20/06/2012

Mô hình toán cảng Lạch Huyên – tiền mất tật mang!

Tô Văn Trường

Trên các phương tiện thông tin đại chúng thời gian qua có nhiều ý kiến bàn luận dù còn nhiều định tính về cảng Lạch Huyện, sau đó không hiểu vì lý do nào đó bị “tắt điện”! Gần đây, tôi nhận được tài liệu chính thức báo cáo đánh giá tác động môi trường (ĐTM) cảng Lạch Huyện để nghiên cứu, tham gia Hội đồng thẩm định cấp nhà nước.

Theo tôi nghĩ, trong chiến lược phát triển kinh tế của đất nước, việc tiến ra biển (không phải đứng trước biển) là hoàn toàn đúng đắn. Cảng Lạch Huyện theo Quyết định của Thủ tướng Chính phủ (số 2190/QDD-TTg ngày 24/12/2009 phê duyệt Quy hoạch phát triển hệ thống cảng biển Việt Nam đến năm 2020, định hướng đến 2030) có vai trò, vị trí, quy mô như sau:

Lạch Huyện: là khu bến chính của cảng Hải Phòng (cảng tổng hợp quốc gia, cửa ngõ quốc tế (loại IA) thuộc nhóm cảng biển phía Bắc (nhóm 1) từ Quảng Ninh đến Ninh Bình, lượng hàng qua cảng dự kiến khoảng: 86 ÷ 90 triệu T/năm (2015); 118 ÷ 163 triệu T/năm (2020); 242 ÷ 313 triệu T/năm (2030)), chủ yếu làm hàng tổng hợp, container xuất nhập khẩu trên tuyến biển xa cho tàu 5 ÷ 8 vạn DWT, 4.000 ÷ 6.000 TEU (lượng hàng qua cảng khoảng 5,0 ÷ 6,0 tr T/năm (2015) và 5,0 ÷ 6,0 tr T/năm (2015) 20,0 ÷ 25,0 tr T/năm (2020).

Theo mục 1.4 (cuối trang 2 Tóm tắt báo cáo ĐTM và cuối trang 27 Chương I Mô tả tóm tắt dự án), quy mô dự án giai đoạn khởi đầu gồm 02 bến cho tàu contener, tàu tổng hợp đủ tải đến 50.000 DWT và tàu 100.000 DWT giảm tải, tổng lượng hàng khoảng 6 triệu tấn/5 (2015) là phù hợp so với được duyệt trong Quy hoạch.

Trong phạm vi bài viết này, tôi chưa đề cập đến các tác động của việc nạo vét và đổ bùn cát đến môi trường mà chỉ tập trung đi sâu phân tích về mô hình toán là công cụ quan trọng bậc nhất được JICA (Nhật Bản) và một số nhà khoa học Việt Nam tham gia thực hiện được trình bày trong báo cáo tóm tắt ĐTM. Sau khi nghiên cứu kỹ báo cáo, tôi có thể khẳng định nếu Hội đồng thẩm định cấp nhà nước chấp nhận mô hình toán được trình bày trong báo cáo, chắc chắn sẽ dẫn đến tình trạng “TIỀN MẤT - TẬT MANG”!

Đây là dự án lớn đầu tư trên 1 tỷ đô la USD, để có thể đánh giá thấu đáo, chủ đầu tư là Cục Hàng hải Bộ Giao thông Vận tải và cơ quan tư vấn, ngoài báo cáo tóm tắt đánh giá tác động môi trường, cần phải tiếp tục bổ sung có đầy đủ các báo cáo chuyên đề kỹ thuật đi kèm như:

- Báo cáo tính toán sóng,

- Tính toán dòng chảy,

- Tính toán bùn cát,

- Tính toán tràn dầu,

- Tính toán chất lượng nước

- Tính toán hệ sinh thái (ecosystem model).

Nhận xét chung:

Mô hình tính dòng chảy và lan truyền chất chưa đủ chi tiết nên khó nhận xét, đáng ra phải chi tiết hơn về cơ sở học thuật, điều kiện biên, thời đoạn mô phỏng. Trong khi đó mô hình tràn dầu lại khá chi tiết nhưng lại thiếu các thông tin như thành phần dầu, dầu bị bốc hơi, lắng đọng xuống đáy, bám vào bờ.

