dx =dy

= 0,05 o

dx =dy =

0,044 o

dx =dy

= 0,04 o

dx =dy =

0,03 o

dx =dy

= 0,02 o

dx =dy =

0,01 o

(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9)

1 0.0 1.44E+09 9.39E+08 7.98E+08 6.01E+08 3.49E+08 1.70E+08 4.24E+07

2 0.5 5.71E+09 4.33E+09 3.47E+09 3.04E+09 2.02E+09 1.13E+09 5.26E+08

3 1.0 8.23E+09 6.26E+09 5.08E+09 4.49E+09 2.92E+09 1.75E+09 7.72E+08

4 1.5 1.01E+10 7.68E+09 6.32E+09 5.46E+09 3.54E+09 2.09E+09 8.59E+08

5 2.0 1.14E+10 8.52E+09 7.04E+09 6.07E+09 3.97E+09 2.16E+09 9.36E+08

6 2.5 1.17E+10 8.97E+09 7.37E+09 6.42E+09 4.26E+09 2.32E+09 9.47E+08

7 3.0 1.16E+10 8.96E+09 7.53E+09 6.45E+09 4.37E+09 2.40E+09 8.88E+08

8 4.0 9.90E+09 7.72E+09 6.72E+09 5.90E+09 4.07E+09 2.32E+09 8.52E+08

9 5.0 5.55E+09 5.03E+09 4.73E+09 4.24E+09 3.27E+09 1.90E+09 7.32E+08

10 6.0 0.00E+00 5.41E+08 1.47E+09 1.56E+09 1.80E+09 1.24E+09 5.15E+08

11 7.0 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 2.64E+08 1.93E+08

12 8.0 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00

Hình 3.9. Đồ thị so sánh biến trình diện tích của lớp dầu trên mặt nước dầu có nồng độ

lớn hơn 1.e-5[kg.m-2] theo thời gian với các quy mô lưới khác nhau

90

Hình 3.10. So sánh kết quả mô phỏng vệt dầu về nồng độ [kg.m-2] của lớp dầu tràn trên

mặt nước với các bước lưới khác nhau (0,02o, 0,04o và 0,06o) sau 05 ngày tính toán

91


Hình 3.11. Đồ thị so sánh biến trình nồng độ và độ dày lớn nhất của lớp dầu trên mặt xuôi

thời gian với các bước lưới khác nhau (0,01o; 0,02o; 0,03o; 0,04o; 0,044o; 0,05o và 0,06o)

Quá trình khuếch tán số được khẳng định theo các vệt dầu với quy mô lưới

khác nhau (Hình 2.10). Mặc dù vậy, giá trị nồng độ dầu lớn nhất có sự biến đổi

không đáng kể giữa các quy mô lưới tính khác nhau (Hình 2.11). Điều này chứng

minh phương pháp sai phân là phù hợp với độ ổn định cao.

Tuy nhiên, các kết quả tính toán mô phỏng với nhiều quy mô lưới tính khác

nhau đã phản ánh cho thấy ảnh hưởng của lưới tính tạo ra khuếch tán số là đáng kể.

Quá trình khuếch tán số tác động gia tăng theo tỷ lệ thuận với quy mô bước lưới

không gian. Hình 3.9 và Hình 2.10 là hình dạng vệt dầu khá đồng nhất và giống

nhau, diện tích vệt dầu khác nhau nhiều. Trong hình 2.10 thể hiện của các hình bên

phải là hình phóng to một phần của hình bên trái. Hình 3.11 thể hiện cho biến trình

nồng độ và độ dày lớn nhất của lớp dầu tràn trên mặt theo thời gian với các bước

lưới tính khác nhau.

Qua các kết quả thử nghiệm, đã xác định được một số thông tin cơ bản phục

vụ cho các tính toán mô phỏng bài toán cảnh báo (dự báo) và tìm kiếm nguồn thải là

sơ đồ sai phân trên lưới và kết hợp dưới lưới 2-8; thành phần tham gia tính toán bao

gồm bình lưu, khuếch tán và phong hoá; lựa chọn bước lưới tính phù hợp cho toàn

bộ Biển Đông là 0,044x0,044o với 500x500 số nút lưới tính.

92

3.3. Kết quả nghiên cứu đánh giá thử nghiệm xuôi thời gian

3.3.1. Đánh giá thử nghiệm điều kiện môi trường đồng nhất xuôi thời gian

Trong phần này, đánh giá thử nghiệm với điều kiện đầu vào đồng nhất theo

không gian và thời gian được thực hiện sử dụng thông tin đầu vào theo mục II.1 của

Bảng 3.1.

Dựa trên cơ sở đầu vào, các kết quả tính toán mô phỏng được thể hiện dưới

dạng các đồ thị theo thời gian của vị trí có giá trị nồng độ lớn nhất của lớp dầu tràn

trên mặt (Hình 3.12a, b, c, d, e, và f), biến đổi diện tích vệt dầu theo các nồng độ

giới hạn khác nhau (Hình 3.12g) và biến đổi vệt dầu trong không gian với thời gian

khác nhau (Hình 3.13).

Hình 3.11a và b là thể hiện biến đổi dầu tràn theo thời gian của nồng độ và độ

dày của lớp dầu tràn trên mặt nước. Trên các hình này thể hiện của các bước lưới

không gian khác nhau về sự biến đổi nồng độ và độ dày của dầu tràn trên mặt mà

chúng phản ánh sự suy giảm giá trị độ lớn theo thời gian cùng quy luật và dao động

giá trị này sau 10 ngày khoảng 10 lần. Có nghĩa là sau 10 ngày đối với lưới tính

dx=dy=0,01o với nồng độ lớn nhất khoảng 2.0e-6kg.m-2 và độ dày lớn nhất khoảng

2.0e-6mm; đối với lưới tính dx=dy=0,06o nồng độ lớn nhất khoảng 2.0e-7kg.m-2 và

độ dày lớn nhất khoảng 2.5e-7mm.

Hình 3.12 thể hiện trường hợp tính toán với điều kiện các yếu tố môi trường

đồng nhất và bước lưới là 0,044o cho thấy các kết quả của các đặc trưng dầu với vị

trí nồng độ lớn nhất biến đổi theo thời gian được thực hiện như nồng độ, độ dày, mật

độ, độ nhớt, nhiệt độ, gradient nhiệt độ, sức căng bề mặt dầu – nước và dầu – khí và

các quá trình phong hoá của lớp dầu tràn trên mặt nước. Ngoài ra còn thể hiện được

diện tích dầu lan truyền đối với từng giới hạn theo các mức nồng độ dầu.

93

a. So sánh tỷ lệ về quãng đường di chuyển của vị trí nồng độ dầu lớn nhất giữa mô hình

Euler và phương trình (3.1)

b. Nồng độ [kg.m-2] và độ dày [mm] c. Mật độ [kg.m-3] và độ nhớt [cSt]

d. Nhiệt độ [K] và Gradient nhiệt độ [K] e. Sức căng bề mặt dầu – nước [N.m-1] và

sức căng bề mặt dầu – khí [N.m-1]

f. Các thành phần phong hoá g. Diện tích [m2] theo đường đẳng nồng độ

Hình 3.12. Biến đổi theo thời gian của vị trí nồng độ dầu lớn nhất với điều kiện môi trường

đồng nhất

94

H ình 3.12a thể hiện so sánh tỷ lệ về quãng đường di chuyển của vị trí nồng độ

dầu lớn nhất của lớp dầu tràn trên mặt giữa kết quả mô hình và phương trình (3.1) có

sự sai lệch khá rõ trong ngày đầu tiên nhưng những ngày sau đó có sự ổn định. Lý

do này sai lệch là chịu tác động của lưới tính trong quá trình rời rạc hoá của mô hình

sai phân, còn mô phỏng theo phương trình (3.1) có tính liên tục theo thời gian và

không gian. Nhìn chung, kết quả tính toán mô phỏng cho những ngày sau đó là rất

tốt và có độ tin cậy cao được đánh giá theo các chỉ tiêu sai số (xem Mục III của

Bảng 3.2).

Hình 3.13. Kết quả tính toán mô phỏng vệt dầu về nồng độ [kg.m-2] của lớp dầu tràn trên mặt

nước theo các thời điểm khác nhau

95

Hình 3.12b đến Hình 3.12f là thể hiện kết quả của trường hợp cụ thể về biến

đổi các yếu tố tại vị trí có nồng độ dầu cao nhất. Đồ thị biến đổi của các yếu tố này

phù hợp quy luật thực tế. Hình 3.12g thể hiện biến đổi của các diện tích theo giới

hạn đồng mức nồng độ, quá trình biến đổi theo thời gian về nồng độ sẽ dần nhỏ lại

thông qua phản ánh ánh độ đậm nhạt của màu nền được bao bởi các đường đồng

mức và diện tích lan truyền sẽ dần tăng lên, quá trình này tiếp diễn cho đến khi

lượng dầu bị tiêu tán và phong hoá hết vào môi trường xung quanh (Hình 3.13).

Như vậy, kết quả tính toán cho thấy tính chất dầu (gồm có nồng độ dầu, độ

dày lớp dầu, mật độ dầu, độ nhớt dầu, nhiệt độ dầu, sức căng bề mặt và các thành

phần phong hoá) tại vị trí nồng độ lớn thay đổi theo thời gian phù hợp quy luật.

Ngoài ra, diện tích dầu lan được giới hạn theo các đường đồng mức nồng độ cũng

biến đổi phù hợp quy luật. Hình 3.12a và Hình 3.13 là thể hiện sự biến đổi ổn định

và phù hợp quy luật theo thời gian và trong không gian. Hình 3.13 là thể hiện ở hai

thời điểm khác nhau của vệt dầu, các hình bên phải là hình phóng to của các hình

bên trái.

3.3.2. Đánh giá thử nghiệm điều kiện môi trường trung bình tháng xuôi thời gian

Trong phần này, đánh giá thử nghiệm với điều kiện đầu vào chế độ trung bình

tháng biến đổi theo không gian và đồng nhất theo thời gian trong tháng được thực

hiện sử dụng thông tin đầu vào theo mục II.2 của Bảng 3.1. Quá trình tính toán mô

phỏng dầu tràn với điều kiện đầu vào là các yếu tố khí tượng hải văn trung bình

tháng và nguồn dầu theo các thông tin sự cố tràn dầu đã được lựa chọn theo một sự

cố dầu tràn và sự cố dầu tràn trên biển năm 2007 và 2008. Mục đích của phần này

đánh giá thử nghiệm mô hình với điều kiện môi trường biến đổi trong không gian và

đồng nhất về thời gian. Các kết quả mô phỏng sẽ phản ánh cho điều kiện theo chế độ

trung bình tháng và được thể hiện dưới đây:

A. Trường hợp sự cố dầu tràn từ các tai nạn đơn lẻ

Kết quả mô phỏng với tác động của các yếu tố môi trường trung bình tháng

nhiều năm. Các kết quả tính toán vẫn đảm bảo theo các tiêu chí đánh giá (Bảng 3.4)

96

và các hình vẽ thể hiện ở các tháng có sự biến động khác nhau (Hình 3.14a) và cũng

có hình dạng khác nhau ở thời điểm sau thời gian tính toán như nhau (Hình 3.14b).

Hình 3.14b là thể hiện thời điểm sau 03 ngày xảy ra các sự cố của tháng 1 và

tháng 7 với các hình bên phải là phóng to một phần của hình bên trái. Nhìn chung,

hướng di chuyển của vệt dầu phù hợp quy luật chế độ đặc trưng khí tượng hải văn

theo mùa đông (gió mùa đông bắc thịnh hành tháng 1) ở Hình 3.14b trên. Tương tự,

thời kỳ mùa hè (tháng 7) với hướng gió thịnh hành là tây nam ở Hình 3.14b dưới.


mô phỏng dầu tràn theo thời gian với yếu tố môi trường chế độ trung bình tháng

Thứ

tự Phương án

Số

ngày

Quãng

đườngtheo

phương

trình (3.1)

(m)


NASH PBIAS RMSE

(m)

Tương

quan

(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8)

1 Tháng 1

1 42458.1 0.91684 31.229 6956.7 0.99160

2 99349.7 0.97699 16.743 8644.3 0.99798

3 155856.2 0.98894 11.717 9434.2 0.99903

5 274406.9 0.99544 7.585 10535.6 0.99962

7 411576.5 0.99752 5.642 11365.5 0.99980

10 621030.0 0.99856 4.290 13110.5 0.99991

12 748688.0 0.99875 3.926 14951.3 0.99995

15 881475.5 0.99874 3.791 18908.4 0.99997

2 Tháng 7

1 47154.7 0.92862 28.804 7210.2 0.99264

2 107363.7 0.97834 16.178 9171.5 0.99824

3 163557.4 0.98886 11.670 10142.8 0.99914

5 259640.3 0.99485 7.938 11300.1 0.99963

7 334551.2 0.99663 6.378 12171.3 0.99979

10 412370.5 0.99760 5.321 13338.9 0.99989

12 453473.5 0.99791 4.920 13955.9 0.99991

15 507948.1 0.99818 4.548 14848.3 0.99994

97

Hình 3.14a. Biến đổi theo thời gian của tỷ lệ quãng đường di chuyển của vị trí nồng độ dầu

lớn nhất giữa mô hình Euler và phương trình (3.1)

Hình 3.14b. Trường nồng độ [kg.m-2] vết dầu lan truyền sau 03 ngày tính toán với yếu tố môi

trường trung bình tháng và bước lưới tính đều

B. Trường hợp sự cố dầu tràn từ nguồn thông tin năm 2007 và 2008

98

Trường hợp mô phỏng này sử dụng thông tin vệt dầu trôi nổi trên biển được

thu thập và phân tích từ ảnh vệ tinh tháng 2 năm 2007 và tháng 7 năm 2008 (Hình

1.6). Các dữ liệu yếu tố môi trường là số liệu trung bình nhiều năm của tháng 2 và

tháng 7.

Hình 3.15a. Mô phỏng vệt dầu về nồng độ [kg.m-2] của lớp dầu trên mặt nước

với điều kiện môi trường trung bình tháng 2

Hình 3.15b. Mô phỏng vệt dầu về nồng độ [kg.m-2] của lớp dầu trên mặt nước

với điều kiện môi trường trung bình tháng 7

Các kết quả mô phỏng trong giai đoạn tháng 2 năm 2007 (Hình 3.15a) và tháng

99

7 năm 2008 (Hình 3.15b) cho thấy các vết dầu di chuyển đều theo chế độ mùa với

các vị trí phát hiện theo các thời điểm khác nhau. Với đầu vào các yếu tố môi trường

là chế độ trung bình tháng nên các kết quả mô phỏng các vệt dầu cũng mang tính

chất chế độ với hướng di chuyển theo đặc trưng mùa.

Có thể thấy rằng các kết quả tính toán mô phỏng cũng thể hiện sự phù hợp đối

với điều kiện môi trường là chế độ trung bình tháng theo xu thế từng tháng theo mùa

đối với cả trường hợp sự cố tại một vị trí (đại diện cho sự cố điểm như va chạm tàu

thuyền, rò rỉ kho chứa hoặc tai nạn giàn khoan) hay nhiều vị trí với nhiều thời điểm

khác nhau (sự cố tràn dầu và trôi dạt trên biển năm 2007 và 2008).

3.3.3. Đánh giá thử nghiệm điều kiện môi trường thực xuôi thời gian

Trong phần này, đánh giá thử nghiệm với điều kiện đầu vào biến đổi thực theo

không gian và thời gian được thực hiện sử dụng thông tin đầu vào theo mục II.3 của

Bảng 3.1 phục vụ tính toán mô phỏng. Quá trình tính toán mô phỏng dầu tràn với

điều kiện đầu vào các yếu tố khí tượng hải văn biến đổi theo không gian và thời gian

thực và nguồn dầu theo các thông tin sự cố tràn dầu một vị trí và nhiều vị trí theo

nhiều thời điểm khác nhau. Mục đích của phần này đánh giá thử nghiệm mô hình

với điều kiện môi trường biến đổi trong không gian và theo thời gian thực. Các kết

quả mô phỏng được thể hiện dưới đây:

A. Trường hợp sự cố dầu tràn từ các tai nạn đơn lẻ

Tương tự như các phần trên, kết quả tính toán cũng được thể hiện theo các chỉ

số đánh giá với độ chính xác và đảm bảo tương quan cao (Bảng 3.5). Các kết quả

mô phỏng sự cố tại một điểm theo hai mùa đông (tháng 2) và mùa hè (tháng 7) biến

đổi theo quãng đường và trường nồng độ dầu (hình 3.16, 3.17 và 3.18).

