ứng dụng mô hình mike basin nghiên cứu đánh giá ô nhiễm nước và giải pháp quản lý bảo vệ chất lượng nước hạ lưu sông trà khúc

LỜI CAM ĐOAN Tên tôi là : Lưu Thị Bích Ngọc Mã số học viên:118608502009 Lớp: 19MT Chuyên ngành : Khoa học môi trường Mã số: 60-85-02 Khóa học: 19 Tôi xin cam đoan quyển luận văn được

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI

LƯU THỊ BÍCH NGỌC

ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE BASIN NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ Ô NHIỄM NƯỚC VÀ GIẢI PHÁP QUẢN LÝ BẢO VỆ CHẤT LƯỢNG NƯỚC HẠ LƯU SÔNG TRÀ KHÚC

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Hà Nội, 2013

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI

LƯU THỊ BÍCH NGỌC

ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE BASIN NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ Ô NHIỄM NƯỚC VÀ GIẢI PHÁP QUẢN LÝ BẢO VỆ CHẤT LƯỢNG NƯỚC HẠ LƯU SÔNG TRÀ KHÚC

Ch uyên ngành: Khoa học Môi trường

LỜI CẢM ƠN

Luận văn “Ứng dụng mô hình Mike Basin nghiên cứu đánh giá ô nhiễm

nước và giải pháp quản lý bảo vệ chất lượng nước hạ lưu sông Trà Khúc” được

hoàn thành ngoài sự cố gắng nỗ lực của bản thân tác giả còn được sự giúp đỡ nhiệt

tình của các Thầy, Cô, cơ quan, bạn bè và gia đình

Thắng đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn, quan tâm theo dõi, gợi ý các ý tưởng khoa

học và tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả trong suốt thời gian thực hiện luận văn

Tác giả xin chân thành cảm ơn tới cô giáo TS Phạm Thị Ngọc Lan đã giúp đỡ

cũng như cung cấp các số liệu trong luận văn

Xin trân trọng cảm ơn các thầy, cô giáo trong khoa Môi trường- Trường Đại học Thuỷ Lợi đã tận tình giảng dạy và giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình học tập, cũng như quá trình thực hiện Luận văn này

Cuối cùng tác giả xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè, tập thể lớp cao học

19 MT động viên tác giả rất nhiều trong suốt thời gian hoàn thành luận văn

Hà nội, tháng 09/2013

Tác giả

Lưu Thị Bích Ngọc

LỜI CAM ĐOAN

Tên tôi là : Lưu Thị Bích Ngọc Mã số học viên:118608502009

Lớp: 19MT

Chuyên ngành : Khoa học môi trường Mã số: 60-85-02

Khóa học: 19

Tôi xin cam đoan quyển luận văn được chính tôi thực hiện dưới sự hướng

dẫn của PGS.TS Nguyễn Văn Thắng với đề tài nghiên cứu trong luận văn “Ứng

dụng mô hình Mike Basin nghiên cứu đánh giá ô nhiễm nước và giải pháp quản lý bảo vệ chất lượng nước hạ lưu sông Trà Khúc”

Đây là đề tài nghiên cứu mới, không trùng lặp với các đề tài luận văn nào trước đây, do đó không có sự sao chép của bất kì luận văn nào Nội dung của luận văn được thể hiện theo đúng quy định, các nguồn tài liệu, tư liệu nghiên cứu và sử dụng trong luận văn đều được trích dẫn nguồn

Nếu xảy ra vấn đề gì với nội dung luận văn này, tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm theo quy định./

NGƯỜI VIẾT CAM ĐOAN

Lưu Thị Bích Ngọc

PTTNN : Phát triển tài nguyên nước

QL&KT CTTL Quản lý và khai thác công trình thủy lợi

MỤC LỤC

20T

CHƯƠNG 120T 4 20T

GIỚI THIỆU LƯU VỰC SÔNG TRÀ KHÚC VÀ NỘI DUNG20T 4 20T

1.1 Tình hình tự nhiên, kinh tế xã hội khu vực nghiên cứu20T 4 20T

1.1.120T 20TĐặc điểm tự nhiên20T 4 20T

1.1.2 Đặc điểm khí tượng thủy văn20T 7 20T

1.1.3 Đặc điểm kinh tế xã hội20T 15 20T

1.2 Vài nét về mô hình chất lượng nước và ứng dụng trong quản lý bảo vệ chất lượng nguồn nước sông20T 16 20T

1.3 Tình hình ô nhiễm nước và quản lý bảo vệ chất lượng nước hạ lưu sông Trà Khúc20T 17 20T

1.3.1 Tình hình khai thác sử dụng nước hạ lưu sông Trà Khúc20T 17 20T

1.3.2 Tình hình ô nhiễm nước hạ lưu sông Trà Khúc20T 21 20T

1.4 Vấn đề ứng dụng mô hình chất lượng nước trong quản lý bảo vệ chất lượng nước hạ lưu sông Trà Khúc và nội dung nghiên cứu trong luận văn20T 23 20T

CHƯƠNG 220T 25 20T

MÔ PHỎNG CÂN BẰNG NƯỚC VÀ BIẾN ĐỔI CHẤT LƯỢNG NƯỚC HẠ LƯU SÔNG TRÀ KHÚC BẰNG MÔ HÌNH MIKE BASIN20T 25 20T

2.1 Giới thiệu mô hình Mike basin.20T 25 20T

2.1.1 Xuất xứ của mô hình20T 25 20T

2.1.220T 20TCơ sở lý thuyết của mô hình20T 27 20T

2.2 Lập sơ đồ hệ thống cân bằng nước và chất ô nhiễm hạ lưu sông Trà khúc20T 37 20T

2.2.120T 20TPhân chia lưu vực bộ phận, lưu vực nhập lưu20T 37 20T

2.2.2 Phân chia các vùng sử dụng nước20T 38 20T

2.2.3 Xác định các nguồn thải tập trung và phân tán20T 38 20T

2.3 Phân tích xử lý số liệu đầu vào.20T 42 20T

2.3.1 Tính toán nguồn nước đến hạ lưu sông Trà Khúc20T 43 20T

2.3.2 Tính toán nhu cầu sử dụng nước của các ngành20T 44 20T

2.3.3 Tính toán tải lượng chất ô nhiễm20T 50 20T

2.4 Mô phỏng cân bằng nước lưu vực sông Trà Khúc20T 56 20T

2.4.1 Xây dựng sơ đồ hệ thống tính toán của mô hình20T 56 20T

2.4.2 Các nút tính toán trong hệ thống20T 57 20T

2.4.320T 20TCác thông số của mô hình20T 59 20T

2.4.4 Hiệu chỉnh, xác định thông số mô hình cân bằng nước20T 59 20T

2.5 Mô phỏng chất lượng nước20T 63 2.5.1 Xác định các nguồn xả thải và biểu thị trong sơ đồ hệ thống 63

2.5.2 Sơ đồ mô phỏng hệ thống cân bằng tải lượng chất ô nhiễm của mô hình toán cho LVS Trà Khúc20T 65 20T

2.5.3 Hiệu chỉnh bộ thông số của mô hình20T 66 20T

2.620T 20TKết luận20T 71 20T

CHƯƠNG 320T 72 20T

ỨNG DỤNG MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU CÁC GIẢI PHÁP QUẢN LÝ BẢO VỆ CHẤT LƯỢNG NƯỚC HẠ LƯU SÔNG TRÀ KHÚC20T 72 20T

3.1 Phân tích, xác định các giải pháp quản lý, bảo vệ chất lượng nước20T 72 20T

3.2 Nghiên cứu giải pháp và quản lý kiểm soát các nguồn thải để giảm tải lượng các chất ô nhiễm xuống dòng sông20T 73 20T

