Luận văn Triển khai ứng dụng mô hình ecomsed tính toán vận chuyển trầm tích lơ lửng khu vực cửa sông ven biển Hải Phòng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

o
o PHẠM HẢI AN TRIỂN KHAI ỨNG DỤNG MÔ HÌNH ECOMSED TÍNH TOÁN VẬN CHUYỂN TRẦM TÍCH LƠ LỬNG KHU VỰC CỬA SÔNG VEN BIỂN HẢI PHÒNG LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC Hà Nội - 2012 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

o
o PHẠM HẢI AN TRIỂN KHAI ỨNG DỤNG MÔ HÌNH ECOMSED TÍNH TOÁN VẬN CHUYỂN TRẦM TÍCH LƠ LỬNG KHU VỰC CỬA SÔNG VEN BIỂN HẢI PHÒNG Chuyên nghành: Hải dương học Mã số: CH. 1000934 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS. TS Nguyễn Thọ Sáo Hà Nội, 2012 LỜI CẢM ƠN Em rất vui mừng là một học viên cao học lớp K10, chuyên ngành Hải dương học, năm học 2010-2012 của khoa Khí Tượng Thủy Văn và Hải Dương Học trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên. Sau hơn hai năm, khóa học đã kết thúc và kết quả em thu được cũng đã phản ánh được sự cố gắng - nỗ lực của bản thân, đồng thời đó cũng là kết quả của sự dạy bảo, dìu dắt, giúp đỡ của các Thầy - Cô và các đồng nghiệp trong suốt hai năm qua. Kiến thức em có được hôm nay không những là hành trang không thể thiếu trong công tác nghiên cứu lâu dài mà còn là những điều kiện quan trọng trong việc giải quyết những nhiệm vụ cụ thể được giao. Em không biết phải diễn tả như thế nào cho phải, nhưng em xin bầy tỏ lòng biết ơn chân thành tới các Thầy - Cô trong Khoa, trong bộ môn Hải Dương Học, tới Viện Tài nguyên và Môi trường biển và các đồng nghiệp tâm huyết. Trong đó em đã nhận được sự quan tâm, giúp đỡ hữu hiệu về điều kiện học tập và những kinh nghiệm quý báu của thầy Đinh Văn Ưu, và thầy Lê Hồng Quang. Đặc biệt với tư cách là người truyền đạt kiến thức, người hướng dẫn chính cho em làm khóa luận Thạc sĩ, thầy Nguyễn Thọ Sáo đã quan tâm và cho em những điều kiện thuận lợi nhất để em hoàn thành đúng trach nhiệm cá nhân của bản thân. Số liệu của những lần khảo sát thực tế, những kinh nghiếm quý báu học hỏi được từ Thầy luôn luôn là những tài liệu quý báu, là hành trang cho công việc của em sau này. Những giá trị mà em có được từ thầy còn là lòng hăng say, nhiệt tình trong công việc nói chung và tính nghiêm khắc trong nghiên cứu khoa học nói riêng. Chắc chắn những điều này sẽ giúp em rất nhiều trong cuộc sống cũng như trong công tác chuyên môn sau này. Một lần nữa em chân thành cảm ơn và xin tiếp tục nhận được những ý kiến đóng góp giúp em hoàn thiện những công việc đã đặt ra trong khóa học và tạo điều kiện thuận lợi trong công tác sau này của em. Hà Nội, ngày 31 tháng 12 năm 2012 Học viên cao học Phạm Hải An DANH MỤC NHỮNG CHỮ VIẾT TẮT - ECOMSED Estuarine Coastal and Ocean Model System with Sediments (HydroQual): Mô hình mã nguồn mở về thủy động lực và lan truyền