TỐNG CỤC MỐI TRƯỜNG
c ư c KĨẺM SOÁT Ô NHIỄM
Nhiệm vụ:
“ĐIỀU TRA, ĐÁNH GIÁ VÀ D ư BÁO s ụ CỐ
TRÀN DẦU GẢY TỎN THƯƠNG M ồi TRƯỜNG BIẾN;
ĐỀ XUẤT CẮC GIÃI PHÁP PHÒNG NGỪA VÀ ỨNG PHÒ”
BÁO CÁO TỎNG HỢP KÉT QUẢ THỤC HIỆN NĂM 2009
THỤC THI MÔ HỈNH
D ự SÁO VÀ ỨNG PHÓ S ự C ố TRÀN DÂU
Đo*n vị ch« trì: Trung tâm Tư vấn KTTV&MT
Ngưòi thực hiện: Trần Hồng Thái, Nguyễn Xuân Hiển
~ , ' I*
Nguyên Đăng Đức Thọ, Trân Duy ỉ íién I
Lê Ọuốc Huy, Nguyễn Thị Thanh,
ỉs
Phạm Ván Tiến, Khương Van Hải, I
Dương Văn Tiến, Doản Thị Thu í là,
Nguyễn Thị Xuân Quỳnh, Trần Văn Trà
-là nội, 12/2009
.
_________
_

1
TỔNG CỤC MÔI TRƯỜNG
CỤC KIỂM SOÁT Ô NHIỄM
Nhiêm vu:
“ĐIÈU TRA, ĐÁNH GIÁ VÀ D Ư BÁO s ự CÓ
TRÀN DẦU GÂY TỐN THƯƠNG M ồ i TRƯỜNG BIÊN;
ĐÊ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP PHÒNG NGỪA VÀ ỨNG PHÓ ”
BÁO CÁO TỎNG HỢP KẾT QUẢ T H ựC H IỆN NĂM 2009


30
4.1.2.1. Quá trình bình lưu và khuếch tá n 31
4.1.2.2. Quá trình lan truyền dầu 33
4.2. Điều kiện địa hình, miền tính và lưới tính
35
4.3. Điều kiện ban đầu và điều kiện biên của mô hình 35
4.4. Quá trình hiệu chỉnh và kiểm nghiệm thủy động lực trên biến Đông

36
4.4.1. Quá trình hiệu chỉnh 36
3.4.2. Quá trình kiểm nghiệm 38
4.5. Một số kết quả tính toán, dự báo ô nhiễm dầu trên biển Đông

40
4.6. Mô phỏng thử nghiệm quá trình lan truyền dầu tại cửa Định An 51
c. Mô phỏng quá trình lan truyền dầu tại cửa sông Hậu

54
V. KÉT LUẬN 61
B - PHẦN II. T H ự C THI MỒ HÌNH Ứ NG PHÓ s ự CÓ TRÀN DẦU
TRÊN SÔNG SÀI GÒN - ĐỒNG NAI
I. GIỚI THIỆU CHUNG 65
II. MỤC TIÊU CỦA NHIỆM v ụ 66
III. KỊCH BẢN DIỄN TẬP ỨNG PHÓ s ự CỐ TRÀN DẦU

66
3.1 Kịch bản diễn tập
66
3.2 Công nghệ áp dụng ■ 67

•
Tốc độ tăng trưởng kinh tế lớn trong những năm gần đây đã làm gia tăng
rẫt mạnh lượng tiêu thụ xăng dầu. Sản lượng khai thác dầu thô toàn thế giới
klhcảng 3 tỷ tấn 1 năm và nửa số đó được vận chuyển bàng đường biển (Pavlo,
2(0(3). Hậu quả là một lượng dầu rất lớn bị rò rỉ ra môi trường biến do hoạt động
của các tàu và do các sự cố hư hỏng hay đắm tàu chở dầu, do sự cố tại lồ khoan
thăn dò và dàn khoan khai thác dầu. Lịch sử thế giới đã ghi nhận hàng trăm vụ
ô nhiễm dầu trên biển.
Tại khu vực ngoài khơi và ven biển nước ta ô nhiễm dầu đã và đang xảy
ra r.gày càng nhiều hơn với mức độ ảnh hưởng ngày càng gia tăng và khu vực
chịu ảnh hưởng ngày càng rộng lớn. Trong khoảng thời gian 10 năm gần đây, đã
có hơn 10 vụ tràn dầu gây ô nhiễm, ảnh hưởng rất lớn đến môi trường vùng cứa
sông và ven biển nước ta. Điển hình là vào ngày 3/10/1994, tàu Neptune Aries
(Singapore) đã va vào cầu cảng Cát Lái, làm tràn 1.700 tấn dầu; ngày 7/9/2001,
tàu Formosa One (Liberia) đụng vào tàu khác tại vịnh Gành Rái làm thoát ra
môi trường 900m3 dầu; ngày 6/2/2002, tàu Bạch Đằng Giang va vào đá tại Hải
Phòng, làm thoát ra 2.500m3 dầu. Trong mấy năm gần đây, cứ vào khoảng tháng
3, tháng 4 hàng năm là dầu lại trôi dạt vào gây ô nhiễm các khu vực biển miền
Trung. Đặc biệt từ ngày 29/1/2007 dầu bắt đầu xuất hiện và làm ô nhiễm bãi
biển Đà Nằng và Hội An. Sau đó, trong thời gian từ đầu tháng 2/2007 tới giữa
tháng 5/2007, ô nhiễm dầu đã ảnh hưởng đến 17 tỉnh, thành phố ven biển nước
ta, bao gồm Hải Phòng, Hà Tĩnh, Quảng Bình, Quảng Trị, Thừa Thiên - Huế, Đà
Nang, Quảng Ngãi, Quảng Nam, Bình Định, Phú Yên, Khánh Hoà, Vũng Tàu -
Côn Đảo, Tiền Giang, Bến Tre, Trà Vinh, Sóc Trăng và Cà Mau. Lượng dầu
được thu gom từ các tỉnh trong cả nước tính từ ngày 29/1/2007 đen ngày
18/4/2007 là 1702 tấn, trong đó riêng tỉnh Quảng Nam là 855 tấn. Sự cố dầu trôi
dạt vào bờ biển là rất nghiêm trọng, lượng dầu trôi dạt lớn gây ảnh hương trên
diện rộng và chưa đánh giá được hết mức độ thiệt hại về kinh tế, xà hội và mỏi
trường. Nguồn gây ra ô nhiễm dầu trong sự cố này là chưa rõ ràng. Do tính chất
nghiêm trọng của sự cố ô nhiễm dầu, Thủ tướng Chính Phủ đã chỉ đạo Bộ Tài

