Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình phát triển các khu công nghiệp đến chất lượng nước trong hệ thống thủy nông bắc hưng hải

ARS : Agricultural Research Service CREAMS : Chemicals, Runoff, and Erosion from Agricultural Management Systems DEM : Digital Elevation Model DO : Dissolved Oxygen FAO : Food and Agricu

th c hi n và hoàn thành lu n v n này, tôi đã nh n đ c s quan tâm giúp đ t n tình, s đóng góp quý báu c a nhi u cá nhân và t p th

Tr c tiên, tôi xin trân tr ng g i l i c m n Ban giám hi u, B môn

C p thoát n c – Khoa K thu t Tài nguyên n c, Tr ng i h c Th y l i

Hà N i đã t o đi u ki n thu n l i cho tôi h c t p, nghiên c u và hoàn thành

li u, tài li u giúp đ tôi hoàn thành lu n v n này

Tôi xin chân thành c m n t i gia đình, ng i thân, b n bè, đ ng nghi p, đã quan tâm đ ng viên, giúp đ tôi trong quá trình th c hi n nghiên

c u đ tài

M c dù có nhi u n l c, song do trình đ và th i gian có h n nên lu n

v n không tránh kh i thi u sót Vì v y, tôi kính mong nh n đ c s góp ý ch

b o c a các th y cô giáo và các b n đ ng nghi p

Xin chân thành c m n!

Hà N i, ngày 08 tháng 8 n m 2015

TÁC GI LU N V N

Nguy n Minh Phúc

Tác gi xin cam đoan đây là công trình nghiên c u riêng c a tác

gi Các s li u, thông tin trích d n trong lu n v n là trung th c và đ u

đ c ghi rõ ngu n g c K t qu nghiên c u trong lu n v n ch a t ng đ c

s d ng ho c công b trong b t k công trình nào khác

Hà N i, ngày 08 tháng 8 n m 2015

TÁC GI LU N V N

Nguy n Minh Phúc

L I C M N

L I CAM OAN

M C L C

DANH M C HÌNH NH

DANH M C B NG BI U

DANH M C T VI T T T

M U 1

C H NG I T NG QUAN 4

1.1 T ng quan v x n c th i c a các khu công nghi p 4

1.2 T ng quan v H th ng B c H ng H i - Khu v c Nam u ng 15

1.3 T ng quan v mô hình SWAT 17

1.4 Các nghiên c u đã th c hi n trên th gi i 19

1.5 Các nghiên c u đã th c hi n Vi t Nam 20

CH NG II C S D LI U VÀ C S LÝ THUY T 22

2.1 C s d li u 22

2.2 C s lý thuy t 22

2.1.1 H th ng thông tin đ a lý (Georaphic information system – GIS) 22 2.1.2 Mô hình SWAT 26

CH NG III MÔ PH NG NH H NG S PHÁT TRI N KHU CÔNG NGHI P CH T L NG N C TRONG H TH NG TH Y L I B C H NG H I - H TH NG TH Y L I NAM U NG 33

3.1 Mô t vùng nghiên c u 33

3.1.1 V trí đ a lý 33

3.1.2 c đi m đ a hình 34

3.1.3 c đi m khí h u 34

3.1.4 c đi m th y v n và các ngu n n c 37

3.2 Tình hình ô nhi m n c trong vùng nghiên c u 42

3.2.1 Tình hình x th i c a khu dân c 42

3.2.2 Tình hình x th i c a các làng ngh 44

3.2.3 Tình hình x th i c a các khu, c m công nghi p 46

3.3 Thi t l p mô hình 48

3.3.1 D li u thu th p 48

3.3.2 Ti n trình th c hi n mô hình SWAT 51

3.4 ánh giá đ nh y nh h ng đ n các y u t gây ô nhi m c a mô hình 58

CH NG IV GI I PHÁP GI M THI U Ô NHI M N C 63

4.1 xu t gi i pháp gi m thi u ô nhi m n c 63

4.1.1 c đi m chung 63

4.1.2 xu t công ngh x lý 64

4.2 ánh giá hi u qu c a gi i pháp gi m thi u 79

K T LU N 82

TÀI LI U THAM KH O 84

Hình 1.1 T l gia t ng n c th i t các KCN và t l gia t ng t ng l ng

n c th i t các l nh v c trong toàn qu c 4

Hình 1.2 c tính t l t ng l ng n c th i KCN c a 6 vùng kinh t 5

Hình 1.3 Hàm l ng c n l l ng (SS) trong n c th i c a m t s KCN mi n Trung qua các n m 9

Hình 1.4 Hàm l ng COD trong n c th i c a KCN Liên Chi u ( à N ng) n m 2006 và 2008 9

Hình 1.5 Hàm l ng BOD5 trong n c th i c a m t s KCN n m 2008 10

Hình 1.6 K t qu phân tích n c t i đi m x chung c a m t s KCN các t nh phía Nam n m 2008 10

Hình 1.7 Hàm l ng Coliform trong n c th i m t s KCN n m 2008 11

Hình 1.8 Di n bi n COD trên các sông qua các n m 12

Hình 1.9 T n su t l n đo v t TCVN c a m t s thông s t i sông ng Nai đo n qua TP Biên Hòa 12

Hình 1.10 Hàm l ng COD trên sông Th V i qua các n m 13

Hình 1.11 Hàm l ng NH4 + trên sông C u đo n ch y qua Thái Nguyên n m 2008 14

Hình 1.12 Di n bi n DO d c sông Công qua các n m 14

Hình 1.13 Di n bi n ô nhi m n c sông Nhu đo n qua Hà ông 15

Hình 2.1 Quy trình ng d ng mô hình SWAT 32

Hình 3.1 V trí vùng nghiên c u 34

Hình 3.2 B n đ đ a hình khu v c nghiên c u 48

Hình 3.3 B n đ th nh ng khu v c nghiên c u 49

Hình 3.4 B n đ s d ng đ t vùng nghiên c u 50

Hình 3.5: B n đ đ n v th y v n l u v c h th ng th y nông Nam u ng 53 Hình 3.6 Di n bi n hàm l ng t ng Nit trong các n m nghiên c u 56