Đối với trường hợp sự cố xảy ra tại một vị trí, sự biến động của trường nồng

độ trong không gian và theo lát cắt thời gian là phức tạp (Hình 3.17 và Hình 3.18)

hơn nhiều so với điều kiện môi trường theo chế độ mùa (Hình 3.14). Sự phức tạp

này cho thấy sự ảnh hưởng tác động của môi trường động lực lên dầu tràn trên biển

rõ nét, vai trò chế độ mùa vẫn còn nhưng đã bị biến dạng đi rất nhiều.

100


lan truyền dầu với yếu tố môi trường (CFSR và POM) theo thời gian thực

Thứ

tự Phương án

Số

ngày

Quãng

đường theo

phương

trình (3.1)

(m)


NASH PBIAS RMSE

(m)

Tương

quan

(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8)

1 Sự cố đổ tràn

một lần;

Thời gian từ

ngày

05/02/2007

đến ngày

20/02/2007

1 38456.0 0.93500 27.853 5227.1 0.98986

2 105563.9 0.98802 12.333 6254.6 0.99861

3 185604.2 0.99308 9.191 8229.0 0.99959

5 359519.0 0.99652 6.456 11521.5 0.99986

7 480711.8 0.98979 8.830 28784.4 0.99916

10 595051.2 0.93817 18.794 94531.7 0.98809

12 674925.8 0.85744 28.388 163747.3 0.96483

15 808615.7 0.69467 42.799 282939.1 0.90271

2 Sự cố đổ tràn

một lần;

Thời gian từ

ngày

05/07/2008

đến ngày

20/07/2008

1 43226.1 0.96702 19.002 4371.3 0.99627

2 109523.5 0.99131 10.167 5684.3 0.99924

3 179475.8 0.99540 7.437 6739.6 0.99969

5 334250.4 0.99790 5.073 8479.2 0.99988

7 494053.0 0.99795 4.617 12477.5 0.99990

10 693226.3 0.98917 8.428 42069.3 0.99894

12 835040.2 0.98580 10.076 57733.3 0.99909

15 1048894.7 0.98473 11.071 75348.4 0.99950

Hình 3.16. Đồ thị biến đổi tỷ lệ về quãng đường di chuyển của vị trí nồng độ cực đại của

lớp dầu tràn trên mặt giữa mô hình Euler và phương trình (3.1) theo thời gian với điều kiện

môi trường thực (CFSR và POM) và bước lưới tính đều của sự cố dầu tràn một lần

101

Hình 3.17 thể hiện quá trình biến đổi của vệt dầu với tác động của yếu tố môi

trường thực thực (CFSR và POM) của sự cố dầu tràn một lần xảy ra lúc 00giờ

ngày 05 tháng 02 năm 2007 ở các thời điểm là sau 03 ngày, 05 ngày và 10 ngày

tính toán mô phỏng, hình dạng vệt dầu có sự thay đổi khác biệt và nồng độ cũng suy

giảm đáng kể với khu vực tâm từ 2,5e-3kg.m-2 ở thời điểm sau 03 ngày (Hình 3.17a

bên trái) xuống đến 1,0e-11kg.m-2 ở thời điểm sau 10 ngày (Hình 3.17b bên phải).

Tương tự Hình 3.17, Hình 3.18 thể hiện quá trình biến đổi của vệt dầu với tác

động của yếu tố môi trường thực (CFSR và POM) của sự cố dầu tràn một lần

xảy ra lúc 00giờ ngày 05 tháng 07 năm 2008 ở các thời điểm là sau 03 ngày, 05

ngày và 10 ngày và các thời điểm cũng phản ánh sự biến động của môi trường tác

động đến vệt dầu là đáng kể về hình dạng và độ lớn với khu vực tâm từ 1,0e-3kg.m-2

ở thời điểm sau 03 ngày (Hình 3.18a bên trái) xuống đến 1,0e-11kg.m-2 ở thời điểm

sau 10 ngày (Hình 3.18b bên phải).

B. Trường hợp sự cố dầu tràn từ nguồn thông tin năm 2007 và 2008

Trường hợp mô phỏng này sử dụng thông tin vệt dầu trôi nổi trên biển được

thu thập và phân tích từ ảnh vệ tinh tháng 2 năm 2007 và tháng 7 năm 2008 (Hình

1.6). Các dữ liệu yếu tố môi trường là số liệu từ sản phẩm mô hình khí tượng

(CFSR) và hải dương (POM) biến đổi thực của năm 2007 và 2008. Các kết quả tính

toán mô phỏng biến đổi trường nồng độ dầu theo điều kiện tính toán thực tháng 2

năm 2007 (Hình 3.19) và tháng 7 năm 2008 (Hình 3.20).

Sự biến động này phức tạp hơn nhiều so với điều kiện một vị trí xảy ra sự cố

(Hình 3.17 và Hình 3.18). Trường hợp này cũng được tính toán mô phỏng như mục

B của mục 3.3.2 nhưng điều kiện yếu tố môi trường là biến đổi theo thời gian thực.

Có nghĩa là các trường khí tượng và hải dượng biến đổi trong không gian theo thời

gian thực từ các sản phẩm mô hình số trị tạo ra. Hình 3.17 và 3.18 cho thấy hình

dạng của các vết dầu phụ thuộc rất lớn vào thời điểm và vị trị xảy ra sự cố dầu tràn

mà chúng quyết định hình dạng của vệt dầu sau này.

102

Hình 3.17. Mô phỏng vệt dầu về nồng độ [kg.m-2] của lớp dầu tràn trên mặt nước với điều

kiện môi trường thực (CFSR và POM) của sự cố dầu tràn một lần xảy ra lúc 00giờ ngày 05

tháng 02 năm 2007.

103


kiện môi trường thực (CFSR và POM) của sự cố dầu tràn một lần xảy ra lúc 00giờ ngày 05

tháng 07 năm 2008.

104

Hình 3.19 thể hiện các thời điểm sau gần nhất của phát hiện vị trí dầu mới trên

biển cũng thể hiện được khả năng cập nhật của mô hình trong quá trình tính toán.

Hình 3.19 là thể hiện mô phỏng năm 2007 ở 02 thời điểm cách nhau khoảng 07

ngày, hình dạng vệt dầu thay đổi khác rõ và độ lớn về nồng độ cũng suy giảm đáng

kể.


kiện môi trường thực (CFSR và POM) với sự cố dầu tràn năm 2007


kiện môi trường thực (CFSR và POM) với sự cố dầu tràn năm 2008

105

Tương tự Hình 3.19, Hình 3.20 được trình bày kết quả tính toán mô phỏng cho

năm 2008 ở 02 thời điểm cách nhau khoảng 03 ngày. Hình này cho thấy các vệt dầu

di chuyển, biến dạng và độ lớn suy giảm. Ngoài ra, ở thời điểm sau còn xuất hiện

thêm các vệt dầu mới. Nhìn chung, các kết quả mô phỏng này phù hợp xu thế biến

động động lực, hình dạng vệt dầu biến dạng phụ thuộc vào môi trường.

Mô hình mô phỏng dầu tràn phục vụ cảnh báo theo phương pháp tiếp cận

Euler được đánh giá kiểm nghiệm đầy đủ về phương pháp sai phân trên lưới kết hợp

dưới lưới; hiệu ứng tham gia của bình lưu, khuếch tán và phong hoá tổng hợp; hiệu

ứng của khuếch tán số. Mô hình được đánh giá thử nghiệm trong các điều kiện đầu

vào khác nhau từ đơn giản đến phức tạp như điều kiện đầu vào các yếu tố môi

trường đồng nhất theo không gian và thời gian với dầu tràn một lần tại một vị trí;

điều kiện đầu vào các yếu tố môi trường trung bình trong không gian với dầu tràn

một lần tại một vị trí và dầu tràn trôi nổi trên Biển Đông năm 2007-2008; điều kiện

đầu vào các yếu tố môi trường biến đổi thực với dầu tràn một lần tại một vị trí và

dầu tràn trôi nổi trên Biển Đông năm 2007-2008. Các kết quả mô phỏng phản ánh

độ đảm bảo tin cậy, ổn định và phù hợp của mô hình đã được xây dựng.

3.4. Kết quả nghiên cứu khả năng tìm kiếm nguồn thải ngược thời gian

Trong phần này, tác giả sẽ đánh giá thử nghiệm đối với khả năng tìm kiếm

nguồn thải dầu ngược thời gian. Để thực hiện được bài toán mô phỏng này dựa vào

hệ phương trình được mô tả trong chương 2.

3.4.1. Môt số kết quả mô phỏng ngược thời gian trên thế giới

Trước khi tiến hành đánh giá kiểm nghiệm mô phỏng ngược theo thời gian, tác

giả xem xét một số kết quả nghiên cứu đã được công bố.

Đối với bài toán tính toán xuôi – ngược theo thời gian của vật thể trôi dựa vào

mô hình Lagrange [40]. Công trình nghiên cứu này được sử dụng số liệu quan trắc

làm chuẩn và kết quả nghiên cứu thể hiện ở Hình 3.21. Hình 3.21a (bên trái) là quan

trắc và tính toán mô phỏng xuôi thời gian với vị trí điểm ban đầu (dấu ”x” màu xanh

nước biển), các thời điểm quan trắc (hình ”o” màu đen) và các vị trí tính toán sau 60

106

giờ (điểm ”.” màu xanh lá cây). Hình này cũng thể hiện với vị trí 5000 điểm ngẫu

nhiên giới hạn bán kính 500m ban đầu di chuyển đến vị trí mới đã phân tán ra với

giới hạn bán kính khoảng 5000m. Hình 3.19b (bên phải) thể hiện tính toán mô

phỏng ngược thời gian với vị trí điểm ban đầu là thời điểm cuối của xuôi thời gian,

có 40 điểm (đường màu đỏ) trong tổng số 5000 điểm (đường màu xám) di chuyển

ngược thời gian và kết thúc nằm trong phạm vi bán kính 3000m so với vị trí ban đầu

Quá trình tính toán mô phỏng vật thể trôi xuôi–ngược thời gian bằng bài toán

Lagrange cũng có độ phân tán là đáng kể so với vị trí ban đầu và độ chính xác đạt

khoảng 0,8% mà giới hạn bán kính là lớn hơn 6 lần so với ban đầu.

Hình 3.21. Kết quả mô phỏng vật thể trôi xuôi - ngược theo thời gian khu vực Biển Bắc

với thời gian tính toán là 60 giờ [40]

Đối với bài toán tính toán ngược - xuôi theo thời gian của sinh vật phù du

cũng dựa vào mô hình Lagrange [33]. Công trình nghiên cứu này được sử dụng số

liệu quan trắc làm chuẩn và kết quả nghiên cứu thể hiện ở Hình 3.22.

Hình 3.22a (bên trái) thể hiện trên đó với vị trí ở các thời điểm trước khác

nhau tương ứng theo các màu (màu đen là 1,5 ngày; màu xanh lam là 3,0ngày; màu

tím là 4,5ngày, màu xanh lục là 6,0 ngày, đường liền là đẳng độ sâu) trong 6,0 ngày

với vị trí ban đầu là 5000 điểm ngẫu nhiên giới hạn bán kính 1km đến vị trí mới đã

phân tán ra với giới hạn bán kính lớn khoảng 100km và bán kính nhỏ khoảng 50km.

Hình 3.20b (bên phải) thể hiện trên đó với vị trí 5000 điểm tại các thời điểm sau

tương ứng với các màu (màu đen là 1,5 ngày; màu tím là 4,5ngày, màu xanh lục là

107

6,0 ngày, đường liền là đẳng độ sâu). Hình này thể hiện quá trình mô phỏng xuôi –

ngược thời gian chu kỳ tính toán 6,0 ngày, các vị trí tại các thời điểm khác nhau đã

phân tán đang kể. Kết quả tính toán của mô hình Lagrange trong giới hạn 1km chỉ

đạt nhỏ hơn 0,1% trong tổng số điểm ban đầu.

Hình 3.22. Kết quả mô phỏng sinh vật phù du ngược-xuôi theo thời gian vời thời gian tính

toán là 6 ngày [33]

Kết quả nghiên cứu về mô phỏng quá trình xuôi - ngược thời gian hoặc ngược-

xuôi thời gian bằng mô hình Lagrange cho thấy để xác định vị trí ban đầu độ chính

xác dưới 1% và gặp khó khăn vì vai trò của các chất điểm như nhau. Do đó, trong

luận án này thực hiện nghiên cứu với mô hình Euler tập trung phân tích theo khu

vực nồng độ cao làm trọng tâm đánh giá là nồng độ và độ dày lớn nhất của lớp dầu

nổi trên mặt biển. Dưới đây, các kết quả đánh giá kiểm nghiệm và thử nghiệm

ngược thời gian trên cơ sở lý thuyết đã được lựa chọn ở mục 2.1.2. theo các phương

án trong mục III của Bảng 3.1.

3.4.2. Đánh giá thử nghiệm ngược thời gian trong điều kiện môi trường đồng

nhất

Tương tự như bài toàn xuôi thời gian ở phần 3.2.1, kết quả so sánh giữa mô

hình Euler và phương trình (3.1) tại vị trí nồng độ lớn nhất của lớp dầu trên mặt biển

được di chuyển dưới tác động của môi trường ổn định trong quá trình mô phỏng.

Các kết quả này được đánh giá theo các hệ số NASH, PBIAS, RMSE và hàm tương

108

quan ở mục 2.4.6 thể hiện dưới dạng bảng 3.6.

Tương tự trường hợp bài toán xuôi thời gian, kết quả mô phỏng ngược thời

gian đối với điều kiện đầu vào của các yếu tố môi trường đồng nhất trong không

gian và theo thời gian thì các chỉ tiêu đánh giá phù hợp với độ tin cậy cao (Bảng 3.6

và Hình 3.23).

Bảng 3.6. So sánh đánh giá kết quả lan truyền dầu thải ngược thời gian theo các chỉ số NASH,

PBIAS, RMSE và hàm tương quan

Thứ

tự Phương án

Số

ngày

Quãng

đường theo

phương

trình (3.1)

(m)


NASH PBIAS RMSE

(m)

Tương

quan

(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8)

1 Sự cố phát

hiện dầu tràn

một lần; Yếu

tố môi trường

đồng nhất;

Thời gian mô

phỏng 15 ngày

1 32555.3 0.82293 43.822 7799.5 0.98594

2 75962.3 0.92608 29.130 11853.3 0.99578

3 119369.4 0.95664 22.585 14296.5 0.99773

5 206183.5 0.97769 16.351 17740.8 0.99894

7 292997.6 0.98548 13.239 20351.0 0.99936

10 423218.7 0.99053 10.699 23750.7 0.99963

12 510032.8 0.99219 9.693 25992.3 0.99973

15 640254.0 0.99181 9.426 33426.5 0.99976

a. Tỷ lệ về quãng đường di chuyển của vị

trí nồng độ dầu lớn nhất giữa mô hình Euler

và phương trình (3.1)

b. Diện tích [m2] của các đồng mức nồng độ

khác nhau

Hình 3.23. Biến đổi tỷ lệ quãng đường di chuyển và diện tích dầu ngược thời gian với điều

kiện môi trường đồng nhất với bước lưới tính đều

109

Hình 3.24 thể hiện biến động thay đổi của tính chất dầu. Đặc biệt, Hình

3.24a&b thể hiện nồng độ và độ dày lớp dầu thay đổi đổi với điểm nhảy vọt và khả

năng xác định điểm hội tụ. Tại thời điểm vị trí nhảy vọt cho thấy có thể xác định đây

là vị trí xảy ra sự cố. Và trường nồng độ cũng được thể hiện qua hình ảnh với các lát

cắt thời gian khác nhau và cũng có khu vực mà nồng độ nhảy vọt (Hình 3.25).


c. Mật độ [kg.m-3] và độ nhớt động học [cSt] d. Nhiệt độ [K] và gradient nhiệt độ [K]

e. Sức căng bề mặt dầu với nước và khí

[N.m-1]

f. Các quá trình phong hoá (bay hơi, nhũ

tương, hoà tan, ô xy hoá, phân huỷ sinh học)

Hình 3.24. Biến đổi tính chất dầu ngược thời gian với điều kiện môi trường đồng nhất với

bước lưới tính đều

110

a) T

rướ

c 15 n

gày

b)

Trư

ớc

10 n

gày

c) T

rướ

c 0

7 n

gày

d)

Trư

ớc

01

ng

ày

Hình 3.25. Trường nồng độ dầu [kg.m-2] lan truyền ngược thời gian với điều kiện

môi trường đồng nhất với bước lưới tính đều

111

3.4.3. Đánh giá thử nghiệm ngược thời gian trong điều kiện môi trường

trung bình tháng

Cơ sở dữ liệu phân tích từ ảnh vệ tinh thông thường chỉ xác định được độ dày

và diện tích của lớp dầu tràn ở trên mặt nước tại một thời điểm ảnh chụp. Nên số

liệu này cũng sử dụng cho cả bài toán xuôi thời gian và ngược thời gian.

