MÔ HÌNH 1D CHO LAN TRUYỀN CHẤT Ô NHIỄM HỮU CƠ TRÊN KÊNH SÔNG (SALBOD) VÀ MỘT SỐ ỨNG DỤNG

Nhằm khắc phục các nhược điểm trong thuật tóan tính lan truyền chất, mà chủ yếu là lan truyền mặn, của các phần mềm hiện có, trong phần mềm SALBOD, việc sử dụng phương pháp phân rã kết hợp với phương pháp đường đặc trưng cho phương trình tải đã khắc phục được các nhược điểm nêu trên. Mô hình SALBOD gồm phần tính dòng chảy, tính lan truyền chất (mặn, BOD, DO) và được thực hiện đồng thời trong một bước thời gian tính, tuy nhiên trong báo cáo này chỉ trình bầy thuật tóan cho phần tính lan truyền chất

Mễ HèNH 1D CHO LAN TRUYỀN CHẤT ễ NHIỄM HỮU CƠ TRấN KấNH

SễNG (SALBOD) VÀ MỘT SỐ ỨNG DỤNG

Pgs Ts Nguyễn tất đắc Viện Quy Hoạch Thủy lợi miền Nam

I Mở đầu

Trong những năm gần đõy do sự gia tăng dõn số và sự phỏt triển nhanh chúng của cỏc đụ thị và trung tõm cụng nghiệp, lượng nước thải chưa được xử lớ được thải trực tiếp vào mạng lưới kờnh sụng ngày càng gia tăng và làm suy thúai nghiờm trọng chất lượng, ảnh hưởng xấu tới sinh họat và phỏt triển kinh tế Để cú biện phỏp cải tạo thớch hợp thỡ mụ hỡnh túan là một cụng cụ trợ giỳp đắc lực và khụng thể thiếu cho cỏc nhà qui họach và ra quyết định Mụ hỡnh tớnh túan dũng chảy đó được cỏc chuyờn gia trong và ngũai nước phỏt triển và ứng dụng nhiều cho hệ thống sụng ngũi Việt nam, đặc biệt là hệ thống kờnh sụng của Đồng Bằng Cửu Long và hệ thống sụng Đồng Nai-Sài Gũn Tuy nhiờn bài túan lan truyền chất chủ yếu được xõy dựng và ỏp dụng cho lan truyền mặn Thuật túan dựng để giải bài túan lan truyền chất một chiều cơ bản là sơ đồ sai phõn Tuy nhiờn do hiện tượng khuếch tỏn số của sơ đồ sai phõn (nhất là sơ đồ sai phõn trung tõm) làm cho kết quả tớnh thường khụng bảo tũan ý nghĩa vật lý của hiện tượng mụ phỏng, chẳng hạn nồng độ mặn bị õm, hoặc khụng cú nguồn mà giỏ trị tớnh túan tại mặt cắt sỏt biờn thường lớn hơn giỏ trị biờn, hoặc buộc nồng độ tại cỏc điểm sỏt hợp lưu của cỏc nhỏnh khỏc nhau phải bằng nhau Cỏc phần mềm thương mại lớn như Mike 11 hoặc ISIS vẫn chưa khắc phục được nhược điểm này

Nhằm khắc phục cỏc nhược điểm trong thuật túan tớnh lan truyền chất, mà chủ yếu là lan truyền mặn, của cỏc phần mềm hiện cú, trong phần mềm SALBOD, việc sử dụng phương phỏp phõn ró kết hợp với phương phỏp đường đặc trưng cho phương trỡnh tải đó khắc phục được cỏc nhược điểm nờu trờn Mụ hỡnh SALBOD gồm phần tớnh dũng chảy, tớnh lan truyền chất (mặn, BOD, DO) và được thực hiện đồng thời trong một bước thời gian tớnh, tuy nhiờn trong bỏo cỏo này chỉ trỡnh bầy thuật túan cho phần tớnh lan truyền chất Chi tiết phần tớnh dũng chảy cú thề xem trong [1]

II Cơ sở học thuật của mụ hỡnh SALBOD

Hệ phương trỡnh cơ bản

A Phần tớnh túan dũng chảy:

+ Hệ phương trỡnh cơ bản: Hệ phương trỡnh Saint-Venant một chiều sau đõy được sử dụng phổ biến để tớnh dũng chảy trong kờnh sụng:

) 1 (

q x

Q t

Z











) 2 ( 0

2

2

































ARC

Q Q g x

Z gA A

Q x t

Q

Trong đú : B – là chiều rộng mặt nước: A – là diện tớch mặt cắt ngang; Z- là mực nước so với một cao độ chuẩn; Q là lưu lượng qua mặt cắt ngang; g- là gia tốc trọng trường; C- là hệ số cản Chộzy; R- là bỏn kớnh thủy lực; q- là lưu lượng gia nhập trờn một đơn vị chiều dài dọc sụng (như bơm, xả nước thải, ); t- là thời gian; x- là tọa độ dọc sụng

B Phần tớnh toỏn chất lượng nước:

B1 Hệ phương trỡnh cơ bản

Một số yếu tố của chất lượng nước cũng được tớnh túan đồng thời sau mỗi bước tớnh dũng chảy Phương trỡnh cơ bản cho mặn, BOD và DO như liệt kờ dưới đõy:

+ Mặn với nồng độ S

) 4 (

2

2

a A

S Q S S A

Q Q q x

S E x

S U t

























+ BOD với nồng độ B

) 4 ( )

2

2

b A

B Q B q B A

Q Q q K K x

B E x

B U t





























+ DO với nồng độ D:

) 4 (

)

2

2

c A

D Q D Q qD B K K D D D A

Q Q q x

D E x

D

A

Q

t

sa r































Các phương trình cơ bản cho một số yếu tố khác như Nitơ (amonia, Nitrate, Nitrit), Photpho, phèn, đều có dạng tương tự như (4a,b,c)

Trong 3 phương trình (4a,b,c) nêu trên q , Sq, Bq, Dq tương ứng là lưu lượng nước thải gia nhập, nồng độ mặn, BOD và DO trong dòng gia nhập q; Qsr , Ss, Bs, Ds tương ứng là lưu lượng trao đổi (trên một đơn vị độ dài) sông-ruộng, độ mặn, BOD và DO trong Qsr Cũng tương ứng như vậy với lưu lượng mưa Qr Các hệ số chuyển hóa K1, K3 của BOD và K2 là hệ số thấm khí Trong (4b) nếu K1=K3=0 ta có dạng (4a) Dsa là nồng độ bão hòa Oxy trong nước Cả 3 phương trình trên đều có thể viết ở dạng chung như sau:

) 5 (

2

2





















C x

C E x

C U t C

Vì thế ta có thể áp dụng cùng một thuật tóan và cách lập trình, chúng chỉ khác nhau ở các hệ số 

và  (lưu ý rằng ,  đều  0)

+ Để giải hệ (5) phương pháp phân rã của Marchuk [2] được áp dụng, theo phương pháp này trong một bước thời gian t, trước tiên giải phương trình tải có số hạng nguồn:

) 6 (

 













x

C U t C

Sau đó giải phương trình khuếch tán thuần túy

) 7 ( 2

1

2 1

x

C E t

C











B2 Một số sơ đồ sai phân dùng để giải phương trình tải (6)

Để giải (6) thường áp dụng một số sơ đồ sai phân sau đây (để đơn giản ta bỏ qua số hạng nguồn trong vế phải) Nếu dùng các ký hiệu tóan tử:

x

C C

L t

C C

L











1

Khi đó tương ứng với sơ đồ sai phân theo hướng (upwind) ta có:

i n i n

i n i i i

C C C

C x x C







1 1

1 1 1

     

i n i n

i n i i

i

C C C

C x

x C

1 1

1

















i n

C t C



1

1

Trong đó ký hiệu n ( i, n)

C   là trọng số Với sơ đồ sai phân trung tâm sẽ được:

) )(

1 ( ) (

[ )

1 1 1 1 1 1 2

n i n i n

i n i i

x C











)]

( ) )(

2 1 ( ) (

[

1

1 1 1 1

1 1 1 1

h i n i n

i n i n

i n

C t C











Trong (12) trọng số  gọi là hệ số phân tách Bằng cách khai triển Taylor các số hạng trong (11)

và (12) quanh điểm xi , tn và sử dụng ký hiệu  = xi+1 – xi-1 ta có:

! 3 ) ( 2 ) ( 2 ) (

2





t

C C

! 3 )

( 2 ) ( 2

2





x

C U C

Trong vế phải của (13) và (14) ta thấy có các số hạng t C tt

2



và U C xx

2



Số hạng thứ nhất biến phương trình xuất phát thành phương trình sóng và tạo ra các dao động của nghiệm khi giải số, còn số hạng thứ hai tạo thêm hệ số khuếch tán do số

2



U

(thường gọi hệ số khuếch tán số) Nếu U

và bước lưới không gian  lớn thì hệ số khuếch tán số lớn và làm mất ý nghĩa của hiện tượng mô phỏng Cũng áp dụng cách khai riển Taylor tương tự với (8),(9),(10) ta cũng có kết luận tương tự

B3 Sử dụng phương pháp đường đặc trưng trong giải (6)

Với bài tóan truyền tải thuần túy, theo quan điểm Lagrange, có thể hiểu bài tóan như sau: Một hạt lỏng ở thời điểm t nằm tại điểm A, với vận tốc U hạt lỏng sẽ di chuyển theo một quỹ đạo nào đó

để đạt tới điểm B vào thời điểm t + t (xem hình vẽ dưới) Trong quá trình tải thuần túy hạt lỏng không thay đổi, mật độ tại B sẽ bằng mật độ tại A, hay

C( B , t + t ) = C( A , t) Như vậy để xác định được nồng độ tại điểm B chỉ cần lần ngược lại quỹ đạo để tới điểm A, tại đây ta xem như đã biết nồng độ (hoặc biết trước hoặc qua các điểm lân cận bằng cách nội suy) Quá trình vừa mô tả là nội dung của phương pháp đường đặc trưng áp dụng cho phương trình tải

x

Trong phương pháp đường đặc trưng có 2 bước cần tiến hành:

- Xác định chân đường đặc trưng A

- Nội suy giá trị nồng độ tại A qua các giá trị đã biết tại các điểm lưới

Mặc dù về cơ bản phương pháp đường đặc trưng được xem như phương pháp chính xác, tuy nhiên khi giải số lại phải qua 2 bước trên, cho nên lại cần có những thuật tóan riêng

Giống như mô hình tính mặn trong mô hình SALBOD thuật tóan sau đây được áp dụng:

+ Xác định chân đường đặc trưng:

t 1

t 2

Dt

Xk-1 Xk

t

x

A

Trong khỏang tích phân t , xem U chỉ là hàm của x, và được lấy trọng số giũa 2 lớp thời gian n

và n+1 ; giá trị của U được cho tại các điểm x1 , x2 , … , xN (tính từ mô hình dòng chảy trong cùng một bước thời gian), giũa các khỏang [ xi , xi+1 ] vận tốc U được xem như một hàm tuyến tính theo x: U = ax + b

Do U không phụ thuộc t (trong một bước t) cho nên trong mỗi khỏang [ xk , xk+1 ] các đường cong tích phân dx = U(x)dt đều song song:

Cho nên để xác định chân đường đặc trưng chỉ cần tính t với từng khỏang [ xk , xk+1 ] , sau đó kiểm tra điều kiện:

Nếu điều kiện này thỏa mãn có nghĩa là đặc trưng đã cắt đường thẳng t = tn ; khi đó tính

Để tính t, x (xem hình vẽ) ta có thuật tóan sau

Gọi  =  1 = - sign (Uk), trong mỗ khỏang xk và xk+ hàm U có dạng : U(x) = ax + b

Dễ thấy:

X

X U X

X U

k k k











1 (

Dễ thấy đường đặc trưng không phải là đường thẳng và có thể cắt nhiều mắt lưới

+ Nội suy giá trị chân đường đặc trưng A: Vì điểm A có thể trùng với một điểm lưới, tuy nhiên nói chung A nằm giữa các mắt lưới, vì thế cần tiến hành nội suy giá trị tại A qua giá trị đã biết tại các điểm lưới Cách nội suy tuyến tính có thể gây ra khuếch tán số, vì thế trong SALBOD đã dùng hàm nội suy spline bậc 3 ( phiên bản trước dùng nội suy kết hợp tuyến tính với nội suy Lagrange) Xem chi tiết trong [1]