cc sở đó đưa ra các biện pháp và kịch bản phục vụ công tác xử lý ô nhiễm và
giun thiểu ảnh hưởng đến môi trường sinh thái và phát triển kinh tế xã hội.
II TỎNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN c ứ u VỀ MÔ HÌNH DỤ BÁO
LAN TRƯYÈN Ô NHIẺM DẦU
2.1. Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài
Ngày nay, với sự phát triển của phương tiện tính toán, mô hình mô phỏng
qiá trình lan truyền và biến đổi của dầu sau khi xảy ra sự cố, đánh giá tác động
mòi trường sinh thái và thử nghiệm các phương án ứng phó khác nhau đã trơ
thrnh một phương tiện hiệu quả và rẻ nhất để tính toán dự báo, xác định phương
án hiệu quả ứng phó với sự cố ô nhiễm dầu. Có rất nhiều mô hình số trị tính toán
dụ báo quá trình vận chuyển và biến đổi dầu đang được sử dụng hiện nay, từ các
mó hình quỹ đạo đơn giản tới các mô hình 2, 3 chiều tính toán chi tiết quá trình
lar truyền và biến đổi dầu, có tính đến các giải pháp ứng phó và đánh giá anh
huởng của dầu ô nhiễm tới môi trường sinh thái. Đe có thê xây dựng được các
mô hình này, cần phải có kiến thức chi tiết về các quá trình vận chuyển, biến đôi
của dầu, tác động của dầu ô nhiễm tới môi trường sinh thái cũng như hiệu qua
của các giải pháp ứng phó sự cố ô nhiễm dầu.
Sau khi xảy ra sự cố tràn dầu trên biển và trái qua quá trình loang dầu cơ
học ban đầu, dầu sẽ bị vận chuyển trên biển bởi ảnh hưởng tổng hợp của gió,
sóng và dòng chảy. Vì vậy, để dự báo quá trình lan truyền và biến đối của dầu ô
nhiễm, cần phải có các mô hình mô phỏng các quá trình động lực học biến với
độ chính xác cao. Hiện tại, phương pháp dự báo thời tiết bằng mô hình sổ trị dã
đạt được nhiều kết quả rất tốt và đã trở thành phương pháp chính dùng đẻ dự báo
thời tiết ở các nước phát triển như Mỹ, Nhật và Châu Âu. Có một số mô hình dir
báo thời tiết số trị như các mô hình phổ toàn cầu của Mỹ, Nhật, Châu Âu, các
mô hình dự báo thời tiết khu vực như mô hình phổ khu vực của Mỹ, Nhật và
Châu Âu. Các mô hình trên cung cấp các điều kiện biên thích hợp cho các mô
hình dự báo thời tiết quy mô vừa có độ chính xác cao như các mô hình WRF,
MM5, RAMS của Mỹ, HRM của Đức, mô hình JMA MRI-NDP của Nhật V.V
Các yếu tố khí tượng như vận tốc gió tại độ cao 10 m, nhiệt độ không khí, nhiệt

