Để giảm tác động môi trường của nước thải, các cửa xả thường đặt ở đáy biển ở vị trí xa bờ và có độ sâu lớn. Để bảo đảm tránh các rủi ro môi trường, khi thiết kế các cơ sở công nghiệp trên bờ biển, ngoài việc xây dựng các cơ sở xử lý nước thải, người ta phải tính toán đánh giá tác động của nước thải bằng các mô hình toán. Như vậy, công cụ mô hình toán là không thể thiếu được trong thiết kế cửa xả cho cơ sở công nghiệp, bao gồm lượng xả, thành phần nước thải đã qua xử lý, vị trí xả và phương pháp xả.

Ngoài việc sử dụng để tính toán phục vụ thiết kế và đánh giá tác động môi trường, mô hình lan truyền và biến đổi chất ô nhiễm cũng được sử dụng để tính toán, đánh giá thiệt hại môi trường do các cơ sở công nghiệp xả trộm ra môi trường hoặc các sự cố môi trường có liên quan tới tràn hóa chất độc hại và các chất ô nhiễm ra môi trường cũng như việc lan truyền và biến đổi, phạm vi và mức độ tác động của chất thải sinh hoạt từ các đô thị, khu dân cư ven biển đã được xử lý hoặc chưa qua xử lý được xả xuống biển. Các mô hình toán còn được sử dụng để tính toán lan truyền chất ô nhiễm do sông đưa ra tại vùng biển gần cửa sông và các vùng biển khác. Để thuận tiện cho người sử dụng và những người ra quyết định quản lý, các mô hình toán thường được xây dựng thành các phần mềm với giao diện thân thiện với người dùng để cung cấp các thông tin hữu ích.

Từ những lý do trên, việc xây dựng các mô hình và phần mềm tính toán, đánh giá quá trình lan truyền và biến đổi chất ô nhiễm trong môi trường đã được nghiên cứu từ lâu và hiện nay các mô hình, phần mềm tính toán, mô phỏng và dự báo lan truyền và biến đổi chất ô nhiễm trong môi trường được sử dụng khá phổ biến trên thế giới. Trong thời gian từ năm 2021 đến năm 2023, nhóm nghiên cứu tại Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội do PGS. TS. Vũ Thanh Ca dẫn đầu, đã thực hiện đề tài: “Nghiên cứu xây dựng phần mềm tính toán và dự báo lan truyền ô nhiễm biển phục vụ hỗ trợ ra quyết định quản lý”.

Đề tài hướng đến thực hiện mục tiêu xây dựng được phần mềm tính toán, dự báo và mô phỏng quá trình lan truyền chất ô nhiễm trên biển với độ chính xác cao, được kiểm chứng, đánh giá độ tin cậy bằng các số liệu quan trắc, thời gian tính toán thích hợp và giao diện thân thiện với người dùng nhằm hỗ trợ ra quyết định quản lý ô nhiễm biển và ứng phó sự cố môi trường biển.

Nhóm nghiên cứu đã tiến hành phân tích kết quả nghiên cứu, số liệu, tài liệu về mô hình số trị và phần mềm tính toán, dự báo và mô phỏng các quá trình động lực và vận chuyển chất ô nhiễm trong môi trường biển trên thế giới và ở Việt Nam.

Các tác giả đã kế thừa mã nguồn mở của mô hình số trị tính dòng chảy POM, xây dựng mới được mã nguồn module tự động truy cập, tải và xử lý số liệu gió từ internet, module kết nối giữa mô hình POM và số liệu khí tượng; xây dựng mới và kiểm chứng được các chương trình tính toán, dự báo và mô phỏng các quá trình vận chuyển, biến đổi của chất ô nhiễm tại khu vực gần nguồn và khu vực xa nguồn. Các số liệu phục vụ kiểm chứng các chương trình tính toán, dự báo và mô phỏng các quá trình vận chuyển, biến đổi của chất ô nhiễm trong môi trường biển là số liệu quan trắc và lấy mẫu tại vùng biển Hải Phòng, phân tích mẫu trong phòng thí nghiệm nhằm xác định giá trị các thông số môi trường.

Nhóm nghiên cứu đã xây dựng được module phần mềm bao gồm giao diện, các chương trình quản lý số liệu vào ra và chương trình hiển thị nhanh các kết quả tính toán. Phần mềm do đề tài xây dựng, bao gồm module tự động truy cập, tải và xử lý số liệu gió từ internet, module kết nối giữa mô hình POM và số liệu khí tượng, module tính toán, dự báo và mô phỏng các quá trình vận chuyển, biến đổi của chất ô nhiễm tại khu vực gần nguồn và khu vực xa nguồn. Lưới tính của phần mềm là lưới vuông góc theo phương ngang và tọa dộ sigma theo phương thẳng đứng. Phần mềm có thể sử dụng để tính toán tại tất cả các khu vực biển trên vùng biển Việt Nam và các vùng biển trên thế giới nếu có các số liệu về độ sâu biển, các số liệu về cửa xả và các số liệu về môi trường khác. Để có thể sử dụng phục vụ công tác nghiệp vụ và nghiên cứu khoa học, cần cài đặt phần mềm trên máy tính có hệ điều hành Linux Ubuntu. Việc sử dụng phần mềm đòi hỏi các cán bộ khoa học có trình độ chuyên môn để chuẩn bị các tệp số liệu độ sâu biển và các thông tin liên quan tới cửa xả.

Điểm hạn chế của mô hình là mô hình xa nguồn có lưới tính vuông góc, đều theo phương ngang nên không thể tính toán chi tiết cho một khu vực rộng lớn. Mô hình gần nguồn là mô hình 2 chiều nên không mô phỏng được các đặc trưng 3 chiều của dòng xả tại cửa xả. Thời gian tính toán bằng mô hình gần nguồn cũng dài nên yêu cầu máy tính mạnh.

Đề tài đã xây dựng được một hệ thống mô hình, bao gồm mô hình gần nguồn, mô hình xa nguồn và mô hình kết nối hai mô hình nêu trên. Đây là một điểm mới của đề tài so với các phần mềm và mô hình đã có ở nước ta.

Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu (mã số 23335/2023) tại Cục thông tin khoa học và công nghệ quốc gia.

N.P.D (NASATI)