3.2.1 Tính toán tải lượng ô nhiễm của giải pháp20T 74 20T

3.2.2 Kết quả tính toán20T 77 20T

3.3 Giải pháp bổ sung nguồn nước20T 78 20T

3.3.1 Nội dung nghiên cứu20T 78 20T

3.3.2 Kết quả tính toán20T 81 20T

3.4 Kết luận chương 320T 82 20T

KẾT LUẬN20T 84

Bảng 1-4 Lượng mưa tháng, năm trung bình nhiều năm các trạm trong lưu vực

Bảng 1-8 Các đặc trưng lưu lượng đỉnh lũ lớn nhất và lưu lượng đỉnh lũ lớn nhất

20TU

Bảng 1-9 Các đặc trưng Qthang min và Qngàymin và lưu lượng dòng chảy nhỏ

Bảng 2-17: Nồng độ chất các chất ô nhiễm trong nước thải công nghiệp theo nhóm

20TU

Bảng 2-18: Tải lượng các chất ô nhiễm tiềm năng do nước thải của KCN, CCN

Bảng 2-26: Bảng tổng hợp tải lượng các chất ô nhiễm sinh ra do các hoạt động

20TU

Bảng 2-27: Bảng tổng hợp tải lượng các chất ô nhiễm sinh ra do các hoạt động

20TU

Bảng 3-1: Giá trị nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt khi đã qua

xử lý bằng bể tự hoại thông thường hoặc không qua xử lýU 75 20TU

Bảng 3-2: Tải lượng ô nhiễm sinh ra do nước thải sinh hoạt của các vùngU 75 20TU

Bảng 3-3: Giá trị nồng độ một số chất ô nhiễm trong nước thải chăn nuôi.U 75 20TU

Bảng 3-4: Tải lượng chất ô nhiễm sinh ra do hoạt động chăn nuôiU 76

DANH MỤC HÌNH

20TU

Hình 1-1 Bản đồ lưu vực sông Trà KhúcU 5 20TU

Hình 2-1 Cấu trúc mô hình và quá trình mô phỏng trong MIKE BASINU 26 20TU

Hình 2-2 Kiểu sơ đồ mô phỏng hệ thống sông trong Mike BasinU 28 20TU

Hình 2-3 Các mô đun trong mô hình Mike BasinU 30 20TU

Hình 2-4 Mô tả cân bằng nước tại nút cân bằng nướcU 33 20TU

Hình 2-5 Kết quả tính toán tại nút từ mô hìnhU 34 20TU

Hình 2-6 Nước thải từ nhà máy thuộc Công ty CP Đường Quảng Ngãi xả thẳng ra sông Trà Khúc.U 40 20TU

Hình 2-7: Sơ đồ mô phỏng hệ thống sử dụng nước lưu vực sông Trà Khúc theo mô hình Mike BasinU 57 20TU

Hình 2-8: Mô phỏng nút sử dụng nước lưu vực sông Trà KhúcU 58 20TU

Hình 2-9: Mô phỏng nút sử dụng nước sinh hoạt và công nghiệp lưu vực sông Trà KhúcU 59 20TU

Hình 2-10: Quá trình dòng chảy tại đập Thạch NhamU 60 20TU

Hình 2-11 : Quá trình dòng chảy tại trạm thủy văn Trà KhúcU 61 20TU

Hình 2-12: Quá trình nước dùng, nước thiếu trên khu tưới đập Thạch NhamU 63 20TU

Hình 2-13 : Sơ đồ mô phỏng hệ thống cho mô hìnhU 65 20TU

Hình 2-14: Kết quả dòng chảy, nồng độ các chất ô nhiễm tại nút sau đập Thạch NhamU 66 20TU

Hình 2-15: Kết quả dòng chảy, nồng độ các chất ô nhiễm tại trạm Trà KhúcU 67 20TU

Hình 2-16 So sánh BODU 5 RU thực đo và tính toán theo mô hình (7/2010)U 67 20TU

Hình 2-17: So sánh COD thực đo và tính toán theo mô hình (7/2010)U 68 20TU

Hình 2-18: So sánh NHUR 4 RU thực đo và tính toán theo mô hình (7/2010)U 68 20TU

Hình 2-19: So sánh NOUR 3 RUthực đo và tính toán theo mô hình (7/2010)U 68 20TU

Hình 2-20: So sánh PURU tot URU thực đo và tính toán theo mô hình (7/2010)U 69 20TU

Hình 2-21:Kết quả hiệu chỉnh thông số của mô hình chất lượng nướcU 70 20TU

Hình 3-1: So sánh BODU 5 RUtính toán giữa kịch bản quản lý, kiểm soát nguồn thải với phương án hiện trạngU 77 20TU

Hình 3-2: So sánh COD tính toán giữa kịch bản quản lý, kiểm soát nguồn thải với phương án hiện trạngU 78 20TU

Hình 3-3: Sơ đồ mô phỏng hệ thống theo giải pháp bổ sung nguồn nướcU 80 20TU

Hình 3-4: So sánh BODU 5 RUtính toán giữa kịch bản Bổ sung nguồn nước với phương

án hiện trạngU 81 20TU

Hình 3-5: So sánh COD tính toán giữa kịch bản bổ sung nguồn nước với phương

án hiện trạngU 82

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Tài nguyên nước là nguồn tài nguyên đặc biệt quan trọng, là thành phần thiết yếu của sự sống và môi trường, quyết định sự tồn tại phát triển bền vững của đất nước Hiện nay trên thế giới có hơn 100 quốc gia và khu vực bị thiếu nước với mức

độ khác nhau, trong đó có 43 quốc gia thiếu nước nghiêm trọng, vùng thiếu nước trên thế giới chiếm tới 60% diện tích châu lục mặt khác cũng có thể gây tai họa cho con người và môi trường Cùng với sự thiếu hụt về số lượng nước là sự suy giảm nghiêm trọng về chất lượng môi trường nước trên các lục địa, đặc biệt là trên các lưu vực sông Trong các nước đang phát triển có tới 60% số người thiếu nước sạch dùng cho sinh hoạt, 80% bệnh tật có liên quan đến ô nhiễm nước

Hiện nay với nhu cầu phát triển kinh tế, tốc độ đô thị hóa ngày càng cao và phức tạp thì vấn đề thiếu hụt nước và ô nhiễm nguồn nước rất nghiêm trọng và đáng báo động Lưu vực sông Trà Khúc cũng là một trong số đó, nhất là khu vực hạ lưu sông Trà Khúc thì lượng nước đến đang ngày càng suy giảm dẫn đến chất lượng nước tại hạ lưu đang ngày càng ô nhiễm

Nguồn tài nguyên nước trên lưu vực liệu có đủ đáp ứng nhu cầu sử dụng và phục vụ các mục tiêu tăng trưởng kinh tế xã hội toàn vùng hay không? Cùng với

sự gia tăng các khu đô thị và công nghiệp thì chất lượng nước lưu vực sông Trà

Khúc sẽ biến đổi ra sao? điều đó đòi hỏi phải có sự tính toán trên cơ sở khoa học, cân đối giữa nguồn nước đến lưu vực với nhu cầu sử dụng nước của các hộ trên lưu vực và tính toán khả năng phân huỷ các chất ô nhiễm trên lưu vực theo không gian và thời gian Do vậy việc tính toán cân bằng và biến đổi chất lượng nước trong phát triển kinh tế lưu vực sông Trà Khúc là một vấn đề cấp thiết

Với mục đích nghiên cứu sự biến đổi cả về số lượng và chất lượng nguồn nước mặt hạ lưu sông Trà Khúc do tác động của các hoạt động như: phát triển các khu đô thị, khu dân cư và các khu công nghiệp nên luận văn đã xem xét và lựa

chọn mô hình MIKE BASIN để nghiên cứu và ứng dụng với tiêu đề là: “Ứng

dụng mô hình Mike Basin nghiên cứu đánh giá ô nhiễm nước và giải pháp quản lý bảo vệ chất lượng nước hạ lưu sông Trà Khúc”

2 Mục đích của đề tài

Ứng dụng được mô hình Mike Basin để nghiên cứu, đánh giá cân bằng nước và cân bằng tải lượng chất ô nhiễm, từ đó nghiên cứu đề xuất ý kiến về các giải pháp quản lý bảo vệ chất lượng nước khu vực hạ lưu

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng: số lượng nước và chất lượng nước sông Trà Khúc

Phạm vi: lưu vực sông Trà Khúc nhưng tập trung chủ yếu cho khu vực hạ lưu từ đập Thạch Nham ra đến biển

4 Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu

4.1 Cách tiếp cận

Tiếp cận các tiêu chí phát triển bền vững để nghiên cứu đề xuất giải pháp Tiếp cận lý thuyết hệ thống: để xây dựng sơ đồ hệ thống và ứng dụng mô hình toán trong luận văn

4.2 Phương pháp nghiên cưu và công cụ sử dụng:

Phương pháp nghiên cứu:

(1) Phương pháp phân tích tổng hợp các thông tin số liệu: Tổng hợp và phân tích các số liệu địa lý tự nhiên, số liệu khí tượng thuỷ văn, dân sinh kinh tế …để xây dựng phương án tính toán và xử lý số liệu đầu vào cho mô hình

(2) Phương pháp thống kê xác suất ứng dụng trong thủy văn: tính toán các đặc trưng thống kê, phân tích tương quan, của chuỗi số khí tượng thủy văn trên lưu vực

(3) Phương pháp mô hình toán: Sử dụng mô hình toán tính toán cân bằng số lượng và chất lượng nước hỗ trợ cho nghiên cứu giải pháp bảo vệ chất lượng nước Đây cũng là phương pháp chủ yếu và quan trọng được sử dụng trong luận văn

(4) Phương pháp kế thừa: Kế thừa kết quả nghiên cứu của các đề tài, dự án đã có làm cơ sở cho thực hiện nghiên cứu của luận văn

- Máy tính: sử dụng để tính toán thống kê và ứng dụng mô hình toán

- Hệ thống thông tin địa lý (GIS): để xây dựng bản đồ trong luận văn

Sông Trà Khúc chảy qua hai tỉnh Kon Tum và Quảng Ngãi, nhưng phần lớn diện tích lưu vực sông là thuộc địa giới của tỉnh Quảng Ngãi Lưu vực sông từ nguồn cho đến cửa sông có diện tích là 3.337 kmP

2 P, chiều rộng bình quân lưu vực

là 26,3 km Theo điều kiện địa hình lưu vực, khu vực thượng lưu từ nguồn đến trạm thủy văn Sơn Giang, khu vực trung lưu từ Sơn Giang đến đập Thạch Nham

và khu vực hạ lưu từ đập Thạch Nham tới cửa sông Bản đồ lưu vực sông Trà Khúc như hình 1-1

- Vùng núi: vùng núi từ thượng nguồn về tới đập Thạch Nham Đất canh tác chủ yếu tập trung ở ven các sông suối

- Vùng đồng bằng: vùng đồng bằng ở phía Đông lưu vực với cao độ mặt đất từ 2 m đến 20 m thuộc các huyện Sơn Tịnh, Tư Nghĩa, Bình Sơn và Mộ Đức Đất đai thích hợp cho trồng lúa, hoa màu và cây công nghiệp ngắn ngày

Sông suối

Ở thượng lưu dòng chính sông Trà Khúc có tên ĐakDrinh bắt nguồn từ đỉnh cao 1.550 m của dãy núi Ngọc Rin thuộc huyện Konplong tỉnh Kon Tum Từ thượng nguồn đến Sơn Giang, sông chảy theo hướng Tây – Đông Từ Sơn Giang đến Trung Phước sông chảy theo hướng Tây Nam - Đông Bắc Từ Trung Phước ra

đến cửa Cổ Lũy - Mỹ Khê, sông chảy theo hướng Tây- Đông Từ đập Thạch Nham đến cửa Cổ Lũy dòng chính mang tên Trà Khúc Tổng chiều dài sông chính

từ thượng nguồn ra đến biển có chiều dài 148 km, khoảng 2/3 chiều dài sông chảy qua vùng núi và rừng rậm có độ cao 200 -1000 m Cao trình đáy sông dốc dần từ cao độ 350 m xuống – 2,00 m tại cửa sông

Bảng 1-1 Đặc trưng hình thái lưu vực sông Trà Khúc và một số phụ lưu

STT Tên sông

Chiều dài sông (km)

Diện tích (km P

2

P )

Độ cao

BQ lưu vực (m)

Độ dốc

BQ lưu vực (%)

Độ dốc lòng sông (‰)

Hệ số uốn khúc

Mật độ lưới sông (km/km P

2

P )

nâng dạng vòm được cấu thành bởi các đá biến chất hệ tầng sông Re, phần phía Nam là các đá biến chất granit phát triển chủ yếu hệ thống đứt gãy phương Đông Bắc – Tây Nam, dọc theo phía Tây chủ yếu là hệ thống đứt gãy Ba Tơ - Giá Vực

Lớp phủ thực vật

Trên bề mặt lưu vực sông có khoảng phần nửa diện tích kể từ nguồn là rừng già, còn lại là rừng thưa kiểu cao nguyên và cây bụi rậm Vùng hạ lưu là đất canh tác

và đồng bằng trồng lúa chiếm diện tích khá lớn trong tổng diện tích tự nhiên

Theo tài liệu của Tổ thông tin Sở NN và PTNT phối hợp với Chi cục Kiểm lâm, Chi cục Lâm nghiệp Quảng Ngãi cung cấp thì diện tích rừng tỉnh Quảng Ngãi tính đến 12/2009 như sau: tổng diện tích rừng quy hoach cho lâm nghiệp là 234.799 ha trong đó rừng tự nhiên là 104.523 ha, rừng trồng 130.276 ha Diện tích rừng ngoài quy hoạch cho lâm nghiệp là 23.622 ha Độ che phủ rừng của tỉnh Quảng Ngãi tính đến cuối năm 2010 là 45%

Do điều kiện địa hình có nhiều núi cao, khí hậu nóng ẩm, mưa nhiều, thuận tiện cho cây rừng phát triển nên có nhiều loại cây rừng lớn Nhưng do chịu hậu quả của chiến tranh để lại và việc khai thác, đốt phá rừng bừa bãi nên rừng bị nghèo đi rất nhanh Hàng năm (từ năm 1996-2010) có từ 3 đến 13 ha diện tích rừng bị tàn phá không có khả năng khôi phục lại, thiệt hại lớn nhất là năm 1996

1.1 2 Đặc điểm khí tượng thủy văn

1.1.2.1 Tình hình số liêu quan trắc khí tượng thủy văn

Các trạm quan trắc khí tượng thủy văn trên lưu vực sông Trà Khúc không nhiều, tuy nhiên có một số trạm chủ yếu có số liệu quan trắc trên 30 năm làm cơ sở cho tính toán, đánh giá tài nguyên nước mưa, tài nguyên nước mặt của lưu vực sông

Trạm khí tượng: Trên lưu vực Trà Khúc và khu vực lân cận có trạm khí tượng

Ba Tơ và trạm Quảng Ngãi số liệu quan trắc mưa và các yếu tố khí hậu chủ yếu như nhiệt độ, độ ẩm, nắng, gió, bốc hơi nhiều năm từ 1977 đến 2010 Mạng lưới các trạm

đo mưa từ 15 đến trên 30 năm gồm có trạm đo mưa Sơn Hà, Minh Long, Mộ Đức, Đức Phổ, Giá Vực có số liệu từ năm 1977-2010, trạm Trà Bồng từ 1988-2010 Ngoài

ra ở thượng lưu Trà Khúc còn có các trạm Sơn Tây, Tây Trà số liệu đo đầy đủ một số năm và một số năm đo 4 tháng mùa mưa

Trạm thủy văn: Trên lưu vực Trà Khúc chỉ có 1 trạm thủy văn cấp 1 là trạm

Sơn Giang nằm ở trung lưu lưu vực có số liệu quan trắc H, Q và bùn cát từ năm 1979 đến 2010 Do trạm này có số liệu quan trắc trên 30 năm lại nằm gần trung tâm lưu vực nên số liệu quan trắc của trạm được dùng chủ yếu cho nghiên cứu, đánh giá tài nguyên nước lưu vực sông Trà Khúc Ngoài ra trên LVS còn có trạm thủy văn Trà Khúc cách cầu Trà Khúc khoảng 100m về phía thượng lưu có số liệu quan trắc mực nước từ năm 1977 đến nay Danh sách các trạm quan trắc KTTV trên lưu vực sông Trà Khúc và khu vực lân cận cũng như tình hình số liệu quan trắc của các trạm được biểu thị trong bảng 1-2

Bảng 1-2 Thống kê các trạm quan trắc khí tượng thủy văn lưu ực sông Trà Khúc

và vùng lân cận

quan trắc quan trắc Yếu tố

Ghi chú

Trà Khúc Thủy văn 1977- 2010 X,H Ở hạ lưu LV Trà Khúc Quảng Ngãi Khí tượng 1977-2010 X,T,Z,U,V Ở hạ lưu LV Trà Khúc Sơn Giang Thủy văn 1979-2010 X,H,Q,ρ Ở trung lưu LV Trà Khúc Sơn Hà Khí tượng 1977-2010 X Ở trung lưu LV Trà Khúc Giá Vực Đo mưa 1977-2010 X Ở thượng lưu LV Trà Khúc Trà Bồng Đo mưa 1977-2010 X Trên lưu vực Trà Bồng