tầng mật độ nên khi áp dụng cho khu vực ngoài khơi, độ chính xác trong việc
tính khuyếch tán và phân tán dầu theo phương thẳng đứng bằng mô hình này có
nhiều hạn chế. Các mô hình HAMSON, MIKE3 PA/SA, STATMAP (Skognes
và Johansen, 2003) cũng sử dụng một sơ đồ tính rối rất đơn giản nên các kết qua
tính toán bằng mô hình không có độ chính xác cao trong điều kiện phân tầng
mật độ. Các mô hình POM, ROMS và MECCA đều sử dụng các sơ đồ tính toán
có khả nàng tách các sóng ừọng lực 2 chiều (external mode) ra khỏi các tính
toán vận tốc dòng chảy cũng như các đại lượng động lực học 3 chiều (internal
mode) nên tiết kiệm thời gian tính toán. Trong khi đó, các mô hình
AIMS/GHER và MIKE3 PA/SA tính đồng thời dao động mực nước đại dương
và các đặc trưng động lực 3 chiều nên yêu cầu bước thời gian tính toán ngấn và
do đó thời gian tính toán tổng cộng dài hơn.
Tác giả nước ngoài duy nhất xây dựng mô hình tính toán vận chuyến dầu
ô nhiễm trong khu vực Biển Đông là Hang và nnk (1989). Mô hình này đã được
Buranapratheprat (1999) áp dụng để tính vận chuyển dầu ô nhiễm trong vịnh
Thái Lan. Mô hình dựa trên giả thiết là dầu ô nhiễm được vận chuyển trên biên
như là vật nổi chịu ảnh hưởng đồng thời của dòng chảy Ekman, dòng Stokes,
dòng dư và dòng triều.
Mô hình MIKE3 PA/SA nằm trong gói mô hình MIKE do Viện Thủy lực
Đan Mạch (DHI phát triển), là một gói phần mềm dùng để mô phỏng dòng chảy,
lưu lượng, chất lượng nước và vận chuyển bùn cát và các chất ô nhiễm ở các cưa
sông, sông, hồ, biển và các khu vực chứa nước khác. Trong đó, mô đun
MIKE 21 & MIKE 3 Particle/Spill Analysis được xây dựng đê mô phong quá
trình lan truyền dầu. Đây là bộ mô hình tiên tiến có khả năng tính toán mạnh và
đang được sử dụng rộng rãi trên khắp thế giới.
2.2. Tình hình nghiên cứu ở trong nước
Ngay từ những năm đầu của thập niên 90 thể kỷ trước, vấn đề nghiên cứu
sự lan truyền ô nhiễm dầu do sự cố trên biển đã được triển khai trong khuôn khô
7
đé tìi cấp nhà nước 48.B.05.03 “Ô nhiễm Biến” do cố GS. TSKH Phạm Văn

cá( cơ sở cần sử dụng như Công ty Dầu Khí Việt-Nhật (JVPC), Xí nghiệp Liên
doinh Dầu Khí Việt-Xô (VIETSOVPETRO). Nhược điểm của mô hình trên là
troig mô phỏng quá trình lan truyền dầu bằng phương pháp ngẫu hành, quá trình
va ;hạm liên kết của các giọt dầu lơ lửng trong nước chưa được mô phong. Hơn
nữ;, mô hình khép kín rối dùng trong nghiên cứu chưa tính được ảnh hưởng của
phin tầng mật độ tới các quá trình rối, liên quan tới các quá trình xáo trộn và
8
phân tán của các giọt dầu lơ lửng trong biển. Trong khi đó, theo các nghiên cứu
cia các tác giả nước ngoài thì quá trình trao đổi rối gần mặt biển có vai trò rất
quan trọng trong quá trình vận chuyển và biến đối cứa dầu. Tính toán mô phỏng
được quá trình này với độ chính xác cao sẽ giúp nâng cao chất lượng tính toán
m3 phỏng quá trình trao đổi dầu giữa lớp dầu trên mặt biến và các lớp dưới, quá
trnh phân tán dầu, nhũ tương hoá và hoà tan của dầu. Mô hình của các tác gia
trèn sử dụng hệ toạ độ Đề-các với lưới vuông góc, chỉ áp dụng được với độ
cHnh xác cao tại các khu vực hẹp. Khi áp dụng cho các khu vực rộng như toàn
Ben Đông, cần phải chỉnh sửa mô hình để tính tới độ cong của trái đất. Ngoài ra,
mì hình này cũng chưa tính tới ảnh hưởng của phân tầng nhiệt muối tới dòng
ctảy biển và vận chuyến dầu. Trong khi đó, theo tác giả Đinh Văn Ưu, ảnh
huờng của phân tầng nhiệt muối tới dòng chảy trong biển trên quy mô toàn bộ
Bển Đông là rất đáng kể. Ảnh hưởng của sóng biển tới quá trình nhũ tương hoá
dài được đánh giá gián tiếp thông qua tốc độ gió. Do vậy, ảnh hưởng của quá
trnh sóng vỡ ven bờ và sự biến đổi của trường sóng tại các khu vực có địa hình
pKrc tạp chưa được xem xét tới. Mô hình cũng chưa được liên kết với một mô
hhh dự báo khí tượng nên chưa thể áp dụng ngay được để dự báo lan truyền và
biìn đổi của dầu khi gặp sự cố ô nhiễm dầu.
Một tác giả khác cũng đạt được nhiều kết quả nghiên cứu về ô nhiễm dầu
là tác giả Nguyễn Hữu Nhân. Tác giả này đã xây dựng phần mềm mô phỏng quá
trìih lan truyền và biến đổi dầu trên biển, đánh giá tác động môi trường cua ô
nhễm dầu. Phần mềm do tác giả xây dựng trên cơ sở mô hình có giao diện
thiận tiện cho người sử dụng. Tác giả đã sử dụng mô hình để tính toán mô

