ĐỀ tài tìm hiểu ỨNG DỤNG mô HÌNH MIKE11 ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG nước hạ lưu SÔNG ĐỒNG NAI đến năm 2020

ĐẶT VẤN ĐỀVới mục tiêu mô phỏng và tính toán chế độ thủy lực và chất lượng nước cho sông Đồng Nai đoạn chảy qua thành phố Biên Hòa, chúng tôi đã tìm hiểu bộ phần mềm MIKE11, bởi nó đáp

ĐỀ TÀI :TÌM HiỂU ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE11 ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG NƯỚC HẠ

LƯU SÔNG ĐỒNG NAI ĐẾN NĂM 2020

I.ĐẶT VẤN ĐỀ

II.GIỚI THIỆU CHUNG

III.PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

IV.TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU

V.KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

I ĐẶT VẤN ĐỀ

• Hiện nay, với sự phát triển của công nghệ thông tin cũng như khoa học kỹ thuật nói chung, các mô hình toán ứng dụng ngày càng được phát triển nhanh và

đang trở thành một công cụ mạnh, phục vụ đắc lực

trong nhiều lĩnh vực, trong đó có lĩnh vực quản lý tài nguyên và môi trường.

• Lựa chọn mô hình là khâu đầu tiên rất quan trọng

trong phương pháp mô hình toán, nó phụ thuộc vào yêu cầu công việc, điều kiện về tài liệu cũng như tiềm năng tài chính và nguồn nhân lực sẵn có

I ĐẶT VẤN ĐỀ

Với mục tiêu mô phỏng và tính toán chế độ thủy lực

và chất lượng nước cho sông Đồng Nai đoạn chảy qua thành phố Biên Hòa, chúng tôi đã tìm hiểu bộ phần mềm MIKE11, bởi nó đáp ứng được những

tiêu chí sau:

- Đoạn sông này không rộng, cho phép mô tả bài toán là một chiều;

- Là bộ phần mềm tích hợp đa tính năng;

- Là bộ phần mềm đã được kiểm nghiệm thực tế;

- Cho phép tính toán thủy lực và chất lượng nước với độ chính xác cao;

- Giao diện thân thiện, dễ sử dụng;

- Có ứng dụng kỹ thuật GIS, là một kỹ thuật mới với tính hiệu quả cao

- Đoạn sông này không rộng, cho phép mô tả bài toán là một chiều;

- Là bộ phần mềm tích hợp đa tính năng;

- Là bộ phần mềm đã được kiểm nghiệm thực tế;

- Cho phép tính toán thủy lực và chất lượng nước với độ chính xác cao;

- Giao diện thân thiện, dễ sử dụng;

- Có ứng dụng kỹ thuật GIS, là một kỹ thuật mới với tính hiệu quả cao

1 GIỚI THIỆU MÔ HÌNH MIKE11

• Mô hình MIKE11 do Viện Thuỷ lực Đan Mạch (DHI) xây

dựng và phát triển

• Dùng để mô phỏng chế độ thủy lực, chất lượng nước và vận chuyển bùn cát vùng cửa sông, trong sông, hệ thống tưới, kênh dẫn và các hệ thống dẫn nước khác

• MIKE11 là công cụ lập mô hình động lực một chiều

• Mô đun thuỷ động lực (HD) là một phần trung tâm của hệ

thống lập mô hình MIKE11 và là cơ sở cho hầu hết các mô

đun khác: dự báo lũ, tải khuếch tán, chất lượng nước và các

mô đun vận chuyển bùn cát

• Trong nghiên cứu này đã sử dụng các mô đun HD, AD và

Ecolab mô phỏng đánh giá hiện trạng và dự báo chất lượng

nước của sông Đồng Nai, đoạn chảy qua thành phố Biên Hòa

2.1 Mô đun thủy động lực (HD) MIKE11

• Mô đun thủy động lực là phần quan trọng nhất trong

bộ mô hình MIKE11, được xây dựng từ hệ phương trình Saint - Venant cho dòng một chiều, không ổn định.