trầm tích ba chiều - ECOM Estuarine Coastal and Ocean Model (USGS): Mô hình thủy động lực vùng cửa sông ven biển - TSS Total Suspended Sediment: Trầm tích lơ lửng - BODC British Oceanographic Data Centre: Trung tâm tư liệu Hải dương học Vương quốc Anh - TELEMAC phát triển bởi National Hydraulics Laboratory (LNH) - Pháp: Mô hình áp dụng cho vùng cửa sông và ven bờ, sử dụng lưới tính dạng phần tử hữu hạn - CH3D-SED: Curvilinear Hydrodynamics in 3 Dimensions Suspended Sediment Concentration Model (USCOE-Sediment): mô hình vận chuyển trầm tích ba chiều. - BIAS (ME): Sai số trung bình (còn gọi là điểm BIAS) - RMSE: Sai số căn phương trung bình bình phương - SED2: Mô hình vận chuyển trầm tích trung bình theo độ sâu - KH&CN: Khoa học và Công Nghệ DANH MỤC HÌNH Trang Hình 1. Chuyển hoá và lan truyền vật chất cửa sông ven biển 01 Hình 2. Vùng cửa sông ven biển Hải Phòng 03 Hình 3. Khu vực cửa sông ven biển Hải Phòng 11 Hình 4. Số hóa trường độ sâu bao quanh khu vực nghiên cứu 12 Hình 5. Nhiệt độ khí trung bình tháng từ năm 1990-2007, Hòn Dấu 13 Hình 6. Xu thế nhiệt không khí theo tháng, tại Hòn Dấu 14 Hình 7. Tổng lượng bức xạ năm và trung bình tháng trong năm (kwh/m2) 15 Hình 8. Lượng bức xạ trung bình tháng giai đoạn 1997-2007 (kwh/m2) 15 Hình 9. Lượng mưa thời đoạn trung bình tháng từ 1990 đến 2007 (mm) 16 Hình 10. Lượng mưa thời đoạn trung bình tháng theo các năm (mm) 17 Hình 11. Tổng lượng mưa thời đoạn theo các năm (mm) 17 Hình 12. Hoa gió thống kê trong giai đoạn 2000-2011 tại Hòn Dáu 20 Hình 13. Hoa gió trung bình mùa khô 2000-2011 tại Hòn Dáu 21 Hình 14. Hoa gió trung bình trong mùa mưa 2000-2011 tại Hòn Dáu 21 Hình 15a. Hoa gió trong mùa khô, 3/2009 tại Hòn Dáu 22 Hình 15b. Hoa gió trong mùa mưa, 8/2009 tại Hòn Dáu 22 Hình 16. Mực nước tính theo hải đồ khu vực Hải phòng 2004-2007 25 Hình 17. Xu thế mực nước tính theo hải đồ trong năm 2004-2007 25 Hình 18. Hoa sóng trung bình giai đoạn 2000-2011 tại Hòn Dáu 28 Hình 19. Nhiệt độ nước trung bình tháng từ năm 1993 đến 2007(oC) 28 Hình 20. Xu thế nhiệt độ nước theo tháng những năm gần đây (oC) 29 Hình 21. Bản đồ phân bố trầm tích tầng mặt ven biển Hải Phòng sau 2008 35 Hình 22. Sơ đồ hiện trạng giới hạn địa hóa quá trình ngưng keo kết bông lắng đọng trầm tích vùng cửa sông Bạch Đằng và Lạch Huyện năm 1965 35 Hình 23. Hiện trạng địa hóa của quá trình ngưng keo, kết bông lắng đọng trầm tích khu vực cửa sông Bạch Đằng và Lạch Huyện năm 2008. 