Hình 3.9 Các y u t nh h ng đ n T ng N trên l u v c I 58

Hình 3.10 Các y u t nh h ng đ n T ng N trên l u v c II 59

Hình 3.11 Các y u t nh h ng đ n T ng N trên l u v c III 59

Hình 3.12 Các y u t nh h ng đ n NH3 trên l u v c I 60

Hình 3.13 Các y u t nh h ng đ n NH3 trên l u v c II 60

Hình 3.14 Các y u t nh h ng đ n NH3 trên l u v c III 61

Hình 3.15 Các y u t nh h ng đ n NO2 trên l u v c I 61

Hình 3.16 Các y u t nh h ng đ n NO2 trên l u v c II 62

Hình 3.17 Các y u t nh h ng đ n NO2 trên l u v c III 62

Hình 4.1 S h a v trí đ t tr m x lý 64

Hình 4.2 Di n bi n hàm l ng t ng Nit tr c và sau x lý 80

Hình 4.3 Di n bi n hàm l ng t ng NH3 trong các n m nghiên c u 81

Hình 4.4 Di n bi n hàm l ng t ng NO2 - trong các n m nghiên c u 81

B ng 1.1 c tr ng thành ph n n c th i c a m t s ngành công nghi p

(tr c x lý) 5

B ng 1.2 c tính t ng l ng n c th i và th i l ng các ch t ô nhi m trong n c th i t các KCN thu c các t nh c a 4 vùng KTT n m 2009 6

B ng 3.1 Nhi t đ không khí trung bình tháng t i các tr m B c Ninh và vùng ph c n 35

B ng 3.2 m không khí trung bình tháng t i các tr m B c Ninh và vùng ph c n 35

B ng 3.3 T ng l ng b c h i trung bình tháng t i các tr m B c Ninh và vùng ph c n 36

B ng 3.4 M a trung bình tháng t i các tr m B c Ninh và vùng ph c n 36

B ng 3.5.M ng l i tr m quan tr c các y u t khí t ng 39

B ng 3.6 M ng l i tr m quan tr c các y u t thu v n 40

B ng 3.7 Hi n tr ng s d ng đ t T nh B c Ninh 41

B ng 3.8 Lao đ ng xã h i phân theo ngành kinh t 42

B ng 3.9.Th ng kê các huy n, xã có sông đi qua 43

B ng 3.10:Tình hình x th i c a các làng ngh khu và c m công nghi p ch y u 47

Bi u đ 3.1 L u l ng n c m a 54

Bi u đ 3.2 Di n bi n n c th i t i Khu v c 1 54

Bi u đ 3.3 Di n bi n n c th i t i Khu v c II 55

Bi u đ 3.4 Di n bi n n c th i t i Khu v c III 55

ARS : Agricultural Research Service

CREAMS : Chemicals, Runoff, and Erosion from Agricultural Management

Systems DEM : Digital Elevation Model

DO : Dissolved Oxygen

FAO : Food and Agriculture Organization

GIS : Geographic Information System

GLCC : Global Land Cover Chacterization

GLEAMS :Groundwater Loading Effects on Agricultural Management

Systems HRU : Hydrostatic Release Unit

LULC : landuse and landcover

MUSLE : Modified Universal Soil Loss Equation

MWSWAT : Map Window Soil and Water Assessment Tool

NEXRAD : Next-Generation Radar

QCVN 08:2008/BTNMT: Quy chu n Vi t Nam n m 2008 c a B Tài

Nguyên và Môi Tr ng SQL : Structure Query Language

SRTM : Shuttle Radar Topographic Mission

SWAT : Soil and Water Assessment Tool

SWRRB : Simulator for Water Resources in Rural Basins

TP : Total Phospho

UBND : y Ban Nhân Dân

USDA : United States Department of Agriculture

USGS : United States Geological Survey

UTM : The Universal Transverse Mercator

M U

1 Tính c p thi t c a v n đ nghiên c u

Ch t l ng n c đóng m t vai trò quan c c k tr ng trong vi c sinh

tr ng và phát tri n c a cây lúa Tuy nhiên, ch t l ng n c hi n t i c a các

h th ng thu nông n c ta đang b ô nhi m nghiêm tr ng Nguyên nhân c a

hi n t ng này là do quá trình x n c th i không ki m soát t các khu công nghi p, các đô th và l ng n c h i quy giàu dinh d ng vào kênh t i tiêu

k t h p V n đ trên đã đ c các c quan qu n lý nh n ra nh ng gi i pháp đ

gi m thi u v n đang trong quá trình tìm ki m

H th ng th y nông B c H ng H i- Khu v c Nam u ng, bao g m đ t đai c a 3 huy n Thu n Thành, L ng Tài và Gia Bình Di n tích đ t t nhiên toàn h th ng 32.472,0 ha, di n tích đ t nông nghi p 20.604,6 ha, di n tích

đ t lúa màu 16.727,3 ha

V t i: Ngu n n c t i ch y u do tr m b m Nh Qu nh cung c p,

l y t sông H ng qua c ng Xuân Quan thông qua kênh B c và kênh Gi a

Nh ng hi n nay t i m t s khu v c cu i c a hai tuy n kênh này th ng xuyên

x y ra tình tr ng thi u n c Vì v y, đó ph i b sung m t s tr m b m khai thác n c m t t i các sông u ng, sông Dâu - Lang Tài , sông ông Côi -

Ng , sông ng Kh i, sông Bùi đ c p n c b sung cho các khu v c thi u

n c nói trên C th : sông u ng có 2 tr m b m t i cho 3.150 ha, sông Dâu - Lang Tài có 5 tr m b m t i cho 1.297 ha, sông ông Côi - Ng có 4

tr m b m t i cho 550 ha, sông ng Kh i có 2 tr m b m t i cho 313 ha, sông Bùi có 2 tr m b m t i cho 1.758 ha và kho ng 52 tr m b m c p xã

qu n lý t i cho ph n di n tích còn l i

V tiêu: H th ng B c H ng H i - Khu v c Nam u ng đ c tiêu ch

y u ra sông Thái Bình qua hai tr m b m: Kênh Vàng 2, V n Thai T ng di n tích tiêu ra sông Thái Bình là 15.360 ha Tiêu ra sông u ng có tr m b m

i ng Thành tiêu cho 1.618 ha Tiêu ra sông Bùi có tr m b m Ng c

Quan, Minh Tâm tiêu cho 1.165 ha Tiêu ra sông Dâu - Lang Tài có tr m b m Ngh a o, Nguy t c tiêu cho 1.665 ha Tiêu ra sông ông Côi - Ng có

tr m b m Kênh Vàng I, tr m b m sông Khoai, tr m b m Mão i n tiêu cho

di n tích 1.705 ha Tiêu ra sông ng Kh i có tr m b m V n D ng 1+2,

tr m b m p D a tiêu cho 316 ha và kho ng 40 tr m b m do các xã qu n lý tiêu cho ph n di n tích còn l i