Các thông tin (xem bảng 3.1) phục vụ mô phỏng được sử dụng tương tự như

bài toán xuôi. Quá trình mô phỏng theo từng tháng và từng năm các kết quả được

thể hiện như dưới đây.


lan truyền dầu theo thời gian với yếu tố môi trường chế độ tháng

Thứ

tự

Phương

án

Số

ngày

Quãng đường

theo phương

trình (3.1)

(m)


NASH PBIAS RMSE

(m)

Tương

quan

(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8)

1 Tháng 1

1 41700.7 0.86308 39.336 8818.2 0.98778

2 94093.7 0.94368 25.570 13024.0 0.99722

3 140980.2 0.96387 20.493 15919.9 0.99860

5 221191.2 0.97798 15.953 20038.6 0.99933

7 290981.9 0.98322 13.862 23324.9 0.99959

10 393180.7 0.98734 12.009 27227.1 0.99973

12 468079.8 0.98915 11.130 29486.7 0.99977

15 599832.0 0.99119 10.069 32736.5 0.99980

2 Tháng 7

1 48288.1 0.84818 41.429 10679.0 0.98801

2 115689.5 0.94733 25.093 15053.7 0.99670

3 186310.6 0.97174 18.585 17720.4 0.99831

5 313329.7 0.98596 13.109 21783.6 0.99933

7 408205.0 0.98973 11.057 25440.5 0.99965

10 512365.5 0.99135 9.910 30803.0 0.99984

12 568407.9 0.99164 9.617 34318.2 0.99989

15 643045.9 0.99186 9.366 39006.0 0.99993

112

Hình 3.26. Biến đổi ngược thời gian của tỷ lệ quãng đường di chuyển vị trí giữa nồng độ

dầu lớn nhất của mô hình Euler và phương trình (3.1)

Hình 3.27. Biến đổi ngược thời gian của nồng độ dầu lớn nhất trong điều kiện môi trường

trung bình tháng

Kết quả kiểm chứng đối với điều kiện môi trường có sự biến động trong không

gian và đồng nhất theo thời gian (chế độ trung bình tháng) trong trường một vị trí sự

cố cho thấy độ ổn định và tin cậy của bài toán vẫn được duy trì với độ ổn định và tin

cậy cao theo các tiêu chí xác định (Bảng 3.7). Sự biến động trong không gian theo

thời gian của di chuyển (Hình 3.26), biến đổi nồng độ và độ dày lớp dầu (Hình

3.27) và hình dạng vệt dầu (Hình 3.28) khác nhau nhưng đều có sự biến động phù

hợp quy luật. Sự cố dầu tràn trôi dạt năm 2007 và 2008 sẽ được kiểm chứng tiếp

theo và các kết quả được thể hiện ở Hình 3.29 và Hình 3.30.

113

Hình 3.28. Trường nồng độ [kg.m-2] vết dầu lan truyền với điều kiện môi trường trung bình

tháng và bước lưới tính đều trước 07 ngày

Hình 3.29 thể hiện kết quả tính toán cho năm 2007 với xu hướng biển đổi phù

hợp với chế độ mùa (gió mùa đông bắc) với vệt dầu và nồng độ của vệt dầu phù hợp

quy luật. Vị trí các điểm hội tụ với nồng độ lớn nhất nằm phía đông của đảo Hải

Nam. Hình 3.30 thể hiện kết quả năm 2008 thể hiện tập trung về phía nam (chế độ

gió mùa tây nam), vùng biển của Malayxia là nơi với nồng độ dầu lớn nhất.

114

Hình 3.29. Kết quả lan truyền dầu thải ngược thời gian với điệu kiện môi trường trung bình tháng

2 và dầu tràn năm 2007

Hình 3.30. Kết quả lan truyền dầu thải ngược thời gian với điệu kiện môi trường trung bình tháng

7 và dầu tràn năm 2008

3.4.4. Đánh giá thử nghiệm điều kiện môi trường biến đổi thực ngược thời gian

Thông tin phục vụ cho tính toán mô phỏng được sử dụng tương tự như phần

3.2.4, gồm có dữ liệu miền tính, số liệu địa hình, số liệu khí tượng – hải văn và số

liệu thông tin dầu tràn. Từ các thông tin này đã đưa vào mô phỏng quá trình lan

truyền dầu năm 2007 và 2008. Các kết quả mô phỏng được thể hiện dưới đây.

115


lan truyền dầu với yếu tố môi trường (CFSR và POM) theo thời gian thực

Thứ

tự Phương án

Số

ngày

Quãng

đường

theo giải

tích (m)


NASH PBIAS RMSE

(m)

Tương

quan

(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8)

1 Thời gian từ

ngày 10/02/2007

đến ngày

25/02/2007

1 39871.5 0.73058 55.524 12076.1 0.95537

2 92901.1 0.90198 34.165 16461.2 0.99213

3 151334.5 0.95022 24.760 19060.1 0.99603

5 264309.1 0.97573 17.300 23535.1 0.99866

7 371233.6 0.97925 15.439 31112.7 0.99948

10 490565.4 0.95753 19.033 62457.2 0.99738

12 550805.9 0.92783 23.467 94080.7 0.99304

15 672422.5 0.84147 32.078 165145.4 0.96539

2 Thời gian từ

ngày 10/07/2008

đến ngày

25/07/2008

1 38110.4 0.80197 47.862 9684.2 0.97624

2 82522.5 0.91919 30.756 13985.4 0.99542

3 131241.3 0.94895 24.496 17047.0 0.99771

5 212130.3 0.97203 18.201 21382.7 0.99887

7 272048.4 0.97870 15.698 24883.6 0.99933

10 423904.9 0.98385 13.443 30003.4 0.99935

12 542672.5 0.97712 14.539 44434.4 0.99876

15 705804.2 0.95979 17.861 75123.8 0.99764

Trong phần này, tác giả cũng thực hiện tương tự như bài toán xuôi với điều

kiện môi trường đầu vào và điều kiện tính toán với các trường hợp khác nhau. Đánh

giá kết quả mô phỏng với điều kiện thực theo các chỉ tiêu đánh giá đã xác định với

độ ổn định và tin cậy cao (Bảng3.9). Các yếu tố đặc trưng biến động theo thời gian

của tính chất dầu trong cả hai trường hợp đặc trưng đại diện mùa với mùa đông

(2007) và mùa hè (2008) (Hình 3.31). Các kết quả này biến đổi phù hợp xu thế quy

luật, hiệu ứng của các thành phần rõ nét. Đặc biệt, điểm hội tụ cũng được xác định

và chuẩn đoán khả năng khu vực xảy ra sự cố là có thể (Hình 3.32a và Hình 3.33a).

116

I. từ ngày 10/02/2007 đế ngày 20/02/2007 II. từ ngày 10/07/2008 đế ngày 20/07/2008

a. Tỷ lệ về quãng đường di chuyển của nồng độ lớn nhất của lớp dầu tràn trên mặt nước giữa

mô hình Euler và phương trình (3.1)

b. Nồng độ [kg.m-2] và độ dày [mm] lớn nhất của lớp dầu tràn trên mặt nước

c. Mật độ [kg.m-3] và độ nhớt động học [mm] tại nồng độ lớn nhất của lớp dầu tràn trên mặt nước

d. Nhiệt độ [K] và gradient nhiệt độ [K] tại nồng độ lớn nhất của lớp dầu tràn trên mặt nước

117

I. từ ngày 10/02/2007 đế ngày 20/02/2007 II. từ ngày 10/07/2008 đế ngày 20/07/2008

e. Sức căng bề mặt dầu-nước [N.m-1] và dầu-khí [N.m-1] tại nồng độ lớn nhất

f. Tỷ lệ các thành phần phong hoá tại nồng độ lớn nhất của lớp dầu tràn trên mặt nước

g. Diện tích lan truyền [m2] theo các đường đồng mức nồng độ dầu

Hình 3.31. Biến đổi các đặc trưng vật lý, phong hoá và tính chất dầu ngược thời gian với

điều kiện môi trường thực (CFSR và POM) và bước lưới tính đều (dx=dy=0,044o)

Các kết quả mô phỏng trường nồng độ dầu theo các lát cắt thời gian cũng được

thể hiện năm 2007 (Hình 3.32) và năm 2008 (Hình 3.33). Các kết quả này cho thấy

hình dạng của vệt dầu rất phức tạp mà chúng được quyết định bởi yếu tố môi trường

làm đầu vào tính toán. Các hình ảnh này cho thấy về sự gia tăng nồng độ dầu là rõ

nét và có sự tập trung cao. Đối với tháng 2 năm 2007, sự hội tụ nồng độ nhảy vọt

xuất hiện sau 15 ngày. Nhưng đối với tháng 7 năm 2008, sự hội tụ nồng độ nhảy vọt

xuất hiện sau 14 ngày. Sự các biệt này về thời gian xuất hiện này phụ thuộc rất

nhiều vào quá trình động lực của môi trường.

118

Hình 3.32. Trường nồng độ [kg.m-2] vết dầu lan truyền ngược thời gian với điều kiện môi trường

thực (CFSR và POM) với phát hiện sự cố dầu tràn lúc 00giờ ngày 25 tháng 2 năm 2007

Hình 3.32 cho thấy trường nồng độ dầu biến đổi được biểu diễn theo các thời

điểm là trước 01 ngày, trước 03 ngày, trước 07 ngày và 15 ngày trong khoảng thời

gian tính toán ngược thời gian bắt đầu lúc 00giờ ngày 25 tháng 2 năm 2007. Các

hình ảnh này cho thấy sự phân bố màu nhạt đến đậm tương ứng với nồng độ thấp

đến cao. Trong các hình ảnh này luôn có khu vực có nồng độ cao hơn xung quanh

mà được gọi là tâm. Sự thay đổi vị trí của tâm này phụ thuộc vào đặc điểm trường

động lực. Sự phát triển của tâm tăng lên theo ngược thời gian và được phát triển

nhảy vọt (Hình 3.31b bên trái và Hình 3.32a).

119

Hình 3.33 cho thấy trường nồng độ dầu biến đổi được biểu diễn theo các thời

điểm là trước 01 ngày, trước 03 ngày, trước 07 ngày và 14 ngày trong khoảng thời

gian tính toán ngược thời gian bắt đầu lúc 00giờ ngày 25 tháng 7 năm 2008. Phân

bố màu và sự hình thành khu vực có nồng độ cao hơn xung quanh cũng tương tự

hình 3.32. Sự khác biệt là đặc điểm trường đồng lực khác nhau nên sự phát triển

hình dạng vệt dầu và tâm nồng độ cũng khác nhau. Hơn nữa, sự phát triển nhảy vọt

nồng độ ngược thời gian là trước 14ngày (Hình 3.28b bên phải và Hình 3.33a) mà

không phải là 15ngày như tháng 2 năm 2007 (Hình 3.28b bên trái và Hình 3.32a).

Hình 3.33. Trường nồng độ [kg.m-2] vết dầu lan truyền ngược thời gian với điều kiện môi

trường thực (CFSR và POM) với phát hiện sự cố dầu tràn lúc 00giờ ngày 25 tháng 7 năm 2008

120

Vậy, đặc điểm tính chất của các yếu tố môi trường đầu vào quyết định hình

dạng vệt dầu và thời điểm nhảy vọt của nồng độ của lớp dầu tràn trên biển.

Sau khi mô phỏng với điều kiện một vị trí sự cố tràn dầu một lần, tiếp tục tính

toán mô phỏng với điều kiện thực tế sự cố dầu tràn và trôi dạt trên biển năm 2007

(Hình 3.34) và năm 2008 (Hình 3.35) đã diễn ra.

Hình 3.34. Kết quả lan truyền thải dầu ngược thời gian với điều kiện môi trường thực (CFSR

và POM) năm 2007

Các hình ảnh được thể hiện tại các thời điểm gần nhất trước khi phát hiện các

vệt dầu trên biển thông qua phương pháp phân tích và nhận dạng từ ảnh vệ tinh. Do

121

đó, các hình ảnh bước thời gian trước thường xuất hiện bổ sung các vùng tâm nhỏ là

do các vệt dầu mới được cập nhật.

Hình 3.35. Kết quả lan truyền thải dầu ngược thời gian với điều kiện môi trường thực (CFSR

và POM) năm 2008

Hình 3.34 thể hiện sự mô phỏng ngược thời gian của lớp dầu tràn trên mặt

biển năm 2007 với 04 thời điểm khác nhau của tháng 02 năm 2007. Các trường

nồng độ của lớp dầu tràn trên mặt biển biến động lớn và xu thế từ các điểm nguồn

phát hiện ra theo các thời điểm khác nhau cũng có xu hướng di chuyển về khu vực

cụ thể trên nền của yếu tố môi trường đầu vào. Các vị trí khu vực đầu vào sẽ hình

thành tạo ra tâm có nồng độ cao hơn xung quanh nhưng các tâm này đều có hướng

di chuyển ngược hướng động lực phản ảnh được sự phù hợp quy luật động lực.

122

Hình 3.35 thể hiện cho kết quả tính toán năm 2008, trường nồng độ dầu cũng

có xu thế biến đổi như năm 2007 với xu hướng di chuyển về một khu vực cụ thể

theo trường động lực môi trường làm đầu vào.

3.4.5. Đánh giá kiểm nghiệm hiệu ứng khuếch tán số ngược thời gian

Tương tự bài toán xuôi thời gian, đánh giá hiệu ứng khuếch tán số trong bài

toán ngược thời gian cũng cần thiết do khuếch tán số hay điều kiện bước lưới tính

phản ánh đến hình dạng và độ lớn của vệt dầu được mô phỏng trong bài toán xuôi

thể hiện khá rõ (Hình 3.10 và Hình 3.11). Do vậy, các bước tiến hành đánh giá hiệu

ứng khuếch tán số cũng được thực hiện với các quy mô lưới khác nhau trên cùng hệ

thống đầu vào phục vụ mô phỏng. Điều kiện yếu tố môi trường đầu vào để đánh giá

là nguồn số liệu biến đổi thực theo thời gian trong tháng 02 năm 2007 và tháng 7

năm 2008 với số liệu là: (1) Số liệu khí tượng được sử dụng là CFSR; (2) Số liệu hải

văn được sử dụng từ sản phẩm mô hình POM.

Các kết quả mô phỏng được trình bài như dưới đây (Hình 3.36 và Hình 3.37):

Hình 3.36 thể hiện kết quả mô phỏng quá trình lan truyền dầu ngược thời gian

trước 05 ngày với điều kiện môi trường thực (CFSR và POM) với phát hiện sự cố

dầu tràn lúc 00giờ ngày 25 tháng 2 năm 2007 theo các quy mô bước lưới không gian

khác nhau (0,010o; 0,025o; 0,044o và 0,050o) khác nhau. Các hình này thể hiện hình

dạng vệt dầu thay đổi đáng kể theo bước lưới nhưng khu vực có nồng độ dầu cao

chênh lệch nhau không đáng kể. Vậy, hiệu ứng khuếch tán số là ảnh hưởng đáng kể

đến vệt dầu nhưng khu vực quan tâm với nồng độ dầu cao vẫn có thể chấp nhận

được.

Tương tự hình 3.36, hình 3.37 thể hiện kết quả mô phỏng quá trình lan truyền

dầu ngược thời gian trước 05 ngày với điều kiện môi trường thực (CFSR và POM)

với phát hiện sự cố dầu tràn lúc 00giờ ngày 25 tháng 7 năm 2008 theo các quy mô

bước lưới không gian khác nhau (0,010o; 0,025o; 0,044o và 0,050o) khác nhau. Vậy,

hiệu ứng khuếch tán số cũng ảnh hưởng đáng kể đến vệt dầu nhưng khu vực quan

tâm với nồng độ dầu cao vẫn có thể chấp nhận được.

123

Hình 3.36. So sánh quá trình lan truyền dầu ngược thời gian trước 05 ngày với điều kiện môi

trường thực (CFSR và POM) với phát hiện sự cố dầu tràn lúc 00giờ ngày 25 tháng 2 năm

2007 theo các quy mô bước lưới không gian khác nhau

Quá trính tính toán mô phỏng ở các quy mô lưới khác nhau ngược thời gian

cũng tương tự xuôi thời gian, hiệu ứng khuếch tán số cũng ảnh hưởng đáng kể đến

kết quả mô phỏng vệt dầu đối với các yếu tố môi trường đầu vào thực trong tháng 02

năm 2007 (Hình 3.36) và tháng 7 năm 2008 (Hình 3.37). Nhưng khu vực quan tâm

với nồng độ dầu cao vẫn có thể chấp nhận được vì vị trí khu vực này ít thay đổi trên

tất cả các quy mô lưới khác nhau của từng thời điểm với các yếu tố đầu vào trùng

nhau.