Minh Long Đo mưa 1977-2010 X Ở thượng lưu LV Trà Khúc

Ba Tơ Khí tượng 1977-2010 X,T,Z,U,V Ở thượng lưu LV sông Vệ

An Chỉ Thủy văn 1977- 2010 X,H,Q,ρ Ở thượng lưu LV sông Vệ

Trên lưu vực sông Vệ ở bên cạnh có liên quan nguồn nước với sông Trà Khúc có trạm thủy văn An Chỉ có số liệu quan trắc dòng chảy từ năm 1977 đến nay nên cũng là cơ sở tham khảo cho phân tích đánh giá biến đổi dòng chảy lưu vực sông Trà Khúc và trong tỉnh Quảng Ngãi

1.1.2 2 Các yếu tố khí tượng, khí hậu

Lưu vực sông Trà Khúc nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa nội chí

tuyến, nền nhiệt độ cao và ít biến động, bị chi phối mạnh bởi dãy Trường Sơn Do

ảnh hưởng của dãy núi Trường Sơn đã tạo ra hiệu ứng “fơn” đối với gió mùa Tây Nam nóng và ẩm, bị tác động của dãy Trường Sơn đã tạo ra mưa sườn đón gió Khi

đi qua phía đông Trường Sơn, không khí trở nên khô nóng và gây ra thời tiết nắng nóng kéo dài trong suốt các tháng mùa khô tại các tỉnh ven biển Miền Trung trong đó

có lưu vực sông Trà Khúc, tỉnh Quảng Ngãi Các yếu tố khí hậu tại trạm Ba Tơ ở vùng thượng lưu và trạm Quảng Ngãi ở vùng hạ lưu như bảng 1-3

Bảng 1-3 Giá trị đặc trưng tháng, năm trung bình nhiều năm của các yếu tố khí

hậu chủ yếu tại trạm Ba Tơ và Quảng Ngãi theo số liệu quan trắc đến năm 2010

Yếu tố Trạm I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Năm

nhiệt độ cao nhất thường là tháng VI, VII, trên vùng núi cao nhiệt độ khoảng 27P

0 P

C ÷29P

0 P

C Tháng có nhiệt độ thấp nhất là tháng XII hoặc I, ở vùng núi nhiệt độ khoảng 20,5P

0 P

C ÷21,5P

0 P

C, ở đồng bằng ven biển 21,5P

o

P ÷22P o

PC

Độ ẩm

Độ ẩm không khí có quan hệ chặt chẽ với lượng mưa và nhiệt độ không khí Biến hình của độ ẩm không khí trùng với biến hình mưa Độ ẩm tương đối của không khí trung bình hàng năm của lưu vực là 85% Vào các tháng mùa mưa

độ ẩm không khí đạt lớn nhất 86%÷90% Vào mùa khô độ ẩm không khí 80%÷85%

Bốc hơi

Bốc hơi mặt nước trên lưu vực phụ thuộc vào các yếu tố khí hậu như nhiệt

độ không khí, độ ẩm, nắng, gió…Lượng bốc hơi năm đo bằng ống piche biến đổi trong khoảng 680÷1040 mm Lượng bốc hơi vùng núi ít hơn vùng đồng bằng ven biển Lượng bốc hơi năm trung bình nhiều năm đo bằng ống Pitche tại Ba Tơ là

836 mm và tại Quảng Ngãi là 930 mm

Bốc hơi nhiều xảy ra vào các tháng ít mưa, nhiều nắng, nhiệt độ và tốc độ gió lớn, thường xảy ra vào tháng VII, VIII Bốc hơi ít xảy ra trong những điều kiện thời tiết ngược lại, vào tháng XI, XII

Nắng

Số giờ nắng trung bình nhiều năm tai Ba Tơ là 2000 giờ và tại Quảng Ngãi

là 2217 giờ Tháng có số giờ nắng cao nhất trong năm là tháng V, vào tháng này ở vùng núi số giờ nắng đạt 216÷230 giờ/tháng và ở vùng đồng bằng ven biển đạt tới

260÷264 giờ/tháng Tháng có số giờ nắng ít nhất là tháng XII, trong tháng này ở vùng núi cao số giờ nắng trung bình chỉ là 62÷68 giờ/tháng và ở vùng đồng bằng ven biển là 88÷106 giờ/tháng

Gió bão

Ở vùng núi thượng lưu như tại Ba Tơ có tốc độ gió trung bình năm là 1,4 m/s, còn ở hạ lưu tại Quảng Ngãi là 1,2 m/s Thời kỳ từ tháng III đến tháng VIII tốc độ gió trung bình tháng đạt từ 1,4 m/s đến 1,9 m/s, bằng hoặc lớn hơn tốc độ

gió trung bình năm Khi có bão lớn tốc độ gió lớn nhất tại Ba Tơ và Quảng Ngãi

đều đã đạt tới 40 m/s

1.1.2.3 Mưa

Nhìn chung trong lưu vực lượng mưa có xu hướng giảm dần từ Bắc vào Nam

và từ Đông sang Tây Vùng mưa lớn tập trung ở các vùng núi cao như Ba Tơ, Giá Vực từ 3200 - 4000 mm/năm, vùng đồng bằng ven biển lượng mưa nhỏ hơn nhiều chỉ đạt từ 2300 - 2700 mm/năm

Theo tiêu chuẩn vượt trung bình đều cho thấy mưa trên lưu vực Trà Khúc

có 2 mùa là mùa mưa và mùa ít mưa, trong đó mùa mưa từ tháng IX đến tháng XII

và mùa ít mưa từ tháng I đến tháng VIII năm sau Lượng mưa mùa mưa chiếm 70% tổng lượng mưa năm

65-Lượng mưa năm trung bình nhiều năm và sự biến đổi của mưa

Lượng mưa tháng, năm trung bình nhiều năm các trạm trong lưu vực và khu vực lân cận của tỉnh Quảng Ngãi như bảng 1-4

Bảng 1-4 Lượng mưa tháng, năm trung bình nhiều năm các trạm trong lưu vực

Trà Khúc và khu vực lân cận của tỉnh Quảng Ngãi (mm)

Trà Bồng 107 37 48 74 241 229 214 244 364 829 857 374 3618 Sơn Giang 119 45 53 75 212 202 167 208 322 784 915 422 3524 Sơn Hà 84 28 41 76 209 195 163 196 339 686 693 278 2989 Minh Long 148 49 61 75 176 142 112 196 389 799 848 559 3555 Giá Vực 80 29 42 92 192 158 110 137 355 860 898 430 3383

Ba Tơ 150 60 63 77 199 172 125 179 354 810 919 500 3607 Châu Ổ 87 35 35 19 88 129 56 106 302 555 520 243 2174 Dung Quất 172 22 88 39 77 63 49 186 225 459 780 227 2387 Trà Khúc 116 30 41 42 97 88 57 143 329 629 577 275 2423 Quảng Ngãi 128 39 40 49 93 105 87 140 328 669 560 279 2518

An Chỉ 123 34 43 49 99 95 80 138 303 665 634 310 2570

Mộ Đức 90 25 26 38 75 61 38 96 292 585 487 237 2050 Đức Phổ 83 18 25 27 65 57 25 68 271 577 561 228 2005

Nguồn : Đặc điểm thủy văn tỉnh Quảng Ngãi của Đài KTTV Nam Trung Bộ (2012)

Lượng mưa năm trung bình nhiều năm Xo của các trạm trên lưu vực Trà Khúc

và các lưu vực sông lân cận biến đổi từ 3524 mm ở vùng núi thượng lưu và giảm dần xuống dưới 2000mm ở khu vực hạ lưu và đồng bằng ven biển Cụ thể ở trung và thượng lưu tại Sơn Giang Xo là 3524 mm, tại Ba Tơ ở thượng lưu sông Vệ là một tâm mưa lớn nhất có lượng mưa là 3606 mm Thượng lưu lưu vực Trà Khúc từ Sơn Giang trở lên mưa có xu thế giảm từ 3500 mm, đến Sơn Tây lượng mưa còn là 2400

mm Khu vực hạ lưu Xo tại TP Quảng Ngãi là 2518 mm, tại Đức Phổ 2005 mm

Theo thời gian, lượng mưa tập trung chủ yếu trong 4 tháng mùa mưa chiếm 70-75 % lượng mưa cả năm Tháng X và XI của mùa mưa có lượng mưa tháng lớn nhất trong năm với tổng lượng mưa 2 tháng này phổ biến từ 950-1750 mm, chiếm 45-55% tổng lượng mưa toàn năm