• - Phương trình liên tục:

(1)

1 GIỚI THIỆU MÔ HÌNH MIKE11

Từ phương trình (1) và (2), ta có thể viết lại theo biến Q

và h:

Giải hệ phương trình vi phân trên sẽ xác định được giá trị lưu lượng, mực nước (dạng cóc nhảy), tại các mặt cắt ngang trong mạng sông ở mọi thời điểm trong

khoảng thời gian nghiên cứu.

1 GIỚI THIỆU MÔ HÌNH MIKE11

2.2 Mô đun chất lượng nước MIKE11

- Mô đun truyền tải khuyếch tán (AD) có chức năng tính toán sự lan truyền của các chất huyền phù hoặc hòa tan (phân hủy) dưới tác động của dòng chảy

- Bài toán đặt ra trong nghiên cứu này là bài toán có liên quan đến các chu trình sinh hóa diễn ra trong dòng sông,

- Do đó tác giả không những chỉ sử dụng mô đun truyền tải khuyếch tán mà còn phải kết hợp với mô đun sinh hóa (Ecolab) để giải quyết vấn đề Phương trình cơ bản trong hai mô đun này là phương trình truyền tải khuyếch tán.

1 GIỚI THIỆU MÔ HÌNH MIKE11

a) Mô đun truyền tải khuếch tán

Trong MIKE11, quá trình truyền tải khuyếch tán mô tả bằng

phương trình:

• Phương trình tải khuyếch tán phản ánh hai cơ chế vận chuyển:

 Quá trình vận chuyển chất do dòng chảy (advection)

 Quá trình khuếch tán các chất do dòng chảy rối (turbulent diffusion)

1 GIỚI THIỆU MÔ HÌNH MIKE11

b) Mô đun sinh thái (Ecolab)

- Mô đun sinh thái trong mô hình MIKE11 giải quyết khía cạnh chất lượng nước trong sông tại những vùng

bị ảnh hưởng bởi các hoạt động dân sinh kinh tế.v.v

- Mô đun này phải được đi kèm với mô đun tải -

khuếch tán.

1 GIỚI THIỆU MÔ HÌNH MIKE11

2 GIỚI THIỆU LƯU VỰC NGHIÊN

CỨU

2 GIỚI THIỆU LƯU VỰC NGHIÊN

CỨU

Lưu vực sông Đồng Nai nằm trong khoảng:

- Kinh độ Đông từ 105045’ (Tân Biên - Tây Ninh) đến 109012’ (Ninh Hải - Ninh Thuận)

- Vĩ độ Bắc từ 10019’17’’ (mũi Vũng Tàu) đến 12020’ (Đak Mil

- Đắk lak)

• Dòng chính sông Đồng Nai tại tuyến Tài Là với diện tích lưu vực là 8.850km2 Dòng chính sông Đồng Nai tại Biên Hòa có diện tích lưu vực 22.425km2

Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu

từ các nguồn hiện có.

Phương pháp thu thập, phân tích các tài liệu

từ các nguồn hiện có.

3 Tài liệu chất lượng nước

.

IV TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU

1 TÀI LIỆU MẶT CẮT

• Sơ đồ tính mô hình thủy lực mạng lưới sông Đồng Nai từ Trị An

- Sông Bé đến Long Đại được phân thành 12 chi lưu được tạo

bởi 7 nút sông (hình 3), trong đó có 4 nút nhập lưu (nút 1, 3, 5, 7) và 3 nút phân lưu (nút 2, 4, 6)

Bảng 1: Thống kê số lượng mặt cắt tính toán trong mạng lưới sông

Progress Diagram

1 TÀI LIỆU MẶT CẮT

2 TÀI LIỆU KHÍ TƯỢNG THỦY VĂN

Số liệu thuỷ văn, thuỷ lực tại các biên Long Đại, Trị An lấy theo mực nước triều tại Long Đại và lưu lượng xả tại Trị An

Số liệu lưu lượng và mực nước trung bình giờ

Chế độ xả trung bình trên biên Phước Hoà

2 TÀI LIỆU CHẤT LƯỢNG NƯỚC

-Số liệu quan trắc nước mặt -Số liệu nguồn thải và nguồn gây ô nhiễm

-Số liệu quan trắc nước mặt -Số liệu nguồn thải và nguồn gây ô nhiễm

V KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

6.1 Kết quả tính toán hiệu chỉnh mô hình thủy lực

- Mục tiêu của tính toán thủy lực để xác định bộ

thông số thuỷ lực phù hợp nhất đối với lưu vực

nghiên cứu, phục vụ cho mô hình chất lượng nước.