Một nhóm tác giả khác nghiên cứu xây dựng hệ thống dự báo quá trình
lan truyền và biến đổi của dầu gây ô nhiễm là nhóm nghiên cứu tại Trung tâm
Nghiên cứu Biển và Tương tác Biển Khí quyển, Viện Khoa học Khí tượng Thuý
văn và Môi trường do tác giả Vũ Thanh Ca đứng đầu. Mô hình lan truyền và
biến đổi dầu ô nhiễm được kết nối với các mô hình dự báo biển như mô hình
MM5 dự báo trường khí tượng, mô hình POM dự báo dòng chảy và mô hình
SWAN dự báo sóng. Có hai phiên bản của mô hình do nhóm nghiên cứu này
phát triển là mô hình 2 chiều tính toán dòng chảy và lan truyền ô nhiễm dầu
vùng cửa sông, ven bờ và mô hình 3 chiều tính toán dòng chảy, lan truyền và
biến đổi ô nhiễm dầu trên khu vực biển rộng. Mô hình dòng chảy 3 chiều là mô
hình POM do nhóm nghiên cứu tại trường Princeton, Mỹ, đứng đầu là Giáo Sư
G. Mellor xây dựng. Đây là một mô hình tính toán dòng chảy rất hiện đại, trong
đó mô hình khép kín rối sử dụng sơ đồ mức 2,5 của Mellor - Yamada, cho phép
tính với độ chính xác cao ảnh hưởng của phân tầng mật độ tới hệ số trao đổi rối
theo phương thẳng đứng. Lưới tính theo toạ độ địa lý có tính tới độ cong của vo
trái đất cho phép áp dụng mô hình cho các khu vực có quy mô tuỳ ý. Mô hình
này cũng cho phép tính dòng chảy gây ra bởi phân tầng nhiệt muối trên toàn bộ
Biển Đông. Nó cũng cho phép tính toán ảnh hưởng của quá trình hấp thụ bức xạ
mặt trời, quá trình trao đổi nhiệt ẩn và nhiệt cảm giữa bề mặt biến là lớp khí
quyển trên biển. Đây là mô hình với mã nguồn mớ được cung cấp miền phí, cho
phép người sử dụng can thiệp và biến đổi mô hình phục vụ các mục đích nghiên
10
cứu và tính toán khác nhau. Trường sóng dùng đê tính ảnh hưởng của sóng tới
quá trình lan truyền và biến đổi dầu được tính bằng mô hình SWAN. Quá trinh
lan truyền và biến đổi dầu trên biển được tính bằng sơ đồ Euler có khử khuyếch
tán số trị bằng phương pháp sử dụng đường đặc trưng. Dầu ô nhiễm được phân
thành 2 loại: dầu trên mặt và dầu chìm dưới mặt. Tất cả các quá trình quan trọng
trong phong hoá dầu trên biển như quá trình bay hơi, nhũ tương hoá, phân tán
dầu, hoà tan, lắng đọng dầu xuống đáy biến, tương tác dầu với bãi cát và đường
bờ V.V., đều được tính tới trong mô hình. Các thông số khí tượng dùng đế tính

sông Sài gòn - Đồng Nai.
2.3 Các quá trình vận chuyển và biến đổi dầu
Các kết quả nghiên cứu từ trước đến nay cho thấy quá trình vận chuyên và
biến đổi của dầu thoát ra ngoài môi trường biển chịu ảnh hưởng bởi các quá
trình vật lý, hoá học, sinh học và phụ thuộc vào các điều kiện môi trường, khí
tượng và hải văn. Các quá trình này bao gồm: quá trình loang dầu cơ học ngay
sau khi dầu thoát ra khỏi nguồn; quá trình vận chuyển của dầu do tác động cua
gió, sóng và dòng chảy; quá trình phân tán tự nhiên, quá trình phong hoá (kê ca
các quá trình nhũ tương hoá, bốc hơi, hoà tan, ô xy hoá, phân huỷ sinh học, phân
huỷ do ánh sáng mặt trời), tạo hạt, chìm lắng và đọng lại tại đáy; quá trình tương
tác dầu với bãi cát và bợ. Các kết quả nghiên cứu về các quá trình trên sẽ được
mô tả chi tiết dưới đây.
Quá trình loang dầu cơ học: Sự loang dầu cơ học là một trong các quá
trình quan trọng trong di chuyển ban đầu của dầu loang, khi dầu vừa thoát ra
khỏi nguồn. Mô hình về quá trình loang dầu cơ học cho phép dự báo độ dày cua
lớp dầu loang và diện tích khu vực dầu loang là rất cần thiết. Nó cung cấp các
biến quan trọng nhất cho các mô hình tính toán lan truyền và phong hoa dầu.
Diện tích khu vực dầu loang (hay độ dày lớp dầu loang) được dùng đẽ tính
lượng dầu bốc hơi, từ đó tính toán sự thay đổi thành phần và tính chất của dầu
theo thời gian. Nhiều mô hình sử dụng độ dày lớp dầu loang để tính toán tốc độ
phân tán tự nhiên của dầu, từ đó xác định thời gian tồn tại của dầu trên mặt biên.
Đồng thời, độ dày của lớp dầu loang cũng cần thiết để đánh giá hiệu suất của các
giải pháp ứng phó sự cố tràn dầu và đánh giá tác động môi trường. Ngày nay,
phương trình của Fay (1969, 1971) và Hoult (1972) về quá trình loang dầu cơ
học trên mặt biển là cơ sở của hầu hết các thuật toán tính quá trình loang dầu cơ
học. Tuy vậy, phương trình này không giải thích hết được một số hiện tượng
loang dầu quan trắc được trong thực tế như quá trình kéo dài cùa vệt dầu vơi
một lớp dầu mỏng rất dài sau một lớp dầu dày, quá trình giám tốc độ loang dầu
do độ nhớt của dầu, quá trình vỡ của lớp dầu ra thành các dai dầu nho, và sự phụ
thuộc của tốc độ loang dầu vào tốc độ thoát dầu ra khỏi nguồn. MacKay ( 1980a,