Trong Khu v c Nam u ng thu c h th ng th y l i B c H ng H i theo Báo cáo đi u tra đánh giá tài nguyên n c m t c a t nh B c Ninh n m

2006 thì đa s các khu công nghi p trong quá trình trình h s phê duy t đ u

có báo cáo đánh giá tác đ ng môi tr ng và h th ng x lý môi tr ng đ t tiêu chu n cho phép nh ng khi ho t đ ng thì h th ng x lý môi tr ng không đ c xây d ng, ho c n u có thì công ngh x lý c ng r t s b L ng

n c th i c a các khu công nghi p h u h t đ c x ra h th ng kênh t i, tiêu thu l i

Xu t phát t nh ng đi u trên, đ tài lu n v n c a em là: “Nghiên c u

nh h ng c a quá trình phát tri n các khu công nghi p đ n ch t l ng

n c trong h th ng thu nông B c H ng H i”

4 K t qu d ki n đ t đ c:

Phân tích k t qu quan tr c ch t l ng n c trong h th ng thu l i BHH t n m 2000 đ n 2013;

Phân tích c ch nh h ng c a x n c th i t các khu công nghi p

đ n ch t l ng n c trong h th ng thu l i B c H ng H i – Vùng Nam

u ng b ng s d ng mô hình s ;

xu t gi i pháp gi m thi u ô nhi m n c trong h th ng thu l i BHH và s d ng mô hình s đ đánh giá hi u qu c a các gi i pháp đ xu t

C H NG 1: T NG QUAN

1.1 T ng quan v x n c th i c a các khu công nghi p

N c th i t Khu công nghi p (KCN) có thành ph n đa d ng, ch y u

là các ch t l l ng, ch t h u c , d u m và m t s kim lo i n ng Kho ng 70% trong s h n 1 tri u m3 n c th i/ngày t các KCN đ c x th ng ra các ngu n ti p nh n không qua x lý đã gây ra ô nhi m môi tr ng n c m t

Ch t l ng n c m t t i nh ng vùng ch u tác đ ng c a ngu n th i t các KCN đã suy thoái, đ c bi t các l u v c sông: ng Nai, C u và Nhu - áy

Trong giai đo n phát tri n hi n nay, s phát tri n c a KCN đã t o s c

ép không nh đ i v i môi tr ng V i đ c thù là n i t p trung các c s công nghi p thu c các ngành ngh , l nh v c khác nhau, n u công tác b o v môi

tr ng không đ c đ u t đúng m c thì chính các KCN tr thành ngu n n c

th i ra môi tr ng m t l ng l n các ch t th i gây ô nhi m môi tr ng, nh

h ng đ n s c kh e, cu c s ng c a c ng đ ng xung quanh và tác đ ng x u lên h sinh thái nông nghi p và th y sinh

1.1.1 Ô nhi m n c m t do n c th i khu công nghi p

a c tr ng n c th i khu công nghi p

S gia t ng n c th i t các KCN trong nh ng n m g n đây là r t l n

T c đ gia t ng này cao h n nhi u s v i s gia t ng t ng l ng n c th i t

gia t ng t ng l ng

n c th i toàn qu c

L ng n c th i t các KCN phát sinh l n nh t khu v c ông Nam

, Cr,

Ngành công nghi p Chât ô nhi m chính Ch t ô nhi m ph

Thu c da BOD5, COD, SS, Cr, NH

-4 +, d u m , phenol, sunfua N, P, t ng Coliform

D t nhu m SS, BOD, kim lo i n ng,

COD, phenol, F, Silicat, kim lo i n ng

S n xu t gi y SS, BOD, COD, phenol,

lignin, tanin pH, đ đ c, đ màu

Thành ph n n c th i c a các KCN ch y u bao g m các ch t l l ng (SS), ch t h u c (th hi n qua hàm l ng BOD, COD), các ch t dinh d ng (Hình hi n b ng hàm l ng t ng Nit và t ng Ph t pho) và kim lo i n ng

34,112

21,243

49,463

8,994

12,404

1 Hà N i 36,577 8,047 5,011 11,668 2,122 2,926

TT Khu v c

L ng

n c

th i (m3/ngđ)

TT Khu v c

L ng

n c

th i (m3/ngđ)

Ch t l ng n c th i đ u ra c a các KCN ph thu c r t nhi u vào vi c

n c th i có đ c x lý hay không Hi n nay, t l các KCN đã đi vào ho t

đ ng có tr m x lý n c th i t p trung ch chi m kho ng 43%, r t nhi u KCN

đã đi vào ho t đ ng mà hoàn toàn ch a tri n khai xây d ng h ng m c này Nhi u KCN đã có h th ng x lý n c th i t p trung nh ng t l đ u n i các doanh nghi p trong KCN còn th p Nhi u n i doanh nghi p xây d ng h

th ng x lý n c th i c c b nh ng không v n hành ho c v n hành không

hi u qu Th c tr ng trên đã d n đ n vi c ph n l n n c th i c a các KCN khi x th i ra môi tr ng đ u có các thông s ô nhi m cao h n nhi u l n so

v i QCVN

K t qu phân tích m u n c th i t các KCN cho th y, n c th i các KCN có hàm l ng các ch t l l ng (SS) cao h n QCVN t 2 l n (KCN Hòa

Khánh) đ n hàng ch c l n (KCN i n Nam – i n Ng c) (Hình 1.3), th m

chí có n i đ n hàng tr m l n

Hình 1.3 Hàm l ng c n l l ng (SS) trong n c th i c a m t s KCN mi n

Trung qua các n m

Giá tr các thông s BOD5 và COD t i c ng x c a các KCN th ng

m c khá cao M t s KCN khi l p đ t h th ng x lý n c th i t p trung, các thông s này đã gi m đi đáng k (KCN Tiên S n, B c Ninh) Tuy nhiên, v i các KCN ch a có h th ng x lý n c th i t p trung, các thông s này không