124

Hình 3.37. So sánh quá trình lan truyền dầu ngược thời gian trước 05 ngày với điều kiện môi

trường thực (CFSR và POM) với phát hiện sự cố dầu tràn lúc 00giờ ngày 25 tháng 7 năm

2008 theo các quy mô bước lưới không gian khác nhau

3.5. Đánh giá đô ổn định mô hình xuôi – ngược theo thời gian

Trong phần này, tác giả mô phỏng tương tự như vật thể trôi [40] và sinh vật

phù du [33]. Có nghĩa là mô phỏng xuôi – ngược theo thời gian (Hình 3.38 và Hình

3.39) và mô phỏng ngược – xuôi theo thời gian (Hình 3.40 và Hình 3.41).

Hình 3.38 thể hiện quá trình lan truyền dầu xuôi-ngược thời gian trước 07 ngày

với điều kiện môi trường thực (CFSR và POM) với sự cố dầu tràn lúc 00giờ ngày 05

tháng 2 năm 2007 (Hình 3.38a, b và c). Sau đó, sử dụng thời điểm cuối cùng tính

125

xuôi thời gian là thời điểm ban đầu phục vụ mô phỏng ngược thời gian (Hình 3.38d,

e và f). Thời điểm đầu của xuôi thời gian và cuối của ngược thời gian được thể hiện

chung trên hình 3.38f. Trên hình này cho thấy nồng độ cao nhất trùng với điểm xảy

ra sự cố dầu tràn. Hình 3.38c là hình thể hiện điểm cuối của mô phỏng xuôi thời gian

nhưng cũng là thời điểm đầu của mô phỏng ngược thời gian. Hình 3.38a và hình

3.38e là cùng thời điểm lúc 00 giờ ngày 08 tháng 02 năm 2007 nhưng hình 3.38a là

kết quả mô phỏng xuôi thời gian và hình 3.38e là kết quả mô phỏng ngược thời gian.

Trên hai hình này có điểm chung là khu vực có nồng độ cao thì trùng nhau. Tương

tự hình 3.38b và hình 3.38d là cùng thời điểm lúc 00 giờ ngày 10 tháng 02 năm 2007

nhưng hình 3.38b là kết quả mô phỏng xuôi thời gian và hình 3.38d là kết quả mô

phỏng ngược thời gian. Trên hai hình này cũng có điểm chung là khu vực có nồng

độ cao thì trùng nhau.

Tương tự mô phong cho tháng 2 năm 2007, các kết quả mô phỏng cho tháng 7

năm 2008 cũng cho thấy các thời điểm trùng nhau như hình 3.39f là thời điểm đầu

của mô phỏng xuôi thời gian và thời điểm cuối của mô phỏng ngược thời gian; Hình

3.39a và hình 3.39e là lúc 00giờ ngày 08 tháng 07 năm 2008; hình 3.39b và hình

3.39d là lúc 00giờ ngày 10 tháng 07 năm 2008. Hình 3.39c là thời điểm cuối của mô

phỏng xuôi thời gian và thời điểm đầu của mô phỏng ngược thời gian là lúc 00giờ

ngày 12 tháng 07 năm 2008. Kết quả của các vị trí trung tâm hay khu vực có nồng

độ lớn nhất giữa các thời điểm xuôi – ngược thời gian trùng nhau thì chúng cũng

trùng nhau và sai lệch không đáng kể.

Vậy, các kết quả mô phỏng xuôi-ngược thời gian trong chu kỳ 07 ngày theo

điều kiện yếu tố môi trường thực tháng 2 năm 2007 và tháng 7 năm 2008 cho thấy vị

trí khu vực có nồng độ cao nhất luôn luôn trùng trong không gian theo từng lát cắt

thời gian tương ứng. Kết quả tính toán cuối cùng như hình 3.38f và hình 3.39f là vị

trí sự cố dầu tràn ban đầu nằm trùng trong khu vực có nồng độ cao nhất của mô

phỏng ngược thời gian tại thời điểm lúc 00giờ ngày 05 tháng 02/2007 và tháng

07/2008.

126

Xu

ôi

thờ

i g

ian

Ng

ượ

c th

ời

gia

n

Hình 3.38. So sánh quá trình lan truyền dầu xuôi-ngược thời gian trước 07 ngày với điều

kiện môi trường thực (CFSR và POM) với sự cố dầu tràn lúc 00giờ ngày 05/02/2007

127

Xu

ôi

thờ

i g

ian

Ng

ượ

c th

ời

gia

n

Hình 3.39. So sánh quá trình lan truyền dầu xuôi-ngược thời gian trước 07 ngày với điều

kiện môi trường thực (CFSR và POM) với sự cố dầu tràn lúc 00giờ ngày 05/07/2008

128

Các kết quá này cũng phản ánh được cơ sở lý thuyêt được lựa chọn là phù hợp

giữa bài toán xuôi-ngược thời gian theo vị trí khu vực có nồng độ cao. Hạn chế của

kết quả mô phỏng do tác động ảnh hưởng của khuếch tán số mà là một trong những

nguyên nhân tạo ra vệt dầu ngược thời gian càng ngày càng lan rộng ra hơn của thời

điểm trước so với thời điểm sau.

3.6. Đánh giá đô ổn định mô hình ngược - xuôi thời gian

Tương tự như đánh giá ở mục 3.5, trong mục này đánh giá ngược lại là đánh

giá mô phỏng ngược thời gian sau đó lại mô phỏng xuôi thời gian trong chu kỳ 07

ngày. Các kết quả mô phỏng ngược – xuôi thời gian vào thời kỳ tháng 02 năm 2007

(Hình 3.40) và tháng 07 năm 208 (Hình 3.41).

Hình 3.40 thể hiện quá trình tính ngược-xuôi theo thời gian trong 07 ngày với

điều kiện đầu vào của yếu tố môi trường từ 00 giờ ngày 18 đến 00 giờ ngày 25 tháng

02 năm 2007, các kết quả phản ánh tương tự như Hình 3.38 với vị trí của nồng độ

dầu khu vực lớn nhất phù hợp. Hình 3.40f là thời điểm lúc 00 giờ ngày 25 tháng 02

năm 2007là kết quả đầu tiên của mô phỏng ngược thời gian và cũng là kết quả cuối

cùng của mô phỏng xuôi thời gian. Hình 3.40c là thời điểm lúc 00 giờ ngày 18 tháng

02 năm 2007 là kết quả cuối của mô phỏng ngược thời gian và cũng là kết quả đầu

của mô phỏng xuôi thời gian. Hình 3.40a và hình 3.40e là thời điểm lúc 00 giờ ngày

22 tháng 02 năm 2007 lần lượt mô phỏng ngược thời gian và mô phỏng xuôi thời

gian. Tương tự, hình 3.40b và hình 3.40d là thời điểm lúc 00 giờ ngày 20 tháng 02

năm 2007 lần lượt mô phỏng ngược thời gian và mô phỏng xuôi thời gian.

Hình 3.41 thể hiện quá trình tính toán mô phỏng tương tự như hình 3.40 đối

với điều kiện yếu tố môi trường đầu vào tháng 07 năm 2008.

Hình 3.41 thể hiện quá trình tính ngược-xuôi theo thời gian trong 07 ngày với

điều kiện đầu vào của yếu tố môi trường từ 00 giờ ngày 18 đến 00 giờ ngày 25 tháng

07 năm 2008, các kết quả phản ánh tương tự như Hình 3.39 với vị trí của nồng độ

dầu khu vực lớn nhất phù hợp.

129

Ng

ượ

c th

ời

gia

n

Xu

ôi

thờ

i g

ian

Hình 3.40. So sánh quá trình lan truyền dầu ngược-xuôi thời gian trước 07 ngày với điều kiện

môi trường thực (CFSR và POM) với phát hiện sự cố dầu tràn lúc 00giờ ngày 25/02/2007

130

Ng

ượ

c th

ời

gia

n

Xu

ôi

thờ

i g

ian

Hình 3.41. So sánh quá trình lan truyền dầu ngược-xuôi thời gian trước 07 ngày với điều kiện

môi trường thực (CFSR và POM) với phát hiện sự cố dầu tràn lúc 00giờ ngày 25/07/2008

131

Hình 3.41f là thời điểm lúc 00 giờ ngày 25 tháng 07 năm 2008 là kết quả đầu

tiên của mô phỏng ngược thời gian và cũng là kết quả cuối cùng của mô phỏng xuôi

thời gian. Hình 3.41c là thời điểm lúc 00 giờ ngày 18 tháng 07 năm 2007 là kết quả

cuối của mô phỏng ngược thời gian và cũng là kết quả đầu của mô phỏng xuôi thời

gian. Hình 3.41a và hình 3.41e là thời điểm lúc 00 giờ ngày 22 tháng 07 năm 2007

là kết quả trước mô phỏng ngược thời gian và cũng là kết quả mô phỏng xuôi thời

gian. Hình 3.41b và hình 3.41d là thời điểm lúc 00 giờ ngày 20 tháng 01 năm 2007

là kết quả mô phỏng ngược thời gian và cũng là kết quả mô phỏng xuôi thời gian.

Như vậy, các kết quả tinh toán mô phỏng quá trình lan truyền và biến đổi

ngược-xuôi thời gian là phù hợp về vị trí nồng độ cao tại các thời điểm trùng nhau

trong hình 3.40 và hình 3.41. Các kết quá này cũng phản ánh được cơ sở lý thuyêt

được lựa chọn là phù hợp giữa bài toán ngược-xuôi thời gian theo vị trí khu vực có

nồng độ cao.


Trong chương này thể hiện kết quả tính toán của mô hình đã được xây dựng:

- Các dữ liệu sử dụng cho điều kiện tính toán có nguồn gốc rõ ràng và độ đảm

bảo tin cậy cao như địa hình từ bản đồ đáy biển; khí tượng và hải dương từ sản

phẩm đề tài cấp nhà nước và số liệu thực theo CFSR và POM (đã được đánh giá); từ

các vụ tài nạn tràn dầu và dầu trôi dạt vào bờ năm 2007 và 2008.

- Đánh giá kiểm nghiệm các hiệu ứng khá nhau các sơ đồ sai phân, hiệu ứng

của các thành phần, hiệu ứng của quy mô lưới tính.

- Đánh giá thử nghiệm theo điều kiện đầu vào các yếu tố môi trường và dầu

tràn từ đơn giản đến phức tạp, xuôi và ngược thời gian. Các kết quả tính toán tham

gia đầy đủ với các quá trình động lực, phong hoá và biến đổi dầu. Đặc biệt, quá

trình tham số hoá ôxy hoá và phân huỷ sinh học đã được đưa vào tính toán.

Kết quả mô phỏng tính toán cho thấy khả năng ứng dụng của chương trình

tính toán đã xây dựng được trong tính toán lan truyền dầu tràn trên bề mặt biển và

truy nguyên vị trí phát thải.

132

KẾT LUÂN VA KIẾN NGHỊ

Kết luận

Từ kết quả nghiên cứu, tác giả đưa ra một số kết luận như sau:

1. Hệ thống hoá các công trình nghiên cứu đã được công bố về lan truyền và

biến đổi dầu tràn trong môi trường biển; về khả năng tìm kiếm nguồn thải. Cơ sở dữ

liệu về hiện trạng và nguy cơ khả năng gây ra sự cố tràn dầu trên khu vực Biển

Đông.

2. Nghiên cứu xác định về cơ sở lý thuyết bài toán lan truyền và biến đổi dầu

theo hai chiều không gian ngang, xuôi – ngược thời gian trong môi trường biển với

sự tham gia của các quá trình động lực, phong hoá và biến đổi tính chất dầu bằng

phương pháp tiếp cận Euler.

3. Nghiên cứu xác định bộ hệ số cho việc tham số hoá các quá trình bình lưu,

khuếch tán, bay hơi, nhũ tương hoá, hoà tan, phân tán thẳng đứng, hấp thụ trầm tích

và tương tác với bờ biển, và các quá trình ô-xy hoá, phân huỷ sinh học và biến đổi

tính chất dầu (mật độ, độ nhớt, biến đổi thể tích, sức căng bề mặt, chỉ số API).

4. Xây dựng được mô hình số tính toán lan truyền và biến đổi dầu tràn theo

phương pháp tiếp cận Euler. Nghiên cứu ứng dụng thử nghiệm tính toán mô phỏng

sự cố tràn dầu trên biển năm 2007 và 2008 tại khu vực Biển Đông với mô phỏng

xuôi thời gian và mô phỏng truy tìm vị trí nguồn thải dầu ngược thời gian.

Những kết quả thu được của luận án sẽ góp phần bổ sung tạo tiền đề vào

những nghiên cứu sự cố dầu tràn ở nước ta ngày càng phát triển và hoàn thiện hơn

trong tương lai.

Kiến nghị

Ứng dụng kết quả nghiên cứu:

Kết quả nghiên cứu này có thể tiếp tục được chuẩn hoá bộ số số liệu đầu vào

để phù hợp thực tiễn trở thành một công cụ hỗ trợ trong công tác quản lý và ứng

133

phó sự cố tràn dầu, nhằm tăng cường bảo vệ môi trường tốt hơn và định hướng khả

năng xác định tìm kiếm vị trí ban đầu của sự cố sau khi đã xảy ra.

Định hướng nghiên cứu tiếp theo:

- Tiếp tục nghiên cứu cụ thể với từng loại dầu được vận chuyển và khai thác

tại khu vực Biển Đông.

- Nghiên cứu phát triển thành mô hình mô phỏng ba chiều.

- Nghiên cứu phát triển mô hình mở rộng ứng dụng cho các dạng vật chất

khác.

134

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HOC CỦA TÁC GIẢ CÓ

LIÊN QUAN ĐẾN LUÂN ÁN

1. Nguyễn Quốc Trinh, Nguyễn Minh Huấn, Phùng Đăng Hiếu, Dư Văn Toán

(2013), “Mô phỏng lan truyền dầu trong sự cố tràn dầu trên vịnh Bắc Bộ

bằng mô hình số trị”, Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và

Công nghệ. T. 29(1S), tr. 168-178.

2. Nguyễn Quốc Trinh, Nguyễn Minh Huấn, Dư Văn Toán, Phạm Văn Tiến

(2014), “Quy chuẩn hệ cao độ phục vụ lồng ghép bản đồ lục địa và bản đồ

biển”, Tuyển tập báo cáo Hội nghị khoa học ngành địa hình quân sự lần thứ

4, Hà nội, tháng 09/2014

3. Nguyễn Minh Huấn, Nguyễn Quang Vinh, Phạm Văn Tiến, Phùng Đăng

Hiếu, Nguyễn Quốc Trinh (2015), “Nghiên cứu mô phỏng dòng chảy, nhiệt

độ và độ muối ba chiều khu vực Biển Đông bằng mô hình POM”, Tạp chí

Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ. T. 31(3S), tr. 225-

234.

4. Nguyễn Quốc Trinh, Nguyễn Minh Huấn, Phùng Đăng Hiếu, Nguyễn Quang

Vinh (2015), “Mô phỏng một số quá trình phong hóa dầu trong môi trường

biển”, Tạp chí Dầu khí, 04, tr. 51-59.

5. Nguyễn Quốc Trinh, Nguyễn Minh Huấn, Phùng Đăng Hiếu, Nguyễn Quang

Vinh (2015), “Đánh giá quá trình vật lý dầu tràn trong môi trường biển”, Tạp

chí Dầu khí, 12, tr. 51-60.

6. Nguyễn Quốc Trinh (2017), “Nghiên cứu và phát triển mô phỏng lan truyền

và biến đổi dầu tràn tại khu vực Biển Đông”, Tạp chí Dầu khí, 8, tr 51-59.

7. Trinh Quoc Nguyen (2017), “Research and development to oil spill

simulation backward in time at East Vietnam Sea”,. Journal of Petroleum

and Environmental Biotechnology, 8(5): 344, 7p., doi: 10.4172/2157-

7463.1000344.

135

TAI LIỆU THAM KHẢO

Tiếng Việt

1. Vũ Thanh Ca và nnk (2007), “Nghiên cứu xác định nguyên nhân tràn dầu khu

vực Trung Trung bộ”, Tuyển tập Báo cáo Hội thảo khoa học lần thứ 10, Viện

KTTV&MT, 3/2007, trang 32-39.

2. Nghiêm Trung Dũng (2005), Nghiên cứu mức độ phát thải và lan truyền các

Hydrocacbon thơm đa vòng (PAH) tại Hà Nội, Luận án Tiến sĩ Môi trường,

Trường Đại học Bách khoa Hà nội, Bộ Giáo dục và Đào tạo, Hà Nội.