Twardus (1984) đã đề nghị giảm tốc độ loang dầu tính theo các phương trình
Fay theo một thông số phụ thuộc vào tỷ số giữa độ nhớt của dầu và nước. Buist
và nnk (1989) đã thực hiện một loạt thí nghiệm với dầu thô có hàm lượng nến
cao và đã đưa ra một hàm độ dày tới hạn, có tính đến sự khác nhau giữa nhiệt dộ
hoá lỏng của dầu và nhiệt độ nước. Yapa (1994) trên cơ sở xem xét quá trình
loang dầu cơ học từ cân bằng giữa lực trọng trường, lực nhớt và sức căng mặt
ngoài, đã chia quá trình này thành 4 pha. Trong pha ban đầu, lực trọng trường
và lực quán tính đóng vai trò chủ đạo. Trong pha thứ 2, lực trọng trường và lực
nhớt đóng vai trò làm loang dầu. Trong pha thứ 3, sức căng mặt ngoài và lực
nhớt đóng vai trò chủ đạo. Cuối cùng, vết dầu loang đạt tới trạng thái cân bàng.
Mô hình của Yapa (1994) hiện nay là một mô hình khá thông dụng đe tính toán
quá trình loang dầu cơ học. El-Tahan và Venkatesh (1994) tiếp cận vấn đề trên
cơ sở lý thuyết và tìm cách thêm vào một thành phần nhớt trong phương trình
13
cân bằng lực cho dầu loang. Các tác giả đã so sánh kết qua tính băng mỏ hình
mở rộng với số liệu thực nghiệm và đã thấy đạt được nhiều tiến bộ so với
phương trình của Fay. Tuy nhiên, khoảng giới hạn của các thí nghiệm làm cho
người ta nghi ngờ khả năng ngoại suy các kết quả của các tác giả này cho các
loại dầu khác. Điều này cần đặc biệt lưu ý đối với các loại dầu có khả năng tạo
nhũ tương hoá với độ nhớt lớn hơn độ nhớt của dầu trong các thí nghiệm vài ba
bậc. Các nghiên cứu về mối phụ thuộc của độ dày lớp dầu cuối quá trình loang
dầu cơ học vào độ nhớt đã không đưa ra được các kết quả rõ ràng. Trong các
điều kiện tự nhiên, quá trình loang dầu không dừng lại khi đạt tới độ dày tới hạn
mà đám dầu loang sẽ bị vỡ ra thành các đám dầu nhỏ do tác dụng cua sóng và
dòng chảy. Các đám dầu này sẽ bị dàn rộng ra do ảnh hưởng của rối đại dương.
Lehr (1996) chỉ ra rằng trong thực tế, dầu luôn từ từ thoát ra khói nguồn, và do
đó, sẽ bị gió, sóng và dòng chảy mang đi. Trong trường họp này, sự loang dầu
cơ học chỉ đáng kể theo hướng vuông góc với hướng dòng chảy và gió.
Trường hợp thoát dầu ngầm từ đáy biển do hở lỗ khoan thăm dò dầu là một
trường hợp rất nghiêm trọng, tạo ra sự thoát dầu liên tục với tốc độ thoát dầu

với các số liệu của thực nghiệm DeepSpill cho thấy rằng mô hình có thể mô
phỏng quá trình vận chuyển và biến đổi dầu từ đáy lẽn mặt với độ chính xác tốt.
Quá trình vận chuyển dầu do gió, sóng và dòng chảy: dầu chuyển động
theo phương ngang trong biển dưới tác dụng đồng thời của gió, sóng và dòng
chảy. Vì dầu là một chất lỏng chỉ nhẹ hơn nước một chút, dầu cũng bị chìm lắng
vào trong nước và được vận chuyển ngầm trong cột nước dưới mặt dưới dạng
những giọt dầu có kích thước khác nhau. Tốc độ thay đổi theo không gian của
dòng chảy theo cả hai hướng đứng và ngang là những yếu tố quan trọng trong
quá trình vận chuyển dầu. Các nghiên cứu thực nghiệm hiện trường đã cho thấy
rằng tốc độ vận chuyển dầu trên mặt biển có thể coi là tổng vector của 3% vận
tốc gió và 100% vận tốc dòng chảy mặt (Stolzenbach và nnk, 1977). Nghiên cứu
gần đây của Reed và nnk (1994) cho thấy rằng trong điều kiện gió nhẹ và không
có sóng bạc đầu, tốc độ lan truyền của dầu theo hướng gió bằng khoảng 3,5%
vận tốc gió. Nếu vận tốc giỏ tăng lên, sóng bạc đầu sẽ làm dầu chìm vào trong
nước. Ngoài chìm dưới dạng những giọt dầu lơ lửng, dầu còn bị hoà tan vào
trong nước. Khi đó, tốc độ thay đổi vận tốc dòng chảy theo phương thăng đứng
trở nên rất quan trọng. Các nghiên cứu hiện trường và mô hình hoá (Johansen,
1984; Elliot và nnk, 1986; Delvigne và Sweeney, 1988; Reed và nnk, 1994;
Leibovich, 1997) đã chỉ rõ rằng cần phải dùng mô hình số trị 3 chiều đế tính
toán dự báo quá trình lan truyền và biến đổi của dầu ô nhiễm. Các nghiên cứu
này đã cho thấy rằng quá trình xáo trộn dầu vào trong nước tại bề mặt do sóng
bạc đầu đóng vai trò quan trọng không chỉ trong tính toán cân bằng khối lượng,
mà còn trong việc xác định phân bố không gian và thời gian của dầu trong biển.
Các nghiên cứu khác (Reed và nnk, 1995a,b, 1989ab, 2004) cũng cho thấy tầm
quan trọng của quá trình xáo trộn bề mặt tới vận chuyển dầu. Một số nghiên cứu
đo đạc hiện trường (Spaulding và nnk, 1992, 1994; Spaulding và Haynes, 1996)
cho thấy rằng có trường hợp dầu thô được vận chuyển bởi dòng chảy ngầm theo
hướng gần như ngược với hướng gió. Youssef và Spaulding (1993) đã đề xuất
một mô hình tính gió và dòng chảy sóng có khả năng mô phỏng thành công hiện
tượng trên với giả thiết là lớp vận chuyên dầu có bê dày 2,5 tới 5 lần chiều cao