Lượng mưa bình quân lưu vực

Lượng mưa năm trung bình nhiều năm Xo của LVS Trà Khúc đến trạm Sơn Giang là 3087mm, đến đập Thạch Nham là 3099 mm, đến trạm thủy văn Trà Khúc là 3070mm, đến cửa sông là 2742 mm

Lượng mưa ngày lớn nhất

Lượng mưa ngày lớn nhất trên lưu vực thường xảy ra khi chịu ảnh hưởng của hoàn lưu bão, áp thấp nhiệt đới, dải hội tụ nhiệt đới, nhiễu động nhiệt đới Nhưng đáng kể nhất là khi có sự kết hợp của nhiều loại hình thời tiết khác nhau như gió mùa Đông Bắc tràn về phía bắc, trong khi ở phía nam có nhiễu động nhiệt đới, đồng thời trên các tầng không khí trên cao có trường gió Đông dày Lượng mưa ngày lớn nhất các trạm trên lưu vực có thể đạt từ 525-723 mm như bảng 1-5

Bảng 1-5 Lượng mưa ngày (mm) lớn nhất các trạm trên lưu vực

Tháng

Sơn Giang 163 130 149 110 233 222 101 165 528 512 491 677 677 Sơn Hà 101 105 145 123 208 150 108 128 410 468 416 578 578 Giá Vực 90 29 60 79 91 121 80 58 232 370 456 723 723

Ba Tơ 203 185 141 111 225 197 123 143 332 402 474 640 640 Trà Khúc 288 55 145 198 329 139 93 234 518 351 513 275 518 Quảng Ngãi 284 63 124 193 270 149 169 245 525 525 429 313 525

Nguồn : Đặc điểm thủy văn tỉnh Quảng Ngãi - Đài KTTV Nam Trung Bộ (2012)

1.1.2.4 Dòng chảy và biến đổi của dòng chảy

Tham khảo kết quả đề tài “ Nghiên cứu cơ sở khoa học bảo vệ môi trường nước và HST thủy sinh hạ lưu sông Trà Khúc ” có thể nêu lên các đặc trưng và chế độ dòng chảy của lưu vực sông như sau:

QR 0 R (mP 3 P/s)

MR 0 R(l/s.kmP

2 P)

WR 0 R (tỷ mP 3 P)

Phân phối dòng chảy năm (PPDC) dạng bình quân và PPDC năm với tần suất thiết kế P=85% tại trạm thủy văn Sơn Giang như trong bảng 1-7

Bảng 1-7 Dạng phân phối dòng chảy năm tại trạm thủy văn Sơn Giang

3 P

Bảng 1-8 Các đặc trưng lưu lượng đỉnh lũ lớn nhất và lưu lượng đỉnh lũ lớn nhất

thiết kế tại Sơn Giang

Đặc trưng thống kê đường tần suất Qmax Lưu lượng đỉnh lũ lớn nhất thiết kế

Qmaxp% (mP

3 P/s) Qmax bq (mP

3 P

Lũ chính vụ có đỉnh lũ lớn xuất hiện trong tháng X và XI thường kéo dài từ

5 đến trên 10 ngày với lưu lượng từ 2.000 đến trên 10.000 mP

3 P/s Lưu lượng đỉnh lũ lớn nhất trong chuỗi số thực đo 32 năm từ 1979-2010 là 18.300 mP

3 P/s xảy ra năm

1986 Các năm xảy ra lũ lớn khác là năm 1999 có Qmax là 10.700 mP

3 P/s, năm 1998

và 1996 có Qmax là 10.100 mP

3 P/s

 Dòng chảy nhỏ nhất

Các đặc trưng thống kê ĐTS lưu lượng tháng nhỏ nhất (Qthang min) và lưu lượng ngày nhỏ nhất (Qngàymin) tại trạm Sơn Giang như bảng 1-9

Bảng 1-9 Các đặc trưng Qthang min và Qngàymin và lưu lượng dòng chảy nhỏ

nhất thiết kế tại Sơn Giang

Đặc trưng Đặc trưng thống kê ĐTS Q Rp(%)R ( mP

bờ

Bảng 1-10 Diện tích, dân số của các huyện, phần thuộc lưu vực sông Trà Khúc

Khu vực Huyện/thành phố Diện tích (km

Toàn lưu vực Tổng cộng 3337 663.605 198,9 (lấy trung bình)

Nguồn: Tổng hợp theo số liệu của Niên giám thống kê tỉnh Quảng Ngãi năm 2010

2) Các ngành kinh tế

 Nông nghiệp

Sản xuất nông nghiệp chiếm tỷ trọng chủ yếu trong các hoạt động phát triển kinh tế trên lưu vực, tập trung chủ yếu ở khu vực hạ lưu Những cây trồng chính trên lưu vực là lúa , ngô, sắn, lạc, đậu tương và mía trong đó diện tích lúa là

chủ yếu Hiện nay, cơ cấu kinh tế nông nghiệp đang chuyển dịch theo hướng giảm dần cây lương thực, tăng cây công nghiệp và cây thực phẩm

 Nuôi trồng thủy sản

Nuôi trồng thủy sản bao gồm nuôi cá lồng, cá bè trên sông và nuôi tôm ở khu vực cửa và gần cửa sông Nuôi tôm sú, tôm thẻ chân trắng, cua xanh được phát triển nhiều ở các xã Tịnh Khê, Tịnh Hòa, Nghĩa Phú, Nghĩa Hòa

 Công nghiệp

Trong vùng hạ lưu có khu công nghiệp (KCN) lớn là Quảng Phú thuộc thành phố Quảng Ngãi; ngoài ra còn có một số cụm công nghiệp và làng nghề như cụm công nghiệp Tịnh Ấn Tây, cụm công nghiệp thị trấn Sơn Tịnh

Khu công nghiệp Quảng Phú với diện tích theo quy hoạch là 120,4 ha có 43

dự án được cấp phép đầu tư trong đó có 29 dự án đang hoạt động sản xuất kinh doanh với tổng nguồn vốn đầu tư đăng ký là 892,7 tỷ đồng, chủ yếu là các ngành sản xuất chế biến nông, lâm, thủy hải sản, may mặc, da giầy, bao bì, giấy

 Du lịch dịch vụ

Núi Ấn sông Trà, bãi biển Mỹ Khê, chứng tích Sơn Mỹ, mộ Cụ Huỳnh Thúc Kháng đều nằm trọn trong vùng hạ lưu sông Trà Khúc, từ lâu nay đã là những địa điểm hấp dẫn cho cả du khách địa phương, trong nước và nước ngoài

1.2 Vài nét về mô hình chất lượng nước và ứng dụng trong quản lý bảo

vệ chất lượng nguồn nước sông

Hiện nay, các mô hình chất lượng nước được coi là công cụ rất hiệu quả để nghien cứu đánh giá biến đổi chất lượng nước trong sông Có rất nhiều mô hình chất lương nước được xây dựng và ứng dụng trong thực tế Tuy nhiên, có hai mô hình thường được sử dụng trên thế giới và ở nước ta hiện nay như là:

Hệ thống mô hình MIKE

Viện thủy lực Đan Mạch trong những năm 1990 đã thiết lập hệ thống các

mô hình họ Mike này để mô phỏng biến đổi số lượng và chất lượng nước cho kênh, sông Hệ thống mô hình họ Mike có thể tính toán và dự báo lũ, tính toán cân bằng sử dụng nước và sự lan truyền chất ô nhiễm trong dòng chảy từ các nguồn

khác nhau vào các lưu vực khác nhau của hệ thống sông Tùy thuộc đối tượng nghiên cứu, yêu cầu tính toán các thông số chất lượng nước trong dòng chảy sông, cửa sông, hồ hay biển mà áp dụng các phiên bản khác nhau như MIKE 11, MIKE

21, MIKE 3, MIKE SHE, MIKE MOUSR và MIKE BASIN Bộ mô hình này hiện đang được sử dụng rộng rãi ở nước ta trong quy hoach và quản lý nguồn nước