3. Nguyễn Đình Dương (2010), Ô nhiễm dầu trên vùng biển Việt Nam và Biển Đông,

Báo cáo tổng kết đề tài mã số KC.09.22/06-10, Chương trình Khoa học Công nghệ

Biển, Hà Nội.

4. Phùng Đăng Hiếu (2011), Xây dựng chương trình mô phỏng vết dầu loang

khu vực biển phía nam và tây Nam Bộ Việt Nam, Báo cáo tổ kết dự án thuộc

Tổng cục trưởng Tổng cục Biển và Hải đảo Việt Nam, Bộ Tài nguyên và Môi

trường, Hà Nội.

5. Nguyễn Minh Huấn (2011), Nghiên cứu phát triển và ứng dụng công nghệ dự báo

hạn ngắn trường các yếu tố thuy văn biển khu vực Biển Đông, Báo cáo tổng kết đề

tài mã số KC.09.16/06-10, Chương trình Khoa học Công nghệ Biển, Hà Nội.

6. Nguyễn Minh Huấn (2016), Nghiên cứu xây dựng quy trình công nghệ dự báo quỹ

đạo chuyển động trôi trên mặt nước cua vật thể phục vụ công tác tìm kiếm cứu hộ,

cứu nạn trên Biển Đông. Báo cáo tổng kết đề tài. Chương trình Khoa học Công

nghệ Biển, mã số KC.09.27/11-15. Hà Nội.

7. Đinh Văn Mạnh và nnk (2002), Hướng dẫn sử dụng phần mềm OST-2D, dự

báo quỹ đạo vệt dầu tràn do sự cố, Công ty dầu khí Việt – Nhật. Hà Nội.

136

8. Đinh Văn Mạnh và nnk (2003), Hướng dẫn sử dụng phần mềm OST-3D, dự

báo quỹ đạo vệt dầu tràn do sự cố, Xí nghiệp Liên doanh Dầu khí Việt – Xô,

Hà Nội.

9. Đinh Thị Ngọ (2006), Giáo trình “Hoá học Dầu mỏ và Khí”, Nhà xuất bản

khoa học và kỹ thuật, Hà Nội.

10. Nguyễn Hữu Nhân (2008), “Phần mềm trợ giúp quản trị ô nhiễm do tràn dầu

ra biển OILSAS”, Tạp chí Khí tượng Thuy văn, T. 567, trang14-28.

11. Phạm Văn Ninh và nnk (1990), Ô nhiễm biển, Báo cáo tổng kết đề tài mã số

48B-05-03. Chương trình trọng điểm cấp Nhà nước, Hà Nội.

12. Trần Hồng Thái và nnk (2007), “Xây dựng mô hình xác định nhanh nguồn gây

ô nhiễm dầu và mô phỏng diễn biến ô nhiễm dầu trên biển Đông bằng mô hình

MIKE-SA”, Hội nghị Cơ học Thuy khí toàn quốc, tháng 7/2007.

13. Vũ Công Thắng (2004), Nghiên cứu đặc trưng biến đổi cua dầu thô Việt Nam

trong điều kiện môi trường biển miền Đông Nam Bộ và khảo sát một số

phương pháp nhận dạng nguồn gốc dầu ô nhiễm, Luận án Tiến sĩ, Trường Đại

học Bách khoa Hà nội, Bộ Giáo dục và Đào tạo, Hà Nội.

14. Nguyễn Quốc Trinh, Nguyễn Minh Huấn, Phùng Đăng Hiếu, Dư Văn Toán

(2014), “Mô phỏng chuyển động trôi của vật thể trên Biển Đông bằng phương

pháp số”, Tạp chí Khí tượng thuy văn, T. 640, trang. 39-45.

15. Biển Đông, tập II (2001), Khí tượng thuy văn động lực biển, Chương trình

điều tra nghiên cứu biển cấp Nhà nước KHCN.06, 1996-2000, Nxb ĐHQG Hà

Nội.

16. Cục Kiểm soát ô nhiễm (2011), Điều tra, đánh giá, dự báo nguy cơ sự cố tràn

dầu gây tổn thương môi trường biển; đề xuất các giải pháp ứng phó thuộc dự

án Điều tra, đánh giá mức độ tổn thương tài nguyên – môi trường, khí tượng

thuy văn biển Việt Nam; dự báo thiên tai, ô nhiễm tại các vùng biển. Báo cáo

tổng kết dự án thuộc Tổng cục Môi trường, Bộ Tài nguyên và Môi trường, Hà

Nội.

137

17. Công ty Liên doanh Điều hành chung Lam Sơn (2011), Dự án phát triển mỏ

Thăng Long – Đông Đô, Lô 01-97 & 02-97, Ngoài khơi Việt Nam, Đánh giá

Tác động Môi trường, Thành phố Hồ Chí Minh.

18. Công ty Liên doanh Điều hành Cửu Long (CLJOC) (2013), Dự án phát triển

khu vực Đông Bắc mỏ Sư tử vàng, Lô 15-1, Ngoài khơi Đông Nam Việt Nam,

Đánh giá Tác động Môi trường, Thành phố Hồ Chí Minh.

19. Liên doanh Việt – Nga VietXoPetro (2013), Dự án phát triển mỏ Gấu trắng,

Đánh giá Tác động Môi trường, Bà Rịa – Vũng Tàu.

20. QCVN 08:2008/BTNMT (2008), Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng

nước mặt, Bộ Tài nguyên và Môi trường, Hà Nội

21. QCVN 10:2008/BTNMT (2008), Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng

nước biển ven bờ, Bộ Tài nguyên và Môi trường, Hà Nội.

22. Trung tâm Giám sát Tài nguyên Môi trường và Thiên tai (2011), Cơ sở dữ liệu

phân tích, Cục Viễn thám Việt Nam, Bộ Tài nguyên và Môi trường, Hà Nội.

23. Trung tâm Quan trác Môi trường (2011), Cơ sở dữ liệu phân tích, Tổng cục

Môi trường, Bộ Tài nguyên và Môi trường, Hà Nội.

Tiếng Anh

24. Aamo O. M., Reed M., and Lewis A. (1997), Regional contingency planning

using the OSCAR oil spill contingency and response model, Paper presented at

1997 Oil Spill Conference, Am. Pet. Inst., Ft. Lauderdale, Fla.

25. Aghajanloo K., et al (2013), “Numerical Simulation of Oil Spill Behavior in

the Persian Gulf”, Int. J. Env. Res., 7(1), pp. 81-96.

26. Allen A. A. and Plourde J. V. (1999), Review of Leeway, Field Experiments

and Implementation, USCG R&D Center Technical Report CG-D-08-99.

138

27. Al-Rabeh A. H., Lardner R. W. and Gunay N. (2000), “Gulfspill Version 2.0:

a Software Package for Oil Spills in the Arabian Gulf”, Environmental Model-

ling & Software, 15(4), pp. 425-442.

28. Ambjorn C. M., et al (2011), “Seatrack Web : The HELCOM Tool for Oil

Spill Prediction and Identification of Illegal Polluters In Oil Pollution in the

Baltic Sea”, Hdb.Env. Chem., DOI 10.1007/698_2011_120, Springer-Verlag

Berlin Heidelberg.

29. Amorocho J. and DeVries J. J. (1980), “A new evaluation of the wind stress

coefficient over water surface”, J. Geophys. Res., 85(C1), pp. 433–442.

30. Atlas R. (1991), “Microbial hydrocarbon degradation-bioremediation of oil

spills”, J. of Chem. Tec. & Bio., 52, pp.149-156.

31. Badri M. A. and Azimian A. R. (2010), “Oil spill model based on the Kelvin

wave theory and artificial wind field for the Persian Gulf”, Indian J. of Marine

Science, 39( 2), pp. 165-181.

32. Baker S., et al (1993), “Long-term fate and effects of untreated thick oil de-

posits on salt marshes”, Proc. of Oil Spill Conf., pp. 395-400.

33. Batchelder H. P. (2006), “Forward-in-Time-/Backward-in-Time-Trajectory

(FITT/BITT) Modeling of Particles and Organisms in the Coastal Ocean”, J.

of Atm. and Oce. Tec., 23, pp. 727-741

34. Belore R., (2005), The SL Ross Oil Spill Fate and Behaviour Model, Retrieved

2017 from

http://www.slross.com/publications/SLR/Description_of_SLROSM.pdf

35. Bergueiro J. R., et al (2006), “Simulation of oil spillat the Casablanca platform

(Tarragona Spain) under different environmental conditions”, J. of Maritiem

Research, 3(1), pp. 55-72.

36. Berry A., Dabrowski T. and Lyons K. (2012), The oil spill model OILTRANS

and its application to the Celtic Sea, Manuscript for OILTRANS model, Ma-

rine Institute, Rinville, Oranmore, Co. Galway, Ireland.

http://openurl.library.uiuc.edu/sfxlcl3?sid=Refworks%3AUniversity%20of%20Illinois&charset=utf-8&__char_set=utf8&genre=article&aulast=Atlas&auinit=R.M.&title=Journal%20of%20Chemical%20Technology%20%26%20Biotechnology&date=1991&volume=52&pages=149-156&issue=2&issn=1097-4660&atitle=Microbial%20hydrocarbon%20degradation-bioremediation%20of%20oil%20spills&spage=149&au=Atlas%2CRonald%20M.%20&doi=10.1002%2Fjctb.280520202&

http://openurl.library.uiuc.edu/sfxlcl3?sid=Refworks%3AUniversity%20of%20Illinois&charset=utf-8&__char_set=utf8&genre=article&aulast=Atlas&auinit=R.M.&title=Journal%20of%20Chemical%20Technology%20%26%20Biotechnology&date=1991&volume=52&pages=149-156&issue=2&issn=1097-4660&atitle=Microbial%20hydrocarbon%20degradation-bioremediation%20of%20oil%20spills&spage=149&au=Atlas%2CRonald%20M.%20&doi=10.1002%2Fjctb.280520202&

139

37. Blake R. D. (1991), “The dependence of wind stress on wave height and wind

speed”, J. Geophys. Res. 96 (C11), pp. 20531-20545.

38. Blokker P. C. (1964). “Spreading and evaporation of petroleum products on

water”, Proc. of 4th Int. Harbor Congr., pp. 911–919.

39. Brebbia C. A. (2001), Oil spill modeling and processes, WIT Press: U.K.

40. Breivik Ø, et al (2011b). BACKTRACK: backtracking drifting objects using an

iterative algorithm with a forward trajectory model, Ocean Dynamamic.

41. Broström G. A., et al (2011), “Usefulness of High Resolution Coastal Models

for Operational Oil Spill Forecast: The Full City Accident”, Ocean Science 7,

pp. 805-820.

42. Brutsaert W and Yeh G. T. (1970), “A power wind law for turbulent transfer

computations”, Water Resource Research, 6, pp. 1387- 1391.

43. Buchanan I. and Hurdford N. (1988), “Methods for predicting the physical

changes in oil spilt at sea”, Oil & Chemical Pollution, 4, pp. 311-328.

44. Buranapratheprat A. and Tanjaaitrong S. (2000), Hydrodynamic model for oil

spill trajectory prediction, Chulanlongkorn University, Bangkok, Thailand.

45. Carmo J. A., J.L. Pinho and J.P. Vieira (2010), “Oil Spills in Coastal Zones:

Predicting Slick Transport and Weathering Processes”. Journal of The Open

Ocean Engineering, 3, pp. 129-142.

46. Cho Y. S., et al, (2012), “Numerical Simulation of Oil Spill in Ocean”. J. of

App. Mat., 2012, ID. 681585, 15 p.http://dx.doi.org/10.1155/2012/681585

47. Chao X, et al, (2003), “Development and application of oil spill model for sin-

gapore coastal waters”, J. Hyd. Eng., 129 (7), pp. 495-503.

48. Cianelli D., et al (2007), Particle exchange and residence times in the North

Western Mediterranean, Nuovo. Cimento. C. 30, 138149.

49. Coastal Engineering Research Center (1984), Shore Protection Manual, 1,

Department of the Army, U.S. Army Corps of Engineers, Washington, DC.

https://www.hindawi.com/49584651/

http://dx.doi.org/10.1155/2012/681585

140

50. Cohen Y., Mackay D. and Shiu W. Y. (1980), “Mass Transfer Rates Between

Oil Slicks and Water”, The Canadian J. of Chem. Eng., 58, pp. 569-575.

51. Courant R., Friedrichs K. and Lewy H. (1928). "Über die partiellen Differen-

zengleichungen der mathematischen Physik", Mathematische Annalen (in

German), 1, pp 32–74.

52. Cybulski Z., et al (2003), “The influence of emulsiflers on hydrocarbon bio-

degradation by Pseudomondacea and Bacillacea strains”, Spill Sci. Tec. Bull.

8, pp. 503–507.

53. Daling, P.S. and Strom T. (1999), “Weathering of oils at sea: Model/field

data comparisons”. Spill Sci. & Tec. Bul., 5(1), pp. 63-74.

54. Daling P. S., et al (2003), “Norwegian testing of emulsion properties at sea -

the importance of oil type and release conditions”, Spill Sci. & Tec. Bul., 8(2),

pp. 123–136.

55. Daniel P., et al (2002), “Drift Modelling of Cargo Containers”. Spill Sci. &

Tec. Bul., 7(5-6), pp. 279-288.

56. Davidson F. J. M., et al (2009), “Applications of GODAE ocean current fore-

casts to search and rescue and ship routing”, J. Ocean., 22(3), pp.176–81.

57. Delvigne G.A.L and Sweeney C.E. (1988), “Natural dispersion of oil”, J. Oil

and Chem. Pol., 4, pp. 281-310.

58. Dinh Van Uu, Ha Thanh Huong and Pham Van Tien (2013), “Development of

Modeling System to Simulate Hydrodynamic and Environmental Quantities in

the Hai Phong Estuary, Vietnam”, The 14th Asia Congress of Fluid Mechan-

ics ACFM14, October 15-19, Hanoi and Ha Long, Vietnam, 628.

59. Dominicis M. De., Pinardi N., Zodiatis G., and Lardner R. (2013), “MED-

SLIK-II, a Lagrangian marine surface oil spill model for short-term forecast-

ing – Part 1: Theory”, Geosci. Model Dev., 6, pp. 1851–1869.

http://hmo.hus.vnu.edu.vn/file.php?file_id=685



141

60. Ehsan Sarhadi Zadeh and Kourosh Hejazi (2012), Eulerian Oil SpillsModel

Using Finite-VolumeMethod with Moving Boundary and Wet-Dry Fronts,

Hindawi Publishing Corporation, Modelling and Simulation in Engineering,

2012, Article ID 398387, 7 pages.

61. Ekman V.W. (1905). “On the influence of the earth's rotation on ocean cur-

rents”, Ark. Mat. Astron. Fys, 2 (11), pp.1–52.

62. Fabbroni N. (2009), “Numerical simulations of passive tracers dispersion in

the sea”. PhD thesis, Alma Mater Studiorum – Università di Bologna, Bolo-

gna, Italy.

63. Fang J. and Wong K. F. V. (2006), “An advanced VOF algorithm for oil boom

design”, Int. J. of Mod. & Sim., 26(1), pp. 36-44.

64. Farrell K. J. and Cawley A.M. (1996), “Hydrographic tracking and oil weath-

ering model for contingency planning and emergency response in the Shannon

Estuary, Ireland”, Irish Marine Science 1995, Galway University Press Ltd.

Galway, pp. 617-626.

65. Fay J. A. (1969), “The spread of oil slicks on a calm sea”, Hoult, D.P. (ed.),

Oil on the sea, Plenum Press, New York, NY, USA, pp. 53-64.

66. Fay J. A. (1971), “Physical processes in the spread of oil on a water surface”,

Proc. Joint API-EPA-USCG Conf. on the Prevention and Control of Oil Spills,

API, Washington, DC, USA, 15-17 June 1971, pp. 463-467.

67. Fick A. (1855), "Ueber Diffusion", Ann. der Physik (in German), 170(1), pp.

59–86.

68. Fingas M. (2011), Oil spill science and technology, Elsevier-Gulf Prof. Publ.,

1156 pp.

69. Fisher H. B., et al (1979), “Mixing in Inland and Coastal waters”. Academic

Press, San Diego, CA, USA.

142

70. French McCay D. P. and Payne J. R. (2001), “Model of oil fate and water con-

centrations with and without application of dispersants”, Proc. of the 24th

AMOP Technical Seminar, Emergencies Science Division, Environment Can-

ada, Ottawa, Ontario, Canada, pp. 611-645.

71. French-McCay D. P. (2004), “Oil Spill Impact Modeling: Development and

Validation”, Environmental Toxicology & Chemistry, 23(10), pp. 2441-2456.