Lưu ý, vai trò của dòng chảy trong sông (nhất là thời gian lũ) chưa đánh giá kỹ (lấy trung bình) vì về mùa lũ tác động bồi lấp từ hệ thống sông Hồng rất lớn. Các nhận xét về việc đổ thải cần phải được xem xét và cần cân nhắc kỹ do các nhận định này được căn cứ dựa trên mô hình tính toán SS. Tuy nhiên, mô hình không đưa ra các mô phỏng cũng như kiểm định trước khi chạy các phương án đổ thải, xây dựng đê cũng như không đưa ra các yếu tố chi tiết thông số đầu vào để tính toán, do đó rất khó nhận xét chất lượng và độ tin cậy của mô hình ở mức độ nào.

Trong mô hình toán, với bước lưới nhỏ sẽ rất khó khăn vì để đảm bảo điều kiện ổn định bước thời gian tính phải nhỏ. Thêm vào đó kích thước bài toán thì đã cố định, lưới tính mịn đồng nghĩa với tăng số lượng mắt lưới, tăng số lượng phần tử. Tất cả những thứ đó làm cho việc tính toán tốn nhiều thời gian. Có nhiều cách để vượt qua khó khăn này. Chẳng hạn dùng máy tính mạnh hơn và/hoặc dùng phần mềm mạnh hơn. Bản thân phần mềm, được sử dụng họ nhà MIKE của Đan Mạch thuộc loại mạnh vì cho phép làm đa lưới nhưng cách làm không thuyết phục.

Báo cáo cho biết các lưới tính toán trong khu vực lõi là 100 m. Như vậy là quá thưa vì luồng tàu sẽ chỉ chiếm vài ô của lưới tính toán, và việc phân tích số liệu của 24 giờ cuối cùng đối với một mô hình bồi lắng là không hợp lý. Ngẫm suy, nhận thấy trình bày tính 20 ngày thì kết quả tính lan truyền độ đục bắt đầu ổn định và lấy ra kết quả của 24 giờ để phân tích, điều này là chấp nhận đuợc. Tuy nhiên, trong phần tính bồi xói thì tuyệt nhiên không nói đã tính trong thời gian bao lâu? Riêng vấn đề này, chúng tôi nghĩ phải tính cho một khoảng thời gian dài, ít nhất 1 mùa hoặc 1 năm. Nói cho rõ hơn, riêng về lưới tính 100 m cho khu vực luồng là rất thô. Những ai am hiểu về mô hình đều hiểu tính chơi cho vui chứ chẳng tin được là bao. Làm sao mà lưới tính đó lại thể hiện được đê ngầm chắn cát để mà tính. Chưa kể phần mềm được dùng có khả năng phân biệt đó là mặt đê chứ không phải mặt đáy biển bình thường để tính toán hay không.

Trong báo cáo phân tích không cân đối giữa mô tả tràn dầu (tập trung) và mô tả diễn biến lan truyền bùn cát (ngắn, ít thông tin). Cả 3 nội dung ứng dụng mô hình MIKE 21, MIKE 21 MT (mud transpot!) và MIKE 21/3 spill analysis đều có khiếm khuyết chung là:

(i) Chưa có phần hiệu chỉnh bộ thông số, kiểm định bộ thông số;

(ii) Phần mô tả đầu vào, điều kiện biên còn sơ sài;

Phần nội dung mô tả tràn dầu khó có thể đánh giá mức độ tin cậy đến đâu vì đây cũng là vấn đề mới ngay cả đối với DHI. Tôi đã đến Đan Mạch nhiều lần và thường xuyên trao đổi công việc chuyên môn với các chuyên gia, nhận thấy DHI chưa có công cụ riêng cho mô tả tràn dầu.

MIKE 21/3 sử dụng trong báo cáo là một công cụ đa chức năng mà trong phần mô tả không nói rõ có giải quyết / mô tả quá trình oil spill, mà chỉ nhận xét có tính chất chung chung. Tràn dầu là một quá trình phức tạp, không chỉ sử dụng các quá trình advection, diffusion, dispersion để mô tả, vì dầu là một vật thể không ổn định, có thể tan, có thể lắng đọng, có thể tích tụ và cũng có thể từ những dạng trên lại trở về trạng thái lơ lửng, hòa tan.

Nhận xét cụ thể

- Về mô hình sóng: Báo cáo chỉ cho kết quả về hướng truyền sóng là hoàn toàn “bịt mắt” người phản biện. Cần cho biết các vấn đề sau:

§ Các tác giả đã xử lý điều kiện biên ở vùng nước sâu như thế nào? Đây là điều kiện tiên quyết ảnh hưởng đến sự truyền sóng vào khu vực nghiên cứu.

§ Cần trình bày rõ việc sử dụng mô hình (phương trình, phương pháp)

§ Tài liệu quan trắc sóng để điều chỉnh mô hình.