đ t yêu c u QCVN (KCN Liên Chi u, TP à N ng) (Hình 1.4 và 1.5)

Hình 1.4 Hàm l ng COD trong n c th i c a KCN Liên Chi u ( à N ng)

n m 2006 và 2008

0 500

à

N ng

i n Nam

i n

Ng c

Qu ng Nam

Qu ng Phúc

Qu ng Ngãi

2006 2007 2008 QCVN 24:2009 (A)

Hình 1.5 Hàm l ng BOD 5 trong n c th i c a m t s KCN n m 2008

Hàm l ng các ch t dinh d ng trong n c th i đ u ra c a các KCN (th hi n qua thông s t ng Ni t , t ng Ph t pho, Amoni, ) không đ t yêu

QCVN 24:2009 (A)_photpho QCVN 24:2009 (A)_Amoni

Hình 1.7 Hàm l ng Coliform trong n c th i m t s KCN n m 2008

b Ô nhi m n c m t do n c th i c a các Khu công nghi p

Cùng v i n c th i sinh ho t, n c th i t các KCN đã góp ph n làm cho tình tr ng ô nhi m t i các sông, h , kênh, r ch tr nên tr m tr ng h n

Nh ng n i ti p nh n n c th i c u các KCN đã b ô nhi m n ng n , nhi u n i ngu n n c không th s d ng đ c cho b t k m c đích nào

Tình tr ng ô nhi m không ch d ng l i h l u các con sông mà lan lên t i c ph n th ng l u theo s phát tri n c a các KCN K t qu quan tr c

ch t l ng n c c 3 l u v c sông ng Nai, Nhu - áy và C u đ u cho

th y bên c nh nguyên nhân do ti p nh n n c th i sinh ho t t ác đô th trong

l u v c, nh ng khu v c ch u tác đ ng c a n c th i KCN có ch t l ng n c sông b suy gi m m nh, nhi u ch tiêu nh BOD5, COD, NH4+, t ng N, t ng

P đ u cao h n QCVN nhi u l n (Hình 1.8)

0 1000

Qu ng Phúc

Qu ng Ngãi

2008 QCVN 24:2009 (A)

Hình 1.8 Di n bi n COD trên các sông qua các n m

H th ng sông ng Nai:

Ô nhi m n c m t t p trung ch y u d c các đo n sông ch y qua các t nh thu c vùng Kinh t tr ng đi m phía Nam n i các KCN phát tri n

m nh (Hình đ 1.9)

Hình 1.9 T n su t l n đo v t TCVN c a m t s thông s t i sông ng Nai

đo n qua TP Biên Hòa

Hình 1.10 Hàm l ng COD trên sông Th V i qua các n m

T i m t s khu v c, do vi c đ u t hàng lo t KCN không đi kèm ho c

ch m tri n khai các bi n pháp ki m soát ô nhi m t i ngu n, ch t l ng n c

m t c a ngu n ti p nh n đã di n bi n theo chi u h ng x u đi

M t s đo n sông tr c đây b ô nhi m nghiêm tr ng do n c th i c a các KCN, do đã b t bu c các doanh nghi p ph i tuân th các bi n pháp ki m soát ô nhi m, nên ch t l ng n c đã đ c c i thi n ph n nào i n hình là

di n bi n tình tr ng ô nhi m n c trên sông Th V i (Hình đ 1.10)

L u v c sông C u:

Nhi u đo n thu c L u v c sông C u đã b ô nhi m n ng Ô nhi m cao

nh t là đo n sông C u ch y qua đ a ph n thành ph Thái Nguyên, đ c bi t là

t i các đi m th i c a Nhà máy gi y Hoàng V n Th , Khu Gang Thép, ch t

l ng n c không đ t QCVN (Hình đ 1.11, 1.12) Ti p đ n là đo n sông Cà

L , h l u sông Công, ch t l ng n c không đ t QCVN g i h n A và m t s

L u v c sông Nhu - áy:

Hình 1.13 Di n bi n ô nhi m n c sông Nhu đo n qua Hà ông

Hi n t i, n c c a tr c sông chính thu c l u v c sông Nhu - sông

áy đã b ô nhi m các m c đ khác nhau M t trong nh ng nguyên nhân gây ô nhi m ngu n n c m t trên l u v c sông là n c th i t KCN và các

c s không qua x lý x th ng ra môi tr ng hòa v i n c th i sinh ho t

(Hình đ 1.13)

1.2 T ng quan v H th ng B c H ng H i - Khu v c Nam u ng

H th ng th y nông B c H ng H i- Khu v c Nam u ng, bao g m đ t đai c a 3 huy n Thu n Thành, L ng Tài và Gia Bình Di n tích đ t t nhiên toàn h th ng 32.472,0 ha, di n tích đ t nông nghi p 20.604,6 ha, di n tích

đ t lúa màu 16.727,3 ha

V t i: Ngu n n c t i ch y u do tr m b m Nh Qu nh cung c p,

l y t sông H ng qua c ng Xuân Quan thông qua kênh B c và kênh Gi a

Nh ng hi n nay t i m t s khu v c cu i c a hai tuy n kênh này th ng xuyên

x y ra tình tr ng thi u n c Vì v y, đó ph i b sung m t s tr m b m khai thác n c m t t i các sông u ng, sông Dâu - Lang Tài , sông ông Côi -

Ng , sông ng Kh i, sông Bùi đ c p n c b sung cho các khu v c thi u

n c nói trên C th : sông u ng có 2 tr m b m t i cho 3.150 ha, sông Dâu - Lang Tài có 5 tr m b m t i cho 1.297 ha, sông ông Côi - Ng có 4

tr m b m t i cho 550 ha, sông ng Kh i có 2 tr m b m t i cho 313 ha, sông Bùi có 2 tr m b m t i cho 1.758 ha và kho ng 52 tr m b m c p xã

qu n lý t i cho ph n di n tích còn l i

V tiêu: H th ng B c H ng H i - Khu v c Nam u ng đ c tiêu ch

y u ra sông Thái Bình qua hai tr m b m: Kênh Vàng 2, V n Thai T ng di n tích tiêu ra sông Thái Bình là 15.360 ha Tiêu ra sông u ng có tr m b m

i ng Thành tiêu cho 1.618 ha Tiêu ra sông Bùi có tr m b m Ng c Quan, Minh Tâm tiêu cho 1.165 ha Tiêu ra sông Dâu - Lang Tài có tr m b m Ngh a o, Nguy t c tiêu cho 1.665 ha Tiêu ra sông ông Côi - Ng có

tr m b m Kênh Vàng I, tr m b m sông Khoai, tr m b m Mão i n tiêu cho

di n tích 1.705 ha Tiêu ra sông ng Kh i có tr m b m V n D ng 1+2,

tr m b m p D a tiêu cho 316 ha và kho ng 40 tr m b m do các xã qu n lý tiêu cho ph n di n tích còn l i