72. French-McCay D. P. (2011), Oil Spill Modeling for Ecological Risk and Natu-

ral Resource Damage Assessment, Int. Oil Spill Conf.

73. Garcia-Martinez R. and Flores Tovar H. (1999), “Computer modeling of oil

spill trajectories with a high accuracy method”, Spill Sci. Technol. Bull., 5 (5-

6), pp. 323-330.

74. Ghiassi R., Heydariha J. Z. and Moghadam A. M. (2012), “Development and

Application of Accurate Oil Spill Model for the Persian Gulf”, Australian J. of

Bas. & App. Sci., 6(8), pp. 520-533.

75. Gregory E. and Angelica M. (2010), Predictive Data-Derived Bayesian Statis-

tic-Transport Model and Simulator of Sunken Oil Mass, Doctoral Dissertation,

University of Miami, USA.

76. Guizien K., et al (2006), Dispersal of owenia fusiformis larvae by winddriven

currents: turbulence, swimming behaviour and mortality in a threedimension-

al stochastic model, Mar. Ecol., Prog. Ser. 311, 4766.

77. Gundlach E.R. (1987), “Oil holding capacities and removal coefficients for

different shoreline types to computer simulate spills in coastal waters”, Proc.

of the Oil Spill Conf., pp. 451-457.

78. Gupta H. V., et al (1999), “Status of automatic calibration for hydrologic

models: Comparison with multilevel expert calibration”, J. Hyd. Eng., 4(2),

pp. 135-143

79. Hang O., Evensen, P. and Martinsen, E.A. (1989), Oil models for the south

China sea, Technical Report No. 70, Det Norslse Meteorologiske Institut.

143

80. Hayes M., Michel J. and Noe, D. (1991), “Factors controlling initial deposi-

tion and long-term fate of spilled oil in gravel beaches”, Proc. of Oil Spill

Conf., pp. 453-460.

81. Hoult D. P. (1972), “Oil Spreading on the Sea”, Annual Review of Fluid Me-

chanics, pp. 341-368.

82. Howlett E. and Jayko K. (1998), COZOIL (Coztal Zone Oil Spill Model),

Model Improvments and Linkage to a Graphical User Interface, Submitted to

21st AMOP, Tec. Sem., Canada.

83. Huang J.C. (1983), “A review of the state-of-the art of oil spill fate/behavior

models”, Proc. of the Int. Oil Spill Conference., pp. 313 - 322.

84. Humphrey B., Owens E. and Sergy G. (1993), “Development of a stranded oil

in coarse sediment model”, Proc. of Oil Spill Conf., pp. 575-582.

85. Johansen Ø. (2003), “Development and verification of deep-water blowout

models”, Marine Pol. Bul., 47, p. 360-368.

86. Jones R.K. (1997), “A simplified pseudo-component oil evaporation model”,

Proc. of the 20th AMOP, Tec. Sem., Environment Canada, 1, pp. 43-61.

87. Kenney J. F. and Keeping E. S., (1962a), "Linear Regression and Correlation",

Ch. 15 in Mathematics of Statistics, Pt. 1, 3rd ed. Princeton, NJ: Van Nos-

trand, pp. 252-285.

88. Kenney J. F. and Keeping E. S., (1962b), "Root Mean Square" Sec. 4.15

in Mathematics of Statistics, Pt. 1, 3rd ed. Princeton, NJ: Van Nostrand,

pp. 59-60.

89. Kolpack R. L., Plutchak N. B. and Stearns R. W. (1977), Fate of Oil in a Wa-

ter Environment - Phase II, a Dynamic Model of the Mass Balance for Re-

leased Oil, University of Southern California, Prepared for American Petrole-

um Institute, API Publication 4313, Washington, D.C.

http://www.amazon.com/exec/obidos/ASIN/B0007HR7SY/ref=nosim/ericstreasuretro

http://www.amazon.com/exec/obidos/ASIN/B0007HR7SY/ref=nosim/ericstreasuretro

144

90. Koops W., Smit M. G. D. and Devos R. (2003), “Net Environmental-

Economic benefit analysis model”, Proc. of the Int. Oil Spill Conf., British Co-

lumbia, Canada.

91. Kowalik. Z. and Murty, T.S. (1995), Numerical Modeling of Ocean Dynamics,

World Scientics, Singapore.

92. Lehr W.J. (2010), Review of modeling procedures for oil spill weathering be-

havior, Hazmat Division, NOAA, USA.

93. Li M. (1996), “Representing turbulent dispersion in oil spill models”, Proc. of

AMOP, Tec. Sem., Calgary, Canada, pp. 671-684.

94. Mackay D., Mascarenhas I. B. and Paterson S. (1980), Oil spill processes and

models, Report EE8, Environment Canada.

95. Mateus M. and Fernandes R. (2008), Modelling pollution “Oil spill and faecsl

contamination”, Perspectives on integrated coastal zone management in south

America.

96. Menke W. (1984), Geophysical Data Analysis: Discrete Inverse Theory, Aca-

demic Press, Orlando, 260p.

97. Miller C.B., et al (1998), “Coupling of an Individual Based Population Dy-

namic Model of Calanus finmarchicus to a Circulation Model for the Georges

Bank Region”, J. Fish. Ocean., 7, pp. 219-234.

98. Mooney M. (1951), “The viscosity of a concentrated suspension of spherical

particles”, J. Colloidal Science, 10, pp.162-170.

99. Nagheeby M. and Kolahdoozan M. (2010), “Numerical modeling of two-

phase fluid flow and oil slick transport in estuarine water”, Int. J. Environ. Sci.

Tech., 7 (4), pp. 771-784.

100. Nash J. E., and Sutcliffe J. V. (1970), “River flow forecasting through concep-

tual models: Part 1. A discussion of principles”, J. Hyd., 10(3), pp. 282-290.

145

101. Newton I. (1729), Mathematical Principles of Natural Philosophy, 1729 Eng-

lish translation based on 3rd Latin edition (1726), 1&2, containing Book 1, 2

& 3.

102. Nguyen Duc Huynh (2008), Oil Spill in Viet Nam Facts and Challenges, Re-

port at Workshop for Oil Spill, Hanoi, Vietnam.

103. Nittis K., et al (2006), “Operational Monitoring and Forecasting for Marine

Environmental Applications in the Aegean Sea”, Environmental Modelling

Software, 21, pp. 243–257.

104. Owens, Edward H. and Lance D. (1999), “Spill Response Strategies for Rivers

in a Remote Deltaic Environment”, Proc, of the Int. Oil Spill Conf., API,

Washington, DC, pp 453-458.

105. Paladino E. E. and Maliska C. R. (2000), “Numerical simulation of oil spill

trajectories in the sea”, Proc. do 9no. Congreso Chileno de Ingeniería

Mecánica (COCIM CONAE), Valparaiso.

106. Papadimitrakis I. A, Psaltaki M. and Markatos N.(2011), “Three-dimensional

oil spill modelling. Natural dispersion and the spreading of oil-water emul-

sions in the water column”, Global nest journal, 13(4), pp 325-338

107. Payne, J.R. et al., (1987), "Development of a predictive model for the weather-

ing of oil in the presence of sea ice”, US Dept. Commerce, NOAA, OCSEAP

Final Report 59, pp. 147-465.

108. Perianez R. (2007), “Chemical and oil spill rapid response modelling in the

Strait of Gibraltar–Alboran Sea”, J. Ecol. Model., 207, pp. 210–222.

109. Perry C. (1992), Manual del Ingeniero Químico, México: McGraw-Hill.

110. Popescu D. M. and Nistoran-Gogoase D. E. (2005), Oil spill modeling on riv-

ers - an efficient forecast tool. Part 1: Physico-chemical processes, Univ. of

Bucharest, Bucharest, Romania.

https://en.wikipedia.org/wiki/Mathematical_Principles_of_Natural_Philosophy

https://books.google.com/books?id=Tm0FAAAAQAAJ

146

111. Potempski S. and Galmarini S. (2006), Implementation and Applications of a

Trajectory Model. European Commission - DG Joint Research Centre, Insti-

tute for Environment and Sustainability, Transport and Air Quality Unit. IT-

21020 Ispra (VA), Italy.

112. Prince R. C. (2010), “Bioremediation of Marine Oil Spills”, Bioremediation of

Marine Oil Spills, pp. 2617-2630.

113. Proctor R., Elliot A.J. and Flather R.A. (1994), “Forecast and simulations of

the Braer oil spill”, Marine Pol. Bul., 28, pp219–229.

114. Quang A. D., et al (2007), “On the numurical solution of some proplems of envi-

romental pollution”, Ari Pol. Research Advances, pp. 171-200.

115. Rao K.S. (2007), “Source estimation methods for atmospheric dispersion” , J.

Atm. Env., 41(33), pp.6964 - 6973.

116. Rasmussen D. (1985), “Oil Spill Modeling-a Tool for Cleanup Operations”.

Proc. of Oil Spill Conf., US Coat Guard, API, Environment Protection Agen-

cy, Los Angeles, California, pp. 243-149.

117. Reed M., Aamo O.M. and Downing K. (1996), “Calibration and testing of

lKU's Oil Spill Contingency and Response, OSCAR) model aystem”, Proc. of

the Nineteenth Arctic and Marine Oil Spill Program Technical Seminar, Envi-

ronment Canada: Ottawa, Canada, pp, 689-727.

118. Reed M. (2000), “A multicomponent 3D oil spill contingency and reponse

model”, In 23rd Arctic and Marine Oilspill Programme, AMOP Technical

Seminar, Ottawa,Canada, pp. 663-680.

119. Riazi M. R. and Edalat M. (1996), “Prediction of the rate of oil removal from

seawater by evaporation and dissolution”, J. of Petroleum Sci. Eng., 16, No. 4,

pp. 291-300.

120. Samuels, W. B., N. E. Huang, D. E. Amstutz (1982), “An Oil Spill Trajectory

Analysis Model with a Variable Wind Deflection Angle”, J. Ocean Eng., 9,

pp. 347-360.

147

121. Schramm L.L. (1992), Emulsions Fundamentals and Applications in the Pe-

troleum Industry. American Chemical Society. Washington, DC, 428 pp.

122. Sebastiao P. and Guedes S. (1995), “Modeling the Fate Oil Spills at Sea”. Spill

Sci. & Tec. Bul., 2, No. 2/3, pp.121-131.

123. Seibert P. and Frank A. (2004), “Source-receptor matrix calculation with a

Lagrangian particle dispersion model in backward mode”. J. Atmos. Chem.

Phys., 4, pp 51–63.

124. Shen H.T. and Yapa P.D. (1988), “Oil slick transport in rivers”. ASCE, J. Hy-

draulic Eng., 114 (5), pp. 529-543.

125. Smith S.D. (1988), “Coefficients for sea surface wind stress, heat flux, and

wind profiles as a function of wind speed and temperature”. J. of Geophysical

Research, 93 (C12), pp.15467-15472.

126. Sobey R.J. and Barker C.H. (1997), “Wave- driven Transport of Surface Oil”,

J. of Coastal Research, 13(2). pp. 490-496.

127. Spaulding M. I., et al (1992), “OILMAP : A global approach to spill model-

ling”. Proc. 15th AMOP Tec. Sem., Env. Canada, Ottawa, Ontario, pp. 15-21.

128. Speirs D.C., et al (2006), “Oceanscale modelling of the distribution, abun-

dance, and seasonal dynamics of the copepod Calanus finmarchicus”. Mar.

Ecol., Prog. Ser. 313, pp. 173-192.

129. Stiver W. and Mackay D. (1984), “Evaporation rate of spills of hydrocarbons

and petroleum mixtures”. Environ. Sci. Technol., 18, pp. 834-840.

130. Stohl A., et al (2003), “A backward modeling study of intercontinental pollu-

tion transport using aircraft measurements”, J. Geophys. Res. 108, pp. 43-70.

131. Stolzenbach K. D., et al (1977), Review and evaluation of basic techniques for

predicting the behaviour of surface oil slicks, Rep. Massachusetts Inst. Tech-

nol., Dep. Civil Engng. N°. 222, 315p.

132. Sveum P. and Bech, C. (1993), “Natural self-cleaning and enhanced selfclean-

148

ing of crude oil, crude oil emulsions and diesel fuel from Arctic shoreline sed-

iments”, Proc. of AMOP Seminar, pp. 1137-1148.

133. Swannell R.P.J. and Daniel, F. (1999), “Effects of dispersants on oil biodegra-

dation under simulated marine conditions”, Proc. of the 1999 International Oil

Spill Conf., pp. 169-176.

134. Thomas P. (2012), Lectures for Lagrangian Coherent Structures (LCSs) and

their application to ocean transport, Vietnam National University, Hanoi.

135. Tkalich P. (2006), “A CFD solution of oil spill problems”. J. Env. Mode. &

Soft., 21/2, pp 271-282.

136. Venosa A. D. and Zhu X. (2003), “Biodegradation of crude oil contaminating

marine shorelines and freshwater wetlands”, Spill Sci. & Tec. Bul. 8, pp 163-

178.

137. Wang J. and Yongming C. (2010), “Modeling oil spills transportation in seas

based on unstructured grid, finite-volume, wave-ocean model”. J. Ocean Eng.,

35, pp. 332-344.

138. Wang S. D., et al (2008), “Three-dimensional numerical simulation for

transport of oil spills in seas”, J. Ocean Eng., 35(5-6), pp. 503–510.

139. Warluzel A. and Benque, J. P. (1981), “Un modèle mathématique de transport

et d’etalement d’une nappe d’hydrocarbures”. Proc. Conf. of Mechanics of Oil

Slicks. Paris, France, pp.199–211.

140. ASCE (1996), “Task Comminittee on Modeling of Oil Spills of the Water Re-

sources Engineering Division (1996), State-of-the-Art Review of Modeling

Transport and Fate of Oil Spills”, J. Hyd. Eng., 122(11), pp. 594-609.

141. DHI Software (2012), Mike 21 & Mike 3 PA/SA, Particle Analysis and Oil

Spill Analysis Module, User Guide, Denmark.

142. IKU, (Institut For Kontinentalsokkel Undersogelser) (1984), The experimental

oil spill in Haltenbanken 1982, IKU Publ. No. 112, Trondheim, Norway.

149

143. National Research Council (NRC) (2003), Oil in the Sea III: Inputs, Fates,

and Effects, National Academy Press, Washington, D.C., USA.

144. NOAA (2000), ADIOS (Automated Data Inquiry for Oil Spills) version 2.0.

Seattle: Hazardous Materials Response and Assessment Division, NOAA,

Prepared for the U. S. Coast Guard Research and Development Center.

145. NOAA (2002), GNOME User’s Manual, HAZMAT, USA, 91 p.

146. WL/Delft Hydraulics (2003), “User manual Delft3D-PART”, The Nether-

lands.