Mô hình QUAL 2E

Mô hình QUAL 2E mô phỏng sự lan truyền các chất ô nhiễm trong dòng chảy một chiều và hai chiều đối với dòng chảy ổn định hạ lưu nguồn thải Các thông số chất lượng nước được mô phỏng trong mô hình này bao gồm: DO, BODR 5 R, các chất dinh dưỡng, các chất bảo toàn và không bảo toàn, các vi 26Tkhuẩn chỉ thị Mô hình có thể áp dụng để xác định mức độ tác động của các chất bẩn của nguồn ô nhiễm điểm và ô nhiễm diện với chất lượng nước sông và là một mô hình

được ứng dụng nhiều ở nước ta trong những năm vừa qua

1.3 Tình hình ô nhiễm nước và quản lý bảo vệ chất lượng nước hạ lưu sông Trà Khúc

1.3.1 Tình hình khai thác sử dụng nước hạ lưu sông Trà Khúc

1) Nước dùng cho tưới

Nước cho tưới các diện tích đất canh tác trên lưu vực Trà Khúc được cung cấp nhờ hệ thống thủy lợi (HTTL) trên lưu vực và hệ thống các hồ chứa và đập dâng nhỏ rải rác trên toàn lưu vực Sau 2016 sẽ có thêm hồ chứa Nước Trong khi

hồ chứa này xây dựng xong và đi vào hoạt động

 Hệ thống thủy lợi Thạch Nham

Hệ thống thủy lợi Thạch Nham có công trình đầu mối là đập Thạch Nham nằm trên dòng chính sông Trà Khúc tại xã Sơn Nham, huyện Sơn Hà có diện tích lưu vực 2.850 kmP

2 P Công trình được khởi công xây dựng năm 1984 và đến năm

1991 bắt đầu đi vào vận hành Theo thiết kế HTTL có nhiệm vụ cung cấp nước tưới cho 50.000 ha đất canh tác (gồm 38.000 ha tự chảy và 12.000 ha tạo nguồn); cấp nước cho sinh hoạt và công nghiệp, chăn nuôi cho các huyện Bình Sơn, Sơn Tịnh, Tư Nghĩa, Nghĩa Hành, Mộ Đức, Đức Phổ và thành phố Quảng Ngãi Lưu

lượng thiết kế của kênh chính Bắc là 22,5 mP

3 P/s và kênh chính Nam là 27,5 mP

3 P/s, tổng cộng cả hai kênh là 50 mP

3 P/s Hiện tại HTTL Thạch Nham cung cấp nước tưới cho hai khu vực là: (1) khu tưới hạ lưu sông Trà Khúc theo kênh chính Bắc tưới cho các huyện Bình Sơn, Sơn Tịnh với lưu lượng 23,5 mP

3 P/s và nước từ kênh chính Nam tưới cho các huyện

Tư Nghĩa, Nghĩa Hành với lưu lượng 17,1 mP

3 P/s, và (2) khu tưới Nam sông Vệ thì nước từ kênh chính Nam được chuyển qua xi phông sông Vệ để tưới cho hai huyện Mộ Đức và Đức Phổ thuộc Nam sông Vệ với lưu lượng 13,63 mP

3 P/s

Ngoài ra, hệ thống cũng tạo nguồn nước cho các công trình thủy lợi nhỏ ở hạ lưu Theo số liệu thống kê của Công ty QLKT CTTL Thạch Nham thì năm 2010 tổng diện tích tưới của hệ thống kể cả diện tích tạo nguồn sẽ là 34.551 ha

Bảng 1-11 Diện tích tưới HTTL Thạch Nham năm 2010

Bắc Kênh chính Nam

Cộng cả hai kênh

Nguồn: Số liệu thống kê của Công ty QL&KTCTTL Thạch Nham

Lựợng nước lấy vào hệ thống được tổng hợp từ số liệu vận hành lấy nước thực tế từ 1994-2010 như bảng 2-5 cho thấy trong 9 tháng mùa kiệt (I-IX) lượng nước lấy vào hệ thống rất lớn từ 400-700 tr.mP

3 P, trong đó có 12/17 năm lượng nước lấy vào trên 600 tr.m3 So sánh với nguồn nước đến đập Thạch Nham trong các

tháng mùa kiệt cho thấy hiện tại đập Thạch Nham lấy từ 20 % đến 45 % lượng nước mùa kiệt của sông

Nguồn: Tổng hợp theo số liệu vận hành lấy nước của HTTL Thạch Nham

 Các công trình thủy lợi nhỏ

Theo số liệu thống kê của Chi cục thủy lợi tỉnh Quảng Ngãi tính đến năm

2010 trên lưu vực sông Trà Khúc có 267 công trình thủy lợi nhỏ, trong đó có 43

hồ chứa, 186 đập dâng và 38 trạm bơm Khu vực thượng lưu có 141 công trình tưới được 2051 ha, khu vực hạ lưu có 108 công trình tưới được 6522 ha

Cộng diện tích tưới của hệ thống thủy lợi Thạch Nham năm 2010 ( 34.551

ha kể cả tạo nguồn) với diện tích tưới của các công trình thủy lợi nhỏ thì các công trình thủy lợi trên lưu vực hiện nay đã tưới được gần 41.073 ha trong đó chủ yếu

là lúa nước hai vụ Đông xuân và Hè thu

Ngoài ra, trên lưu vực đang xây dựng hồ chứa Nước trong dự kiến sau

2015 công trình mới đi vào vận hành Hồ Nước Trong xây dựng trên nhánh suối Nước Trong, có dung tích hữu ích là 258,7 tr.mP

3

P nhằm bổ sung nguồn nước cho đập Thạch Nham để cung cấp nước cho tưới của HTTL Thạch Nham, cung cấp

nước cho khu công nghiệp Dung Quất và Thành phố Vạn Tường thuộc sông Trà Bồng

2) Nước dùng cho chăn nuôi

Chăn nuôi gia súc, gia cầm của người dân vùng nông thôn cũng dùng chủ yếu lượng nước khai thác từ giếng của các hộ gia đình nằm trong khu tưới Thạch Nham Lượng nước bổ cập cho các giếng này cũng chủ yếu là nước thấm từ các kênh tưới của hệ thống Thạch Nham

3) Nước dùng cho sinh hoạt và công nghiệp

Lấy từ kênh Thạch Nham

- Theo số liệu của Công ty QL&KTCTTL Thạch Nham thì năm 2010 nước

từ kênh chính Bắc cung cấp cho các KCN tập trung là 21.900 mP

3 P/ngày đêm, trong

đó KCN Tịnh Phong 6900 mP

3 P/ngày đêm và KCN Dung Quất 15.000 mP

3 P/ngày đêm Trong tương lai khi hồ Nước Trong xây dựng xong thì lượng nước cấp từ kênh Thạch Nham cho KCN Dung Quất và thành phố Vạn Tường theo thiết kế sẽ lên đến 3,95 mP

Lấy trên sông Trà Khúc

Trạm bơm của nhà máy nước Quảng Ngãi đặt ngay sau cầu Trà Khúc lấy nước ngầm tầng nông được bổ trợ của nước mặt của sông cung cấp cho sinh hoạt

và công nghiệp với công suất khai thác năm 2010 là 20.000 mP

3 P/ngày đêm cung cấp cho sinh hoạt của dân cư sống trong thành phố Quảng Ngãi và KCN Quảng Phú

4) Nước dùng cho nuôi trồng thủy sản

- Nuôi cá lồng trong sông tại một số khu vực ven sông ở hạ lưu như ở xã Tịnh Sơn, Tịnh Long Loại hình này sử dụng nguồn nước tại chỗ nên không làm tiêu hao lượng nước nhưng có làm ô nhiễm nước sông

- Nuôi trồng thủy sản tại khu vực cửa sông ở một số xã như Tịnh Kỳ, Tịnh Hòa, Tịnh Khê, Nghĩa Phú, Nghĩa Hiệp có một số ao/đầm nuôi trồng thủy sản với diện tích là 285 ha Với lượng nước sử dụng cho 1 ha ao nuôi lấy trung bình là 40.000 mP