Theo k t qu đi u tra, phân tích t ng l ng n c m t khai thác trên các sông chính và sông n i đ a thu c đ a bàn t nh ph c v cho nhu c u s n xu t nông nghi p kho ng 468 tri u m3/n m Trong đó khu v c B c u ng khai thác 356 tri u m3/n m, khu v c Nam u ng khai thác 112 tri u m3/n m

Th i gian khai thác n c ph thu c vào th i v s n xu t nông nghi p

v i hai th i v chính là v chiêm xuân t tháng (XI - V) và v mùa t tháng

VI - X Tuy nhiên l ng n c khai thác ch y u t p trung vào v chiêm xuân

t (I - III), v th i đi m này đang là mùa khô, nhu c u n c l n c n cho đ i

và c y, l ng n c khai thác trong th i gian này th ng l n g p hai l n v mùa ( v mùa do có n c m a b sung )

Qu n lý công trình: các công trình trên h th ng đ c phân c p qu n lý

d a trên quy mô công trình và nhi m v t i tiêu Các công trình đ u m i,

quy mô l n, có tính ch t quan tr ng do Công ty khai thác công trình thu l i Nam u ng tr c ti p qu n lý Các công trình c p d i ti p theo c ng do Công ty qu n lý nh ng đ c phân c p xu ng các Xí nghi p khai thác công trình thu l i c a huy n qu n lý S còn l i là các tr m b m t i tiêu c c b

do các H p tác xã qu n lý

Theo k t qu đi u tra trên đ a bàn toàn t nh hi n nay có 71 tr m b m

v i 649 máy, bao g m c tr m b m t i và tiêu do hai Công ty khai thác công trình thu l i B c u ng và Nam u ng qu n lý và kho ng h n 100 tr m

b m do c p xã qu n lý

1.3 T ng quan v mô hình SWAT

* L ch s phát tri n c a SWAT

SWAT (Soil and Water Assessment Tool) là công c đánh giá n c và

đ t SWAT đ c xây d ng b i ti n s Jeff Arnold Trung tâm ph c v nghiên c u nông nghi p (ARS - Agricultural Research Service) thu c B Nông nghi p Hoa K (USDA - United States Department of Agriculture ) SWAT là mô hình dùng đ d báo nh ng nh h ng c a s qu n lí s d ng

đ t đ n n c, s b i l ng và l ng hóa ch t sinh ra t ho t đ ng nông nghi p trên nh ng l u v c r ng l n và ph c t p trong kho ng th i gian dài Mô hình

là s t p h p nh ng phép toán h i quy đ th hi n m i quan h gi a giá tr thông s đ u vào và thông s đ u ra Mô hình SWAT có nh ng u đi m so

v i các mô hình tr c, đó là: l u v c đ c mô ph ng mà không c n d li u quan tr c; khi thay đ i d li u đ u vào (qu n lí s d ng đ t, khí h u, th c

v t…) đ u đ nh l ng đ c nh ng tác đ ng đ n ch t l ng n c ho c các thông s khác; có hi u qu cao, có th tính toán và mô ph ng trên l u v c

r ng l n ho c h tr ra quy t đ nh đ i v i nh ng chi n l c qu n lí đa d ng,

ph c t p v i s đ u t kinh t và th i gian th p; cho phép ng i s d ng nghiên c u nh ng tác đ ng trong th i gian dài Nhi u v n đ hi n nay đ c SWAT xem xét đ n nh s tích l y ch t nhi m và nh ng nh h ng đ n

vùng h l u SWAT tích h p nhi u mô hình c a ARS, nó đ c phát tri n t

mô hình mô ph ng tài nguyên n c l u v c nông thôn (Simulator for Water Resources in Rural Basins - SWRRB) (Williams et al., 1985; Arnold et al., 1990) Nh ng mô hình góp ph n vào s phát tri n c a SWAT: h th ng qu n

lí nông nghi p v hóa ch t, r a trôi và xói mòn (Chemicals, Runoff, and Erosion from Agricultural Management Systems - CREAMS) (Knisel, 1980);

mô hình nh ng nh h ng c a s tích tr n c ng m (GLEAMS - Groundwater Loading Effects on Agricultural Management Systems) (Leonard et al., 1987), đây là ph n m r ng c a CREAMS bao g m b n thành

ph n: th y v n, xói mòn/ b i l ng, s di chuy n c a thu c b o v th c v t và dinh d ng và mô hình tính toán nh ng nh h ng c a các ho t đ ng s n

xu t đ n s xói mòn (EPIC – Erosion Productivity Impact Calculator) (Williams et al., 1984) T khi SWAT đ c xây d ng t đ u th p niên 1990s, SWAT luôn đ c nghiên c u đ kh c ph c khuy t đi m và nâng cao tính

tr ng; tính toán kh n ng thoát h i n c c a Penman-Monteith; nh ng dòng

n c bên trong đ t vào mô hình đ ng h c; tính toán ch t l ng n c đ i v i các thông s : phân bón và thu c tr sâu b ng mô hình ch t l ng n c sông (QUAL2E)

• SWAT98.1: thêm vào c i ti n mô hình ch t l ng n c và tan b ng;

m r ng chu trình dinh d ng; nh ng ng d ng c a tr ng tr t, ch n nuôi và xét đ n dòng n c m a SWAT98.1 đã đ c ng d ng nghiên c u trên vùng Southern Hemisphere