36 Hình 24. Giới hạn địa hóa của quá trình ngưng keo - kết bông lắng đọng 36 trầm cửa sông Bạch Đằng và Lạch Huyện từ 1965 đến 2008. Hình 25. Sơ đồ khối mô hình ECOMSED 37 Hình 26. Tiến trình lan truyền trầm tích nhỏ và mịn 46 Hình 27. Tương tác Khí - Nước - Trầm tích 46 Hình 28. Ứng suất trượt tại đáy do sóng - dòng chảy 47 Hình 29. Tiềm năng xói phân lớp theo ngày 47 Hình 30. Khả năng tái lơ lửng như một hàm của ứng suất trượt đáy 48 Hình 31. Lắng đọng của trầm tích kết dính 49 Hình 32. Biểu đồ cho mô hình trầm tích đáy 50 Hình 33. Tốc độ lắng đọng như hàm của đường kính cấp hạt trầm tích không kết dính 51 Hình 34. Ảnh vệ tinh ALOS chụp ngày 01/3/2008 56 Hình 35. Phạm vi luới tính (Trạm liên tục B1, B2, B3) 57 Hình 36. So sánh kết quả tính toán dao động mực từ mô hình với số liệu quan trắc tại trạm Hòn Dáu, tháng 8.2009 (mùa mưa). 59 Hình 37. So sánh kết quả tính toán dao động mực từ mô hình với số liệu quan trắc tại trạm Hòn Dáu, tháng 3.2009 (mùa khô). 60 Hình 38. So sánh kết quả dòng chảy giữa quan trắc và tính toán trong mùa mưa tại trạm B3 61 Hình 39. So sánh kết quả dòng chảy giữa quan trắc và tính toán trong mùa khô tại trạm B2 61 Hình 40. So sánh TSS giữa quan trắc và tính toán mùa khô tại trạm B3 62 Hình 41. So sánh TSS giữa quan trắc và tính toán mùa mưa tại trạm B3 62 Hình 42. Trường dòng chảy tầng mặt khu vực ven biển Hải Phòng, pha triều lên mùa mưa, 12h-7.8.2009 65 Hình 43. Trường dòng chảy tầng đáy khu vực ven biển Hải Phòng, pha triều lên mùa mưa, 12h-7.8.2009 65 Hình 44. Trường dòng chảy tầng mặt khu vực ven biển Hải Phòng, nước ròng mùa mưa, 6h-8.8.2009 67 Hình 45. Trường dòng chảy tầng đáy khu vực ven biển Hải Phòng, nước ròng mùa mưa, 6h-8.8.2009 67 Hình 46. Trường dòng chảy tầng đáy khu vực ven biển Hải Phòng, triều lên mùa khô, 22h-9.3.2009 69 Hình 47. Trường dòng chảy tầng đáy khu vực ven biển Hải Phòng, triều lên mùa khô, 22h-9.3.2009 69 Hình 48. Phân bố trầm tích lơ lửng tầng mặt khu vực ven biển Hải Phòng, nước lớn mùa mưa, 14h-17.8.2009 72 Hình 49. Phân bố trầm tích lơ lửng tầng đáy khu vực ven biển Hải Phòng, nước lớn mùa mưa, 14h-17.8.2009 72 Hình 50. Phân bố trầm tích lơ lửng tầng mặt khu vực ven biển Hải Phòng, nước ròng mùa mưa, 3h-18.8.2009 74 Hình 51. Phân bố trầm tích tầng đáy khu vực ven biển Hải Phòng, nước ròng mùa mưa, 3h-18.8.2009 74 Hình 52. Phân bố trầm tích lơ lửng tầng mặt khu vực ven biển Hải Phòng, triều lên mùa khô, 17h-19.3.2009 77 Hình 53. Phân bố trầm tích lơ lửng tầng đáy khu vực ven biển Hải Phòng, triều lên mùa khô, 17h-19.3.2009 77 DANH MỤC BẢNG Trang Bảng 1. Tốc độ gió trung TB (m/s) tại một số trạm thuộc khu vực Hải Phòng 18 Bảng 2. Một số đặc trưng chế độ gió ven biển 19 Bảng 3. Lưu lượng chảy trung bình của các sông Hải Phòng, 2009 24 Bảng 4. Mực nước triều đặc trưng tại Hòn Dáu trong nhiều năm 26 Bảng 5. Đặc điểm cấp hạt của trầm tích tầng mặt cửa sông ven biển Hải Phòng 31 Bảng 6. Bảng tham số cho khả năng tái lơ lửng 48 Bảng 7. Hàm lượng trầm tích lơ lửng các sông Hải Phòng năm 2009 63 MỤC LỤC MỞ ĐẦU Chương 1. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 01 1.1 Đối tượng và mục tiêu 01 1.2 Tiếp cận và lựa chọn phương pháp 01 1.3 Phạm vi nghiên cứu 03 1.4 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 03 Chương 2. TỔNG QUAN ĐIỀU KIỆN TỰ NHIỆN TRONG KHU VỰC 10 2.1 Đặc điểm hình thái địa hình 10 2.2 Đặc điểm khí hậu, khí tượng 12 2.3 Đặc điểm thủy văn sông 23 2.4 Đặc điểm hải văn cửa sông ven biển 24 2.5 Đặc điểm môi trường trầm tích trong khu vực 30 Chương 3. MÔ HÌNH ECOMSED ĐỐI VỚI BÀI TOÁN MÔ PHỎNG LAN TRUYỀN TRẦM TÍCH 37 3.1 Mô hình ECOMSED 37 3.2 Cơ sở hình thành mô hình ECOMSED 38 3.3 Mô hình thủy động lực 41 3.4 Mô hình sóng 44 3.5 Mô hình lan truyền trầm tích lơ lửng 45 3.6 Tiêu chuẩn ổn định của mô hình 53 3.7 Hiệu chỉnh mô hình 54 3.8 Triển khai mô hình thủy động lực 56 3.9 Triển khai mô hình lan truyển trầm tích 62 Chương 4. TÍNH TOÁN LAN TRUYỀN TRẦM TÍCH LƠ LỬNG KHU VỰC CỬA SÔNG VEN BIỂN HẢI PHÒNG 63 4.1 Kết quả mô phỏng trường thủy động lực 64 4.2 Kết quả mô phỏng trầm tích lơ lửng vào mùa mưa 70 4.3 Kết quả mô phỏng trầm tích lơ lửng vào mùa khô 75 KẾT LUẬN 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO 80 PHỤ LỤC 81 MỞ ĐẦU Khu vực cửa sông ven biển Hải Phòng là một trong những khu vực thuộc vùng trọng điểm phát triển kinh tế phía Bắc, có cảng biển lớn Hải Phòng và nằm cạnh các khu vực có nhu cầu bảo vệ môi trường rất cấp bách như Khu di sản thiên nhiên Thế giới - vịnh Hạ Long; Khu dự trữ sinh quyển Cát Bà, khu du lịch biển Đồ Sơn. Bởi vậy mà bất cứ tương tác nào xảy ra trong phạm vi này đều có thể gây ảnh hưởng ở mức Quốc gia và Quốc tế đối với nội tại khu vực cũng như các khu vực kế cạnh. Bên cạnh đó, vấn đề trên còn nảy sinh và làm liên quan đến các quá trình hoạt động dân sinh - kinh tế của các tỉnh trên lưu vực hệ thống sông Thái Bình và sông Hồng. Do đặc tính nằm ở vùng hạ lưu của hệ thống sông Hồng và sông Thái Bình, vùng cửa sông ven biển Hải Phòng có mạng lưới sông ngòi dày đặc với mật độ khoảng 0,6-0,8 km/km2. Trong đó có các cửa sông chính đổ ra biển là cửa Lạch Huyện, Nam Triệu, Cấm, Lạch Tray, Văn Úc và Thái Bình. Cùng với vị trí địa lý thuận lợi, các sông ở khu vực này góp phần quan trọng trong việc phát triển một số ngành kinh tế như giao thông - vận tải, nuôi trồng khai thác thuỷ hải sản cũng như sự phát triển kinh tế xã hội của thành phố Hải Phòng. Khu vực cửa sông ven biển Hải Phòng cũng có một vị trí quan trọng về sinh thái và môi trường đối với hệ thống ven bờ phía bắc với các hệ sinh thái đặc thù như vùng triều cửa sông, rừng ngập mặn, thảm cỏ biển ...v.v. Tuy nhiên, trong những năm gần đây do sự phát triển mạnh mẽ về kinh tế xã hội ở nước ta nói chung và thành phố Hải Phòng nói riêng đã làm gia tăng lượng chất gây ô nhiễm (một phần từ nơi khác theo nước của các sông từ thượng nguồn đưa về, một phần do chính các hoạt động kinh tế - xã hội ở tại địa phương) đưa vào khu vực cửa sông ven biển của Hải Phòng