Đánh giá hiện trạng và mô phỏng chất lượng môi trường nước sông Cu Đê thành phố Đà Nẵng

Tuy nhiên, trong thời gian gần đây, với sự phát triển không ngừng của các khu đô thị, khu công nghiệp đặc biệt là sự mở rộng của khu công nghiệp Hòa Khánh và sự gia tăng dân số đã ảnh hư

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM -

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học độc lập của riêng tôi

Các số liệu sử dụng phân tích trong luận văn đều được sự đồng thuận của tác giả và có

nguồn gốc rõ ràng, đã công bố theo đúng quy định Các kết quả nghiên cứu trong luận

án do tôi tự tìm hiểu, phân tích một cách trung thực, khách quan và phù hợp với thực

tiễn của Việt Nam Các kết quả này chưa từng được công bố trong bất kỳ nghiên cứu

nào khác

Đà Nẵng, ngày 28 tháng 04 năm 2019

Sinh viên

Phùng Thị Tường Vy

LỜI CẢM ƠN

Để khóa luận tốt nghiệp này được hoàn thành tốt đẹp, em đã nhận được sự hỗ

trợ, quan tâm của rất nhiều thầy cô, anh chị em, bạn bè trong trường Đại học Sư phạm

Đà Nẵng nói chung và khoa Sinh – Môi trường nói riêng

Trước tiên em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS Trịnh Đăng Mậu – giáo

viên hướng dẫn thuộc Khoa Sinh – Môi trường Trường Đại học Sư Phạm, TS Đoàn

Thụy Kim Phương – giáo viên hướng dẫn thuộc Khoa Xây dựng Thủy lợi – Thủy điện

Trường Đại học Bách Khoa đã hướng dẫn và định hướng em thực hiện đề tài, nhiệt

tình giúp đỡ em trong quá suốt trình nghiên cứu Em cũng xin trân trọng cảm ơn Thầy

Trần Ngọc Sơn cán bộ phòng Công nghệ Môi trường đã trực tiếp chỉ bảo, hướng dẫn

và tạo điều kiện tốt nhất để em có thể hoàn thành các nội dung trong phòng thí

nghiệm

Ngoài ra, em xin chân thành cảm ơn thầy Cường, chị Như đã tận tình giúp đỡ,

đóng góp những thông tin vô cùng quý báu và những ý kiến xác đáng, để em có thể

hoàn thành nghiên cứu này

Một lần nữa, cho phép em được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các thầy cô, anh

chị em, bạn bè trong khoa Sinh – Môi trường tạo điều kiện thuận lợi, giúp đỡ, chỉ bảo

để em có thể thực hiện đề tài này

Trân trọng cảm ơn!

Đà Nẵng, ngày 28 tháng 04 năm 2019

Sinh viên

Phùng Thị Tường Vy

DANH MỤC VIẾT TẮT

AD : Mô đun tải - khuếch tán;

BOD5 : Nhu cầu oxy sinh hóa;

BTNVMT : Bộ Tài nguyên và Môi trường; CLN : Chất lượng nước;

COD : Nhu cầu oxy sinh hóa;

HDI : Viện Thuỷ lực Đan Mạch;

KCN : Khu công nghiệp;

DANH MỤC BẢNG

Số hiệu

bảng

1.2 Diện tích, năng suất, sản lượng lúa trên hai lưu vực 5 2.1 Danh sách vị trí lấy mẫu đánh giá chất lượng nước sông Cu Đê 12 2.2 Phương pháp đo/ phân tích các thông số CLN 13

3.1 Chỉ số WQI và mức đánh giá chất lượng môi trường nước tại

các địa điểm nghiên cứu

23

3.2 Giá trị thực đo và tính toán thông số DO ngày 08/05/2014 27

3.3 Giá trị thực đo và tính toán thông số DO ngày 08/05/2014 28

3.4 Số liệu nguồn thải và tải lượng kịch bản chất lượng nước sông

Cu Đê theo quy hoạch 2030

29

3.5 Kết quả mô phỏng nồng độ BOD tại mặt cắt 11087,6 m (vị trí

tiếp nhận nguồn thải KCN)

31

3.6 Kết quả mô phỏng nồng độ BOD tại mặt cắt 12445,1 m (vị trí

tiếp nhận nguồn thải KDC)

32

DANH MỤC HÌNH VẼ, BIỂU ĐỒ

Số hiệu

hình vẽ

1.1 Bản đồ phân bố các tiểu lưu vực sông Cu Đê 3

2.2 Sơ đồ áp dụng mô hình Mike 11 tính toán diễn biến chất lượng

3.2 Giá trị tổng vật chất lơ lửng (TSS) thay đổi theo vị trí lấy mẫu 18 3.3 Giá trị Oxy hòa tan thay đổi theo vị trí lấy mẫu 18 3.4 Giá trị BOD5 thay đổi theo vị trí lấy mẫu 19 3.5 Giá trị COD thay đổi theo vị trí lấy mẫu 20 3.6 Giá trị NH4