1.3.2 Tình hình ô nhiễm nước hạ lưu sông Trà Khúc

Do không có các hoạt động công nghiệp hai bên sông và khu tập trung đông dân cư nên đoạn sông này tiếp nhận các nguồn thải phân tán do hoạt động nông nghiệp và dân cư nông thôn Nước thải sinh hoạt, chăn nuôi trong khu tưới hai bên sông của HTTL Thạch Nham theo nước hồi quy và qua các nhánh suối Lâm, sông Giang, suối Tó chảy vào sông Trà Khúc ở hai bên bờ của đoạn này Ngoài ra còn

có chất thải do hoạt động nuôi cá lồng và chăn nuôi thủy cầm trên đoạn sông này của một số hộ dân như tại xã Tịnh Sơn

b) Đoạn sông chảy qua Thành phố Quảng Ngãi (từ sau cầu Trường Xuân đến bến Tam Thương)

Nguồn nước đoạn sông này chịu ảnh hưởng nhiều nhất của các nguồn gây ô nhiễm tập trung và phân tán do hai bên sông có nước thải của Thành phố Quảng Ngãi (bờ phải) và Thị trấn Sơn Tịnh (bờ trái) và của hai KCN tập trung lớn là KCN Quảng Phú (thuộc TP Quảng Ngãi) và KCN Tịnh Phong (thuộc Thị trấn Sơn Tịnh) chảy vào, cụ thể như sau:

Nguồn thải tập trung

Nguồn xả thải tập trung lớn đã một số lần gây ô nhiễm nghiêm trọng nguồn nước đoạn sông này và khu vực hạ lưu trong năm 2009, 2010 là nước thải của Công ty CP đường Quảng Ngãi Cống xả nước thải này chảy vào đoạn sông ở bờ phải cách cầu Trà Khúc khoảng 800 m về phía thượng lưu Do năm 2010, 2011 Tỉnh Quảng Ngãi đã có biện pháp kiểm soát chặt chẽ hơn nên ảnh hưởng ô nhiễm của nguồn xả thải này đã giảm đi

Cống xả nước thải của nhà máy đường Quảng Ngãi

ra sông Trà Khúc

Cá chết do xả nước thải của công ty đường Quãng Ngãi

Nguồn thải phân tán bao gồm:

- Một phần nước thải sinh hoạt của thị trấn Sơn Tịnh theo suối Bàu Sắc chảy vào sông Trà Khúc ở bờ trái cách cầu Trà Khúc khoảng 300m về phía thượng lưu

- Nước thải sinh hoạt của dân cư khu vực Thành phố Quảng Ngãi và nước thải công nghiệp KCN Quảng Phú Hai nguồn thải này hòa trộn với nhau

phần lớn theo kênh tiêu nước của thành phố chảy xuống sông Bàu Giang, một phần chảy ra sông Trà Khúc ở bờ phải tại hai vị trí: (1) tại cống Hào Thành cách cầu Trà Khúc khoảng 1 km về phía hạ lưu, và (2) tại bến Tam Thương ở hạ lưu cống Hào Thành khoảng 1 km

- Nước thải sinh hoạt và chăn nuôi của dân cư nông thôn, nước thải nông nghiệp của các khu tưới hai bên sông của HTTL Thạch Nham theo các suối nhỏ và nước hồi quy chảy vào sông ở đoạn này

Nói chung nước thải sinh hoạt của TP Quảng Ngãi và thị trấn Sơn Tịnh đều chưa được xử lý nên có tiềm năng gây ô nhiễm cao Tính đến 2010 cả KCN Tịnh Phong và KCN Quảng Phú đều chưa hoàn thành xong hệ thống XLNT tập trung nên tiềm năng gây ô nhiễm của nước thải ở hai KCN này cũng rất đáng kể Tuy nhiên, sang năm 2010 riêng KCN Quảng Phú đã xây dựng xong và bắt đầu đưa vào hoạt động thử nghiệm hệ thống XLNT nên bước đầu đã hạn chế được ô nhiễm nước do nguồn thải này gây ra

Đoạn này chỉ có các nguồn thải phân tán (sinh hoạt và chăn nuôi) từ vùng dân cư nông thôn và khu tưới thạch Nham theo các suối nhỏ và nước hồi quy chảy xuống sông Ngoài ra có thêm nguồn ô nhiễm do chất thải của nuôi trồng thủy sản của một số hộ nuôi cá lồng, chăn thả vịt tại xã Tịnh Long, các ao nuôi thủy sản nước lợ tại khu vực cửa sông

CP đường Quảng Ngãi chảy trực tiếp vào sông nên đoạn này có nguy cơ ô nhiễm cao nhất

17T

- Các đoạn sông khác chủ yếu chịu ảnh hưởng của nguồn ô nhiễm phân tán từ vùng dân cư nông thôn và khu tưới Thạch Nham hai bên sông, trong đó có nước thải một số làng nghề truyền thống

Suy giảm chất lượng nước đã ảnh hưởng rất lớn đến kinh tế xã hội và môi trường của khu vực hạ như là:

- Làm suy thoái hệ sinh thái nước và làm giảm nguồn lợi thủy sản ở khu vực hạ lưu

- Ảnh hưởng đến chất lượng nước cấp cho sinh hoạt và công nghiệp của TP.Quảng Ngãi và các khu vực dân cư hạ du

- Ảnh hưởng đến đời sống xã hôi, đặc biệt là sức khỏe của người dân sông ven sông vùng hạ lưu

1.4 Vấn đề ứng dụng mô hình chất lượng nước trong quản lý bảo vệ chất lượng nước hạ lưu sông Trà Khúc và nội dung nghiên cứu trong luận văn

Nội dung ứng dụng mô hình toán cho quản lý bảo vệ CLN hạ lưu sông Trà Khúc thực hiện trong luận văn cụ thể như sau:

- Lựa chọn mô hình toán để ứng dụng

- Phân tích tổng hợp các thông tin số liệu, tính toán số liệu đầu vào cho ứng dụng mô hình, lập sơ đồ hệ thống cho ứng dụng mô hình cho lưu vực sông

- Ứng dụng mô hình toán để tính toán và dự báo biến đổi chất lượng nước trong sông theo hai bước: (i) hiệu chỉnh xác định thông số mô hình, và (ii) dự báo biến đổi chất lượng nước theo các kịch bản quản lý bảo vệ chất lượng nước của lưu vực sông, từ đó đưa ra ý kiến về các giải pháp quản lý bảo vệ chát lượng nước

Qua phân tích bài toán nghiên cứu và điều kiện thực tế của lưu vực sông, luận văn lựa chọn mô hình Mike Basin để ứng dụng, trong đó nội dung nghiên cứu ứng dụng mô hình bao gồm cả hai phần:

(1) Nghiên cứu ứng dụng mô đun cân bằng nước để đánh giá chế độ dòng chảy của sông và khu vực hạ lưu dưới ảnh hưởng của các hoạt động khai thác sử dụng nước trên lưu vực, đặc biệt là lấy nước của đập Thạch Nham

(2) Nghiên cứu ứng dụng mô đun chất lượng nước: mô dun chất lượng nước liên kết với mô đun cân bằng nước CLN để mô phỏng biến đổi chất lượng nước trong sông và khu vực hạ lưu

Trọng điểm bảo vệ chất lượng nước tại khu vực hạ lưu là tại thành phố Quảng Ngãi, vị trí cầu Trà Khúc

Các kết quả hiệu chỉnh thông số của mô hình sẽ được sử dụng để dự báo biến đổi chất lượng nước sông cho một số phương án quản lý, kiểm soát và xử lý các nguồn gây ô nhiễm cũng như giải pháp bổ sung nguồn nước cho khu vực hạ lưu

Nội dung cơ bản mà luận văn nghiên cứu trong chương này bao gồm:

Tính toán cân bằng nước và xem xét sự biến đổi về chất lượng nước mặt hạ lưu sông Trà Khúc theo phương án hiện trạng với số liệu thực đo năm 2009, 2010,

từ đó nhận xét và đề ra biện pháp giải quyết

2.1 Giới thiệu mô hình Mike basin

2.1.1 Xuất xứ của mô hình

Mô hình MIKE BASIN là một công cụ cân bằng giữa nhu cầu về nước và nước có sẵn theo cách tối ưu nhất giúp cho công tác quy hoạch lưu vực sông tổng hợp và quản lý tài nguyên nước, do Viện thuỷ lực Đan Mạch (ĐHI) xây dựng, nó

là một mô hình toán học thể hiện một lưu vực sông bao gồm cấu hình của các sông chính và các sông nhánh, các yếu tố thuỷ văn của lưu vực theo không gian và theo thời gian, các công trình, hệ thống sử dụng nước hiện tại và tương lai và các

phương án sử dụng nước khác nhau Mô hình cũng biểu diễn cả tài nguyên nước ngầm và quá trình diễn biến nước ngầm Mô đun MIKE BASIN WQ bổ sung

thêm chức năng mô phỏng chất lượng nước

Hình 2-1 C ấu trúc mô hình và quá trình mô phỏng trong MIKE BASIN

Quan niệm toán học trong mô hình MIKE BASIN là tìm các lời giải ổn định cho mỗi bước thời gian Có thể dùng MIKE BASIN để tìm các giá trị điển hình đối với số lượng và chất lượng nước trong hệ thống biến đổi chậm (ví dụ chu

kỳ hàng năm của các tháng)

