Ô nhiễm rác thải biển đã và đang là vấn đề nhức nhối tại các vùng biển của Việt Nam cũng như trên thế giới. Tại vịnh Đà Nẵng, lượng rác thải phát sinh liên tục từ sông Hàn đổ về gây ô nhiễm môi trường, mất mỹ quan đô thị. Do vậy, nghiên cứu sự lan truyền và khuếch tán của rác thải trôi nổi trong vịnh Đà Nẵng nguồn gốc từ sông Hàn là việc làm cần thiết.
Trong bài báo, tác giả nghiên cứu và đánh giá lan truyền, phân bố rác thải trôi nổi trong vịnh Đà Nẵng do nguồn rác thải từ sông Hàn. Nghiên cứu sử dụng phương pháp kiểm soát phần tử để tính toán phân bố rác thải trôi nổi trong vịnh. Các yếu tố sóng, dòng chảy sông, dòng chảy biển, thủy triều và gió đều được xét đến trong quá trình tính toán. Phương pháp lưới lồng được tác giả sử dụng để tính đến ảnh hưởng của dòng chảy quy mô lớn, toàn Biển Đông, đến sự lan truyền và khuếch tán rác thải trong vịnh. Phương pháp này cũng cho phép tính đến sự biến thiên của các đặc trưng sóng biển theo không gian và thời gian. Đây là phương pháp mới, chưa có nghiên cứu nào ở Việt Nam sử dụng mô phỏng lan truyền và khuếch tán rác thải trong biển. Tác giả đã lựa chọn 2 mùa gió điển hình ở khu vực nghiên cứu để nghiên cứu tính toán sự lan truyền và khuếch tán rác thải trong vịnh là: gió mùa Đông Bắc và gió mùa Tây Nam. Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học để đề xuất phương án thu gom và xử lý rác thải trên biển, dự báo và cảnh báo nguy cơ ô nhiễm rác trên biển và bãi biển, đồng thời giúp các nhà quản lý có các chính sách và giải pháp phù hợp giảm thiểu ô nhiễm rác thải biển.
1. Phương pháp nghiên cứu
Trong nghiên cứu, tác giả đã sử dụng mô hình số trị MIKE21FM để tính toán mô phỏng lan truyền và khuếch tán rác thải trôi nổi trong vịnh Đà Nẵng. Trong đó, mô đun thủy lực (hydrodynamic module) và mô đun phổ sóng (spectral wave module) được sử dụng để tính toán lan truyền sóng và dòng chảy, mô đun kiểm soát phần tử (particle tracking module) được sử dụng để tính lan truyền và phân bố rác thải trôi nổi trong vịnh Đà Nẵng. Tác giả đã sử dụng phương pháp lưới lồng để tính toán sóng và dòng chảy cho khu vực vịnh Đà Nẵng. Theo đó, tác giả thiết lập mô hình thủy động lực trên quy mô Biển Đông. Kết quả tính toán được sử dụng để trích xuất điều kiện biên cho mô hình thủy động lực cho miền tính vịnh Đà Nẵng. Mô hình thủy động lực được kiểm chứng với số liệu thực đo và được sử dụng kết hợp với mô hình kiểm soát phần tử để tính toán lan truyền và khuếch tán rác thải trong vịnh Đà Nẵng.
2. Số liệu địa hình và miền tính cho mô hình
Địa hình sử dụng trong nghiên cứu này bao gồm số liệu địa hình do Bộ tư lệnh Hải quân Việt Nam đo đạc kết hợp địa hình Gebco độ phân giải 5 phút. Các số liệu này được nội suy trên lưới tính của mô hình. Giới hạn miền tính cho mô hình tính toán sóng và dòng chảy trên Biển Đông (miền tính lớn) là: -1N - 29N; 98.75E - 130E. Địa hình và giới hạn miền tính cho mô hình tính sóng và dòng chảy trên Biển Đông.
Để có thể tính toán chi tiết lan truyền và khuếch tán rác thải trôi nổi trong vịnh Đà Nẵng, tác giả đã thiết lập một miền tính nhỏ hơn. Miền tính nhỏ được thiết lập trong hệ tọa độ UTM-48N.
3. Số liệu đầu vào cho mô hình
Trong nghiên cứu này, số liệu về trường gió và áp suất không khí trên mặt biển (ở độ cao 10m trên mực nước biển) là số liệu tái phân tích thu thập từ Trung tâm Dự báo thời tiết hạn vừa châu Âu (ECMWF). Số liệu này được sử dụng là điều kiện biên trên mặt biển đối với mô hình tính dòng chảy và sóng.
Để hiệu chỉnh và kiểm định mô hình, tác giả đã thu thập các số liệu về dòng chảy và biến thiên mực nước tại vùng biển nghiên cứu từ một số dự án đã thực hiện. Các số liệu này bao gồm:
- Số liệu dòng chảy quan trắc tại trạm Lăng Cô (16,235°N; 108,092°E) vào tháng 5/2020.
- Số liệu biến thiên mực nước biển: tại vị trí Z1 (108°7'33,218"E; 16°7'55,52"N) từ ngày 5/1/2020 đến ngày 20/1/2020 và tại vị trí Z2 (108°12'15,458"E; 16°5'57,354"N) từ ngày 4/1/2020 đến ngày 18/1/2020.
Nguồn rác thải được sử dụng trong nghiên cứu này rác thải nhựa HDPE, có tỉ trọng 0,95 g/cm3. Đây là loại rác thải nhựa phổ biến trong sinh hoạt. Nguồn rác thải được giả thiết có lưu lượng không đổi 1 tấn/ngày và xả thải liên tục trong thời gian mô phỏng 1 tháng.