B4 Ví dụ giải thích các phương pháp

Để so sánh độ chính xác của các sơ đồ sai phân và phương pháp đường đặc trưng áp dụng cho phương trình tải ta xét một ví dụ chính xác có nghiệm giải tích sau đây [1]:











x

f t x u t

f

với x  (0,1) và t > 0

Điều kiện đầu : f(x,0) = 3sin (4x)













t a

t a t

f

sin 2 1

sin 4

sin 3 ) , 0























t a

t a t

f

sin 2 1

sin 1 4 sin 3 ) , 1 (

Nghiệm chính xác của bài toán này là:

const x

U

x

t   

) (











K i

t

1















1 1

K i i t t

x

U U









t t

a

x a

t x



sin 2 1

2 1 ( ) , (































t a

t a x t

x f

sin 2 1

sin 4

sin 3 ) , (

Chia đọan [0,1] thành 41 đọan nhỏ với x = 1/41 và lấy t = 1,5/41 Hình vẽ dưới cho so sánh kết quả của các phương pháp số ứng với thời điểm t = 0,4024

So sánh các phương pháp

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

Toạ độ

Các ký hiệu được sử dụng trên biểu đồ:

f : là nghiệm chính xác; fL : là lời giải bằng phương pháp đặc trưng sử dụng phương pháp nội suy tuyến tính kết hợp với nội suy Lagrange

fS : lời giải đặc trưng dùng nội suy Spline bậc 3 (fH1, fH2) : lời giải bằng phương pháp sai phân theo hướng với giá trị khác nhau của trọng số  fT (fT1,fT2): lời giải bằng phương pháp sai phân trung tâm với 2 giá trị của trọng số 

Từ biểu đồ trên cho thấy:

- Phương pháp đường đặc trưng với cả 2 cách nội suy đều cho kết quả khá chính xác cả pha và biên độ

- Phương pháp sai phân trung tâm cho kết quả sai lạc cả về pha và biên độ

- Phương pháp sai phân theo hướng giữ được pha lan truyền nhưng sai về biên độ

B5 Bài tĩan lan truyền chất trên hệ thống kênh sơng.

Với một hệ thống kênh sơng nếu biết được nồng độ tại các hợp lưu thì bài tĩan đưa về giải cho từng nhánh sơng đơn Bằng cách áp dụng phương pháp đường đặc trưng, khi dịng chảy hướng về các hợp lưu thì nồng độ tại các mặt cắt áp sát hợp lưu cĩ thể tính được nhờ giải phương trình tải thuần túy (số hạng khuếch tán xem như biết tại lớp thời gian trước) Như vậy khi dịng chảy hướng tới hợp lưu tại các nhánh khác nhau khơng bắt buộc cĩ nồng độ giống nhau (như các mơ hình hiện tại) Điều kiện duy nhất phải tuân theo là bảo tịan vật chất tại hợp lưu để tổng lượng vật chất vào hợp lưu bằng tổng lượng ra khỏi hợp lưu Từ đĩ ta cĩ điều kiện sau đây tại hợp lưu

trong đó C N là nồng độ tại các mặt cắt chảy ra khỏi hợp lưu, Ci , Qiv là nồng độ và lưu lượng tại các mặt cắt áp sát hợp lưu của các nhánh chảy vào hợp lưu (tất nhiên chảy vào hoặc chảy ra là tùy thuộc từng thời điểm) QjR là lưu lượng tại các mặt cắt áp sát hợp lưu của các nhánh chảy ra

Chú ý rằng:

Bằng phương pháp nêu trên vật chất lan truyền tới đâu tính tới đó cho nên tiết kiệm được thời gian tính tóan trên máy, khác với các phương pháp sai phân là luôn phải giải hệ phương trình đại số cho tòan mạng, tốn thời gian