§ Từ ngoài biển, hướng sóng nào là quan trọng (cần có số liệu quan trắc để chứng minh). Trong báo cáo, các tác giả chỉ đề cập đến sóng đến từ hướng đông! Các chu kỳ sóng (T) thay đổi như thế nào trong khu vực nghiên cứu. Tại sao trong nghiên cứu này lại lấy T khoảng 15 sec (mà không phải là 5 hay 10 sec)? Cần có số thống kê để chứng minh thông số sử dụng trong báo cáo là phù hợp.

§ Mô hình sóng đã được điều chỉnh như thế nào?

§ Kết quả tính toán phải được trình bày không chỉ dưới dạng hướng mà cả trường biên độ sóng (Wave Amplitude Fields).

§ Các tác giả có tính “Radiation Stress” không? Nếu có, phải đưa ra trường của nó (Radiation stress fields). Các trường “Radiation Stress” nhất thiết phải có để tính dòng chảy do sóng gây ra sau này.

- Về mô hình dòng chảy: Có quá nhiều bất cập (hoặc là các tác giả đã xét đến nhưng chưa nói trong báo cáo)

§ Theo báo cáo, các tác giả sử dụng kĩ thuật “lồng” các mô hình dùng lưới có cấu trúc hình chữ nhật (Cartesian structured meshes) có quy mô khác nhau để tạo nên điều kiện biên cho mô hình chi tiết cuối cùng (nhỏ nhất). Kĩ thuật “lồng” nói trên được dùng khá nhiều vào những năm 90, khi mà lưới không có cấu trúc (unstructured meshes) chưa được phổ biến và công cụ tính toán chưa đủ mạnh. Ngày nay, trên thế giới, người ta không còn dùng kỹ thuật “lồng” này nữa. Thay vào đó là lưới không có cấu trúc. Theo GS Nguyễn Kim Đan sống và làm việc ở Pháp, nếu sử dụng phần mềm TELEMAC (cho dòng chảy) và SYSIPHE (cho tải bùn cát, bồi lắng, xói lở) thì không cần dùng kỹ thuật "lồng" nữa, thời gian tính toán ngắn (nhờ cách giải ẩn khi cho phép dùng số Courant lên tới hàng chục). Với kĩ thuật tính song hành (parallelization) cho phép tính với số điểm tính toán tới hàng tỷ mà vẫn tốn rất ít thời gian tính. Như vậy, chúng ta có thể đồng thời mô hình hóa rất chi tiết vùng ta quan tâm mà vẫn có được dòng chảy trong các vùng lân cận cùng các điều kiện biên đúng.

§ Theo tôi hiểu mô hình toán cho dòng chảy và bùn cát các tác giả trình bày theo kĩ thuật "lồng" là quá cũ. Lưới vuông có cấu trúc không cho phép mô tả đúng các vùng địa mạo phức tạp (như đê chống cát, cảng), lại không cho phép tính song hành nên tốn nhiều thời gian tính. Ý kiến sử dụng mô hình TELEMAC như GS Đan đề cập, cần kiểm chứng lại kết quả trên thực tế trong trường hợp PGS Nguyễn Thống, Đại học Bách khoa thành phố Hồ Chí Minh đã dùng TELEMAC-2D đã ứng dụng để tính dự án đê biển Vũng Tàu-Gò Công và hệ thống các sông Sài Gòn-Đồng Nai, không cần ghép nối với mô hình 1D, chỉ mất vài giờ trên máy tính cá nhân.

§ Trong báo cáo mô hình toán cảng Lạch Huyện, các tác giả không nói tới các điều kiện biên dùng cho mô hình “ngoài cùng” (nghĩa là lớn nhất) như thế nào? Về biên triều, chỉ có 2 thành phần sóng triều O1 và K1 được xét tới. Nếu chỉ dùng 2 thành phần này, các tác giả sẽ gặp nhiều khó khăn (thậm chí không thể vượt qua) khi điều chỉnh mô hình với các số liệu thực đo về vận tốc!

§ Miền tính toán cần được mở rộng hơn rất nhiều, để xét tới ảnh hưởng của dòng chảy ra của sông Hồng và sông Thái Bình (đặc biệt là hiện tượng bồi lấp phù sa của hệ thống sông này) vào mùa lũ.

§ Các tác giả đã không hề nói tới việc điều chỉnh mô hình dòng chảy. Đây là điều không thể chấp nhận được trong nghiên cứu mô hình.