+

3.7 Giá trị PO4

3.8 Giá trị Coliform thay đổi theo vị trí lấy mẫu 22

3.9 Sơ đồ mạng lưới tiểu lưu vực sông Cu Đê được thiết lập trong

3.16 Nồng độ DO dọc sông Cu Đê mô phỏng theo kịch bản quy

3.17 Nồng độ BOD dọc sông Cu Đê mô phỏng theo kịch bản quy

3.18 Dao động BOD theo thời gian t ứng với kịch bản 2030 tại mặt

cắt 11087.6 (vị trí tiếp nhận nguồn thải KCN) 30

3.19 Dao động BOD theo thời gian t ứng với kịch bản 2030 tại mặt

cắt 12445,1m (vị trí tiếp nhận nguồn thải KDC) 31

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

Tính cấp thiết của đề tài 1

Mục đích nghiên cứu 2

Ý nghĩa của đề tài 2

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3

1.1 Mô tả lưu vực sông Cu Đê 3

1.1.1 Vị trí địa lý, địa hình 3

1.1.2 Đặc điểm dân cư, xã hội khu vực sông Cu Đê 4

1.1.3 Tình hình sản xuất nông nghiệp và công nghiệp khu vực sông Cu Đê 4

1.1.4 Hiện trạng và đặc điểm xả thải vào sông Cu Đê 5

1.2 Các thông số đánh giá chất lượng nước mặt 6

1.3 Mô hình chất lượng nước Mike 11 7

1.4 Những công trình nghiên cứu về mô hình chất lượng nước 8

CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN 10

2.1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 10

2.2 Nội dung nghiên cứu 10

2.3 Phương pháp nghiên cứu 10

2.3.1 Phương pháp thống kê và tổng hợp tài liệu 10

2.3.2 Phương pháp lấy mẫu, đo đạc 10

2.3.3 Phương pháp phân tích và đánh giá các thông số chất lượng nước 12

2.3.4 Phương pháp mô hình hóa 14

2.4 Khung nghiên cứu 16

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 17

3.1 Đặc điểm chất lượng nước sông Cu Đê 17

3.2 Kết quả mô phỏng chất lượng môi trường nước sông Cu Đê 24

3.2.1 Số liệu đầu vào 24

3.2.1.1 Mô hình thủy lực 24

3.2.1.2 Mô hình khuếch tán và chất lượng nước 27

3.2.2 Xây dựng kịch bản chất lượng nước sông Cu Đê theo quy hoạch 2030 29

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 33

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 34

PHỤ LỤC 36

MỞ ĐẦU Tính cấp thiết của đề tài

Nằm trong vùng kinh tế trọng điểm miền Trung, thành phố Đà Nẵng là một trong những địa phương có quá trình công nghiệp hóa – hiện đại hóa phát triển mạnh của Việt Nam Bên cạnh những thành tựu trong phát triển kinh tế – xã hội đã đạt được, trong những năm qua thành phố Đà Nẵng đang phải đương đầu với những vấn đề bức xúc về sự suy giảm chất lượng môi trường không khí, nước mặt, chất thải rắn,…(Đỗ Thanh Phương, “Tổng quan kinh tế - xã hội vùng kinh tế trọng điểm Miền Trung”,

Tạp chí Phát triển kinh tế - xã hội Đà Nẵng, 25 - 27.) Trong đó, các vấn đề ô nhiễm

nước như: xâm nhập mặn, thiếu nguồn nước sạch, ô nhiễm sông, biển,… được quan tâm thường xuyên

Nguồn gây ô nhiễm môi trường nước mặt là thay đổi tự nhiên, thiên tai lũ lụt, nguồn nước thải từ nông nghiệp và đặc biệt là nước thải của các cơ sở sản xuất công nghiệp và tiểu thủ công nghiệp nằm xen kẽ trong các khu dân cư Phần lớn các cơ sở này có quy mô vừa và nhỏ và tập trung cao ở trung tâm thành phố Nhiều cơ sở không

đủ diện tích cho việc thực hiện các biện pháp bảo vệ môi trường đã gây ảnh hưởng môi trường cục bộ tại một số khu vực [16]

Sông Cu Đê là một trong những lưu vực quan trọng nhất của thành phố Đà Nẵng, không chỉ phục vụ mục đích cấp nước, tưới tiêu mà còn mang lại giá trị cảnh quan cho khu vực Tuy nhiên, trong thời gian gần đây, với sự phát triển không ngừng của các khu đô thị, khu công nghiệp đặc biệt là sự mở rộng của khu công nghiệp Hòa Khánh và sự gia tăng dân số đã ảnh hưởng nghiêm trọng đến chất lượng môi trường sông Cu Đê [16] Sông Cu Đê đã và đang là nguồn cung cấp nước cho sản xuất, nuôi trồng và phục vụ giao thông đường thủy đồng thời là nơi tiếp nhận nguồn thải từ các khu công nghiệp, khu dân cư qua các hoạt động sinh hoạt, sản xuất,… Trong tương lai,

dự kiến đến năm 2020 sông Cu Đê sẽ là nguồn cấp nước sinh hoạt cho dân cư (dự án xây dựng nhà máy cấp nước Hòa Liên) [21] Chính vì vậy, cần có sự theo dõi chất lượng nước để đánh giá khả năng chịu tải của sông Cu Đê Để giải quyết những vấn đề

đó, cần phải hiểu rõ chế độ thủy động lực, cũng như sự lan truyền ô nhiễm trong môi trường nước vùng cửa sông này một cách sâu sắc [23]

Mặt khác, công tác quản lý môi trường tại khu vực còn nhiều hạn chế, đặc biệt chưa áp dụng công nghệ thông tin trong quản lý môi trường, các mô hình toán ứng dụng để phục vụ trong lĩnh vực quản lý tài nguyên và môi trường Hiện nay, đã có rất nhiều phương pháp mô phỏng chất lượng của nguồn nước ngày càng được phát triển nhiều hơn trở thành công cụ mạnh giúp ích cho công việc quản lý, giám sát Trong đó, chúng tôi lựa chọn áp dụng mô hình mô phỏng bằng phần mềm Mike 11 mặc dù còn nhiều hạn chế về cơ sở dữ liệu tuy nhiên đây lại là một trong những phương pháp tìm

ra xu hướng chuyển biến và khả năng chịu tải của nguồn nước, cho phép tính toán chất lượng nước với độ chính xác cao

