Hiện nay, các số liệu quan trắc chất lượng nước sông Hương khá đồng bộ và đầy đủ, tuy nhiên việc tổng hợp các số liệu này và sử dụng các mô hình để mô phỏng, dự báo xu thế biến đổi chất lượng nước phục vụ cho mục đích quản lý chất lượng nước sông Hương vẫn chưa được quan tâm nhiều. Vì vậy, nghiên cứu áp dụng mô hình Qual2K cho sông Hương sẽ góp phần bổ sung tính đa dạng các công cụ phục vụ công tác quản lý chất lượng nước của địa phương. Theo số liệu của Viện Tài Nguyên Môi Trường và Công Nghệ Sinh Học đơn vị được giao quan trắc chất lượng nước sông Hương, thuộc Trạm Quan trắc quốc gia, kết quả phân tích chất lượng nguồn nước sông Hương 5 năm trở lại đây cho thấy mức độ ô nhiễm các chất dầu, hữu cơ, vi sinh… có xu hướng tăng và một số chỉ tiêu quan trọng vượt tiêu chuẩn cho phép mức A2. Các thông số như tổng chất rắn lơ lửng (SS) tăng cao; giá trị pH, nồng độ Oxy hòa tan (DO) đang giảm. Chất lượng nước sông Hương đã bị ô nhiễm cục bộ, đáng báo động. Trong số các mô hình chất lượng nước đang được áp dụng, Qual2K là mô hình chất lượng nước sông tổng hợp, đơn giản và miễn phí được áp dụng phổ biến nhiều nơi trên thế giới. → Từ những lý do trên, đề tài “Đánh giá chất lượng nước dòng chính sông Hương áp dụng mô hình Qual2K” được thực hiện. Mục tiêu đề tài: Áp dụng mô hình Qual2K để đánh giá chất lượng nước dòng chính sông Hương. Đối tượng nghiên cứu: Chất lượng nước dòng chính sông Hương. Tuy nhiên, kết quả mô phỏng chưa tính đến sự đóng góp các chất hữu cơ và dinh dưỡng của các hồ chứa lớn và nhỏ ở thượng nguồn sông hương. Phạm vi nghiên cứu: Dòng chính sông Hương.
Trang 1Chương 2:Phương pháp Qual2K:
Cơ sở lý thuyết của phương pháp Qual2K với mỗi thành phần liên quan tới chất lượng nước, phương trình lan truyền chất có dạng như sau:
Trong đó:
M: là khối lượng chất
X: là khoảng cách
Ax: là diện tích mặt cắt ngang
U: là vận tốc trung bình dòng chảy
t: là thời gian
C: là nồng độ chất
D1: là hệ số phân tán
(I): thay đổi khối lượng theo thời gian (II): sự khuếch tán
(III): sự chuyển tải (IV): thành phần (nồng độ) thay đổi theo thời gian
(V): các nguồn từ bên ngoài và sự lắng đọng các chất
Trang 2[ Tạp chí khoa học, Đại học Huế, số 65, 2011, “ Áp dụng mô hình Qual2k đánh giá diễn biến chất lượng nước dòng chính sông Hương” của Nguyễn Bắc Giang ]
2.1 Đặc điểm mô hình Qual2K:
Qual2K có những đặc điểm sau:
- Một chiều Lòng sông là những nguồn nước trộn lẫn theo chiều dọc và chiều sâu
- Nhánh sông Hệ thống có thể bao gồm một sông chính với các sông nhánh
- Diel heat budget Khối nhiệt và nhiệt độ được mô phỏng như một công thức khí tượng học trên một mức độ thời gian
- Tính chất thủy lực là ổn định Đồng nhất, dòng chảy ổn định được mô phỏng
- Động học chất lượng nước diel Chất lượng nước thay đổi mô phỏng theo các mức độ thời gian
- Nhiệt và khối lượng đầu vào Điểm và không điểm chịu tải và nước chảy ra đều được
mô phỏng
- Phần mềm môi trường và giao diện Qual2K là một công cụ trong môi trường Microsoft Windows Số lượng tính toán dùng chương trình Fortan 90 Excel được sử dụng để hiển thị đồ thị trên giao diện cho người sử dụng
- Mô hình chia nhỏ Qual2K phân chia hệ thống thành các đoạn sông và các phần tử
- Sự hình thành cacbon BOD Qual2K sử dụng hai dạng cacbon BOD tượng trưng cacbon hữu cơ là dạng oxy hóa chậm (slow CBOD) và dạng oxy hóa nhanh (fast CBOD)
- Sự thiếu oxy Qual2K điều chỉnh lượng thiếu oxy bởi sự làm giảm phản ứng oxy hóa đến không với mức oxy thấp
- Tác động qua lại giữa nước và trầm tích Nước và trầm tích chảy mạnh làm hòa tan oxy
và dinh dưỡng có thể mô phỏng bên trong hơn là bắt buộc Do đó lượng oxy ( SOD) và dòng chảy dinh dưỡng được mô phỏng như một công thức ổn định về vật chất hữu cơ, phản ứng trong trầm tích và nồng độ ở dạng hòa tán sẽ làm nước quá bão hòa
- Tỏa dưới nước Mô hình mô phỏng gắn liền với tảo dưới nước vì tảo có thể thay đổi hóa học lượng pháp
- Sự tiêu hủy ánh sáng Sự tiêu hủy ánh sáng được tính toán như một công thức của tảo, chất rắn vô cơ và các vật vụn
Trang 3- pH Cả tính kiềm và tổng cacbon vô cơ đều có thể mô phỏng.
