Bảo vệ các đối tượng nước khỏi cạn kiệt

Theo A. I. Simonov (1973), về định tính, cân bằng các chất ô nhiễm đối với biển nói chung có thể biểu diễn bằng sơ đồ sau:

Công thức (5.10) sử dụng để tính cân bằng các chất ô nhiễm trong các hệ thống một lớp và nhiều lớp khi thỏa mãn những điều kiện sau đây: tính toán được tiến hành theo các nồng độ trung bình tỷ trong của các chất ô nhiễm và theo các nhiệt độ trung bình tháng đối với toan bộ không giân lựa chọn của biển, giả thiết sự liên tục và sự đồng nhất các trường ô nhiễm trong toàn biển hay một vùng của nó, chấp nhận tính đồng đều theo thời gian của dòng của các chất ô nhiễm đi vào từ những nguồn khác nhau theo toàn thủy vực, dòng các chất ô nhiễm ở ranh giới dưới của lớp mặt chấp nhận tỷ lệ với gradient thẳng đứng của nồng độ và được thực hiện trong các mùa phát triển đối lưu thẳng đứng. Trong trường hợp tập trung các chất ô nhiễm vào các váng và lớp mặt vi mỏng, việc tính toán cân bằng của chúng tiến hành cho các váng, lớp mặt vi mỏng và các lớp nước đệm một cách riêng biệt, từ giả thiết rằng phần lớn các chất ô nhiễm trải qua giai đoạn tập trung trong lớp mặt vi mỏng hay váng.

Sự phân bố và di chuyển của các chất ô nhiễm trong hệ thống nhiều lớp có thể đặc trưng bằng thời gian lưu lại của chúng trong từng lớp:

3. Theo công thức (5.13) tính lượng phát thải các chất ô nhiễm trong thời kỳ đã định.

Sự không đều của phân bố ô nhiễm trong thiết diện sông, sự không đồng đều gia nhập của chúng, sự thiếu mối liên hệ giữa nồng độ của chúng và lưu lượng nước trong sông, cũng như sự hiện diện của nhiều nhân tố khó tính tới buộc chúng ta phải áp dụng các phương pháp của thống kê biến phân, khi xét xác suất xuất hiện một nồng độ nào đó của các chất ô nhiễm trong dòng nước và để tính toán phải chọn thời kỳ chế độ nước sông đảm bảo tương ứng về mặt thống kê với những kết quả quan trắc hệ thống.

Khi không có đủ số liệu về các chất ô nhiễm xâm nhập vào biển, có thể sử dụng những thông tin trung bình thống kê đặc trưng cho một số biển về tương quan giữa các lượng nhập chất ô nhiễm qua các kênh khác nhau: thải từ tầu trên biển và thất thoát khi sự cố – 28 %, thải từ tầu tại các cảng – 14 %, thải từ bờ – 16 %, thải theo dòng sông – 28 %, từ khí quyển – 10 %, theo các kênh khác (trao đổi nước tại thềm lục địa) – 4 % tổng nhập lượng. Nếu biết chính xác một trong những thành phần nhập lượng, có thể tính được tổng nhập lượng các chất ô nhiễm trong thời kỳ xác định.

Ảnh hưởng của bùn đáy biểu hiện trong các vùng nước nông và ven bờ. Nhập lượng các chất ô nhiễm từ trầm tích đáy khi xục bùn làm tăng nồng độ các sản phẩm dầu dạng hoà tan và dạng nhũ ở lớp mặt:

Vai trò của các quá trình hấp phụ bởi các chất lơ lửng và bùn đáy được xác định từ tương quan giữa các khối lượng các chất ô nhiễm đi vào biển và bị hấp phụ bởi bùn đáy:

Việc xây dựng mô hình cân bằng các chất ô nhiễm đã cho phép dựa vào các quan trắc thực địa tính được các khoản vào và ra của cân bằng hyđrô cacbua dầu cho một số vùng nước Đại Tây Dương và Thái Bình Dương, cũng như có được những thông tin dự báo về động thái ô nhiễm dầu của các vùng nước đó đến năm 1990 (Simonov, 1985) và đến năm 2005 (Simonov và nnk., 1986). Ở đây sẽ dẫn những kết quả tính toán đối với Bắc Đại Tây Dương (0–60 °N).

Theo dữ liệu thống kê, các nước quanh thủy vực Bắc Đại Tây Dương năm 1975 đã tiêu thụ 754.10⁶ tấn dầu. Lượng xâm nhập vào đại dương bằng 0,23 %, hay 1,73.10⁶ tấn các hyđrô cacbua dầu một năm. Lượng hyđrô cacbua dầu này phân bố và phân hủy ở trong các váng dầu trên mặt, trong lớp mặt vi mỏng và trong lớp 0–100 m với một phần chuyển xuống các lớp sâu.

Tính toán được thực hiện theo các nồng độ trung bình tỷ trọng của các hyđrô cacbua dầu và nhiệt độ nước trung bình tháng đối với toàn vùng nước Bắc Đại Tây Dương. Giả sử trong một năm lớp 0–100 m bị xáo trộn hoàn toàn, nhập lượng hyđrô cacbua dầu từ các nguồn khác nhau phân bố đồng đều trên toàn vùng nước, còn sự phân bố nồng độ là đơn điệu, với các cực trị ở những đới thềm. Chấp nhận rằng tại biên phía bắc của thủy vực (60 °N) chỉ có lượng mất do hải lưu Bắc Đại Tây Dương, tổng thông lượng qua xích đạo bằng 0, tại biên dưới của lớp (100 m) thông lượng tỷ lệ với gradient nồng độ và thực hiện với tốc độ đối lưu thẳng đứng khoảng 10^-4 cm/s.