4. Kiểm chứng mô hình
Tác giả đã thực hiện kiểm chứng mô hình dòng chảy với số liệu đo đạc và quan trắc. Kết quả kiểm chứng mực nước tại các vị trí Z1 và Z2. Trong đó, đường liền nét thể hiện kết quả tính toán mực nước bằng mô hình số trị, đường nét đứt thể hiện mực nước thực đo tại trạm. Kết quả cho thấy mô hình số trị đã mô phỏng rất tốt biến thiên mực nước tại cả 2 trạm.
Tác giả cũng đã thực hiện tính tương quan giữa mực nước thực đo và mực nước tính toán tại 2 trạm Z1 và Z2. Kết quả cho thấy, tương quan giữa mực nước tính toán và mực nước mô phỏng tại 2 trạm Z1 và Z2 rất tốt với hệ số tương quan R2 lần lượt là 0.9195 và 0.9382. Số liệu dòng chảy đo đạc tại trạm Lăng Cô được sử dụng để kiểm chứng mô đun dòng chảy. Trong đó, các thành phần vận tốc dòng chảy theo kinh hướng (U) và vĩ hướng (V) được so sánh độc lập. Kết quả so sánh cho thấy, kết quả tính toán phù hợp rất tốt với số liệu đo đạc cả về độ lớn và pha. Kết quả so sánh kiểm chứng kết quả tính toán bằng mô hình với số liệu thực đo xác nhận rằng mô hình MIKE21FM hoàn toàn đủ tin cậy để sử dụng mô phỏng các yếu tố thủy động lực học trong vùng biển vịnh Đà Nẵng.
5. Kết luận
Trong nghiên cứu, sự lan truyền và khuếch tán rác thải trôi nổi trong vịnh Đà Nẵng có nguồn gốc từ sông Hàn được nghiên cứu chi tiết. Tác giả đã sử dụng các module về thủy động lực học và kiểm soát phần tử trong bộ mô hình MIKE. Phương pháp lưới lồng được áp dụng để tính ảnh hưởng của các quá trình thủy động lực học trên quy mô Biển Đông đến quá trình lan truyền và khuếch tán rác thải trong vịnh. Mô hình đã được kiểm chứng với các số liệu thực đo và cho độ tin cậy cao.
Tác giả đã xây dựng 2 kịch bản mô phỏng lan truyền và khuếch tán rác thải: Trong giai đoạn gió mùa Đông Bắc và trong giai đoạn gió mùa Tây Nam. Nghiên cứu đã xem xét đầy đủ các yếu tố thủy động lực ảnh hưởng đến sự lan truyền và khuếch tán rác thải trong vịnh, bao gồm: Sóng, gió, dòng chảy biển, dòng chảy sông, thủy triều. Nghiên cứu đã chỉ ra những khu vực tập trung rác thải trôi nổi tiềm năng trong giai đoạn gió mùa Đông Bắc và giai đoạn gió mùa Tây Nam. Điểm chú ý là rác thải phần lớn sẽ tồn tại ở trong vịnh, không di chuyển ra ngoài vịnh. Rác thải trôi dạt vào gần bờ sẽ gây ô nhiễm, gây nguy hại đời sống con người và sinh vật. Một phần rác thải sẽ bị phân rã thành vi nhựa tồn tại trong nước biển, một phần rác thải bị chìm xuống đáy biển gây ô nhiễm đáy biển, tiềm năng gây hại cho môi trường sinh thái đáy biển. Trong giai đoạn gió mùa Đông Bắc, rác thải nhựa có xu hướng tập trung gần bờ ở phía Tây Bắc của vịnh Đà Nẵng. Trong giai đoạn gió mùa Tây Nam, rác thải có xu hướng dạt về phía Tây Nam.
Kết quả nghiên cứu này là tiền đề cho các nghiên cứu sâu hơn về sự lan truyền và phân bố rác thải trôi nổi trong vịnh Đà Nẵng cũng như các vùng biển ven bờ của Việt Nam. Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học giúp các nhà quản lý môi trường đề xuất giải pháp thu gom và quản lý rác thải trôi nổi trên biển hiệu quả. Tuy nhiên, nghiên cứu chỉ mới tính đến ảnh hưởng của gió mùa đến lan truyền rác thải trôi nổi có nguồn gốc sông Hàn. Nghiên cứu sử dụng điều kiện khí tượng hải văn năm 2020 để mô phỏng lan truyền rác thải nhựa.
Để có phương án thu gom rác thải hiệu quả cần xác định được vị trí tập trung rác thải. Tác giả đề xuất xây dựng một chương trình mô phỏng, dự báo lan truyền và khuếch tán rác thải thời gian thực cho vịnh Đà Nẵng sử dụng số liệu khí tượng hải văn đo đạc tại các trạm địa phương hoặc từ nguồn số liệu của một số tổ chức khí tượng thủy văn quốc gia, quốc tế (NOAA, ECMWF) và số liệu về các nguồn xả thải rác (vị trí nguồn xả thải, lưu lượng xả thải, đặc điểm rác thải). Ngoài ra, cần có những nghiên cứu tiếp theo về ảnh hưởng của các điều kiện thời tiết cực đoan (bão, áp thấp), lũ trong sông, nước biển dâng do biến đổi khí hậu đến lan truyền và khuếch tán rác thải trôi nổi trong vịnh. |