Theo các nghiên cứu trên, có thể chia các phương pháp đánh giá tốc độ bay hơi
của dầu thành phương pháp thành phần và phưong pháp giải tích. Theo phương
pháp thành phần, phần dầu bay hơi được tính như hàm của thời gian và nhiệt độ.
Trong các mô hình theo phương pháp này, dầu được chia thành các thành phần
với nhiệt độ sôi nằm trong các khoảng khác nhau. Phần thể tích của mỗi thành
phần được tính và chuyển thành phần trọng lượng phân tử. Áp suất hơi của mỗi
thanh phần được tính từ giá trị điểm sôi và các công thức thực nghiệm. Với điều
kiện áp suất riêng của các thành phần là không đáng kể trong không khí, tốc độ
16
bóc hơi của mỗi thành phần được giả thiết tỷ lệ với áp suất riêng của mồi thành
pl-ần. Lượng bốc hơi thực tế được giả thiết là phụ thuộc vào hệ sổ trao đối chất
vả là hàm của nhiệt độ và tốc độ gió. Fingas và nnk (1996b, 1999) cho ràng tốc
đc gió không phải là một thông số phù hợp. Jones (1997) đã cải biến phương
ptáp này bằng cách đưa ra mối liên hệ thực nghiệm giữa thể tích phân tử và
điềm sôi. Tác giả này cũng đề xuất mối liên hệ thực nghiệm giữa áp suất hơi với
điềm sôi và nhiệt độ của dầu. Nhờ đó, tác giả đã sử dụng được mô hình ngay ca
trcng trường hợp không có số liệu về trọng lượng riêng của mỗi thành phần.
Ptương trình của Jones cho kết quả gần thực tế hơn so với áp suất hơi tính theo
phương trình Clausius - Clapeyron hay phương pháp tính theo Payne và nnk
(P87). Một phương pháp thành phần tương tự đã được dùng trong mô hình
phong hoá dầu SINTEF (Daling và nnk, 1997). Tuy nhiên, hệ số trao đổi chất
trcng mô hình này dựa trên công thức thường được dùng để tính thông lượng
nhiệt, ẩm tại mặt biển (Smith, 1988). Điều này có nghĩa là hệ số trao đổi chất
phi thuộc vào tốc độ gió. Amorocho và DeVries (1980), và Blake (1991) cho
rằng hệ số trao đổi chất phụ thuộc vào tốc độ gió do thay đổi độ nhám mặt biến
theo tốc độ gió. Theo các kết quả của các tác giả này, hệ số trớ kháng mặt biên
thay đổi từ giá trị gần bằng hằng số (lxlO'3) tại vận tốc gió dưới 6 hay 7m/s, khi
bắ. đầu xuất hiện sóng bạc đầu, tới khoảng gấp đôi giá trị đó tại vận tốc gió
20n/s (Amorocho và DeVries, 1980). Do yêu cầu nhiều số liệu và thuật toán
phíc tạp, các phương pháp đơn giản hơn đã được đề xuất như phương pháp giải

đáng kể tới tốc độ bốc hơi. Do vậy, ông cho rằng các công thức của ông có thê
được dùng mà không cần hiệu chỉnh vận tốc gió hay độ dày lớp dầu, mà chi cần
hiệu chỉnh nhiệt độ. Các kết luận này hiện chưa được đồng ý rộng rãi trong giới
chuyên môn. Jones (1997) so sánh các kết quả tính toán theo mô hình thành
phần và theo các phương trình thực nghiệm Fingas và kết luận rằng các mối liên
hệ thực nghiệm của Fingas cho tốc độ bốc hơi nhỏ hơn đáng kế so với mô hình
thành phần. Jones (1997) chỉ ra rằng Fingas đã sử dụng tốc độ gió nho và lớp
dầu khá dày để xác định các thông số trong mô hình của ông. Khi kiểm tra với
các điều kiện tương tự, ông thấy rằng kết quả tính toán bằng mô hình thành phần
phù hợp tốt với kết quả của Fingas.
Quá trình phân tán tự nhiên: tính toán quá trình phân tán tự nhiên là cần
thiết để đánh giá thời gian tồn tại của dầu. Tốc độ phân tán tự nhiên của dầu phụ
thuộc vào các thông số môi trường (trạng thái mặt biến), nhưng cũng phụ thuộc
vào các thông số dầu như độ dày lớp dầu và tính chất dầu (mật độ, sức căng mật
ngoài, độ nhớt) (Li, 1996). Quá trình nhũ tương hoá đóng góp quan trọng vào s ự
tồn tại của dầu, chủ yếu do tăng mạnh độ nhớt của dầu và độ dày lóp dầu có
chứa nước (làm chậm quá trình loang dầu, tăng thể tích, làm giảm quá trình
phân tán tự nhiên). Mất mát dầu do quá trình phân tán tự nhiên có thể được tính
toán theo các phương trình do Mackay và nnk (1980a,b) đề xuất. Phương pháp
của Mackay và nnk dựa trên đánh giá phần F của mặt biển chịu ảnh hưởne cua
quá trình phân tán trong một đơn vị thời gian, tính theo phần FB của dầu được
phân tán dưới dạng các giọt dầu có kích thước đủ nhỏ để phân tán vào trong
nước. Tổc độ tồng cộng lôi cuốn dầu vào trong nước (m3/m2s) được tính bằng
cách nhân F với độ dày lóp dầu. Tốc độ phân tán dầu được tính bằng cách nhân
18
đã lượng tìm được với FB. Mackay và nnk (1980a,b) cho rằng F phụ thuộc vào
trang thái mặt biển, tăng tỷ lệ với bình phương vận tốc gió. Phần dầu bị phân tán
lạ chịu ảnh hưởng bởi các tính chất của dầu. Các nghiên cứu cho rằng các lớp
dáu mỏng với độ nhớt nhỏ sẽ phân tán nhanh hơn các lớp dầu dầy có độ nhớt lớn
hm. Trong một số mô hình (Payne và nnk, 1987; Reed và nnk, 198%), chi có