III Một số áp dụng

Mô hình SALBOD khi mới được xây dựng chủ yếu được sử dụng cho các bài tóan lan truyền mặn, phiên bản lúc đó có tên là SAL Do yêu cầu đánh giá tác động môi trường của các dự án công nghiệp có nước thải, mô hình SALBOD được hòan thiện và được sử dụng cho nhiều dự án mà chủ yếu là các dự án trên sông Thị vải (Ve Dan, Marubeni, Phú Mỹ, ) và các dự án trên hệ thống sông Đồng Nai-Sàigòn Do khuôn khổ của một báo cáo, dưới đây chỉ giới thiệu một ví dụ tính tóan ảnh hưởng của hồ Phước Hòa đến xâm nhập mặn và ô nhiễm vùng hạ du hệ thống sông Đồng Nai-Sài gòn

Theo thiết kế, ngòai việc đóng góp vào sơ đồ lưới điện, hồ Phước Hòa còn đóng góp 50m3/s cho nhiệm vụ cấp nước của hồ Dầu tiếng Tuy nhiên khi có đập Phước Hòa lượng nước xả xuống sông

Bé trong mùa khô chỉ còn khỏang 15m3/s, nhỏ hơn lưu lượng tự nhiên của sông Bé trong mùa khô của những năm gần đây, đặc biệt là từ khi có Thác mơ Việc phát triển các bậc thang thủy điện ở thượng lưu, việc gia tăng nhu cầu nước ở hạ lưu dẫn tới sự thay đổi chế độ dòng chảy, thay đổi chế

độ xâm nhập mặn, chề độ ô nhiễm sông rạch vùng hạ lưu

Để xét bài tóan mặn và ô nhiễm phải tính tóan nhu cầu sử dụng nước cho hiện tại và tương lai, phải tính khả năng cấp nước từ thượng lưu Dưới đây chỉ nêu tóm tắt các kết quả mà không nêu phương pháp tính tóan chi tiết

Kết quả tính về nhu cầu nước cho sông Đồng Nai-Sài Gòn được cho trong bảng 1 dưới đây:

Bảng 1 Nhu cầu sử dụng nước cho hạ lưu vực sông Đồng Nai-Sài Gòn

Sông

Vị trí lấy nước/xả nước Lưu lượng (m

3 /s)

Ghi chú Hiện tại

(2003)

Tương lai (2010-2020)

Thủ Dầu Một -0.13 -2.77 Nhà máy nước







j

R j

v i N

Q

C Q C



j

R j i

v

Q

Nước hồi quy từ sông Vàm Cỏ Đông và Vàm Cỏ Tây cũng được xét như lưu lượng gia nhập vào

hệ thống từ các sông thuôc Đòng Bằng sông Cử Long

Sơ đồ, số liệu biên của mô hình:

+ Sơ đồ tính toán (Xem hình vẽ): Gồm toàn bộ các sông Đồng Nai (từ Trị An), sông Sài Gòn (từ

chân đập Dầu tiếng), sông Vàm Cỏ Đông (từ Bến Đá), sông Vàm Cỏ Tây (từ Bình Châu), toàn bộ mạng kênh rạch thành phố Hồ Chí Minh (Nhiêu Lộc, Thị Nghè, Kênh Đôi, Kênh Tẻ, Tân Hoá, Lò Gốm, Bến Nghé, Tham Lương, Bến Cát, Vàm Thuật, …), mạng kênh phía nam thành phố và các sông vùng duyên hải (Bến Lức, Cần Giuộc, Ông Lớn, Cây khô, Thị Vải, Đồng Tranh, Lòng Tầu, Cái Mép, ) Các biên của sơ đồ tính là lưu lượng Trị An, sông Bé, Dầu Tiếng, Bén Đá, Bình Châu; mực nước thực đo tại Vũng Tầu có tính tương quan với các cửa Đồng Tranh, Sòai Rạp (Xem bảng 2)

+ Số liệu ô nhiễm: Khu vực ô nhiễm nhất là kênh rạch thành phố Hồ Chí Minh, các nguồn ô

nhiễm được đổ ra các kênh rạch và chảy vào sông Sài Gòn rồi ảnh hưởng tới vùng duyên hải Các nguồn ô nhiễm trên sông Đồng Nai tập trung vào khu vực dân cư thành phố Biên Hòa và các khu công nghiệp trên khu vực này Ô nhiễm trên sông Thị vải có nguồn gốc từ các khu công nghiệp như