147. Wendy Laursen (2013) “South China Sea offers opportunities, challenges”,

Ofshore news, http://www.offshore-mag.com/articles/print/volume-73/issue-

9/asia-pacific/south-china-sea-offers-opportunities-challenges.html

Internet

148. International Tanker Owners Pollution Federation Ltd (2016),

http://www.itopf.com/

149. The Ocean Portal Team (2016), “Gulf or BP Oil Spill”

http://ocean.si.edu/gulf-oil-spill

150. VesselFinder Ltd (2016), https://www.vesselfinder.com/

151. The Climate Forecast System Reanalysis (2014), http://cfs.ncep.noaa.gov/cfsr/

152. Cục Hàng hải Việt Nam (2016, 2017), http://www.vinamarine.gov.vn

153. Péclet number (2016), https://en.wikipedia.org/wiki/P%C3%A9clet_number

154. Tiềm năng của Biển Đông (18/12/2015) , https://baotintuc.vn/bien-dao-viet-

nam/tiem-nang-cua-bien-dong-20151217130812887.htm

155. The National Forecasting Centre of Météo-France (2017),

http://www.meteorologie.eu.org/mothy/

https://www.google.com/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=8&cad=rja&uact=8&sqi=2&ved=0ahUKEwjVmvzPnsrMAhXiJqYKHaxrDw4QFggxMAc&url=http%3A%2F%2Fwww.environmental-expert.com%2Fcompanies%2Finternational-tanker-owners-pollution-federation-ltd-itopf-21317&usg=AFQjCNGrlykzvZ2Iy4qY_ct-6YyWgoLD7w&sig2=4GSeU4MxeVMQwZD11Ag6Nw&bvm=bv.121421273,d.dGY

http://www.itopf.com/

http://ocean.si.edu/gulf-oil-spill

https://www.vesselfinder.com/

http://cfs.ncep.noaa.gov/cfsr/

http://www.vinamarine.gov.vn/

https://en.wikipedia.org/wiki/P%C3%A9clet_number

https://baotintuc.vn/bien-dao-viet-nam/tiem-nang-cua-bien-dong-20151217130812887.htm

https://baotintuc.vn/bien-dao-viet-nam/tiem-nang-cua-bien-dong-20151217130812887.htm

http://www.meteorologie.eu.org/mothy/

150

PHỤ LỤC

Phụ lục 1.1. Thống kê các sự cố tràn dầu lớn tại Việt Nam

TT Tên tàu Thời gian Địa điểm Nguyên

nhân

Loại

dầu

Lượng dầu

tràn

Thiệt hại

Kinh tế Môi

trường

(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9)

1 Mỏ Bạch Hổ 26/12/92 Mỏ Bạch Hổ Vỡ ống FO 300-700

tấn

toàn bộ dầu loang

không được thu gom

2 Pan Harves

(Đài Loan) 20/09/93

Ngoài khơi Vũng

Tàu

Hại tàu

đụng

nhau

300 tấn

3 Humanity

(Đài Loan) 08/05/94

Cần Giờ

TP. HCM

Hai tàu

đụng

nhau

FO 130 tấn

600 000 USD;

làm ô nhiễm sông với

hơn 10.000 lít dầu

diezen không được thu

hồi trên sông Cái Bè

4 Neptune Aries

(Singapore) 03/10/94

Cái Lát

TP. HCM

Va vào

cầu cảng DO 1864,7 tấn

4. 200 000 USD;

Gây ô nhiễm nặng

khoảng 300km2 vùng

rừng ngập mặn - khu

vực hệ sinh thái nhạy

cảm của TPHCM

5 Mỏ Đại Hùng 8/02/95 Vỡ ống FO 15,37m3 toàn bộ dầu loang


6 Không rõ 15/02/95 sông Cái Bè Tràn dầu DO 10.000 lít Gây ô nhiệm nghiệm

trọng

7 Gemini

(Singapore) 27/01/96

Cái Lát

TP. HCM

Va vào

cầu cảng FO 72 tấn 600 000 USD

8 Giàn khoan

(tại lô 04-1) 10/01/96 Tràn dầu FO 80 m3 toàn bộ dầu loang


9 Cảng Dầu B12 12/97 TP. Hạ Long,

Quảng Ninh Tràn dầu DO

Chưa xác

định được

3000 USD ô nhiễm

1500 m2

10

Promex Cita

Cabvan

(Malayxia)

04/12/97 Biển Lý Sơn Bị đắm FO

DO

300 tấn FO

30 tấn DO

11 Không rõ tên 09/07/98 Đà Nẵng Tàu bị

trìm

12 Sokimex

(Việt Nam) 16/08/98

Cần Giờ

TP. HCM

Đụng

vào xà

lan

DO 41 tấn 500 triệu

đồng

13

Tàu dầu

(Cty TNHH H.C

Hải Phòng)

07/09/98 Cảng Hải Phòng

Bị bục

khoang

trở dầu

Thực

phẩm

14 Tràn dầu 09/98

Bến Mũi Ngọc,

Móng Cái, Quảng

Ninh

Chưa rõ DO Chưa rõ

Ô nhiễm

khoảng

1km2

15 Nhật thuần1 và

Hiệp Hoà 2 1999 Sông Sài Gòn

Hại tàu

đụng 113 tấn

151


nhân

Loại

dầu

Lượng dầu

tràn

Thiệt hại

Kinh tế Môi

trường

(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9)

nhau

16 Cảng Dầu B12 10/03/99 TP. Hạ Long,

Quảng Ninh Tràn dầu

Chưa xác

định được

Thu gom được 5 m3

17 Gần bến Đoan 07/06/99 TP. Hạ Long,

Quảng Ninh Tràn dầu

Dầu

máy

qua sử

dụng

Khoảng

500 lít

Ô nhiễm khoảng

300m2

18 Sunny

(Hồng Kông) 2000 Biển Phú Yên Tai nạn DO 300 tấn

19 Sà lan 02/06/01 Đà Nẵng Va vào

đá

Dầu

TC-1 30-40 m3

20 Formosa One

(Liberia) 07/09/01

Gành Rái

Vũng Tàu

Đụng

vào tàu

khác

DO 900 m3 17. 200

000 USD

Ô nhiễm

khoảng

1000m2

21 Tầu Liên Giang 03/02

Biển Trần Nhạn,

đảo Trần, Quảng

Ninh

Va vào

đá ngầm DO 24 tấn

22

Bạch Đằng

Giang

(Việt Nam)

06/02/02 Hải Phòng Va vào

đá DO 2. 500 m3

23 Tàu Hồng Anh 11 giờ ngày

20/03/03

Phao số 8 từ Cát

Lái đến Vũng Tàu

Tai nạn

do thời

tiết

FO 600 tấn

24 Mỹ Đình

(Việt nam) 2004 Hải Phòng

Va vào

đá

DO,

FO

50 tấn

(DO); 150

tấn (FO)

Xử lý được khoảng 65

tấn

25 Mỹ Đình

(Việt nam) 15/02/05 Hải Phòng

Va vào

đá DO 300 tấn

26 Kasco Monro-

via 21/01/05

Quận 12

TP. HCM

Va vào

cầu tàu DO 518 tấn 14. 300 000 000 USD

27 Hàm Luông 5 06/04/05 Cảng Sài Gòn

Va vào

tàu chở

sắt

DO 40 m3

28 Tàu Trinity 12/05/05 Vùng biển Vũng

Tàu

Đâm vào

tàu Mi-

mosa

29 Tàu hàng sô TG

0107 14/12/06

Cầu tàu Biên

Hoà, Đồng Nai

Đầm vào

cầu tàu

30 La Palmas 24/8/06 Sông Sài Gòn va vào

cầu cảng DO

hơn 1500

tấn dầu và

150 tấn

xăng

Gây ô nhiệm nghiêm

trọng khoảng 60000

ha

31 Không rõ nguồn

gốc

17 giờ ngày

30/01/07

Vùng biển Cửa

Đại- Hội An,

Quảng Nam

Trôi dạt

vào bờ

Kéo dài gần 20km bờ

biển

32 Cuối thang Vùng biển Quảng Trôi dạt Kéo dài gần 60km bờ

152


nhân

Loại

dầu

Lượng dầu

tràn

Thiệt hại

Kinh tế Môi

trường

(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9)

02/2007 Bình vào bờ biển

33 19/04/07

Vùng biển Nha

Trang và Ninh

Thuận

Trôi dạt

vào bờ

34 Tàu New Orien-

tal 10/2007

Vùng biển xã An

Ninh Đông,

huyện Tuy An,

Phú Yên

Tai nạn DO

Độ rộng vết dầu

500m, diện tích

khoảng 25ha

35 Không rõ tên 23/12/07

Vùng biển cách

mũ Ba Làng An,

xã Bình Châu,

huyện Bình Sơn,

Quảng Ngãi

Tai nạn

hai tàu

đâu va

DO 170m3

36 Tàu Đức Trí

BWEG

22 giờ ngày

02/03/08

12o9,7’N-

107o47,5’E,

vùng biển La Gi,

Bình Thuận

Tai nạn DO 1700tấn

37 Kho xăng dầu 12 giờ ngày

16/10/08

TP.Đà

Nẵng(kho xăng

Liên Chiểu và

kho H182)

1000m3

xăng

Gây ô nhiễm môi

trường nghiêm trọng,

tốn 800 triệu và thiệt

hại về ngư nghiệp

122 triệu đồng

38

Tàu Gia Định

(SG-4193)

Và tàu Imex-

trand 16

26/06/08

khu vực ấp Thiềng

Liềng, Thạnh An,

Cần Giờ, TP. HCM

Tai nạn

va chạm

giưa hai

tàu

DO,

Dầu

thực

vật

700 tấn

(DO) và

1800tấn

(thực vật)

39 Tàu Nhật Thuần 06/09 Vũng Tàu Tai nạn

dầu

cặn và

chất

thải

lẫn dầu

1.795m3 Gây ô nhiễm nghiêm

trọng

40

sà lan Huỳnh

Nhi 01, số

đăng ký BL-

0304

23/06/10 Bạc Liêu- Cà

Mau Tai nạn DO

250 tấn

dầu giữ

trự trong

sà lan

Gây ô nhiễm nguồn

nước nuôi trồng thủy

sản ở địa phương

41 Biển Đông 50 27/04/10 Vũng Tàu Tai nạn DO 370 tần

dầu

Gây ô nhiễm nghiêm

trọng

42 Tàu Racer Ex-

press

2giờ 30’

ngày

16/11/12

Vùng biển cảng

Dung Quất,

Quảng Ngãi

Rò rỉ FO 1000 lít (diện tích loang 300-

350m2)

43 Không rõ

nguyên nhân 07/07/13

Vùng biển

phường Hải

Cảng, Quy

Nhơn, Bình

Định

Sự cố

44 Không rõ

nguyên nhân 02/03/15

Vùng biển bãi

sau Vũng Tàu

Dầu vón cụ trên bãi

biển

http://www.vietgle.vn/trithucviet/detail.aspx?key=huy%E1%BB%87n+C%E1%BA%A7n+Gi%E1%BB%9D&type=A0

http://www.vietgle.vn/trithucviet/detail.aspx?key=huy%E1%BB%87n+C%E1%BA%A7n+Gi%E1%BB%9D&type=A0

153


nhân

Loại

dầu

Lượng dầu

tràn

Thiệt hại

Kinh tế Môi

trường

(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9)

45 Tàu Việt Phúc

05

05 giờ

ngày

25/12/14.

09°27´478” N -

106°28´587” E mắc cạn

46 tàu VAN

HARMONY

Hồi 18.30

ngày

19/5/2015.

20050.00N -

106047’19

khu vực ngoài

biên luồng Bạch

Đằng, Hải

Phòng

Mắc cạn

47

tàu Trường

Xuân 09-ALCI

và tàu cá BĐ

11077 TS

17 giờ 01

phút, ngày

13/8/2015

10019’712 N -

107011’216

E (cách mũi

Vũng Tàu

khoảng 07 hải lý

về phía Đông ).

Tai nạn

va đâm

giữa hai

tàu

48

tàu Tiến Thành

26 và tàu cá BV

97179 TS

23.50 ngày

28/6/2015

10007.200 N -

107002.900

E (cách mũi

Vũng Tàu

khoảng 12 hải lý

về phía Nam –

Tây Nam).

Tai nạn

va đâm

giữa hai

tàu

49 tàu Huế 18 và

Sà Lan PT 2836

19giờ 10

ngày

26/07/15

khu vực thượng

lưu phao số 7/8

luồng Phà Rừng,

Hải Phòng

Tai nạn

va đâm

giữa hai

tàu

50 Tàu Hải Trường

36-ALCI

02giờ 30’

ngày

05/07/15

10029'396’’N ;

107049'707’’E

vùng biển mũi Kê

Gà, Bình Thuận

Mắc cạn DO 15000 lít

51

Tàu Ads Gal-

tesund và cầu

cảng Baria

Serece

07giờ 57’

ngày

12/02/15

tại cảng Baria

Serece, hệ thống

Cái Mép- Thị

Vải, Vũng Tàu

Tai nạn

va đâm

giữa tàu

và cầu

cảng

52

Tàu VTC SUN

và tàu cá QNa-

9264-TS

08 giờ

15’03

ngày

14/06/15

16,7111° N –

108,3605° E

trên vùng biển

Đà Nẵng

Tai nạn

va đâm

giữa hai

tàu

53

Tàu Phương

Đông 568 và

tàu cá NT-

90735-TS

06 giờ 23’

ngày

15/08/15

11°19´200 N -

109°01´700 E

trên vùng biển

mũi Dinh, Ninh

Thuận

Tai nạn

va đâm

giữa hai

tàu

54

Tàu Phương

Đông 568 và

tàu cá BV-

90305-TS

14 giờ 20’

ngày

30/08/15

10°38´00 N -

108°07´00 E

trên vùng biển

mũi Kê Gà,

Bình Thuận

Tai nạn

va đâm

giữa hai

tàu

154

Phụ lục 2.1. Cấu trúc chương trình chính về tính toán lan truyền, phong hoá và

biến đổi dầu xuôi theo thời gian:

+ Chương trình chính được viết như sau:

!*************************************************************

Program Oil_Euler

Implicit none

Include 'Oil.h'

!===========================================================

1000 write(*,*) 'Oil Spill Running .......'

!....... Initialise:

1001 Call Initialise

!.......Input Information Reading:

1002 Call Input_Read

!....... Input of constants:

1003 Call Constants_Input

!....... Inputs of oil'

1004 Call setup_oil

!------ Setup time

1005 CALL SET_TIME

CALL Julian

!------ Update time

1006 CALL SET_TIME

CALL Julian

!....... Initialise Condition:

1007 ttime = 0.

dem = 0

in_month = imonth

!......Begining for Computed

13579 CALL SET_TIME

CALL Julian

!----- Input of filenames and constants:

155

!............ 'Environments_Compute

1008 Call Input_Data

!............ Oil_Spill_Compute

1018 Call Oil_Compute

!........ Output Oil Spill

1019 Call Outputs

c-----------------------------------------------------------------------------

1020 isecond = isecond + dto

ttime = ttime + dto

if(INday.lt.Ndaye) goto 13579

C-----------------------------------------------------------------------------

End

!*************************************************************

Phụ lục 2.2. Cấu trúc chương trình con về tính toán lan truyền, phong hoá và biến

đổi dầu xuôi theo thời gian

!****************************************************************

Subroutine Oil_Compute

1000 Include 'Oil.h'

!------- Xử lý quá trình sai phân bậc 1 cho nồng độ và độ dày lớp dầu -------

1001 Call Deflnite_Scheme(im,jm,Coil ,dx,dy,doilx ,doily )

1002 Call Deflnite_Scheme(im,jm,Ho ,dx,dy,dhox ,dhoy )

!------- Tính toán quá trình bình lưu ----------------------------------------------------------

1003 Call Advecsion

!------- Tính toán quá trình khuếch tán -------------------------------------------------------

1004 Call Disffusion

!------- Tính toán quá trình xáo trộn thẳng đứng -------------------------------------------

1005 Call Vertical_Velocity (nếu có)

!------- Tính toán quá trình lan truyền cơ học -----------------------------------------------

1006 Call Spreading


156

1007 Call Deflnite_Scheme(im,jm,doilx,dx,dy,doilxx,doilxy)

1008 Call Deflnite_Scheme(im,jm,doily,dx,dy,doilyx,doilyy)

1009 Call Deflnite_Scheme(im,jm,dhox,dx,dy,dhoxx,dhoxy)

1010 Call Deflnite_Scheme(im,jm,dhoy,dx,dy,dhoyx,dhoyy)

!------- Tính toán quá trình nguồn dầu (nếu có) --------------------------------------------

1011 Call Oil_Source

!------- Xác định lại mật độ dầu (nếu cần) ------------------------------------------------

1012 Call Update_Density

!------- Tính toán lan truyền dầu theo thời gian bằng sai phân trung tâm -------------

1013 Call Deflnite_Scheme_Time

!------- Xác định mật độ dầu ----------------------------------------------------------------


!------- Xác định nhiệt độ của dầu -----------------------------------------------------------

1015 Call Oil_Temperature

!------- Xác định độ nhớt của dầu ------------------------------------------------------------

1016 Call Oil_Viscosity

!------- Xác định sức cắng bề mặt của dầu --------------------------------------------------

1017 Call Oil_Surface_Tension

!------- Xác định tỷ phần bay hơi của dầu ---------------------------------------------------

1018 Call Evaporation

!------- Xác định tỷ phần nhũ tương của dầu -----------------------------------------------

1019 Call Emulsification

!------- Xác định tỷ phần của dầu do sóng --------------------------------------------------

1020 Call Dispersion_wave

!------- Xác định tỷ phần phân tán thẳng đứng của dầu ------------------------------------

---

1021 Call Dispersion

!------- Xác định tỷ lệ hoà tan của dầu ------------------------------------------------------

1022 Call Dissolution

!------- Xác định tỷ lệ bị phân tán do trầm tích của dầu (nếu có) ------------------------

1023 Call Sedimention

!------- Xác định tỷ phần tương tác bờ và bãi biển (nếu có) -------------------------

157

1024 Call Shoreline

!------- Xác định tỷ phần ô-xy hoá của lớp dầu ---------------------------------------------

1025 Call Oil_Oxy

!------- Xác định tỷ phần phân huỷ sinh học của lớp dầu ----------------------------------

1026 Call Biological

!------- Xác định biết đổi tính chất dầu như mật độ, thể tích, độ nhớt, ứng suất bề

mặt của dầu ----------------------------------------------------------------------------------

1017 Call Oil_Properties

!------- Xác định lại trạng thái mới cho qua stình tính toán tiếp theo ủa dầu ----------

1018 Call Convert_Contants

!-------------------- Kết thúc vòng tính -------------------------------------------------------

Return

1019 End

******************************************************************

Phụ lục 2.3. Cấu trúc file điều khiển đầu vào về tính toán lan truyền, phong hoá và

biến đổi dầu xuôi theo thời gian

Caculation Zone:

99. ! West

121. ! East

1. ! South

23. ! North

Start time:

2007 ! years

02 ! months

01 ! days

00 ! hours

00 ! mints

0.0 ! sects

End time:

2007 ! yeare

02 ! monthe

20 ! daye

00 ! houre

00 ! minte

0.0 ! secte

Step time:

600 ! dto [second]: External (2-D) time step

Outputs Time:

3 ! itime_hotstart [Integer]: Output write to hot_start time step (hour)

158

1 ! itime_grid [Integer]: Output write to fine_grid time step (hour)

3 ! itime_tecpl [Integer]: Output write to fine_grid time step for tecplot form (hour)

1 ! igrid

Outputs File:

./Outputs/Test1_realfb

Caculation kinds:

1 ! Index to indicate whether run with wind (0/1: no/yes oil input file).