biến khu vực này trở thành nơi tập trung một lượng khá lớn các chất gây ô nhiễm, gây ô nhiễm và vẩn đục môi trường nước. Ngoài ra, việc nạo vét luồng tàu vào cảng Hải Phòng diễn ra hằng năm cũng làm cho các chất gây ô nhiễm tích tụ theo thời gian trong trầm tích có điều kiện phát tán trở lại môi trường nước. Các chất gây ô nhiễm này đã gây ra những ảnh hưởng lớn đến môi trường nước ở khu vực cửa sông ven biển Hải Phòng. Sự ảnh hưởng tiêu cực đó được đưa ra qua các kết quả điều tra nghiên cứu gần đây, cho thấy môi trường nước ở khu vực này đã có dấu hiệu ô nhiễm nghiêm trọng với một số biểu hiện như: hàm lượng các chất lơ lửng gây vẩn đục cao, chất dinh dưỡng trong nước tăng; lượng ôxy hoà tan trong nước ở một số nơi khá thấp, xuất hiện một số độc tố trong cơ thể sinh vật với hàm lượng cao...v.v. Sự ô nhiễm môi trường ở khu vực này không chỉ tác động lớn đến các hệ sinh thái, làm suy giảm sự đa dạng và trữ lượng của nguồn lợi thuỷ sản ở khu vực cửa sông ven biển, giảm sức hấp dẫn của các khu du lịch (Đồ Sơn, Cát Bà), ảnh hưỏng đến sức khoẻ của con người mà còn gián tiếp ảnh hưởng tới sự phát triển kinh tế - xã hội của thành phố. Để tìm hiểu cơ chế và đề xuất các phương hướng khắc phục, nhằm ổn định môi trường nước một cách bền vững, đã có nhiều đề tài nghiên cứu được tiến hành liên quan đến môi trường nước của khu vực. Điển hình như các đề tài “Đánh giá mức độ ô nhiễm do nguồn thải lục địa, đề xuất giải pháp kiểm soát, quản lý ô nhiễm vùng biển ven bờ phía bắc” năm 2001 [3]; đề tài: “Điều tra hiện trạng môi trường sông Rế, sông Giá và đề xuất các giải pháp bảo vệ” năm 2003 [4]; đề tài: “Điều tra, đánh giá tình trạng ô nhiễm và suy thoái môi trường khu vực cửa sông Cấm - Bạch Đằng và đề xuất các giải pháp bảo vệ”, Trần Đức Thạnh và cộng sự thực hiện năm 2006 [5]. Tuy nhiên, việc đánh giá các quá trình lan truyền chất gây ô nhiễm cho toàn bộ khu vực cửa sông ven biển Hải Phòng vẫn còn rất hạn chế. Bởi trong phạm vi nghiên cứu nhỏ ở một vùng cửa sông (phần lớn ở cửa sông Bạch Đằng), số lượng mẫu thu thập tại nhiều điểm song chỉ lấy tức thời, không thể hiện được sự mô phỏng và biến đổi hàm lượng của chất ô nhiễm do dòng chảy sông đưa ra, do dao động mực nước. Do vậy rất cần thiết phải có đánh giá toàn diện và đồng bộ các nguồn, số lượng các chất gây ô nhiễm như trầm tích lơ lửng, hữu cơ, dinh dưỡng đi vào các cửa sông chính ở Hải Phòng trước khi ra biển (gồm nguồn từ thượng nguồn và từ các nguồn thải bên bờ sông). Đồng thời, xem xét đánh giá sự lan truyền các quá trình biến đổi của chúng trong nước vùng cửa sông ven biển Hải Phòng để mô phỏng các quá trình biến đổi, chuyển hoá, vận chuyển và lan truyền vật chất trong đó có các chất gây ô nhiễm như: “Ứng dụng mô hình 3 chiều để nghiên cứu lan truyền trầm tích lơ lửng ở vùng biển ven bờ Quảng