Trước hiện trạng trên, đề tài “Đánh giá hiện trạng và mô phỏng chất lượng môi trường nước sông Cu Đê thành phố Đà Nẵng” được hình thành, nhằm đáp ứng nhu cầu giám sát, dự báo các ô nhiễm nước mặt sông Cu Đê trong công tác quản lý môi trường của khu vực

Mục đích nghiên cứu

- Đánh giá được hiện trạng chất lượng nước sông Cu Đê thành phố Đà Nẵng

- Mô phỏng được chất lượng nước lưu vực sông Cu Đê theo các kịch bản phát triển

xã hội bằng phần mềm Mike 11 Trên cơ sở đó xây dựng luận cứ khoa học để giám sát,

dự báo ô nhiễm nước mặt sông Cu Đê, phục vụ công tác quản lý môi trường

Ý nghĩa của đề tài

Cung cấp số liệu về hiện trạng chất lượng môi trường nước sông Cu Đê Việc

áp dụng mô hình Mike 11 sẽ mô phỏng được hiện trạng chất lượng môi trường nước từ

đó có thể nhận thấy xu hướng chuyển biến và khả năng chịu tải của nguồn nước mặt sông Cu Đê trong tương lai Nhằm đáp ứng nhu cầu giám sát, dự báo các ô nhiễm nước mặt sông Cu Đê trong công tác quản lý môi trường của khu vực

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 Mô tả lưu vực sông Cu Đê

1.1.1 Vị trí địa lý, địa hình

Sông Cu Đê là một trong những con sông lớn trên địa bàn thành phố Đà Nẵng, lưu vực sông Cu Đê gồm 2 nhánh chính là sông Bắc và sông Nam, hướng chảy chính

là Tây sang Đông [21]

Hình 1 1: Bản đồ phân bố các tiểu lưu vực sông Cu Đê [21]

Nhánh phía Bắc của lưu vực là sông Bắc với diện tích lưu vực 141 km2, phần thượng lưu sông Bắc chảy theo hướng Bắc – Nam, sau khi nhập lưu với suối Ta Nao thì dòng chảy chuyển hướng thành Tây – Đông chảy về phía hạ lưu đến trạm kiểm lâm Cầu Sập thì nhập lưu với sông Nam [21]

Phía Nam của lưu vực là sông Nam với diện tích lưu vực 126 km2

, sông có hướng chính là Tây – Đông, chạy dài khoảng 20km thì gặp và nhập lưu với sông Bắc [21] Sau nhập lưu thì sông có tên là sông Cu Đê

Với đề tài này, phạm vi nghiên cứu được xác định từ ngã ba Suối Cây hợp lưu với lưu vực sông Cu Đê có hướng chảy chính là Tây – Đông, sông dài khoảng 14km

và đổ ra biển ở cửa Nam Ô ở vị trí 108º08’00”E – 16º07’30”N Phía hạ lưu sông có độ dốc nhỏ và chịu ảnh hưởng của thủy triều [6]

Chế độ dòng chảy trên lưu vực tính toán được chia thành 2 mùa rõ rệt là mùa lũ

và mùa kiệt Phân mùa dòng chảy theo chỉ tiêu vượt trung bình xác định được mùa kiệt trên lưu vực sông Cu Đê bắt đầu từ tháng 1 và kết thúc vào cuối tháng 8 năm sau [21]

Tháng 1 và tháng 8 là những tháng chuyển tiếp đầu mùa lũ nên có nhiều năm dòng chảy vào thời điểm này cũng khá lớn

Thủy triều vùng cửa sông Cu Đê thuộc chế độ bán nhật triều không đều, biên

độ dao động từ 0,8 – 1,2 m Trung bình mỗi tháng có 3 ngày chịu ảnh hưởng của chế

độ nhật triều, thời gian còn lại trong tháng chịu ảnh hưởng của chế độ bán nhật triều không đều [6]

1.1.2 Đặc điểm dân cư, xã hội khu vực sông Cu Đê

Theo số liệu thống kê năm 2015 [28], số dân ở lưu vực sông Cu Đê là 53.017 người, tỷ lệ gia tăng tự nhiên trung bình ở lưu vực là 2,09% Mật độ dân số bình quân

là 123 người/km² Dân cư phân bố không đều trong lưu vực sông, chủ yếu tập trung ở vùng hạ lưu thuộc phường Hòa Hiệp Nam (2438 người/km²) và phường Hòa Hiệp Bắc (421 người/km²), còn ở vùng thượng lưu dân cư rất thưa thớt như ở Hòa Bắc chỉ có 12 người/km²

Bảng 1.1 Diện tích, dân số và mật độ dân số

(người)

Mật độ dân số

(người/km 2

)

Quận, huyện

(Nguồn: Niên giám thống kê huyện Hòa Vang 2015)

1.1.3 Tình hình sản xuất nông nghiệp và công nghiệp khu vực sông Cu Đê

- Cây màu như ngô, khoai lang được trồng trên dải đồng bằng ven sông, suối, vùng đất cao Sản phẩm làm ra chủ yếu phục vụ gia súc và chế biến để làm thức ăn cho người, đang có xu hương giảm

Nhìn chung sản xuất nông nghiệp còn phụ thuộc vào thiên nhiên, đặc biệt ở vùng thượng lưu, năng suất cây trồng còn thấp, sản xuất chủ yếu 1 vụ, diện tích không

ổn định

Bảng 1.2 Diện tích, năng suất, sản lượng lúa trên hai lưu vực

TT Tên xã

Diện tích (ha) Năng suất (tạ/ha) Sản lượng (tấn)

Đ xuân Hè thu Đ xuân Hè thu Đ xuân Hè thu

- Khu công nghiệp Hòa Khánh:

+ Diện tích 395,72 ha, tỷ lệ lấp đầy 98,66% [1]

+ Loại hình sản xuất chính: KCN tập trung để xây dựng các xí nghiệp sạch, không gây ô nhiễm môi trường, thuộc ngành công nghiệp nhẹ như cơ khí, lắp ráp, chế biến nông lâm hải sản, vật liệu xây dựng cao cấp, may mặc, điện tử, sản phẩm sau hóa dầu

- Khu công nghiệp Hòa Khánh mở rộng (Thành Vinh):

+ Diện tích 132,6 ha, tỷ lệ lấp đầy 62,02% [1]

+ Loại hình sản xuất chính: KCN tập trung các dự án thuộc ngành công nghiệp điện tử, cơ khí lắp ráp; chế biến nông sản thực phẩm; dệt may; vật liệu xây dựng, trang trí nội thất cao cấp; nhựa, hóa mỹ phẩm, bao bì

1.1.4 Hiện trạng và đặc điểm xả thải vào sông Cu Đê

- Nước thải sinh hoạt, nông nghiệp, nuôi trồng thủy sản:

+ Khu vực phía Bắc hạ lưu sông Cu Đê: Dân số ước tính là 6000 người, lưu lượng nước thải khoảng 360 m3/ngày đêm

+ Khu vực phía Nam hạ lưu sông Cu Đê: Dân số 35000 người, lưu lượng nước thải ước tính 2100 m3/ngày đêm [17]

+ Khu vực Hòa Bắc và phía bắc sông Cu Đê: Hầu hết các khu dân cư nông thôn không có hệ thống thoát nước tuy nhiên do lượng nước sử dụng trong sinh hoạt nhỏ, phần lớn nước thải sinh hoạt từ khu vệ sinh được thải và thấm vào đất Mặt khác do mật độ dân số thấp nên lượng nước thải vào sông suối không vượt quá khả năng tự làm sạch của dòng chảy

+ Nước thải sản xuất nông nghiệp: Do diện tích canh tác cây trồng hàng năm nhỏ, lượng nước thải trong canh tác nông nghiệp thấp, lượng nước thải nông nghiệp tác động không đáng kể đến chất lượng nước sông

- Nước thải công nghiệp:

+ Nước thải của khu công nghiệp Hòa khánh được thu gom về trạm xử lý nước thải công nghiệp, nước thải sau xử lý được xả vào kênh thoát nước ven đường số 4 của khu công nghiệp Hòa Khánh, mức độ xử lý nước chưa triệt để nên có thời kỳ gây ô nhiễm nặng cho đoạn suối hạ lưu kênh thoát và hạ lưu hồ Bàu Tràm Lưu lượng nước thải ước tính 7000m3/ngày đêm [1]

+ Nước thải của khu công nghiệp Hòa khánh mở rộng (Thành Vinh): Hiện khu công nghiệp này chưa có trạm xử lý nước thải, một phần được xử lý tại trạm XLNT của khu công nghiệp Hòa Khánh, một phần được thải vào kênh tiêu nông nghiệp chảy

về suối hạ lưu hồ Bàu Tràm làm tăng mức độ ô nhiễm của suối này và sông Cu Đê Lưu lượng ước tính khoảng 1000 m3/ngày đêm [1]

* Các chất rắn có trong nước bao gồm:

+ Các chất vô cơ: Gồm các dạng các muối hòa tan hoặc không hòa tan như đất

đá ở dạng huyền phù, lơ lửng

+ Các chất hữu cơ: Xác các vi sinh vật, tảo, động vật nguyên sinh, động thực vật phù du, , các chất hữu cơ tổng hợp như phân bón, các chất thải công nghiệp [7]

* Dựa vào kích thước hạt, chất rắn trong nước phân thành hai loại:

+ Chất rắn qua lọc: Có đường kính hạt nhỏ hơn 1µm, trong đó gồm chất rắn dạng keo và chất rắn hòa tan [7]

+ Chất rắn không qua lọc: có đường kính lớn hơn 1µm: các hạt là xác rong tảo,

- Oxy hòa tan (DO): Oxy hòa tan trong nước rất cần cho sinh vật hiếu khí Ở nhiệt

độ thường oxi hòa tan trong nước dao động từ 8 – 10 mg/L [7] DO trong nước tự nhiên và nước thải phụ thuộc vào mức độ ô nhiễm chất hữu cơ, vào hoạt động của sinh

vật thủy sinh và vào các hoạt động hóa sinh, hóa học, và vật lý của nước Khi nước có hàm lượng DO thấp gây nguy hại đến các sinh vật thủy sinh, làm chậm các quá trình trao đổi chất, vì thế DO được xem là thông số đặc trưng cho sức khỏe nguồn nước

- Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD): BOD là lượng oxy cần thiết để oxi hóa các chất hữu cơ trong nước bằng vi sinh vật (chủ yếu là vi khuẩn) Quá trình này được gọi là quá trình oxi hóa sinh học, vì thế, BOD là một thông số quan trọng để xác định mức

độ ô nhiễm các chất hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học của nguồn nước

- Nhu cầu oxy hóa học (COD): COD là lượng oxy cần thiết cho quá trình oxi hóa hóa học các chất hữu cơ có trong nước thành CO2 và H2O ở điều kiện xác định, đây là một chỉ tiêu quan trọng để đánh giá mức độ ô nhiễm hữu cơ của nguồn nước kể cả chất hữu cơ dễ và khó bị phân hủy sinh học