./Forward/Vetdau2007p.txt

1 ! Index to indicate whether run with wind (0/1: no/yes wind input file).

./Forward/Wind_CFSR.inc

1 ! Index to indicate whether run with wind (0/1: no/yes Pressure input file).

./Forward/Pressure_CFSR.inc

1 ! Index to indicate whether run with wind (0/1: no/yes Temperature Air input file).

./Forward/TempAir_CFSR.inc

0 ! Index to indicate whether run with wind (0/1: no/yes Long Wave Radiation input file).

0 ! Index to indicate whether run with wind (0/1: no/yes Sorf Wave Radiation input file).

1 ! Index to indicate whether run with wind (0/1: no/yes Rain input file).

./Forward/Rain.inc

1 ! Index to indicate whether run with wind (0/1: no/yes Cloud input file).

./Forward/Cloud.inc

1 ! Index to indicate whether run with wind (0/1: no/yes Relative Humidity input file).

./Forward/Rh2m.inc

0 ! Index to indicate whether run with tidal (0/1: no/yes tidal input file).

1 ! Index to indicate whether run with level waterl (0/1: no/yes level input file).

./Forward/Level_POM.inc

1 ! Index to indicate whether run with wind (0/1: no/yes Current input file).

./Forward/Currents_POM.inc

1 ! Index to indicate whether run with wind (0/1: no/yes Temperature Water input file).

./Forward/Temps_POM.inc

1 ! Index to indicate whether run with wind (0/1: no/yes Salt input file).

./Forward/Salt_POM.inc

0 ! Index to indicate whether run with wind (0/1: no/yes Wave input file).

0 ! Index to indicate whether run with wind (0/1: no/yes River input file).

0 ! Index to indicate whether run to start from restart file (0/1: no/yes restart input file).

Phụ lục 2.4. Cấu trúc file dầu tràn đầu vào về tính toán lan truyền, phong hoá và biến

đổi dầu xuôi theo thời gian (“./Forward/Vetdau2007p.txt”) id Year mon day hh min sec longitude latitude Volume(m3) Time(hour)

229 2007 01 16 15 07 34.000 106.918785 8.132027 0.321688294E+00 0.

229 2007 01 16 15 07 34.000 106.915619 8.134459 0.321688294E+00 0.

229 2007 01 16 15 07 34.000 106.915619 8.135269 0.321688294E+00 0.

4 2007 01 19 02 32 47.000 109.896767 13.923503 0.172506022E+01 0.

4 2007 01 19 02 32 47.000 109.892715 13.926204 0.172506022E+01 0.

4 2007 01 19 02 32 47.000 109.891022 13.926879 0.172506022E+01 0.

4 2007 01 19 02 32 47.000 109.895416 13.858673 0.172506022E+01 0.

3 2007 01 19 02 32 47.000 109.853668 13.690890 0.474384129E+00 0.

3 2007 01 19 02 32 47.000 109.859909 13.704406 0.474384129E+00 0.

3 2007 01 19 02 32 47.000 109.862686 13.708912 0.474384129E+00 0.

159

Phụ lục 2.5. Cấu trúc chương trình chính về tính toán lan truyền, phong hoá và biến

đổi dầu ngược theo thời gian:

+ Chương trình chính được viết như sau:

!*************************************************************

Program OilBack_Euler

Implicit none

Include 'Oil.h'

!===========================================================

!...... Back Computed

2000 write(*,*) 'Oil Spill Back Running .......'

!....... Initialise:

2001 Call Initialise

!.......Input Information Reading:

2002 Call InputBack_Read

!....... Input of constants:

2003 Call Constants_Input

!........ Setup oil back :

2004 Call setup_oil_Back

!........ Setup time back :

2005 CALL SET_TIME

CALL Julian

!------ Update time

2006 CALL SET_TIME

CALL Julian

!....... Initialise Condition:

2007 ttime = 0.

dem = 0

in_month = imonth

!......Begining for Computed

97531 CALL SET_TIME

CALL Julian

160

!............ 'Environments_Compute

2008 Call Input_Data

!............ Oil_Spill_Back_Compute

2018 Call Oil_BackCompute

2........ Output Oil Spill Back

2019 Call Outputs_Back

c-----------------------------------------------------------------------------

2020 isecond = isecond + dto

ttime = ttime + dto

if(INday.gt.Ndays) goto 97531

C-----------------------------------------------------------------------------

End

!*************************************************************

Phụ lục 2.6. Cấu trúc chương trình con về tính toán lan truyền, phong hoá và biến

đổi dầu ngược theo thời gian

!****************************************************************

Subroutine Oil_BackCompute

2000 Include 'Oil.h'


2001 Call Deflnite_Scheme(im,jm,Coil ,dx,dy,doilx ,doily )

2002 Call Deflnite_Scheme(im,jm,Ho ,dx,dy,dhox ,dhoy )

!------- Tính toán quá trình bình lưu ----------------------------------------------------------

2003 Call Advecsion

!------- Tính toán quá trình khuếch tán -------------------------------------------------------

2004 Call Disffusion

!------- Tính toán quá trình xáo trộn thẳng đứng -------------------------------------------

2005 Call Vertical_Velocity (nếu có)

!------- Tính toán quá trình lan truyền cơ học -----------------------------------------------

2006 Call Spreading


161

2007 Call Deflnite_Scheme(im,jm,doilx,dx,dy,doilxx,doilxy)

2008 Call Deflnite_Scheme(im,jm,doily,dx,dy,doilyx,doilyy)

2009 Call Deflnite_Scheme(im,jm,dhox,dx,dy,dhoxx,dhoxy)

2010 Call Deflnite_Scheme(im,jm,dhoy,dx,dy,dhoyx,dhoyy)

!------- Tính toán quá trình nguồn dầu (nếu có) --------------------------------------------

2011 Call Oil_Source

!------- Xác định lại mật độ dầu (nếu cần) ------------------------------------------------


!------- Tính toán lan truyền dầu theo thời gian bằng sai phân trung tâm -------------

2013 Call Deflnite_Scheme_Time

!------- Xác định mật độ dầu ----------------------------------------------------------------


!------- Xác định nhiệt độ của dầu -----------------------------------------------------------

2015 Call Oil_Temperature

!------- Xác định độ nhớt của dầu ------------------------------------------------------------

2016 Call Oil_Viscosity

!------- Xác định sức cắng bề mặt của dầu --------------------------------------------------

2017 Call Oil_Surface_Tension

!------- Xác định tỷ lệ bay hơi của dầu ------------------------------------------------------

2018 Call Evaporation

!------- Xác định tỷ lệ nhũ tương của dầu ---------------------------------------------------

2019 Call Emulsification

!------- Xác định tỷ lệ phân tán của dầu do sóng -------------------------------------------

2020 Call Dispersion_wave

!------- Xác định tỷ lệ phân tán thẳng đứng của dầu ---------------------------------------

2021 Call Dispersion

!------- Xác định tỷ lệ hoà tan của dầu ------------------------------------------------------

1022 Call Dissolution

!------- Xác định tỷ lệ bị phân tán do trầm tích của dầu (nếu có) ------------------------

2023 Call Sedimention

!------- Xác định tỷ lệ bị phân tán do bời bãi của dầu (nếu có) -------------------------

2024 Call Shoreline

162

!------- Xác định tỷ lệ bị ô-xy hoá của dầu --------------------------------------------------

2025 Call Oil_Oxy

!------- Xác định tỷ lệ bị phân huỷ sinh học của dầu -------------------------------------

2026 Call Biological

!------- Xác định biết đổi tinh chất dầu như mật độ, thể tích, độ nhớt, ứng suất bề

mặt của dầu ----------------------------------------------------------------------------------

2017 Call OilBack_Properties

!------- Xác định lại trạng thái mới cho qua stình tính toán tiếp theo ủa dầu ----------

2018 Call Convert_Contants

!-------------------- Kết thúc vòng tính -------------------------------------------------------

Return

2019 End

******************************************************************

Phụ lục 2.7. Cấu trúc file điều khiển đầu vào về tính toán lan truyền, phong hoá và

biến đổi dầu ngược theo thời gian

Caculation Zone:

99.0 ! West

121.0 ! East

1.5 ! South

23.5 ! North

Start time:

2007 ! years

02 ! months

10 ! days

00 ! hours

00 ! mints

0.0 ! sects

End time:

2007 ! yeare

03 ! monthe

15 ! daye

00 ! houre

00 ! minte

0.0 ! secte

Oil Time

2007 ! year0

03 ! month0

15 ! day0

00 ! hour0

163

00 ! minute0

0. ! second0

Step time:

600 ! dto [second]: External (2-D) time step

Outputs Time:

3 ! itime_hotstart [Integer]: Output write to hot_start time step (hour)

1 ! itime_grid [Integer]: Output write to fine_grid time step (hour)

3 ! itime_tecpl [Integer]: Output write to fine_grid time step for tecplot form (hour)

1 ! igrid

Outputs File:

./Outputs/Real02b

Caculation kinds:

1 ! Index to indicate whether run with wind (0/1: no/yes oil input file).

./Backward/Vetdau2007p.txt

1 ! Index to indicate whether run with wind (0/1: no/yes wind input file).

./Backward/Wind_CFSR.inc

1 ! Index to indicate whether run with wind (0/1: no/yes Pressure input file).

./Backward/Pressure_CFSR.inc

1 ! Index to indicate whether run with wind (0/1: no/yes Temperature Air input file).

./Backward/TempAir_CFSR.inc

0 ! Index to indicate whether run with wind (0/1: no/yes Long Wave Radiation input file).

0 ! Index to indicate whether run with wind (0/1: no/yes Sorf Wave Radiation input file).

1 ! Index to indicate whether run with wind (0/1: no/yes Rain input file).

./Backward/Rain.inc

1 ! Index to indicate whether run with wind (0/1: no/yes Cloud input file).

./Backward/Cloud.inc

1 ! Index to indicate whether run with wind (0/1: no/yes Relative Humidity input file).

./Backward/Rh2m.inc

0 ! Index to indicate whether run with tidal (0/1: no/yes tidal input file).

1 ! Index to indicate whether run with level waterl (0/1: no/yes level input file).

./Backward/Level_CFSR.inc

1 ! Index to indicate whether run with wind (0/1: no/yes Current input file).

./Backward/Currents_CFSR.inc

1 ! Index to indicate whether run with wind (0/1: no/yes Temperature Water input file).

./Backward/Temps_CFSR.inc

1 ! Index to indicate whether run with wind (0/1: no/yes Salt input file).

./Forward/Salt_CFSR.inc

0 ! Index to indicate whether run with wind (0/1: no/yes Wave input file).

0 ! Index to indicate whether run with wind (0/1: no/yes River input file).

0 ! Index to indicate whether run to start from restart file (0/1: no/yes restart input file).

Phụ lục 2.8. Cấu trúc file dầu tràn đầu vào về tính toán lan truyền, phong hoá và biến

đổi dầu xuôi theo thời gian (“./Backward/Vetdau2007p.txt”) id Year mon day hh min sec longitude latitude Volume(m3)

229 2007 01 16 15 07 34.000 106.918785 8.132027 0.321688294E+00

229 2007 01 16 15 07 34.000 106.915619 8.134459 0.321688294E+00

4 2007 01 19 02 32 47.000 109.896767 13.923503 0.172506022E+01

4 2007 01 19 02 32 47.000 109.892715 13.926204 0.172506022E+01

3 2007 01 19 02 32 47.000 109.853668 13.690890 0.474384129E+00

3 2007 01 19 02 32 47.000 109.862686 13.708912 0.474384129E+00

164

Phụ lục 2.9. Cấu trúc file địa hình phục vụ tính toán (“Depth.inc”)

Depth Information:

../../../TOPOs/

EVS_64

.grd

longmin longmax latmin latmax nlong nlat

90.0 140.0 -10.0 40.0 3201 3201

1 ! id_style

6 ! id_title

Phụ lục 2.9a. Cấu trúc định dạng file địa hình phục vụ tính toán (“EVS_64.grd”)

Phụ lục 2.10. Cấu trúc file gió đầu vào phục vụ tính toán (“Wind_CFSR.inc”)

../../../DATA/meteorological/CFSR/Wind/CFSRWind

00

2007 01 01 00 00 00 ! to start time of wind data: year month day

hour minute second

2009 01 01 00 00 00 ! to end time of wind data: year month day

hour minute second

6 hour ! to step time of wind field data


95.0 145.0 -15.0 35.0 101 101 5

165

Phụ lục 2.10a. Cấu trúc định dạng file gió đầu vào phục vụ tính toán tại một thời

điềm (“CFSRWind20070215000000”)

Phụ lục 2.11. Cấu trúc file nhiệt độ không khí đầu vào phục vụ tính toán

(“Temp_CFSR.inc”)

../../../DATA/meteorological/CFSR/Tema/CFSRTema

00

2007 01 01 00 00 00 ! to start time of Temp data: year month day

hour minute second

2009 01 01 00 00 00 ! to end time of Temp data: year month day

hour minute second

6 hour ! to step time of temp field data


95.0 145.0 -15.0 35.0 101 101 5

Phụ lục 2.11a. Cấu trúc định dạng file nhiệt độ không khí đầu vào phục vụ tính toán

tại một thời điềm (“CFSRTema20070215000000”)

166

Phụ lục 2.12. Cấu trúc file dòng chảy đầu vào phục vụ tính toán

(“Curent_POM.inc”)

../../../Models/POM/POM_EVS/Outputs/FLOW3Ds

00.txt

2007 01 01 00 00 00 ! to start time of current data: year month day

hour minute second

2009 01 01 00 00 00 ! to end time of current data: year month day

hour minute second

1 hour ! to step time of current field data

longmin longmax latmin latmax nlong nlat id(1,2,3,4: colum; 5,6,7,8:table)

98.750 125.000 -3.000 27.000 316 361 5

Phụ lục 2.12a. Cấu trúc định dạng file dòng chảy đầu vào phục vụ tính toán tại một

thời điềm (“FLOW3Ds20070215000000.txt”)

Phụ lục 2.13. Cấu trúc file nhiệt đô nước đầu vào phục vụ tính toán

(“Temp_POM.inc”)

../../../Models/POM/POM_EVS/Outputs/TEMP3Ds

00.txt

2007 01 01 00 00 00 ! to start time of Temp data: year month day

hour minute second

2009 01 01 00 00 00 ! to end time of Temp data: year month day

hour minute second

1 hour ! to step time of Tem field data

longmin longmax latmin latmax nlong nlat id(1,2,3,4: colum; 5,6,7,8:table)

98.750 125.000 -3.000 27.000 316 361 5

167

Phụ lục 2.13a. Cấu trúc định dạng file nhiệt độ bề mặt nước đầu vào phục vụ tính

toán tại một thời điềm (“TEMAs20070215000000.txt”)

Phụ lục 2.14. Cấu trúc một dạng file đầu ra dạng điểm (“Oil_real_Pmax_f.txt”)

Phụ lục 2.15. Cấu trúc một dạng file đầu ra dạng trường theo thời điểm

(“Test_Real07f_aa1f_20080708120000.txt”)

168

Phụ lục 2.16. Cấu trúc một dạng file đầu ra dạng trường cực đại theo thời điểm

(“Test_Real07f_aa1max_f_20080708120000.txt”)

Phụ lục 2.17. Cấu trúc một dạng file đầu ra dạng trường theo thời điểm khác

(“Test_Real07f_aa1f_20080708120000.plt”)

nghiÊn cỨu lan truyỀn dẦu Ở biỂn ĐÔng phỤc vỤ cẢnh...

Documents