Ve Dan, Gò Dầu Số liệu ô nhiễm (tải lượng, BOD, DO, N, P ) dùng trong tính tóan chủ yếu dựa trên số liệu điều tra từ các dự án khác nhau và số liệu dự báo từ sự phát triển các khu công nghiệp,

sự biến đổi dân số của các khu dân cư tập trung

Các phương án tính toán:

a) Phương án hiện trạng (Ký hiệu là HTr): Do số liệu đồng bộ về mực nước (biên Vũng tầu, và

các trạm kiểm tra bên trong lưu vực), lưu lượng xả thượng lưu tại Trị an, Phước hoà, Dầu tiếng, Bến

đá, Bình Châu chỉ có được tới 2003, cho nên sẽ dùng số liệu của 2 tháng mùa khô (tháng 3, 4) của năm 2003 để tính toán và kết quả được xem là phương án hiện trạng để so sánh

b) Phương án tăng nguồn nước sử dụng cho dân sinh, công nghiệp, tưới tiêu dự kiến cho sau

2010 tới 2020 (Ký hiệu là PA) nhưng chưa có đập Phước Hoà Nghĩa là vẫn giữ nguyên các điều

kiện lưu lượng nước có thể có ở thượng lưu như năm 2003 Mục đích của phương án này là xem việc tăng lượng nước lấy cho các nhà máy nước, cho tưới tiêu thì xâm nhập mặn và ô nhiễm sẽ thay đổi ra sao

c) Phương án này giống về cơ bản như phương án PA nhưng xem như đã có đập Phước Hoà,

lượng nước xuống sông Bé giảm khá nhiều Phương án này được ký hiệu là PB Mục tiêu của

phương án này nhằm xem xét khi có đập Phước Hoà, đồng thời tăng lượng nước sử dụng ở hạ lưu cho dân sinh công nghiệp mà chưa có bổ xung nước từ các bậc thang thuỷ điện trên sông Đồng Nai thì tình hình ô nhiễm và xâm nhập mặn ở hạ lưu ra sao

d) Phương án này, được ký hiệu là PC, về cơ bản giống phương án PB chỉ khác là có thêm

80m3/s bổ xung xuống hạ lưu từ các bậc thang thuỷ điện trên sông Đồng Nai Mục tiêu của phương

án này là nhằm xem xét cần phải vận hành hệ thống sao cho khi có đập Phước Hoà và tăng lượng nước sử dụng ở hạ lưu thì bức tranh xâm nhập mặn và ô nhiễm không xấu đi

e) Phương án PD dùng xem xét bài toán ô nhiễm: Nguồn nước có được như phương án PB

nhưng các nguồn thải phải xử lí một phần trước khi thải vào sông

Bảng 2 Số liệu biên sử dụng trong tính toán

Biên mô hình Sông Loại số liệu Thời gian quan

trắc

Ghi chú

Hạ lưu đập Trị An Đồng Nai Dòng chảy 1/3-30/4/ 2003 Số liệu đo đạc được tại nhà

máy Trị An Trạm lưu lượng

Phước Hòa

Bé Dòng chảy 1/3-30/4/ 2003 Số liệu đo đạc được tại

trạm Phước Hòa

Hạ lưu đập Dầu

Tiếng Sài Gòn Dòng chảy 1/3-30/4/ 2003 Số liệu đo đạc được tại đậpDầu Tiếng Bình Châu Vàm Cỏ Tây Dòng chảy 1/3-30/4/ 2003 Tính từ mô hình ĐBSCL

Bến Đá Vàm Cỏ Đông Dòng chảy 1/3-30/4/ 2003 Số liệu tính tóan

Thị Tính Nhánh của sông

Sài Gòn

Dòng chảy 1/3-30/4/ 2003 Số liệu tính tóan Cửa Đồng Tranh

(ltương quan Vũng

Tàu )

Đồng Tranh Mực nước giờ 1/3-30/4/ 2003 Biên hạ lưu

Cửa Soài Rạp

(Tương quan Vũng

tầu)