§ Các tác giả nói tới dòng chảy do sóng, nhưng không thấy các tác giả nói gì về vấn đề này: Theo cách thông thường, có thể tính trường “Radiation Stress” từ mô hình sóng và đưa trường này vào như một forcing của mô hình tính dòng chảy.

§ Chúng tôi không nghĩ rằng gió và sóng lại chỉ có ảnh hưởng rất ít đến dòng chảy như các tác giả đã kết luận. Nếu đúng là thế, các tác giả cần đưa ra các số liệu đo đạc hoặc tính toán, đặc biệt khi có bão gây nước dâng (storm surges). Các kịch bản cho các hiện tượng cực trị (extreme storms) của sóng và gió cần được xét tới.

- Mô hình toán cho việc xả bùn từ các tầu hút bùn (dredged sediment release in open sea). Đây là vấn đề nghiên cứu mang tính thời sự trên thế giới. Vì bùn cát hút lên từ đáy luồng lạch mang nhiều độc chất (contaminants) nên người ta rất quan tâm đến sự di chuyển của bùn cát sau khi được đổ ra từ tàu hút bùn. Johnson B.H. and Fong M.T. (1995) đã phát triển mô hình tính toán cho dòng một pha để tính toán 3 giai đoạn của quá trình đổ bùn cát từ tàu hút bùn: a) giai đoạn rơi, b) giai đoạn tiếp xúc với đáy biển và c) giai đoạn di chuyển ngang trên đáy biển của bùn cát do ảnh hưởng của gradient tỷ trọng. Hai luận án tiến sỹ và thạc sỹ làm tại MIT (Ruggaber G.J. (2000), Gensheimer R.J. (2008)), đã cung cấp đầy đủ kết quả nghiên cứu trong phòng thí nghiệm về quá trình đổ bùn cát từ tàu hút bùn, đặc biệt cho bùn cát dính (cohesive sediments). Theo đó, vận tốc rơi của quần thể các hạt dính là cao hơn rất nhiều (có thể tới chục lần) so với vận tốc rơi của từng hạt. Nguyễn and al. (2012) đã dùng mô hình 2 pha để nghiên cứu về quá trình rơi của quần thể các hạt dính và xác nhận bằng mô hình số, quy luật rơi của quần thể hạt dính mà Ruggaber (2000) và Gensheimer (2008) đã tìm được. Nguyễn and al. (2012) đã khẳng định rằng khi nồng độ bùn cát lớn (vượt quá 100mg/L) thì mô hình 1 pha không còn cho kết quả đúng đắn. Các tính toán ĐTM của cảng Lạch Huyện cho quá trình đổ bùn cho thấy các tác giả đã không thấu hiểu được bản chất vật lý của quá trình được nghiên cứu. Không cho thấy được quần thể bùn sẽ di chuyển ra sao, sau khi được đổ từ tàu, theo 3 giai đoạn nói ở trên, đặc biệt là giai đoạn lan truyền trên đáy do ảnh hưởng của gradient tỷ trọng. Để làm được điều đó, lưới tính toán phải đủ mịn, cả theo phương đứng cũng như phương ngang.

Sau đây là một số nhận xét bổ sung về phần tính toán quá trình đổ bùn từ các tàu hút:

§ Báo cáo cho biết, vật liệu lơ lửng trong khu vực chủ yếu là bùn và sét, nghĩa là hạt dính (cohesive sediment). Vì vậy, sẽ có hiện tượng flocculation trong quá trình vận chuyển. Hiện tượng này sẽ ảnh hưởng rất lớn tới vận tốc “rơi” của bùn. Vậy mà, để xác định vận tốc rơi, các tác giả dùng định luật Stokes (tên của nhà khoa học này viết sai trong báo cáo) là không thể chấp nhận. Định luật này chỉ sử dụng để tính tốc độ rơi của một hạt cát riêng rẽ không dính (non-cohesive), không thể dùng để tính cho bùn dính có flocculation được.

§ Báo cáo chỉ nói đơn giản là mô hình sử dụng có nhiều lớp theo phương thẳng đứng, nhưng lại không cho biết cơ sở toán học của nó. Vì thế, không có cơ sở để nhận xét và phản biện.

§ Không có hiệu chỉnh mô hình, ngay cả so sánh với các tài liệu quan trắc đo đạc cũng không có.

- Mô hình tính bùn cát: Mô hình được sử dụng trong tính toán là MIKE21 (vận chuyển bùn cát bằng dòng 1 pha trong nước nông 2 chiều ngang, được lấy bình quân theo phương thẳng đứng). Trong thực tế, ngay bùn cát lơ lửng cũng có sự phân bố rất thay đổi theo phương thẳng đứng. Bởi vậy, sử dụng mô hình 2 chiều ngang cho trường hợp này là không thích hợp, đặc biệt khi chúng ta quan tâm nhiều đến bùn cát đáy.