• SWAT99.2: c i thi n chu trình dinh d ng, thêm vào mô hình s di chuy n dinh d ng vùng h , vùng đ m l y; kh n ng tr n c trên các đo n sông; s di chuy n c a các kim lo i Mô hình thay đ i cách Hình th n m t 2

ch s sang 4 ch s

• SWAT2000: thêm vào mô hình s v n chuy n vi sinh v t; c i ti n

tr m quan tr c th i ti t cho phép đ c các d li u b c x m t tr i, đ m, t c

đ gió,

• SWAT2005: c i thi n mô hình s v n chuy n vi sinh v t; thêm vào

k ch b n d báo th i ti t, l ng m a theo n a ngày, thông s đ tính toán CN Thêm vào đó, SWAT2005 có m t đi m n i b t là giao di n ch ng trình khá thân thi t v i ng i dùng, đ c phát tri n trên n n Windows, GRASS và ArcView, ngôn ng l p trình là Visual Basic

&nnk., 2011) c đi m n i b t c a mô hình SWAT là kh n ng mô ph ng

h u h t các ho t đ ng BMPs c d ng công trình và phi công trình Trong nghiên c u c a Q.D.Lam &nnk (2010, 2011), tác gi đã đánh giá tác đ ng dài

h n c a các ngu n ô nhi m t p trung và phân tán vào t i l ng Nitrat trong

l u v c Kielstau n c c b ng s d ng mô hình SWAT Thêm vào đó, các tác gi đã đ nh l ng đ c m c đ đóng góp vào ô nhi m ngu n n c c a các ho t đ ng canh tác nông nghi p và 6 tr m x lý n c th i t p trung

Van Liew và Garbrecht (2003) đánh giá kh n ng d đoán dòng ch y

d i các đi u ki n khí h u khác nhau cho 3 l u v c c s trong l u v c sông Washita v i di n tích 610 km2 n m phía ông Nam Oklahoma Nghiên c u này đã tìm ra r ng SWAT có th tính toán dòng ch y cho các đi u ki n khí

h u m, khô, trung bình trong m i l u v c c s

Nghiên c u c a Govender và Everson (2005) đ a ra k t qu tính toán dòng ch y t ng đ i m nh cho l u v c nghiên c u nh n m B c Phi, h đã tìm ra SWAT tính toán t t h n v i đi u ki n khí h u khô

S d ng SWAT nghiên c u hi u qu c a ho t đ ng b o t n thiên nhiên trong ch ng trình đánh giá hi u qu b o t n thiên nhiên USDA (CEAP, 2007), th c hi n đánh giá cho các khu v c l n nh l u v c th ng ngu n sông Mississippi và toàn b M c a Arnold và c ng s (1999); Jha và c ng

s (2006) Xu h ng ng d ng SWAT c ng t ng t Châu Âu và các khu

v c khác

1.5 Các nghiên c u đã th c hi n Vi t Nam

Nguy n Kiên D ng (Vi n khoa h c khí t ng th y v n và Môi

Tr ng) áp d ng SWAT “Nghiên c u quy lu t xói mòn đ t và bùn cát l u

v c sông Sê San b ng mô hình toán” tài đã ki m nghi m mô hình đ i

v i dòng ch y t i tr m Kon Tum và Trung Ngh a n m 1997 Theo tiêu chu n Nash – Sutcliffe, m c hi u 37 qu c a mô hình đ i v i dòng ch y là 0,73 (Kon Tum: 0,69; Trung Ngh a: 0,76) và đ i v i dòng ch y bùn cát là 0,633 (Kon Tum: 0.663, Trung Ngh a: 0,60) Nh v y, k t qu hi u ch nh

mô hình đ t m c khá

Lê B o Trung (Tr ng đ i h c Khoa h c Th y l i) ng d ng mô hình SWAT đánh giá ch t l ng n c sông Công

Hu nh Th Lan H ng (Vi n khoa h c Khí t ng Th y v n và Môi

tr ng) ng d ng mô hình SWAT trong qu n lý t ng h p tài nguyên n c l u

v c sông Ch y Trong đ án đã trình bày quá trình hi u ch nh và ki m đ nh b thông s c a mô hình cho l u v c sông Ch y v i v trí ki m đ nh đ c l y t

l u l ng th c đo t i tr m B o Yên K t qu đánh giá sai s l u l ng tính toán và th c đo theo ch s Nash đ t 0,813

Ph m V n T nh (Tr ng đ i h c Lâm nghi p Hà N i) “nghiên c u ng

d ng mô hình SWAT ph c v qu n lý tài nguyên đ t và n c trên l u v c sông Lô – Gâm” K t qu tính toán ki m nghi m t i tr m Gh nh Gà cho ch s NASH là 0,76 v i dòng ch y và 0,61 v i dòng ch y bùn cát

và b n đ s d ng đ t c a t nh B c Ninh đ c cung c p b i S Tài Nguyên

và Môi tr ng c a t nh và t Vi n a lý thu c B Tài nguyên và Môi tr ng Các d li u b n đ s d ng trong Lu n v n đ c s d ng d i d ng raster

Các d li u v m a, b c h i, nhi t đ t n m 2000 đ n n m 2013 đ c cung c p t Trung tâm Khí t ng th y v n t nh B c Ninh

Các d li u v ngu n gây ô nhi m, di n tích đ t trong công nghi p trong vùng Nam u ng đ c cung c p do Ban qu n lý các Khu công nghi p

t nh B c Ninh, S K ho ch và u t t nh B c Ninh

Và các tài li u khác có liên quan

2.2 C s lý thuy t

2.2.1 H th ng thông tin đ a lý (Georaphic information system – GIS)

H th ng thông tin đ a lý là m t h th ng thông tin mà nó s d ng d

li u đ u vào, các thao tác phân tích,c s d li u đ u ra liên quan v m t đ a

lý không gian,nh m h tr vi c thu nh n, l u tr , qu n lí, x lí, phân tích và

hi n th các thông tin không gian t th gi i th c đ gi i quy t các v n đ

t ng h p t thông tin cho các m c đích con ng i đ t ra

- Store: l u tr D li u có th đ c l u d i d ng vector hay raster

- Query: truy v n (tìm ki m) Ng i dùng có th truy v n thông tin đ

D li u là trung tâm c a h th ng GIS đ c l u tr trong c s d li u

và thu th p thông qua các mô hình th gi i th c D li u trong GIS còn đ c

g i là thông tin không gian c tr ng thông tin không gian là có kh n ng

mô t “v t th đâu” nh v trí tham chi u, đ n v đo và quan h không gian

c tr ng thông tin không gian mô t “quan h và t ng tác” gi a các hi n

t ng t nhiên Mô hình không gian đ c bi t quan tr ng vì cách th c thông tin s nh h ng đ n kh n ng th c hi n phân tích d li u và kh n ng hi n

th đ ho c a h th ng

2.2.1.3 D li u không gian

D li u không gian đ c th hi n trên b n đ và h th ng thông tin đ a

lí d i d ng đi m (point), đ ng (line) ho c vùng (polygon) D li u không gian là d li u v đ i t ng mà v trí c a nó đ c xác đ nh trên b m t trái