- Chất dinh dưỡng (Amoni, Photphat): Các hợp chất chứa nitơ và photphat trong nước tự nhiên là chất dinh dưỡng cho thực vật Nó thúc đẩy sự phát triển của các sinh vật nước như vi khuẩn, nấm nước, tảo, thực vật nổi Khi nước chứa nhiều chất dinh dưỡng, các loài sinh vật này sẽ phát triển dày đặc, chúng sẽ tiêu thụ một lượng lớn oxi của nguồn nước, gây mùi và màu cho nước khi chết đi [7] Nguồn photphat đưa vào môi trường là phân gia súc, nước thải sinh hoạt, nước thải của một số ngành công nghiệp sản xuất phân lân, công nghiệp thực phẩm và nước chảy tràn từ đồng ruộng, vùng đất canh tác

1.3 Mô hình chất lượng nước Mike 11

Mô hình MIKE 11 là một phần mềm kỹ thuật chuyên dụng do Viện Thuỷ lực Đan Mạch (DHI) xây dựng và phát triển trong khoảng 20 năm trở lại đây, được ứng dụng để mô phỏng chế độ thủy lực, chất lượng nước và vận chuyển bùn cát vùng cửa sông, trong sông, hệ thống tưới, kênh dẫn và các hệ thống dẫn nước khác

- Đặc trưng cơ bản của hệ thống lập mô hình MIKE 11 là cấu trúc mô đun tổng hợp với nhiều loại mô đun được thêm vào mỗi mô phỏng các hiện tượng liên quan đến hệ thống sông

- Ngoài mô đun HD, MIKE bao gồm các mô đun bổ sung đối với:

● Thủy văn

● Tải khuếch tán

● Các mô hình cho nhiều vấn đề về chất lượng nước

● Vận chuyển bùn cát có cố kết (có tính dính)

● Vận chuyển bùn cát không có cố kết (không có tính dính) [ 25]

Mô đun mô hình thủy động lực (HD) là một phần trọng tâm của hệ thống lập

mô hình MIKE 11 và hình thành cơ sở cho hầu hết các mô đun bao gồm: dự báo lũ, tải khuếch tán, chất lượng nước và các mô đun vận chuyển bùn lắng không cố kết Mô đun MIKE 11 HD giải các phương trình tổng hợp theo phương đứng để đảm bảo tính liên tục và động lượng (momentum), nghĩa là phương trình Saint – Venant, tuy nhiên

tùy theo mục đích tính toán mà kết hợp sử dụng với các mô đun khác một cách hợp lý

và khoa học Trong nghiên cứu này, đã sử dụng các mô đun HD, AD và Ecolab

- Ưu điểm:

● Là phần mềm thương mại nên phần giao diện rất mạnh, hữu hiệu

● Các tiện ích đầy đủ, dễ cho người sử dụng

● Thuận tiện cho việc giải quyết các bài toán vừa và nhỏ

● Cho phép tính toán chất lượng nước với độ chính xác cao

● Độ chính xác của kết quả tính, đặc biệt cho các bài toán lan truyền chất nhiều khi không đảm bảo do bản chất thuật toán được sử dụng (khuếch tán

số dẫn đến nồng độ âm hoặc nồng độ sát biên lớn hơn biên khi không có nguồn trong miền)

1.4 Những công trình nghiên cứu về mô hình chất lượng nước

Trong những năm gần đây, hướng nghiên cứu, xây dựng và sử dụng mô hình trong nghiên cứu thủy động lực – môi trường đang rất được quan tâm:

- Nguyễn Huy Khôi (2009), “Ứng dụng Mike 11 đánh giá chất lượng nước lưu vực sông Đồng Nai” nghiên cứu đã đánh giá xu thế và diễn biến dòng chảy cả về lượng và chất, cho thấy toàn cảnh bức tranh về chế độ dòng chảy, chất lượng nước nhằm đánh giá những biến đổi do tác động của thiên nhiên cũng như con người vào thiên nhiên Tuy nhiên, mô hình mới thực hiện bước hiệu chỉnh chưa kiểm nghiệm mô hình, do đó

bộ thông số xác định chưa đảm bảo độ tin cậy cao, bên cạnh đó việc xây dựng các kịch bản cũng chưa đồng bộ, mực nước triều năm 2003 còn lưu lượng ứng với năm 2010,

2015 và cũng chưa làm rõ lưu lượng này được xác định như thế nào [10]

- Nguyễn Đăng Huy, Bùi Tá Long, Lê Thị Hiền (2012), " Ứng dụng mô hình Mike

11 đánh giá diễn biến chất lượng nước sông Truồi, Thừa Thiên Huế" Nghiên cứu đánh giá được tác động của làng nghề sản xuất và chế biến tinh bột sắn Xuân Lai qua việc

sử dụng mô hình MIKE 11 kết hợp với quan trắc Bộ thông số mô hình đã được hiệu chỉnh và kiểm định ứng với tháng 7 năm 2011, kết quả bước đầu cho phép đánh giá được mức độ tác động của sự phát triển làng nghề này và đưa ra những khuyến cáo giúp cho công tác quy hoạch và quản lý nguồn nước Tuy nhiên để đảm bảo bộ thông

số tin cậy cần đo đạc bổ sung thêm được nhiều hơn quy luật dòng chảy, và xác định được thời điểm mô phỏng là thời điểm năm nhiều nước, trung bình nước hay ít nước từ

đó mới có đánh giá rõ hơn quá trình lan truyền ô nhiễm [9]

- Trần Xuân Vũ (2013) nghiên cứu “Quản lý môi trường lưu vực sông Cu Đê – TP

Đà Nẵng bằng mô hình chất lượng nước”, kết quả đã phân tích, đo đạc, tính toán các đặc trưng quá trình lan truyền chất với đoạn sông cụ thể nghiên cứu Kết quả hiệu chỉnh mô hình tương đối tốt, độ tin cậy cao, tìm được bộ thông số thích hợp cho đoạn sông và có thể đại diện cho đặc trưng của lưu vực sông nghiên cứu Tuy nhiên việc mô phỏng chỉ mang tính cục bộ vì nghiên cứu chỉ tiến hành trên một đoạn sông ngắn để lấy giá trị cho toàn bộ lưu vực nghiên cứu Đây cũng là hạn chế của luận văn này [23]