Ưu điểm của MIKE BASIN: là tốc độ tính toán của nó cho phép vạch ra

nhiều kịch bản khác nhau Sai số do nhiều giải pháp tính tạo ra không đáng kể khi bước thời gian của quá trình không nhỏ hơn thời gian mô phỏng

Mô hình hoạt động trên cơ sở một mạng lưới sông được số hoá và các thiết lập trực tiếp trên màn hình máy tính trong ArcView GIS Tất cả các thông tin về mạng lưới sông, vị trí các hộ dùng nước, hồ chứa, cửa lấy nước, các yêu cầu về chuyển dòng, dòng hồi quy đều được xác định trên màn hình

Nhập liệu chủ yếu của mô hình bao gồm số liệu theo thời gian của dòng chảy trên lưu vực của từng nhánh Các tệp số liệu bổ trợ gồm các đặc tính hồ chứa

và các quy tắc vận hành của từng hồ chứa, liệt số liệu khí tượng và số liệu tương ứng với hệ thống hoặc cấp nước như nhu cầu nước và các thông tin về dòng hồi quy

2.1.2 Cơ sở lý thuyết của mô hình

a Phương pháp mô phỏng và lập sơ đồ hệ thống sông

Mô phỏng hệ thống sông

MIKE BASIN được xây dựng theo kiểu mô hình mạng lưới, trong

đó sông và các nhánh hợp lưu chính của nó được biểu diễn bằng một mạng lưới bao gồm các nhánh và các nút Các nhánh thể hiện các đoạn sông riêng biệt, còn các nút thể hiện các tiểu hợp lưu hoặc các vị trí mà tại đó các hoạt động liên quan đến phát triển nguồn nước có thể diễn ra như điểm của dòng chảy hồi quy từ các khu tưới, hoặc là điểm hợp lưu giữa hai hoặc nhiều sông hoặc suối hoặc tại các vị trí quan trọng cần có kết quả của mô hình

Trước khi bắt đầu xây dựng mô hình cần xác định sơ đồ lưu vực sông phù hợp và các đặc trưng liên quan Để đánh giá tài nguyên nước của một lưu vực sông lớn cần phải đưa vào hàng loạt các đặc trưng và nhu cầu riêng biệt Ví dụ một số lớn các hộ dùng nước nhỏ thường rải rác trong một vùng Việc đưa tất cả các hộ này vào như các hệ thống riêng biệt thường đòi hỏi rất nhiều công sức

Có thể đưa ra các kiểu sơ đồ sau đây:

- Kết hợp các sông nhỏ vào một nhánh duy nhất ở thượng lưu một điểm lấy nước

- Kết hợp các diện tích tưới nhỏ vào một hệ thống tưới duy nhất với một điểm lấy nước

- Kết hợp cấp nước thành phố và cấp nước công nghiệp làm một

Hình 2-2 Ki ểu sơ đồ mô phỏng hệ thống sông trong Mike Basin

Có bốn nhóm nhân tố chủ yếu được mô phỏng trong mô hình là:

-Nhóm nhân tố hạ tầng cơ sở của hệ thống sông, bao gồm hồ chứa/ đập nước, trạm bơm, sông suối, kênh mương và các đường ống dẫn nước

- Nhóm nhân tố sử dụng nước trong hệ thống, như là sử dụng nước cho sinh hoạt, cho công nghiệp, nông nghiệp, thủy điện, thuỷ sản, hay các hoạt động khác liên quan đến nước

- Nhóm nhân tố liên quan đến quản lý hệ thống tài nguyên nước, như các

nguyên tắc vận hành hồ chứa, các phương pháp phân phối nước trong hệ thống

- Nhóm các nhân tố thuỷ văn như mưa, bốc hơi, dòng chảy, tại các lưu vực

bộ phận và nhập lưu địa phương, đầu vào cho tính toán cân bằng nước của mô hình toán

Tất cả những nhóm nhân tố trên đều được đưa vào mô hình toán thông qua các phương pháp mô phỏng toán học của mô hình

Lập sơ đồ hệ thống

Nòng cốt của mô hình là mạng lưới các nút và các đường dẫn như hình 2.2

Cấu hình của mạng lưới các đường dẫn phản ánh mối quan hệ không gian giữa các nhân tố trong hệ thống tài nguyên nước Những hoạt động sử dụng nước như việc cung cấp hay xả nước đều được mô phỏng trong mạng lưới thông qua các nút Sự vận chuyển của nước trong mạng lưới được thay thế bởi các đường dẫn và

quá trình này luôn được kiểm soát bởi các quy tắc vận hành mà chúng ta đã chỉ ra cho hệ thống Ngoài ra khía cạnh về thời gian cũng được thể hiện qua các chuỗi thời gian của lưu lượng, mưa và bốc hơi

Trong mô hình MIKE BASIN đã sử dụng và mô phỏng hoạt động của hệ

thống qua nhiều loại nút khác nhau như là những nút trên sơ đồ hệ thống sông tính toán (nút dòng chảy đến, dòng chảy đi nút nhập lưu, nút phân lưu, ), các nút biểu thị các khu vực dùng nước hay nút nhu cầu (như nút tưới, nút cung cấp nước, nút

hồ chứa, phát điện, ), các nút kiểm soát

b Trình tự tính toán và ứng dụng mô hình

Cũng như các mô hình cân bằng nước hệ thống sông, mô hình Mike Basin khi ứng dụng cần theo các bước chủ yếu sau:

-Phân chia các lưu vực bộ phận và nhập lưu địa phương

- Xác định các khu sử dụng nước, các nút tính toán và lập sơ đồ mô phỏng cho bài toán ứng dụng

- Tính toán xác định các số liệu đầu vào của mô hình: Dòng chảy trên các lưu vực bộ phận, dòng chảy đến các nút tính toán, các nhu cầu dùng nước tại các khu vực sử dụng và các thông số của các công trình dùng nước

- Mô phỏng xác định bộ thông số của mô hình

- Tính toán theo các phương án tính toán được thiết lập

-Nhận xét và đánh giá kết quả

c Giới thiệu hai mô đun chính ứng dụng trong luận văn

Mô hình Mike Basin có rất nhiều mô đun tính toán bao gồm: Mô đun cân bằng nước (Mike basin), mô đun lưu vực (Catchment delineation), mưa rào dòng chảy (Rainfall-runoff models), dòng chảy mặt (Surface tools), phân loại đất (Land classification)…

Hình 2-3 Các mô đun trong mô hình Mike Basin

Với mục đích nghiên cứu như trên thì luận văn chỉ tập trung vào vào hai

mô đun cân bằng nước (Mike Basin) và mô đun chất lượng nước (WQ Mike Basin) Sau đây là một số nội dung trong hai mô đun nghiên cứu

cR1R) Mô đun cân bằng nước (Mike Basin)

Cân bằng nước là nguyên lý chủ yếu được sử dụng cho tính toán, quy hoạch và quản lý tài nguyên nước Nó biểu thị mối quan hệ cân bằng giữa lượng nước đến, nước đi và lượng trữ của một khu vực, một lưu vực hoặc của một hệ thống sông trong điều kiện tự nhiên hay có sử dụng của con người

Xét một lưu vực có phía trên giới hạn bởi mặt đất lưu vực, phía dưới bởi lớp đất không thấm nước, ngăn cách mọi trao đổi của nước trong lưu vực với các tầng đất ở phía dưới Khi đó phương trình cân bằng nước tổng quát là:

(X+ZR 1 R+YR 1 R+WR 1 R) - (ZR 2 R+YR 2 R+WR 2 R) = UR 2 R-UR 1

Trong đó:

X là lượng nước mưa rơi xuống lưu vực