- Mầm bệnh Một số đặc điểm chung của giống bệnh sẽ được mô phỏng, việc thủ tiêu mầm bệnh được xác định như một công thức của nhiệt độ, ánh sáng, ổn định
- Tính chất động lực đặc trưng của đoạn sông Qual2K cho phép chỉ rỏ nhiều tính chất động lực trên một đoạn sông đặc trưng cơ bản [10/01/2013, “quản lý lưu vực sông bằng phương pháp Qual2k”,
2.2 Các thông số cần thiết của mô hình và phương pháp xác định:
Các nhóm số liệu đầu vào dùng để hiệu chỉnh, kiểm nghiệm mô hình bao gồm:
- Lưu lượng dòng chảy: sử dụng lưu lượng nước tự nhiên của sông Hương
- Các thông số thủy lực: vận tốc dòng chảy, diện tích mặt cắt ngang, độ dốc, độ sâu dòng chảy,
- Các hệ số tốc độ thông khí, hằng số tốc độ phân hủy các chất hữu cơ; tốc độ chuyển hóa nito và photpho…
- Các thông số chất lượng nước các tháng mùa khô (tháng 5), mùa mưa (tháng 11) của năm 2003 và năm 2007
-Các thông số về nguồn thải : nồng độ, tải lượng và tính toán lưu lượng của các nguồn thải sinh hoạt, đô thi và công nhiệp, [ Tạp chí khoa học, Đại học Huế, số 65, 2011, “ Áp dụng mô hình Qual2k đánh giá diễn biến chất lượng nước dòng chính sông Hương” của Nguyễn Bắc Giang ]
Để xác định các thông số trên có thể sử dụng các phương pháp như:
- Phương pháp so màu hay đo bằng điện thế để xác định pH
- Xác định tổng Nitơ bằng phương pháp Kendal
- Phương pháp hấp thụ quang phổ UV-VIS
- Phương pháp đun hồi lưu
- Phương pháp đo đạc profile vận tốc chất lỏng sử dụng sóng trên âm để xác định lưu lượng dòng chảy
Trang 42.3 Phương pháp mô hình hóa:
Excel phục vụ cho các giao diện của Qual2K, tất cả các đầu vào và ra của mô hình sẽ được thực hiện bằng công cụ ttrong Excel
-Bước 1:
Copy file Q2Kv2_07.zip đến đường dẫn, khi file được giải nén nó sẽ cho các file sau: File Excel (Q2Kmasterv2_07.xls), file chạy (Q2Kfortan2_07.exe) Đầu tiên Qual2K cho phép chạy Qual2K và hiển thị kết quả của nó Thứ hai, Fortan có thể thực hiện được việc tính toán mô hình Sẽ có hai file trong đường dẫn giống nhau để mô hình chạy chính xác Cần chú ý khi chạy mô hình, một số file sẽ tự động tạo ra bởi Fortan có thể trao đổi thông tin với excel Không được xóa file zip Nếu một vài lý do, khi chúng ta sửa Qual2K, chúng ta có thể sử dụng file zip để cài đặt lại mô hình
- Bước 2:
Tạo ra file theo đường dẫn C:\Q2Kv2_07 gọi là file dữ liệu Datafiles
- Bước 3:
Mở excel và chắc chắn macro security ở mức trung bình, có thể sử dụng: Tools → Macro
→ Security Chọn mức trung bình
Trang 5- Bước 4:
Mở Q2KmasterFortranv2_07.xls Khi làm việc với nó hộp thoại Macro Security Warning
sẽ xuất hiện Nhấn váo nút Enable Macros
- Bước 5:
Trên QUAL2K Worksheet di chuyển đến cột 10 và vào đường dẫn đến DataFiles,
C:\QUAL2K\DataFiles
Trang 6- Bước 6:
Nhấn vào nút Run Fortran
Nếu chương trình chạy không chính xác có thể do hai lí do
- Thứ nhất, phải sử dụng phiên bản cũ của Microsoft Office, Qual2K không làm việc với chương trình quá cũ
- Thứ hai, trong quá trình thực hiện đã xảy ra một số lỗi Một lỗi thường gặp là sai về
đường dẫn Khi sai đường dẫn sẽ xuất hiện hộp thoại cảnh báo Invalid Path → nhấn OK cho chạy và quay trở lại QUAL2K Worksheet, tại đó phải vào đúng đường dẫn.
Nếu chương trình chạy chính xác thì Qual2K sẽ bắt đầu thi hành một cửa sổ mở ra cho thấy Fortran tính toán
Trang 8-Nếu chương trình chạy thành công sẽ xuất hiện hộp thoại Q2K FORTRAN → Nhấn OK hộp thoại plot options sẽ xuất hiện.
Hộp thoại plot options sẽ cho phép chọn phần mềm mà chúng ta muốn vẽ đồ thị Như đã
thấy ở hình trên, nó đã mặc định là sông chính Chú ý tất cả các đồ thị được cập nhật thì
nhấn OK.
Sau một lúc chúng ta sẽ nhìn thấy đồ thị của một nhánh sông, nhấn nút dưới bên trái bị che khuất
- Bước 7:
Trên QUAL2K Worksheet click nút Open Old File Mở đườn dẫn
C:\QUAL2K\DataFiles Chúng ta sẽ nhìn thấy một file mới được tạo ra với tên chỉ rỏ ở cột 9, nhấn nút Cancel quay trở lại QUAL2K
Chú ý: trong thời gian Qual2K chạy Một file dữ liệu sẽ được tạo ra với tên file chỉ rỏ
trong cột 9 trên QUAL2K Worksheet Chương trình sẽ tự động thêm vào phần mở rộng
.q2k cho tên file Từ đó sẽ đè lên phiên bản của file trước, chắc chắn tạo ra sự thay đổi tên file khi chúng ta làm một ứng dụng mới [10/01/2013, “quản lý lưu vực sông bằng phương pháp Qual2k”,