NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE 11 VÀ MIKE 21 TRONG MÔ PHỎNG CHẤT LƯỢNG NƯỚC SÔNG CẦU TRẮNG- ĐÀ NẴNG APPLICATED RESEARCH OF MIKE 11 AND MIKE 21 SOFTWARE IN SIMULATING WATER QUALITY OF
Trang 1NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE 11 VÀ MIKE 21 TRONG MÔ PHỎNG CHẤT LƯỢNG NƯỚC SÔNG CẦU TRẮNG- ĐÀ NẴNG
APPLICATED RESEARCH OF MIKE 11 AND MIKE 21 SOFTWARE IN
SIMULATING WATER QUALITY OF CAUTRANG RIVER- DA NANG
SVTH: Phạm Phú Lâm
Lớp 07MT2, Khoa Môi trường, Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng
GVHD: TS Trần Văn Quang
KS Nguyễn Dương Quang Chánh
Khoa Môi trường, Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng
TÓM TẮT
Báo cáo trình bày nghiên cứu ứng dụng mô hình Mike11 và Mike21 trong mô phỏng chất lượng nước sông Cầu Trắng, Đà Nẵng Nghiên cứu thực hiện khảo sát, đo đạc thực địa, mô phỏng, hiệu chỉnh, kiểm định và đưa ra dự báo chất lượng nước cho sông Cầu Trắng
ABSTRACT
This report is about the applicated research of Mike 11 and Mike 21 software in simulating water quality of Cau Trang river, done by measuring field data, simulating, calibrating model and giving predictions of Cau Trang river water quality
1 Đặt vấn đề
Hiện nay, sự đô thị hóa, sự bùng nổ dân số và sự phát triển công nghệ ngày càng gia tăng áp lực và tác động lên môi trường ta đang sống, đặc biệt là môi trường nước Trong bối cảnh đó, công cụ mô hình hóa sẽ cung cấp cho chúng ta bức tranh với các đáp ứng khác nhau, từ đó có những biện pháp quản lý, pháp lý cũng như lựa chọn các giải pháp công nghệ xử lý thích hợp Từ đó tôi đề xuất đề tài: Nghiên cứu ứng dụng mô hình Mike
11 & Mike 21 cho mô phỏng chất lượng nước sông Cầu Trắng
2 Mục tiêu đề tài
- Mô phỏng các thông số chất lượng nước (BOD, DO) cho sông Cầu Trắng
- Xây dựng các kịch bản khác nhau nhằm đưa ra các dự báo có thể xảy ra đối với chất lượng nước sông Cầu Trắng
3 Phạm vi và phương pháp nghiên cứu
3.1 Phạm vi nghiên cứu
- Phạm vi nghiên cứu:
+ Phạm vi không gian : (1) biên trên: cách trạm xử lý nước thải của khu công nghiệp Liên Chiểu 100m về thượng lưu ; (2) biên dưới : cầu đường sắt gần cửa biển
+ Phạm vi mô phỏng: các thông số chất lượng nước BOD, DO, các quá trình hóa học, vật lý, sinh học ảnh hưởng cân bằng oxy hòa tan trong nước
- Thời gian mô phỏng: ngày 1/3 đến 5/3/2012
Trang 23.2 Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp mô hình toán
- Phương pháp kế thừa, phân tích các tài liệu từ các nguồn hiện có
- Phương pháp khảo sát thực địa
- Phương pháp xử lý số liệu
Nơi tiến hành nghiên cứu: Trung tâm Nghiên cứu Bảo vệ môi trường (EPRC), Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng
4 Nội dung
4.1 Các nội dung thực hiện
4.1.1 Các số liệu đã sử dụng
a Số liệu mặt cắt, địa hình
- Thời gian tiến hành: 2/2/2012