đ t H th ng thông tin đ a lí làm vi c v i hai d ng mô hình d li u đ a lý khác nhau - mô hình vector và mô hình raster

Mô hình vector: Hình di n d li u không gian nh đi m, đ ng, vùng

có kèm theo thu c tính đ mô t đ i t ng Mô hình d li u này phù h p trong Hình di n d li u có ranh gi i rõ r t nh ranh đ t, ranh nhà, ranh

M i ô trên b n đ đ c Hình di n b i t h p t a đ (hàng, c t) K t

qu m i ô Hình di n m t ph n c a b m t trái đ t và giá tr c a nó là tính ch t

t i v trí đó.Mô hình raster có các đ c đi m

- Các đi m đ c x p liên ti p t trái qua ph i và t trên xu ng d i

- M i m t đi m nh (pixcel) ch a m t giá tr

- M t t p các ma tr n đi m và các giá tr t ng ng t o thành m t l p (layer)

- Trong c s d li u có th có nhi u l p

Trong m t h th ng d li u c b n raster đ c l u tr trong các ô (th ng hình vuông) đ c s p x p trong m t m ng ho c các dãy hàng và c t

N u có th , các hang và c t nên đ c c n c vào h th ng l i b n đ thích

h p Vi c s d ng c u trúc d li u raster t t nhiên đ a đ n m t s chi ti t b

m t V i lý do này, h th ng raster - based không đ c s d ng trong các

tr ng h p n i chi ti t có ch t l ng cao đ c đòi h i

2.2.1.4 D li u phi không gian

D li u phi không gian hay còn g i là thu c tính (Non - Spatial Data hay Attribute) (tr l i cho câu h i nó là cái gì?) là nh ng mô t v đ c tính,

đ c đi m và các hi n t ng x y ra t i các v trí đ a lý xác đ nh M t trong các

ch c n ng đ c bi t c a công ngh GIS là kh n ng c a nó trong vi c liên k t

và x lý đ ng th i gi a d li u b n đ và d li u thu c tính Thông th ng h

th ng thông tin đ a lý có 4 lo i s li u thu c tính:

- c tính c a đ i t ng: liên k t ch t ch v i các thông tin không gian

có th th c hi n SQL (Structure Query Language) và phân tích

- S li u hi n t ng, tham kh o đ a lý: miêu t nh ng thông tin, các

ho t đ ng thu c v trí xác đ nh

- Ch s đ a lý: tên, đ a ch , kh i, ph ng h ng đ nh v ,… liên quan

đ n các đ i t ng đ a lý

- Quan h gi a các đ i t ng trong không gian, có th đ n gi n ho c

ph c t p (s liên k t, kho ng t ng thích, m i quan h đ hình gi a các đ i

t ng)

mô t m t cách đ y đ các đ i t ng đ a lý, trong b n đ s ch dùng thêm các lo i đ i t ng khác: đi m đi u khi n, to đ gi i h n và các thông tin mang tính ch t mô t (annotation)

2.2.2 Mô hình SWAT

SWAT cho phép mô hình hóa nhi u quá trình v t lí trên cùng m t l u

v c Ý ngh a c a mô hình SWAT là m t l u v c l n có th đ c chia thành nhi u ti u l u v c, mô hình hóa theo ti u l u v c mang l i l i ích khi nh ng vùng này t ng đ ng v đ c đi m s d ng đ t và tính ch t đ t S phân chia này giúp ng i s d ng có th áp d ng k t qu nghiên c u c a m t vùng này vào m t vùng khác khi chúng có s t ng đ ng nh t đ nh

Thông tin đ u vào đ i v i m i ti u l u v c s đ c t p h p và phân

lo i thành nh ng nhóm chính sau: khí h u, HRUs, h , n c ng m, sông chính

và nhánh, đ ng phân th y d báo m t cách chính xác s di chuy n c a thu c tr sâu, phù sa và d ng ch t thì mô hình c n ph i phù h p v i nh ng

di n bi n đang x y ra trong l u v c Mô hình th y h c trong l u v c đ c phân chia thành hai nhóm chính, chúng có th t n t i riêng l :

- Chu trình th y v n n c ng m: ki m soát l ng n c, s b i l ng, dinh d ng và thu c tr sâu đ c đ a t trong m i ti u l u v c ra sông chính

- Chu trình n c trong h th ng sông: ki m soát quá trình di chuy n

c a dòng n c và quá trình b i l ng di n ra t trong h th ng sông ngòi c a

l u v c đ n c a sông

2.2.2.1 Chu trình th y v n n c ng m

Ph ng trình cân b ng n c trong SWAT:

đ c d báo riêng l trên t ng ti u l u v c và s s d ng đ tính toán l ng xói mòn chung trên toàn l u v c i u này giúp nâng cao tính chính xác và

nh nh t là yêu c u b t bu c, các thông s còn l i tùy vào đi u ki n có th có

ho c không

Th i ti t: mô hình s t o ra m t b d li u v th i ti t cho m i m t ti u

l u v c Nh ng thông s ng v i m t ti u l u v c s t n t i đ c l p và không

có m i quan h v m t không gian gi a các ti u l u v c L ng m a: SWAT

s d ng mô hình đ c xây d ng b i Nicks (1974) đ xác đ nh l ng m a

h ng ngày Nhi t đ : nhi t đ l n nh t và nh nh t theo ngày trong tháng, nhi t đ tính theo đ n v (o

C)

- Th y v n:

L ng n c ng n c n: là l ng n c b ng n c n và gi l i trên b m t

l p th c v t, m t ph n l ng n c này s b b c h i L ng n c ng n c n

đ c xét đ n đ tính toán l ng n c th t thoát b m t Tuy nhiên, n u các

ph ng pháp Green & Ampt đã t ng đ c tính toán quá trình xâm nh p hay

th t thoát thì l ng n c ng n c n ph i đ c mô hình hóa m t cách đ c l p

SWAT cho phép ng i s d ng nh p giá tr l ng n c l n nh t có th

b gi l i trên đ n v b m t lá c a khu v c che ph Nh ng giá tr này và đ che ph đ c mô hình s d ng đ tính toán l ng n c l n nh t có th gi l i cho quá trình phát tri n c a cây tr ng

S th m hút: là quá trình th m hút n c t b m t vào m t l p đ t Quá trình này x y ra làm t ng đ m trong đ t và làm gi m t c đ th m hút n c vào đ t theo th i gian T c đ th m còn ph thu c vào l ng n c b c h i qua b m t đ t Quá trình th m hút s d ng l i khi đ t đ t tr ng thái bão hòa

S b c h i: là t ng quá trình bao g m b c h i c a n c trong pha l ng (sông, su i, ao, h ) và trong pha r n (l p đ t ti p xúc v i không khí, b m t lá cây, kh i bang tuy t)

Dòng ch y d i b m t: là dòng ch y b t ngu n t l p d i b m t

nh ng n m trên l p đá bão hòa n c Lateral subsurface flow n m trong l p

đ t có đ sâu 0 – 2 m Mô hình đ ng h c n c đ c s d ng đ tính toán dòng ch y d i b m t trong m i l p đ t

Dòng ch y b m t: là dòng n c ch y r a trôi trên b m t d c T d

li u l ng m a hàng ngày, SWAT s tính toán th tích r a trôi và t c đ r a trôi trong m i HRU

Dòng ch y b m t đ c tính toán b ng mô hình s a đ i t ph ng pháp curve number (USDA Soil Conservation Service, 1972) ho c ph ng pháp Green & Ampt

- S phát tri n c a cây tr ng

SWAT đã s d ng mô hình phát tri n c a m t cây đ n l đ mô t cho

t t c các lo i cây khác nhau Mô hình c ng cho th y s khác bi t gi a cây lâu n m và cây ng n ngày Quá trình sinh tr ng và phát tri n c a cây ng n ngày b t đ u t khi gieo tr ng đ n khi thu ho ch Nh ng cây lâu n m nuôi

d ng h th ng r su t c n m, vào nh ng tháng mùa đông cây s tr ng thái

ng đông Chúng s sinh tr ng và phát tri n ti p khi nhi t đ t ng lên Quá trình phát tri n c a cây tr ng dùng đ tính toán l ng n c và d ng ch t m t

đi, đ ng th i c ng tính đ c l ng h i n c và sinh kh i sinh ra, Kh n ng sinh tr ng làm gia t ng sinh kh i trong m t th i gian nh t đ nh đ c đ nh ngh a là s gia t ng sinh kh i d i đi u ki n lí t ng, là hi u qu c a ho t

l ng n c ch y b m t đ tính toán

- Dinh d ng

Cây s d ng Nitrat và Nit h u c trong đ t v i n c làm ch t v n chuy n trung gian L ng Nitrat trong dòng ch y b m t và dòng th m đ c

tính toán thông qua th tích n c và n ng đ Nitrat trung bình trong đó

L ng Nit h u c đ c tính b ng mô hình c a McElroy et al(1976) và đ c

ch nh s a b i Williams and Hann (1978)

- Thu c b o v th c v t

SWAT xem xét thu c b o v th c v t trong m i HRU đ nhiên c u s

di chuy n hóa ch t trong l u v c SWAT mô hình hóa quá trình v n chuy n thu c tr sâu vào trong h th ng sông ngòi thông qua con đ ng r a trôi b

m t (có s hòa tan và h p ph ) vào trong đ t và t ng ng m n c nh dòng áp

l c (s hòa tan) SWAT s d ng mô hình GLEAMS (Leonard et al., 1987)

mô hình quá s v n chuy n thu c tr sâu thông qua chu trình n c trong pha

đ t S di chuy n này đ c ki m soát nh : kh n ng hòa tan c a hóa ch t, chu

kì bán phân rã và hi u qu p ph Cacbon h u c trong đ t Thu c b o v

th c v t gây h i, làm suy thoái tán lá và đ t tr ng

* Chu trình n c trong h th ng sông

SWAT xác đ nh, tính toán quá trình di chuy n n c, phù sa, dinh

d ng và thu c tr sâu vào m ng l i sông ngòi b ng cách s d ng đ ng nh t

c u trúc l nh (Williams and Hann, 1972) Thêm vào đó, đ th hi n dòng ch t

di chuy n c a hóa ch t, SWAT mô ph ng quá trình v n chuy n trong kênh,

r ch và sông chính

- Dòng ch y tràn

Dòng n c ch y sông ngòi thì có các hi n t ng sau:

N c m t đi do s b c h i, do s th m hút qua lòng sông, do vi c l y

n c t i tiêu ph c v cho nông nghi p

N c thêm vào do m a r i tr c ti p vào lòng sông và t các đi m x th i Dòng ch y tràn đ c mô hình b ng ph ng pháp h s l u tr bi n đ i (variable storage coefficient) c a Williams (1969) ho c mô hình th y v n Muskingum

s suy thoái đ t thông qua hàm s c a các bi n: đ d c kênh và t c đ dòng ch y

- Dòng dinh d ng

S di chuy n dinh d ng trong sông đ c xác đ nh b ng mô hình ch t

l ng n c trong sông đó, QUAL2E (Brown and Bamwell,1987) Mô hình xác đ nh dinh d ng hòa tan trong n c sông và dinh d ng b h p ph vào bùn l ng đáy sông

- Dòng thu c tr sâu trong kênh

Trong khi s l ng thu c tr sâu đ c s d ng trong m i HRUs là không gi i h n, nh ng đ làm gi m tính ph c t p c a quá trình mô hình thì

ch ch n m t lo i T ng t nh dinh d ng, thu c tr sâu c ng t n t i hai

d ng là hòa tan trong n c và b h p ph vào bùn l ng

Trình t ng d ng mô hình ArcSwat đ c th hi n nh hình 2.1

Hình 2.1 Quy trình ng d ng mô hình SWAT

So sánh v i QCVN 08:2009/BTNMT