Ninh” Đinh Văn Ưu và nnk năm 2005 [8]; “Nghiên cứu quá trình động lực học, dự báo vận chuyển bồi lắng bùn cát tại Lạch Huyện Nam Đồ Sơn trước và sau khi xây dựng cảng nước sâu và giải pháp khắc phục” Nguyễn Văn Cư và nnk năm 2008 [2]; Vận chuyển trầm tích và biến đổi địa hình đáy vùng cửa sông ven biển Hải Phòng”, Đinh Văn Ưu năm 2009 [7]; “Nghiên cứu đánh giá sức tải môi trường và đề xuất các giải pháp phát triển bền vững khu vực Vịnh Hạ Long - Vịnh Bái Tử Long”, Trần Đức Thạnh [6]. Nhờ đó mà các kết quả mô phỏng cũng như các kịch bản dự báo nói trên về diễn biến lan truyền các chất gây ô nhiễm và ảnh hưởng của chúng tới môi trường nước sẽ đạt độ chính xác cao hơn; là nguồn thông tin tham khảo bổ ích cho các nhà chuyên môn, giúp các nhà quản lý hoạch định chính sách trong việc quản lý nguồn gây ô nhiễm, hạn chế tác động của chúng đến môi trường sinh thái vùng cửa sông ven biển Hải Phòng vì các mục tiêu phát triển bền vững. Trước thực trạng đó, trong khuôn khổ của một Luận văn Thạc sĩ, học viên được Thầy hướng dẫn giao thực hiện đề tài mang tên: Triển khai ứng dụng mô hình Ecomsed tính toán vận chuyển trầm tích lơ lửng khu vực cửa sông ven biển Hải Phòng với mục tiêu: đánh giá được lan truyền trầm tích lơ lửng ở khu vực cửa sông ven biển Hải Phòng. Qua đó, học viên xin chân thành cảm ơn Thầy hướng dẫn - TS. Nguyễn Thọ Sáo, cùng các thầy cô trong khoa Khí Tượng Thủy văn Hải dương học và Viện Tài nguyên và Môi trường biển - cơ quan nơi học viên công tác, đã cho phép và tạo điều kiện thuận lợi cho học viên hoàn thành đúng nhiệm vụ của bản thân trong suốt khóa học Thạc sĩ. Nội dung chinh của Luận văn được trình bày theo bố cục sau: Phần mở đầu: Sơ lược về nội dung, phương pháp nghiên cứu và mục tiêu. Chương 1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: cách thức tiếp cận và lựa chọn phương pháp; tình hình nghiên cứu trong nước, ngoài nước. Chương 2. Tổng quan điều kiện tự nhiên trong khu vực nghiên cứu: hình thái địa hình (độ sâu địa hình), khí tượng (nhiệt, bức xạ, mưa, gió), thủy hải văn (lưu lượng sông, thủy triều, dòng chảy, sóng), hiện trạng môi trường trầm tích trong khu vực nghiên cứu. Chương 3. Mô hình Ecomsed đối với bài toán mô phỏng lan truyền trầm tích lơ lửng: tổng quan về mô hình Ecomsed; cơ sở toán học của mô hình(thủy lực, sóng, trầm tích); cách thức triển khai và hiệu chỉnh mô hình tính toán, mô phỏng trầm tích lơ lửng. Chương 4. Tính toán lan truyền trầm tích lơ lửng TSS khu vực cửa sông ven biển Hải Phòng: kết quả tính toán, phân tích trường thủy lực và lan truyền trầm tích lơ lửng cửa sông ven biển Hải Phòng. Kết luận. 1 CHƯƠNG 1 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 1.1 Đối tượng và mục tiêu Đặc điểm lan truyền các chất ô nhiễm khu vực cửa sông ven biển Hải Phòng liên quan chặt chẽ đến chế độ thủy động lực, và hàm lượng các chất gây ô nhiễm trong môi trường nước. Tìm hiểu liên quan đến vấn đề trên, trong khuôn khổ của một báo cáo Luận văn Thạc sĩ, học viên lựa chọn đối tượng: trầm tich lơ lửng cho nghiên cứu của mình với sự tác động của các điều kiện thủy động lực khu vực với hai mục tiêu chính như sau: - Hiểu được phương pháp ứng dụng mô hình Ecomsed trong việc tính toán vận chuyển trầm tích lơ lửng - Mô phỏng quá trính vận chuyển trầm tích lơ lửng khu vực cửa sông ven biển Hải Phòng. 1.2 Tiếp cận và lựa chọn phương pháp Hình 1. Chuyển hoá và lan truyền vật chất cửa sông ven biển 2 Phương pháp tiếp cận hệ thống coi khu vực nghiên cứu như một hệ thống tương đối độc lập, có dòng vật chất vào, dòng ra và dòng tích tụ. Đối với khu vực cửa sông ven biển Hải Phòng, dòng vào xuất phát từ mặt cắt (biên) phía trong cửa sông, các điểm nguồn thải dọc bờ sông, còn dòng ra là phía cửa sông tiếp giáp với biển (biên phía ngoài). Các quá trình trao đổi chuyển hoá của chất gây ô nhiễm có thể diển ra ở trong khu vực hoặc trên biên và chịu tác động chi phối của các yếu tố động lực (sóng, dòng chảy sông, thuỷ triều), các yếu tố môi trường (nhiệt độ, độ mặn) và các yếu tố khác.v.v. Có thể minh hoạ mối quan hệ phân tán - tích luỹ các chất ô nhiễm trong hệ thống cửa sông ven biển như hình 1. Với cách thức tiếp cận này, cần phải xác định nguồn vật chất (trong đó có các chất gây ô nhiễm) đi vào khu vực, các quá trình chuyển hoá - biển đổi vật chất trong thuỷ vực và sự lan truyền chất gây ô nhiễm ở khu vực cửa sông ven biển. Trong đó nguồn vật chất đi vào khu vực chủ yếu từ phía thượng lưu của sông và các điểm nguồn thải ở ven bờ. Sự chuyển hoá, vận chuyển và trao đổi nước cũng như vật chất là các quá trình rất phức tạp. Đặc biệt là ở vùng cửa sông ven biển, nơi chịu tác động đồng thời của dòng vật chất từ sông đưa ra và dao động của thuỷ triều nên các quá trình này biến đổi rất lớn theo thời gian và không gian. Vì vậy việc khảo sát ở một vài vị trí trong khu vực nghiên cứu trong khoảng thời gian nào đó sẽ khó thể hiện được các qui luật biến đổi cũng như bản chất của quá trình lan truyền biến đổi chuyển hoá vật chất cả ở mức độ tổng thể và chi tiết theo không gian và thời gian. Để khắc phục hạn chế này cần thiết phải sử dụng các công cụ toán học để mô phỏng các quá trình quá trình vật lý- hoá học trong thuỷ vực. Mô hình toán học không chỉ thể hiện được các quá trình nội tại diễn ra trong thuỷ vực mà còn tính tới sự tương tác lẫn nhau giữa các quá trình này theo không gian cũng như thời gian. Trong Luận văn: việc mô hình hóa các quá trình thuỷ động lực, lan truyền chất ô nhiễm dựa trên cơ sở áp dụng mô hình ECOMSED kết hợp với phương pháp thu thập và tổng hợp tài liệu: địa hình, đường bờ, khí hậu, khí tượng thủy văn, nguồn thải..v.v; phương pháp điề