giiạ dầu nhỏ nhất cho tới kích thước mà lượng dầu lôi cuốn bằng hàm lượng dầu
trên mặt (lượng dầu trên một đơn vị diện tích bề mặt). Điều này có nghĩa là kích
19
thước giọt dầu lớn nhất sẽ phụ thuộc vào độ dày lớp dầu, trạng thái mặt biên,
loại dầu và trạng thái phong hoá. Phương pháp Delvigne và Sweeney hiện đang
được sử dụng rộng rãi trên thế giới, kể cả trong mô hình ADIOS (NOAA, 1994),
mô hình phong hoá dầu SINTEF (Aamo và nnk, 1993; Daling và nnk, 1997),
OSCAR (Reed và nnk, 1995a,b; Aamo và nnk, 1997), và OILMAP (Spaulding
và nnk, 1992). Trong một số mô hình, các giọt dầu có kích thước nhó hơn một
giới hạn nào đó sẽ bị coi là phân tán mạnh vào trong nước và có rất ít khả năng
tái xuất hiện tại khu vực ô nhiễm dầu. Khi đó, các giọt dầu không có khả năng
tái xuất hiện tại khu vực ô nhiễm dầu sẽ bị coi là biến mất vĩnh viễn. Giới hạn
đường kính của giọt dầu để nó biến mất vĩnh viễn nói chung nằm trong khoảng
70-100ũm (Luneỉ, 1993). Tuy nhiên, việc dùng một bán kính giới hạn đê giọt
dầu biến mất là đáng nghi ngờ do một số nguyên nhân sau đây. Các giọt dầu bị
lôi cuốn vào nước sẽ có khả năng biến mất vĩnh viễn nếu vận tốc chuyển động
rối theo phương thẳng đứng lớn hơn vận tốc nổi của giọt dầu. Khi chuyến động
rối là thống trị, các giọt dầu bị phân tán có xu hướng xáo trộn vào trong cột nước,
do vậy thời gian nổi lên mặt sẽ tăng lên, tức là làm gia tăng khá năng các giọt
dầu biến mất vĩnh viễn. Điều đó có nghĩa là giới hạn để phân tán vĩnh viễn có
nhiều khả năng phụ thuộc vào vận tốc nổi của giọt dầu và trạng thái mặt biền,
hơn là vào kích thước giọt dầu. Hơn nữa, các giọt dầu bị phân tán có xu hướng
chuyển động chậm hơn lớp dầu bề mặt do vận tốc dòng nước phía dưới nho hơn.
Quá trình nổi lên từ từ của những giọt dầu bị nhấn chim trong một khoang kích
thước nào đó sẽ đóng góp vào sự kéo dài của vết dầu, với một vùng có lớp dầu
mỏng ở phía sau vùng có lớp dầu dày. Các quá trình như đã nêu ớ trên đã được
đưa vào các mô hình vận chuyển dầu theo phương pháp theo dõi hạt (Johansen,
1987; Elliot, 1991; Reed và nnk, 1994). Các quá trình này tạo ra sự vận chuyến
dầu từ vùng có vết dầu dày tới vùng có vết dầu mỏng, do vậy làm tăne cường
quá trình phân tán dầu. Các nghiên cứu gần đây nhất theo hướng xem xét sự cân