- Nguyễn Dương Quang Chánh (2014), nghiên cứu “Áp dụng mô hình Mike trong

mô phỏng chất lượng nước hạ lưu Vu Gia - Hàn, TP Đà Nẵng”, kết quả nghiên cứu đã

mô phỏng chất lượng nước vùng hạ lưu sông Vu Gia - Thu Bồn do đó mô hình chưa phản ánh đúng thực tế mức độ ô nhiễm hạ lưu sông Vu Gia – Hàn và hạn chế khi thiết lập mô hình chưa đầy đủ hệ thống công trình đập An Trạch, Bầu Nít, Thanh Quýt [5]

- Lê Hùng, Tô Thúy Nga (2015), thực hiện nghiên cứu “ Đánh giá diễn biến xâm nhập mặn vùng hạ lưu sông Vu Gia – Thu Bồn (VG – TB) khi xét đến ảnh hưởng của biến đổi khí hậu và nước biển dâng”, kết quả nghiên cứu đánh giá được các nguyên nhân và mức độ ảnh hưởng đến xâm nhập mặn tại TP Đà Nẵng Mô hình đã thiết lập đầy đủ hệ thống công trình trên sông, tuy nhiên bài toán chất lượng nước ở đây mới đánh giá một yếu tố về độ mặn, chưa đánh giá các yếu tố khác như BOD, DO…[8]

CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP

THỰC HIỆN

2.1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu: Chất lượng môi trường nước lưu vực sông Cu Đê

- Phạm vi nghiên cứu: lưu vực sông từ hợp lưu của Sông Bắc và Sông Nam với lưu vực chính của sông cho đến cửa sông với chiều dài 14 km

2.2 Nội dung nghiên cứu

- Thu thập, lấy mẫu và phân tích chất lượng nước, xác định nguồn gây ô nhiễm chính, từ đó đánh giá hiện trạng chất lượng nước lưu vực sông Cu Đê

- Xây dựng cư sở dữ liệu cho phần mềm Mike 11 về sông Cu Đê Ứng dụng phần mềm Mike 11 để mô phỏng chất lượng nước trên sông Cu Đê

2.3 Phương pháp nghiên cứu

2.3.1 Phương pháp thống kê và tổng hợp tài liệu

Phương pháp này được thực hiện trên cơ sở kế thừa, phân tích và tổng hợp các nguồn tài liệu, tư liệu, số liệu thông tin có liên quan một cách có chọn lọc, từ đó đánh giá chúng theo yêu cầu và mục đích nghiên cứu

- Số liệu về khí tượng, thủy văn (lưu lượng dòng chảy, mực nước triều…) sông Cu

Đê 2014 – 2015;

- Số liệu về mặt cắt ngang (34 mặt cắt ngang) tại sông Cu Đê;

- Số liệu về hiện trạng nguồn nước, công tác quản lý về nguồn nước tại lưu vực sông Cu Đê năm 2014, 2015;

- Thống kê các nguồn thải thuộc lưu vực sông nghiên cứu;

- Tài liệu sử dụng Mike 11 của DHI;

- Các kết quả nghiên cứu của các chương trình, đề tài khoa học, các dự án có liên quan đến chất lượng nước sông Cu Đê;

Phương pháp này được sử dụng để phục vụ cho nội dung xây dựng mô hình mô phỏng chất lượng nước sông Cu Đê giai đoạn 2014 – 2015

2.3.2 Phương pháp lấy mẫu, đo đạc

Để đánh giá hiện trạng chất lượng môi trường nước tại sông Cu Đê, chúng tôi tiến hành thu mẫu ở 8 vị trí, được chia đều theo mặt cắt dọc của sông (Bảng 2.1, Hình 2.1)

Hình 2.1 Vị trí thu mẫu tại sông Cu Đê

- Vị trí 1 (S1): Mẫu được lấy tại cầu Nam Ô, phường Hòa Hiệp Bắc, quận Liên Chiểu, TP Đà Nẵng Vị trí lấy mẫu nằm ngay quốc lộ 1A nên có rất nhiều dân cư sinh sống Đây cũng là khu vực chịu ảnh hưởng từ các hoạt động công nghiệp của các KCN lân cận Nước thải phát sinh ra chủ yếu là sinh hoạt, công nghiệp và nuôi trồng thủy sản

- Vị trí 2 (S2): Mẫu được lấy tại điểm dưới đường dẫn hầm Hải Vân, cách cửa sông 2600m về phía thượng nguồn, phường Hòa Hiệp Bắc, quận Liên Chiểu, TP Đà Nẵng Khu vực lấy mẫu dân cư thưa thớt, có nhiều lồng nuôi trồng thủy sản nên nước thải phát sinh chủ yếu là từ nuôi trồng thủy sản

- Vị trí 3 (S3): Mẫu được lấy tại chân cầu Trường Định, xã Hòa Liên, huyện Hòa Vang, TP Đà Nẵng Khu vực lấy mẫu có nhiều dân cư, hoạt động chủ yếu là trồng trọt

và nuôi trồng thủy sản Nước thải phát sinh chủ yếu là nước thải sinh hoạt, nông nghiệp và nuôi trồng thủy sản