Đồng Nai Mực nước giờ 1/3-30/4/ 2003 Biên hạ lưu

Nhà Bè Đồng Nai Mực nước giờ

và độ mặn 1/3-30/4/ 2003 Vị trí kiểm tra mô hình Biên Hòa Đồng Nai Mực nước giờ 1/3-30/4/ 2003 Vị trí kiểm tra mô hình

Thủ Dầu Một Sài Gòn Mực nước giờ 1/3-30/4/ 2003 Vị trí kiểm tra mô hình

Phú An Sài Gòn Mực nước giờ

và độ mặn 1/3-30/4/ 2003 Vị trí kiểm tra mô hình Bến Lức Vàm Cỏ Đông Mực nước giờ 1/3-30/4/ 2003 Vị trí kiểm tra mô hình

Tân An Vàm Cỏ Tây Mực nước giờ 1/3-30/4/ 2003 Vị trí kiểm tra mô hình

Kết quả tính toán:

Vì xâm nhập mặn chỉ xuất phát từ cửa biển Vũng Tầu, còn ô nhiễm xuất phát từ các nguồn thải của các khu dân cư, các khu công nghiệp nằm dọc các kênh sông Do ảnh hưởng triều thì lúc triều vào và ở đỉnh triều độ mặn sẽ lớn nhất, lúc triều rút độ mặn sẽ giảm dần Khác với độ mặn, độ ô nhiễm (BOD) sẽ đạt cực đại lúc nước đứng (nước đứng và đổi chiều), vận tốc dòng chảy gần như bằng không, nước thải lúc đó sẽ khó bị hoà loãng hoặc chuyển tải đi nơi khác Thời gian nước đứng

còn giá trị bình quân BOD trong một thời đoạn sẽ dùng để đánh giá mức độ ô nhiễm Thời đoạn được dùng trong báo cáo này là hai tháng 3 và 4, khi dòng chảy kiệt nhất

Bảng 3 Đô mặn max (g/L) tại một số điểm quan tâm dọc sông Đồng Nai, Sài Gòn,

Vàm Cỏ Đông tương ứng với các phương án mô tả ở trên.

Từ bảng 3 có thể thấy khi gia tăng lấy nước (phương án PA), chủ yếu cho các nhà máy nước, thì

độ mặn tại Hoá an, Bến than, Thủ Dầu Một, Hiệp Hoà có thay đổi chút ít nhưng không đáng kể và

về cơ bản không làm thay đổi chát lượng nước cấp cho các nhà máy nước Tuy nhiên khi có đập

Phước Hoà mà chưa có nguồn nước bổ xung nào (phương án PB) thì độ mặn max tại các điểm quan

trọng trên sông Đồng Nai gia tăng đáng kể (chẳng hạn tại Hoá An độ mặn tăng từ 0.1 lên 0.24 g/L, tại cầu Đồng Nai tăng từ 0.51 lên 0.85g/L), ảnh hưởng tới chất lượng nước cấp cho các nhà máy khu vực Biên Hoà như Hoá An, Bình An Với sông Sài Gòn thì độ mặn biến đổi không đáng kể do gia tăng lượng nước hồi qui từ hồ Dầu Tiếng Với sông Vàm Cỏ Đông cũng không có sự biến đổi nào đáng kể về độ mặn max Trong trường hợp có đập Phước Hoà nhưng có được thêm 80m3/s bổ

xung từ các bậc thang thuỷ điện trên hệ Đồng Nai (phương án PC) thì sự xâm nhập mặn gần như

trở lại bình thường như 2003 mặc dù có gia tăng lượng nước lấy cho các nhà máy nước dọc sông Đồng Nai

Từ kết quả tính toán này một khuyến nghị quan trọng là quá trình xây dựng đập Phước Hoà (ngăn dần dòng sông Bé) phải kết hợp với việc phát triển các bậc thang thuỷ điện trên sông Đồng Nai để sao cho tổng lượng nước ở ngã ba Đồng Nai-Sông Bé bình quân không dưới 290m3/s