- Số liệu thu thập: 28 mặt cắt, các cao độ địa hình theo bản vẽ xây dựng và thực đo tại 35 vị trí (xem phụ lục)
Kết quả số hóa sông Cầu Trắng thể hiện ở các sơ đồ dưới đây:
Hình 1 Bản đồ số hóa sông Cầu Trắng
b Số liệu mực nước, lưu lượng
- Thời gian: ngày 1/3 và ngày 5/3/2012
- Các vị trí thực hiện:
+ Một biên thượng lưu Q(t): cách TXL tập trung KCN Liên Chiểu 100m; + Hai biên vào bên Q(t): (1) điểm xả từ TXL tập trung của KCN Liên Chiểu, (2) cống thải gần đường quốc lộ;
+ Một biên hạ lưu H(t): cửa biển vịnh Kim Liên (gần cầu đường sắt)
c Số liệu chất lượng nước
Thông số đo đạc: DO, BOD, được lấy trong tháng 2/2012 dùng làm chất lượng nước nền của sông; trong tháng 3/2012 tiến hành lấy các chuỗi số liệu chất lượng nước
theo thời gian dùng để mô phỏng và hiệu chỉnh mô hình
4.1.2 Ứng dụng mô hình MIKE11 & MIKE21 mô phỏng chất lượng nước sông Cầu Trắng
a Sơ đồ tính toán:
- Các thông số của sông: Sông dài khoảng 2km, chiều rộng trung bình 60m, độ sâu trung bình 1,9m Lưu lượng của sông thay đổi từ 0,08 – 1,05 m3
/s
Trang 3- Các điều kiện biên: vị trí biên được thể hiện trong sơ đồ dưới đây:
Hình 2 Sơ đồ vị trí biên và tính toán mô phỏng chất lượng nước sông Cầu Trắng
b Kết quả mô phỏng chất lượng nước sông Cầu Trắng
Hình 3 Kết quả mô phỏng chất lượng nước sông Cầu Trắng (1 chiều)
Hình 4 Kết quả mô phỏng chất lượng nước sông Cầu Trắng (2 chiều)
4.1.3 Kết quả hiệu chỉnh mô hình
Hình 5 Kết quả hiệu chỉnh các thông số thủy lực cho mô hình
Hình 6 Kết quả hiệu chỉnh mô hình chất lượng nước
Nhận xét:
- So sánh kết quả các thông số chất lượng nước của mô hình 1 chiều và 2 chiều trên
Trang 4toàn bộ đoạn sông mô phỏng có độ sai lệch trung bình khoảng 11% Vị trí ngay tại điểm xả
có sự sai lệch khá lớn, do mô hình 2 chiều có kể đến các ảnh hưởng phức tạp hơn của vận tốc dòng chảy, mức độ khuếch tán (quá trình tải – khuếch tán), ảnh hưởng của triều theo cả
2 phương
- Kết quả hiệu chỉnh thủy lực khá tốt, phù hợp pha và độ lớn giữa vận tốc và mực nước Kết quả hiệu chỉnh chất lượng nước có sai số BOD5 giữa kết quả thực đo với mô phỏng trung bình là 12%, sai số DO giữa thực đo và mô phỏng khoảng 10%
4.1.4 Áp mô hình tính toán dự báo chất lượng nước cho sông Cầu Trắng theo các kịch bản
- Kịch bản 1: Lưu lượng xả thải của TXL tăng lên 2-4 lần (QTXL=1500-3000 m3/ngđ), BOD không đổi
Hình 7 Kết quả mô phỏng cho kịch bản 1
Nhận xét: BODmax = 25-32 mg/l DOmin =5,3-5,8 mg/l
- Kịch bản 2: Lưu lượng xả thải của cống thải tăng lên 2-4 lần (QTXL=1500-3000 m3/ngđ), BOD không đổi
Hình 8 Kết quả mô phỏng cho kịch bản 2
Nhận xét: BODmax =33-54 mg/l DOmin =5,15-5,75 mg/l
- Kịch bản 3: Lưu lượng xả thải của TXL và cống thải đều tăng lên 2-4 lần (QTXL
=1500-3000 m3/ngđ), BOD không đổi
Hình 9 Kết quả mô phỏng cho kịch bản 3
Nhận xét: BODmax = 37-58 mg/l, DOmin = 4,6-5,5 mg/l
- Kịch bản 4: Lưu lượng xả thải không đổi (Q=750 m3/ngđ), BODTXL tăng 2, 4 lần (BOD