định trên cơ sở các số liệu thí nghiệm cho các loại dầu cho trước. Pingas và nnk
(1999) đã tổng quan các mô hình mô phỏng quá trình nhũ tương hoá cua dầu.
Các tác giả kết luận rằng các mô hình nhũ tương hoá trong quá khứ dựa trên các
phương trình tốc độ nhũ tương hoá bậc nhất, được phát triển trước khi có rất
nhiều kết quả thực nghiệm về bản chất vật lý của quá trình; và các số liệu thực
nghiệm cần được sử dụng làm cơ sở để phát triển các mô hình nhũ tương hoá
mới; và các mô hình đó cần tính đến tính ổn định của quá trình nhũ tương hoá
của các loại dầu khác nhau (ổn định, chuẩn ổn định và không ổn định). Tinh ổn
định là thước đo độ ngậm nước của nhũ tương khi giữ ở các điều kiện tĩnh. Các
nhũ tương ổn định tương đối sẽ mất một phần nước khi giữ ở trạng thái tTnh
trong 24 giờ. Trong khi độ nhớt hiệu dụng của nhũ tương ốn định có thế lớn hơn
độ nhớt của dầu nguyên chất 2 hay 3 bậc, độ nhớt của nhũ tương không ốn định
không lớn hơn độ nhớt của dầu nguyên chất 1 bậc. Do vậy, cần tính đến ảnh
hưởng của quá trình nhũ tương hoá lên độ nhớt của nhũ tương. Mô hình phong
hoá dầu SINTEF (Aamo và nnk, 1993; Daling và nnk, 1997 dùng độ ổn định
phong hoá trong tính toán độ nhớt thích hợp dùng đế tính toán sự phân tán dầu.
Quá trình chìm dầu: hầu hết các thành phần của dầu thô là không hoà tan
trong nước, do vậy chúng có xu hướng dính kết với các hạt rắn lơ lung trong
21
nước, trở nên có khối lượng riêng lớn hơn nước biền và chìm dần xuống đáy.
Quá trình chìm dầu xảy ra khi dầu thô đã trải qua quá trình phong hoá và tương
tác với các chất lơ lửng tự nhiên trong biển hay bùn đáy do rối biến khuấy lên.
Quá trình dầu tương tác với bùn đáy thường xảy ra khi độ sâu nho hơn 2 đến 5
lần độ cao sóng vỡ (Reed và nnk, 1999a). Thậm chí, quá trình này không được
xem xét đến trong hai bài báo tổng quan về các mô hình mô phóng tràn dầu
quan trọng nhất (ASCE, 1996; Reed và nnk, 1999a). Các quá trình liên kết của
các giọt dầu lơ lửng với các hạt rắn lơ lửng có thể thông qua các quá trình hoá
học và sinh học. Stoffyn-Egli và Lee (2002) đã nghiên cứu quá trình tương tác
của dầu với các chất lơ lửng trong nước và tìm ra rằng rối biển tăng cường rất
mạnh quá trình tương tác và lắng đọng của dầu. Hiện tại, chưa có mô hình nào

Quá trình phân huỷ sinh học: quá trình phân huỷ sinh học là một trong
những quá trình phong hoá quan trọng nhất dẫn tới sự biên mât của dâu khỏi
môi trường, nhất là làm biến mất những thành phần không bay hơi. Nhiều công
trình nghiên cứu đã làm sáng tỏ những khía cạnh khác nhau của quá trình nà}
cũng như các yếu tố môi trường làm thay đổi tốc độ phân huỷ sinh học (Atlas,
1981). Quá trình phân huỷ sinh học của dầu xảy ra do một số loại vi khuẩn có
khả năng đồng hoá hydrocarbons trong dầu. Một số loại vi khuẩn không có kha
năng đồng hoá hydrocarbons cũng có thể đóng góp vào việc làm biến mất dầu
trong tự nhiên. Quá trình phân huỷ dầu bao gồm một chuỗi các quá trình, trong
đó một số vi khuẩn tác động ban đầu, tạo ra các sản phẩm trung gian để một số
nhóm sinh vật khác sử dụng. Owens (1999), Venosa và Zhu (2003), và Cybulski
và nnk (2003), Prince và nnk (2003) đã trình bày những kết quả nghiên cứu lý
thuyết và thực nghiệm về quá trình phân huỷ sinh học của dầu cũng như ảnh
hưởng của các yếu tố môi trường (như trạng thái nhũ tương, nhiệt độ nước biên,
ánh sáng mặt trời v.v.) tới các quá trình phân huỷ sinh học. Cho tới nay, mặc dù
đã đạt được nhiều kết quả nghiên cứu về quá trình phân huỷ sinh học cúa dầu
trong môi trường biển, các nhà khoa học vẫn chưa có được những kết quả định
lượng đáng tin cậy để có thể sử dụng trong mô hình dự báo quá trình biến đối
của dầu ô nhiễm. Bởi vậy, trong các mô hình tính toán dự báo sự lan truyền và
biến đổi của dầu ô nhiễm, quá trình phân huỷ sinh học của dàu thường bị bỏ qua.
Quả trình hoà tan: Các thành phần có thể hoà tan trong nước của dầu có
thể bị hoà tan trong quá trình phong hoá. Quá trình hoà tan của dầu phụ thuộc
vào thành phần và trạng thái của dầu, và xảy ra nhanh nhất khi dầu bị phân tán
vào trong nước. Các thành phần dễ tan vào trong nước nhất là các thành phần
hydrocarbon thơm như benzen và toluene. Tuy nhiên, đây cũng là nhừng thành
phần bốc hơi nhanh nhất nên nếu dầu ở trên mặt biến thì quá trình hoà tan cua
các thành phần này là không quan trọng. Lượng dầu hoà tan vào trong nước là
rất nhỏ (nói chung nhỏ hơn 1 phần triệu) và không đóng góp đáng kể vào quá
trình mất dầu tại mặt biển. Tuy vậy, dầu hoà tan vào trong nước lại cực kỳ độc
cho môi trường sinh thái. Vì vậy, việc nghiên cứu đánh giá mức độ hoà tan của