Theo số liệu quan trắc, 3 % tổng diện tích mặt nước bị phủ bởi váng dầu, trong đó thường trực tập trung khoảng 48.10³ tấn dầu, thời gian lưu lại của dầu trong váng dầu là 17 ngày. Từ váng dầu bay hơi 50 % tổng lượng hydocacbon dầu. Hằng số tốc độ phân hủy trung bình trong váng dầu bằng 0,008 ngày^–1 (0,007–0,0137 ngày^–1) tuỳ theo nhiệt độ nước).

Độ dày lớp mặt vi mỏng chấp nhận bằng 500 μm, nồng độ trung bình hyđrô cacbua dầu trong lớp mặt vi mỏng － 3 mg/l, thời gian lưu lại trong lớp mặt vi mỏng － 9 ngày, hệ số bay hơi thực nghiệm của hyđrô cacbua dầu, được lấy trung bình tỷ trọng theo diện tích – 0,007, hằng số tốc độ phân hủy trung bình bằng 0,024 ngày^－.

Trong nước Bắc Đại Tây Dương (0–100 m), nồng độ trung bình các hyđrô cacbua dầu bằng 0,010 mg/l, gradient thẳng đứng của nồng độ 0,0001 mg/l và thời gian lưu lại trong lớp này － 241 ngày.

Có tính cả đến thể tích nước trong các lớp, tốc độ chuyển động của chúng và thể tích nước đi theo hải lưu Bắc Đại Tây Dương vào Bắc Băng Dương.

Bảng 5.2. Cân bằng hyđrô cacbua dầu ở Bắc Đại Tây Dương năm 1975

(Simonov, 1985)

Các khoản cân bằng hyđrô cacbua dầu ở Bắc Đại Tây Dương tính toán được (bảng 5.2) có một số đặc điểm riêng. Trong phần mất, giá trị quyết định thuộc về bay hơi và phân hủy (83 % tổng nhập lượng từ mặt). Đối với lớp mặt vi mỏng: chủ yếu là phân hủy (gần 64 %) và mất xuống lớp kề dưới (gần 26 % tổng nhập lượng vào lớp mặt vi mỏng) khi tỷ phần bay hơi giảm mạnh. Trong lớp 0–100 m, phần mất lớn nhất là do dòng đi xuống các tầng dưới (42 %) và phân hủy (26 %). Trong tất cả ba lớp, có tính tới khả năng chuyển một phần hyđrô cacbua dầu xuống các khối nước sâu hơn 100 m, còn lại 0,32.10⁶ tấn (18,5 % tổng lượng nhập vào Bắc Đại Tây Dương). Lớp 0–100 m chỉ tích tụ khoảng 39,3.10³ tấn hyđrô cacbua dầu, một phần không lớn trong tổng nhập lượng năm (1,734.10⁶ tấn). Từ đây thấy rõ vai che chắn của mặt và lớp mặt vi mỏng của đại dương trên đường hyđrô cacbua dầu đi vào lòng đại dương.

Để lập dự báo mức ô nhiễm Bắc Đại Tây Dương cho tương lai, cần biết rằng, với sản lượng dầu thế giới 2,48 tỷ tấn năm 1971, nhập lượng vào Đại Tây Dương 1,73 triệu tấn, năm 1980 – tuần tự 42 tỷ tấn và 3,05 triệu tấn, năm 2000 theo dự báo (nếu duy trì xu thế hiện thời) – tới 6,5 tỷ tấn và 4,53 triệu tấn. Sử dụng khối dữ liệu quan trắc 5–9 năm cho từng vùng của Bắc Đại Tây Dương, người ta đã xây dựng được mối liên hệ giữa nhập lượng dầu vào nước biển và hàm lượng dầu trong váng dầu, lớp mặt vi mỏng và toàn lớp nước, sau đó lập dự báo cho năm 2005. Dự báo được tính bằng phương pháp cân bằng theo phương trình (5.9).

Chấp nhận các thành phần như sau: nhập từ khí quyển – 40 % tổng nhập lượng, đi lên khí quyển – 40 % tổng hyđrô cacbua dầu trong váng và 1,5 % tổng trong lớp mặt vi mỏng. Trước tiên, tính các hệ số thực nghiệm về phân bố các hyđrô cacbua dầu trong nước và chính xác hóa trữ lượng ( M0 size 12{M rSub { size 8{0} } } {}) trong lớp 0–100 m. Kết quả dự báo ước lượng trình bày ở bảng 5.3.

Như đã thấy, mặc dù có sự biến động giữa các năm về ô nhiễm dầu ở những năm 80, nhưng nổi lên là xu thế tăng hàm lượng dầu ở một số vùng của Bắc Đại Tây Dương và toàn đại dương. So với năm 1980, trên toàn Bắc Đại Tây Dương ô nhiễm váng dầu đã tăng 1,16 %, còn hàm lượng hyđrô cacbua dầu dạng hoà tan và nhũ so với năm 1975 cần tăng tuần tự 0,013 và 0,008 mg/l ở các lớp 0–1 m và 0–100 m. Mức tăng lớn nhất có thể xuất hiện ở vùng cận nhiệt đới trung tâm và vùng Canari.

Bảng 5.3. Dự báo mức ô nhiễm của một số vùng ở Bắc Đại Tây Dương

cho năm 2005 (Simonov và nnk., 1986)