Trang 5= 200-400 mg/l), so sánh với trường hợp xử lý đạt QCVN 24:2009 cột B
Hình 10 Kết quả mô phỏng cho kịch bản 4
Nhận xét: BODmax = 27-37 mg/l, DOmin = 5,3-5,5 mg/l Khi xử lý đạt QCVN 24:2009 B thì chất lượng nước sông tăng lên rõ rệt, một đoạn nhỏ vượt QCVN 08:2008 B1, DO >6 mg/l
- Kịch bản 5: QTXL=1500-3000 m3/ngđ, BODTXL= 200-400 mg/l Cống thải không đổi So sánh với trường hợp xử lý đạt QCVN 24:2009 cột B
Hình 11 Kết quả mô phỏng cho kịch bản 5
Nhận xét: BODmax = 35-107 mg/l, DOmin = 2,4-4,5 mg/l
- Kịch bản 6: Xả thải không ổn định, QTXL= 750-1500 m3/ngđ xả thải trong 1 ngày, sau đó
có nguồn bổ sung từ thượng nguồn với Q = QTXL
Hình 12 Kết quả mô phỏng cho kịch bản 6
Nhận xét: Khi có nguồn bổ sung từ thượng nguồn, nồng độ ô nhiễm giảm đi, hàm lượng oxy hòa tan trong nước tăng lên, khả năng lan truyền nhanh hơn
Trang 65 Kết luận và kiến nghị
5.1 Kết luận
- Nghiên cứu tập trung mô phỏng và dự báo chất lượng nước sông Cầu Trắng với 2 thông sô chính là BOD và DO bước đầu có kết quả khá tốt, có thể sử dụng các thông số của mô hình cho các bài toán dự báo chất lượng nước ở sông Cầu Trắng
- Kết quả dự báo chất lượng sông Cầu Trắng:
+ Khi lưu lượng xả thải của trạm xử lý tăng lên (do đấu nối từ các nhà máy khác) mà không được xử lý hoặc chỉ được xử lý một phần thì chất lượng nước giảm đáng
kể (BODm,ax = 30-105 mg/l, DOmin<6 mg/l), gây ảnh hưởng đến việc sử dụng nước của người dân và hệ thủy sinh Khi nước thải từ trạm xử lý được xử lý đạt QCVN 24:2009 cột
B, chất lượng nước được cải thiện hơn (BOD<25 mg/l, DO>6 mg/l)
+ Khi lưu lượng xả thải của cống thải từ khu dân cư tăng lên gây ra tình trạng ô nhiễm cục bộ ở quanh vị trí cống thải, chất lượng nước sông ở khu vực này thấp rõ rệt so với các vị trí khác của sông (do khả năng lan truyền chậm kết hợp ảnh hưởng của triều)
+ Khi lưu lượng của cả 2 điểm xả đều tăng, gây ra ô nhiễm trên một đoạn sông lớn, nhất là vị trí giữa 2 điểm xả Khả năng tự làm sạch của đoạn sông giảm nhiều
+ Trường hợp xả thải không ổn định: khả năng lan truyền chất ô nhiễm của sông không cao (khoảng 2 ngày để phục hồi), do ảnh hưởng của triều, vận tốc sông nhỏ, khả năng khuếch tán thấp
5.2 Kiến nghị
- Cần kết quả quan trắc, khảo sát có độ tin cậy cao, thực hiện dài và đồng bộ để kết quả mô phỏng chính xác hơn
- Mở rộng phạm vi nghiên cứu: các sông lớn trong khu vực, xét đến cân bằng oxy đầy đủ hơn (oxy cho quá trình nitrat-khử nitrat, sự tiêu thụ bùn đáy), cũng như kể đến các yếu tố ảnh hưởng do nhiệt độ, độ mặn…
TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trần Văn Quang (2001), Giáo trình mô hình chất lượng nước, Trường Đại
học Bách Khoa Đà Nẵng
[2] DHI software (2007), Mike User Guide
[3] DHI software (2007), Mike Reference Manual
[4] QCVN 08:2008/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước mặt