Về ô nhiễm: Để tính toán ta xem nồng độ BOD nền là 2mg/L (có thể giá trị này hơi cao so với

một số giá trị đo đạc, tuy nhiên các giá trị đo dưới 1mg/L khó có độ tin cậy khi so với các giá trị DO tương ứng tại cùng vị trí và thời điểm đo đạc, mặt khác mục tiêu là đánh giá xu thế biến đổi nên ta dùng giá trị BOD là 2mg/L làm nền)

Bảng 4 BOD (mg/L) bình quân trong hai tháng 3 và 4 tại các vị trí quan trọng

trên sông Đồng Nai, Sài Gòn, tương ứng với các phương án nêu trên

Trong bảng 4 có thêm phương án ký hiệu là PD Trong phương án này có đập Phước Hoà nhưng

chưa có nguồn nước bổ xung (như phương án PB), tất cả các nguồn thải thuộc khu vực Biên Hoà buộc xử lí để BOD trong nguồn chỉ còn 50mg/L, các nguồn thải thuộc các khu vực khác được xử lí

để BOD trong nguồn đạt 100mg/L

Từ bảng 4 có thể thấy do các nguồn ô nhiễm tập trung ở khu vực Biên Hoà và nội thành thành phố Hồ Chí Minh, hơn nữa khi có đập Phước Hoà thì về cơ bản sông Sài Gòn được thêm nước từ các nguồn hồi qui của hồ Dầu Tiếng nên mức độ BOD bình quân trên sông Sài Gòn hầu như không thay đổi Còn đối với sồng Đồng Nai, đặc biệt từ khu vực Hoá An xuống tới Long Đại, thì tình trạng ô nhiễm có gia tăng Khi gia tăng lượng nước lấy cấp cho các nhà máy nước nhưng chưa ngăn đập Phước Hoà (phương án PA) thì BOD bình quân tại Hoá An tăng từ 3.52mg/L lên 3.59mg/L, hoặc tại Cầu Đồng Nai tăng từ 4.68mg/L lên 4.77mg/L Sự gia tăng được xem như không đáng kể, nhưng khi có dập Phước Hoà (phương án PB) thì sự gia tăng tương ứng là 3.52 lên 4.48 và 4.68 lên 5.74 sẽ là đáng kể

Trong phương án PC khi có thêm 80m3/s bổ xung từ thượng lưu thì bức tranh ô nhiễm gần như trở lại bình thường như phương án PA

Với phương án PD khi các nguồn thải được xử lí thì nước sông không còn bị ô nhiễm mặc dù có gia tăng nước lấy cấp cho dân sinh và công nông nghiệp

Một số nhận xét:

Từ kết quả tính toán và phân tích ở trên có thể rút ra một số nhận xét sau đây:

+ Khi gia tăng việc lấy nước cho dân sinh, công nghiệp, nông nghiệp theo như kế hoạch phát triển đến khoảng 2020 mà vẫn duy trì lượng nước xả từ thượng lưu về sông Đồng Nai (gồm Trị An

và sông Bé) vào mùa khô trung bình cỡ 300m3/s, và tư Dầu Tiếng (cả xả và hồi qui) về sông Sài gòn cỡ 40m3/s sẽ không làm ảnh hưởng đáng kể đến bức tranh xâm nhập mặn cho khu vực Biên Hoà và Thủ Dầu Một trở lên thượng lưu, và như vậy sẽ không ảnh hưởng tới chất lượng nước cấp (về độ mặn) cho các nhà máy nước lấy ở các sông trong các khu vực này

+ Khi có đập Phước Hoà với lượng xả xuống sông Bé trong mùa khô 15m3/s và chuyển 50m3/s sang hồ Dầu Tiếng, ngoài ra chưa có nguồn bổ xung nào cho sông Đồng Nai thì các nhà máy lấy nước trên sông Đồng Nai (Hoá An, Biên Hoà, Bình An) sẽ bị ảnh hưởng về độ mặn của nước sông

Độ mặn trên sông Sài Gòn và Vàm Cỏ về cơ bản không bị ảnh hưởng do có thêm lượng nước hồi qui từ Dầu Tiếng do được chuyển thêm nước từ hồ Phước Hoà sang hồ Dầu Tiếng

+ Về mặt ô nhiễm, phương án gia tăng lượng nước lấy cho các nhà máy nước theo kế hoạch cho