§ Vì chế độ bùn cát trong vùng có thể bị ảnh hưởng bởi phù sa từ hệ thống sông Hồng và sông Thái Bình đặc biệt là mùa lũ, miền tính toán cần được lấy rộng ra.

§ Điều kiện biên của mô hình phải được nói rõ.

§ Các thông số trong mô hình phải được giải thích và phải có luận chứng cho các giá trị sử dụng, đặc biệt cho các thông số xác định tốc độ rơi của bùn cát, các thông số xác định lượng bùn cát trao đổi với đáy (do xói hay bồi).

§ Mô hình phải được điều chỉnh dựa vào số liệu đo đạc

Mô hình vật lý

- Theo Gs Nguyễn Kim Đan, do tầm quan trọng của công trình, nhất thiết phải xây dựng mô hình vât lý để nghiên cứu khả năng bồi lắng hay xói lở sau khi xây dựng công trình. Pháp đã có kinh nghiệm này khi tìm biện pháp công trình để bảo vệ vùng vịnh Mont Saint-Michel, một thắng cảnh nổi tiếng (nơi nhiều người tham quan nhất sau Paris), khỏi bị bồi lắng. Kích thước của vùng được nghiên cứu tương đương với vùng cửa sông Cấm, sông Lạch Tray và sông Bạch Đằng của ta.

- Theo tôi hiểu, đối với công trình đầu tư rất lớn, có vị trí quan trọng, ảnh hưởng lớn đến môi trường sinh thái, cách tốt nhất để có thể đánh giá được tác động của công trình một cách chính xác là xây dựng mô hình cả vật lý và toán + tiến hành đo đạc cho việc hiệu chỉnh các mô hình. Ta không thể chỉ dựa vào mô hình toán (ngay cho dù đã sử dụng mô hình toán tốt nhất) bởi lẽ mô hình toán cho tải bùn cát phụ thuộc rất nhiều vào các thông số kỹ thuật (hiện tượng flocculation của bùn dính, vận tốc rơi, thông lượng bùn cát trao đổi giữa dòng chảy và đáy) và nhất là khi nồng độ bùn cát tương đối cao (trên 100 mg/L) thì các mô hình thương mại 1 pha sẽ cho lời giải sai sự thật. Khi đó, mô hình vật lý sẽ cho lời giải thỏa đáng.

- Tuy nhiên, trong điều kiện ở Việt Nam không thể làm mô hình vật lý. Scale model chỉ có thể làm cho khu vực nhỏ như cống đập hay công trình. Phải dùng tối đa ưu việt của các mô hình toán. Các phòng thí nghiệm của Việt Nam, và nguồn nhân lực hiện nay nếu làm mô hình vật lý dễ rơi vào tình trạng “tiền mất, tật mang”! Theo tôi nghĩ, có thể vẫn tập trung vào việc nâng cao chất lượng mô hình toán, khi xác định được vùng trọng yếu thật cần thiết mới nghĩ đến mô hình vật lý. Khả năng hợp tác, thuê phòng thí nghiệm của nước ngoài là giải pháp cần đuợc tính toán, xem xét. Từ đây, các chuyên gia của Việt Nam có thể học hỏi thêm và sau này tự làm cho các công trình khác.

Kết luận

Trước đây, Hải Phòng đã có chỉ đạo đắp đập Đình Vũ, do nghiên cứu không kỹ đã góp phần làm hỏng khu vực nước bãi tắm Đồ Sơn, hậu quả nước đục quanh năm. Ngày nay, các nghiên cứu trình bày trong báo cáo ĐTM của dự án cảng Lạch Huyện không đáp ứng được yêu cầu của một công trình trọng điểm của nhà nước, chưa nhận thức đầy đủ ảnh hưởng cực lớn của công trình này đến hệ sinh thái và môi trường cả những vùng xung quanh.

Tôi tranh thủ thời gian trước khi đi dự hội thảo ở nước ngoài, viết nhận xét sơ bộ nói trên. Tôi chỉ nhận lời tham dự Hội đồng thẩm định cấp nhà nước về cảng Lạch Huyện nếu chủ đầu tư và tư vấn làm lại một cách nghiêm túc hơn, và có cơ sở khoa học hơn.

Thái Bình - Hà Nội ngày 19 tháng 6 năm 2012

Người viết nhận xét

Tô Văn Trường

Tác giả gửi trực tiếp cho BVN.