- Vị trí 4 (S4): Mẫu được lấy tại điểm cách cửa sông 6000m về phía thượng nguồn, thuộc xã Hòa Liên, huyện Hòa Vang, TP Đà Nẵng Nước thải phát sinh chủ yếu là nước thải nông nghiệp vì ở đây dân cư thưa thớt, hoạt động chủ yếu là trồng trọt

- Vị trí 5 (S5): Mẫu lấy tại điểm dưới chân cầu treo dây văng Phò Nam, thuộc xã Hòa Bắc, huyện Hòa Vang, TP Đà Nẵng Khu vực lấy mẫu có nhiều dân cư, hoạt động chủ yếu là trồng trọt nên nước thải phát sinh chủ yếu là nước thải sinh hoạt và nông nghiệp

- Vị trí 6 (S6): Lấy mẫu tại điểm cách thượng nguồn 2000m về phía cửa sông, thuộc xã Hòa Bắc, huyện Hòa Vang, TP Đà Nẵng Khu vực lấy mẫu chủ yếu là đồi núi, dân cư thưa thớt nên ít chịu tác động bởi các nguồn thải

- Vị trí 7 (S7): Điểm lấy mẫu cách thượng nguồn 2000m về phía cửa sông, thuộc xã Hòa Bắc, huyện Hòa Vang, TP Đà Nẵng Khu vực lấy mẫu chủ yếu là đồi núi, dân cư thưa thớt, hoạt động chủ yếu là chăn nuôi vịt trời, chăn thả trâu bò nên nguồn thải chủ yếu là nước thải chăn nuôi

- Vị trí 8 (S8): Mẫu lấy tại hợp lưu của sông Bắc – Sông Nam, tại ngã ba Suối Cây

xã Hòa Bắc, huyện Hòa Vang, TP Đà Nẵng Nước thải phát sinh chủ yếu là nước thải sinh hoạt

Bảng 2.1 Danh sách vị trí lấy mẫu đánh giá chất lượng nước sông Cu Đê

1 Chân cầu Nam Ô 16° 7'14.56"N - 108° 7'19.31"E S1

3 Chân cầu Trường Định 16° 6'30.64"N - 108° 5'13.85"E S3

4 Cách cửa sông 6000m về phía

phía cửa sông 16° 7'21.65"N - 108° 0'0.72"E S7

8 Hợp lưu của sông Bắc – Sông

2.3.3 Phương pháp phân tích và đánh giá các thông số chất lượng nước

Mười thông số chất lượng môi trường được lựa chọn (Bảng 2.2) để đánh giá hiện trạng chất lượng môi trường nước sông Cu Đê Các thông số nhiệt độ, pH, DO,

Độ đục được đo bằng thiết bị đo nhanh tại hiện trường Những thông số còn lại được phân tích tại phòng thí nghiệm theo phương pháp tiêu chuẩn (Bảng 2.2)

Bảng 2.2 Phương pháp đo, phân tích các thông số chất lượng nước

STT Thông số Phương

1 Nhiệt độ Nhiệt kế

2 pH Điện hóa Đo thế dùng điện cực thủy tinh

3 DO Điện hóa Điện hóa (von-ampe)

4 Độ đục Điện hóa

Tiến hành lọc chính xác một thể tích mẫu nước, rồi đem sấy khô giấy lọc có cặn đến khối lượng không đổi Cân giấy lọc có cặn, sẽ cho biết hàm lượng chất

lơ lửng có trong mẫu nước

6 BOD5

Đầu đo BOD tự động

BOD được đo bằng sự chênh lệch áp suất trong một

hệ thống kín Bộ nhớ tích hợp tự động lưu giá trị BOD mỗi 24 giờ trong thời gian 5 ngày đầu tiên

Bicromat – hồi lưu kín – đo quang

Oxy hóa các hợp chất hữu cơ bằng hỗn hợp bicromat

và axit sunfuric trong cuvet đậy kín ở 1500

C trong 2 giờ, đo độ hấp thụ quang ở bước sóng 420 nm

8 Photphat

(P-PO43-)

Đo quang bằng thuốc thử sunfo-molybdic

Phốt phát sẽ kết hợp với ion Mo4+ và Mo6+ hình thành nên hệ phức chất có màu xanh lơ Độ đậm của màu tỉ lệ với hàm lượng phốt phát có trong nước So màu dung dịch có màu vàng nâu ở bước sóng 620nm

Thuốc thử Nessler là K2(HgI4) trong dd kiềm có khả năng phản ứng với NH4+ trong môi trường kiềm tạo thành hợp chất iotdua thủy ngân amoni có màu vàng nâu So màu dung dịch có màu vàng nâu ở bước sóng 420nm để xác định mật độ quang

10 Coliform

TCVN 6187-2:

1996 ISO 9308-2:

1990 (E)

Cấy các phần mẫu thử, đã được pha loãng hoặc không pha loãng vào đĩa petri chứa một môi trường nuôi cấy chọn lọc dạng lỏng có lactoza Kiểm tra các ống thử sau 24h và 48h nuôi ở nhiệt độ hoặc 300

C

Phương pháp này cung cấp số liệu để phục vụ cho nội dung đánh giá hiện trạng chất lượng môi trường nước sông Cu Đê

- Phương pháp đánh giá thông qua chỉ số chất lượng nước (viết tắt là WQI) [4] Các thông số được sử dụng để tính WQI thường bao gồm các thông số: DO, nhiệt độ, BOD5, COD, N-NH4, P-PO4, TSS, độ đục, Tổng Coliform, pH

2.3.4 Phương pháp mô hình hóa

- Hệ phương trình Saint – Venant với các biến Q (x,t) và h (x,t) như sau:

● Phương trình liên tục:

Phương trình (2.1)

● Phương trình động lượng:

( )

| |

Phương trình (2.2) Trong phương trình (2.1) giả thuyết rằng dòng nhập bên trực giao với dòng chính nên trong phương trình động lượng mới triệt tiêu thành phần q

h: độ sâu dòng chảy (m); : hệ số hiệu chỉnh động năng

Trong phương trình liên tục, ta có:

Phương trình (2.3) Với b trong phương trình được tính theo công thức:

Công thức (2.1) Trong đó:

A0j: Diện tích mặt phân cách giữa 2 điểm lưới j - 1 và điểm lưới j

A0j+1: Diện tích mặt phân cách giữa 2 điểm lưới j và điểm lưới j + 1

Δ2xj: Khoảng cách giữa hai điểm lưới j - 1và j + 1

- Mô đun tải - khuếch tán dựa trên phương trình 1 chiều về bảo toàn khối lượng của chất hòa tan hoặc lơ lửng trong sông và sử dụng kết quả tính toán của mô đun thuỷ lực Phương trình chủ đạo trong mô đun này là phương trình tải - khuếch tán có dạng:

Phương trình (2.4) Trong đó:

x: biến không gian (theo chiều dọc sông);

t: biến thời gian

Quy trình áp dụng mô hình Mike 11 tính toán diễn biến chất lượng môi trường nước sông Cu Đê được thực hiện theo sơ đồ:

Hình 2.2 Sơ đồ áp dụng mô hình Mike 11 tính toán diễn biến chất lượng nước

2.4 Khung nghiên cứu

- Lập kế hoạch quan trắc chất lượng nước: vị trí quan trắc, thông số quan trắc &

phân tích

- Đánh giá hiện trạng chất lượng môi trường nước Cu

Đê

- Phương pháp lấy mẫu, đo đạc

- Phương pháp phân tích và đánh giá các thông số chất lượng nước

- Xác định vị trí nguồn thải theo dòng chảy sông

- Kết quả quan trắc chất lượng môi trường nước sông Cu Đê

- Đánh giá được hiện trạng chất lượng môi trường nước sông Cu

số liệu về mặt cắt ngang, số liệu về hiện trạng nguồn nước, nguồn thải, công tác quản lý về nguồn nước, các kết quả nghiên cứu của các chương trình, đề tài khoa học, các dự án có liên quan đến chất lượng nước tại lưu vực sông Cu Đê năm 2014, 2015;

- Xác định điều kiện, điều kiện ban đầu, hiệu chỉnh và kiểm định mô hình thủy lực, tính toán mô phỏng theo mùa kiệt

- Mô phỏng ô nhiễm theo kịch bản quy hoạch phát triển kinh tế xã hội đến năm

2030 trên lưu vực sông Cu

Đê

- Phương pháp thống kê và tổng hợp tài liệu

- Phương pháp

mô hình hóa

- Xác định vị trí nguồn thải, lưu lượng, nồng

độ các chất ô nhiễm

- Thiết lập mô hình Mike 11, sơ đồ thủy lực mạng lưới sông Cu

Đê Xác định bộ thông

số phù hợp với thực đo

- Kết quả tính toán theo các kịch bản

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1 Đặc điểm chất lượng nước sông Cu Đê

Kết quả phân tích chất lượng môi trường nước sông Cu Đê cho thấy giá trị của các thông số không thay đổi nhiều dọc theo chiều dài lưu vực sông

Giá trị pH ở sông Cu Đê trong thời điểm nghiên cứu có sự thay đổi dọc theo các

vị trí lấy mẫu, giao động trong khoảng từ 6,07 đến 6,98 (Hình 3.1) Trong đó, pH có

xu hướng tăng dần theo các địa điểm nghiên cứu từ hạ lưu (S2 = 6,07) đến thượng nguồn (S8 = 6,98) (ngoại trừ điểm S1 - Cửa sông Cu Đê, có giá trị pH = 6,56) Tại vị trí S1 (cửa sông Cu Đê) giá trị pH = 6,56 (Hình 3.1) nằm ngoài xu hướng chung có thể

do ảnh hưởng của địa hình (khu vực gần cửa sông có sự xáo trộn của dòng chảy và triều cường) Vị trí S2 và S3 có giá trị pH thấp nhất (pH = 6,07) do khu vực lấy mẫu

có nhiều lồng nuôi trồng thủy sản nên quá trình phân hủy cặn bã, thức ăn thừa trong nước bị oxy hóa thành NO3, hoạt động của vi khuẩn khử nitơ làm giảm pH [25] So sánh với kết quả đánh giá chất lượng môi trường nước sông Cu Đê tháng 4 năm 2010, Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7, Đại học Đà Nẵng [17] (pH dao động từ 5 đến 6,5) cho thấy pH 2019 tăng 1,07 đến 1,2 lần Nguyên nhân chủ yếu do hoạt động nuôi trồng thủy sản (đặc biệt là nuôi tôm) trên sông Cu Đê ngày càng tăng Để hoạt động nuôi trồng thủy sản đạt năng suất cao cần duy trì giá trị

pH ổn định vào khoảng 6 - 8,5 [24]

Hình 3.1 Giá trị pH thay đổi theo vị trí nghiên cứu

Hàm lượng tổng chất rắn lơ lững (TSS) dao động trong khoảng từ 15,4 mg/l đến 24,6 mg/l trong thời gian khảo sát (Hình 3.2) Hàm lượng TSS có xu hướng giảm dần từ hạ lưu (S1 = 23,4 mg/l) lên thượng nguồn (S6 = 17,2) Vị trí S7 (điểm lấy mẫu cách thượng nguồn 2000m về phía cửa sông, thuộc xã Hòa Bắc) và S8 (ngã ba Suối Cây xã Hòa Bắc) có hàm lượng TSS tăng cao (Hình 3.2)