- Căn cứ vào nhiệm vụ tính toán, tài liệu mặt cắt và các tài liệu cơ bản đã thu thập được, sơ đồ tính toán thủy lực cho mạng sông Đồng Nai đoạn chảy qua thành phố Biên Hòa như hình 3.

V KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

Hình 4: So sánh mực nước mô phỏng và thực đo tại Biên Hòa vào

tháng 3, 4/2003

- Sau khi hiệu chỉnh thông số, mô hình đảm bảo độ chính xác cần thiết với bước thời gian tính toán là Δt = 5 phút, hệ số t = 5 phút, hệ số

nhám dao động trong khoảng 0.0167 - 0.03 Kết quả hiệu

chỉnh mô hình HD tại trạm Biên Hòa thể hiện trên hình 4

- Sai số giữa số liệu mô phỏng và thực đo mực nước tại trạm Biên Hòa được đánh giá theo chỉ số Nash-Sutcliffe

Bảng 2: Phân tích hiệu quả và sai số của hiệu chỉnh mô hình

V KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

TT THỜI GIAN DỰ

KiẾN MỨC HIỆU QUẢ CỦA MÔ HÌNH

V KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

6.2 Ứng dụng mô hình MIKE 11 tính toán chất lượng nước hạ lưu sông Đồng Nai đoạn chảy qua thành phố Biên Hòa

V KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

Click to add title

 Thiết lập bài toán

Hiệu chỉnh mô hình để xác định các thông số phù

hợp

Hiệu chỉnh mô hình để xác định các thông số phù

án đến năm 2020.

Sử dụng mô hình với các thông số mới mô phỏng tính toán các phương

án đến năm 2020.

V KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

thông số chất lượng nước tại các biên trên

vị trí và lưu lượng thải, nồng độ các nguồn xả thải thông số chất lượng nước tại các biên dưới

6.2.3 Hiệu chỉnh mô hình

Kết quả mô phỏng và hiệu chỉnh mô hình cho DO và BOD5 vào tháng 4/2005

V KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

Hình 5: Biểu đồ kết quả hiệu chỉnh mô hình đối với

DOminvà Domax

V KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

Hình 6: Biểu đồ kết quả hiệu chỉnh mô hình đối với

BOD5min và BOD5max

V KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

Kết quả sai số hiệu chỉnh mô hình cho DO và BOD5 :

Bảng 3: Sai số hiệu chỉnh mô hình chất lượng nước

TT Chỉ tiêu chất lượng nước mô

phỏng Kết quả hiệu chỉnh mô hình (%)

1 Nồng độ DO 93

2 Nồng độ BOD5 91

Theo kết quả tính toán, sai số giữa kết quả tính toán với kết

quả thực đo nhỏ hơn 10%, như vậy mô hình chất lượng nước

đạt được độ chính xác yêu cầu và được sử dụng để dự báo

chất lượng nước theo các phương án qui hoạch phát triển kinh

tế đến năm 2020

Sau khi đã hiệu chỉnh các mô hình HD và AD, tác giả sử dụng

bộ thông số mới dự báo chất lượng nước cho sông Đồng Nai đoạn chảy qua thành phố Biên Hòa theo các nhóm phương án:

- Nhóm 1: Nhóm phương án các cơ sở gây ô nhiểm đã di dời,

chưa có trạm xử lí nước thải sinh hoạt (TXLNTSH)

- Nhóm 2: Nhóm phương án các cơ sở gây ô nhiểm đã được di

dời và đã xây dựng TXLNTSH tập trung trong trường hợp

• Trường hợp TXLNTSH gặp sự cố, hiệusuất xử lí đạt 0%

• Trường hợp TXLNTSH gặp sự cố, hiệu suất xử lí đạt 50%

• Trường hợp TXLNTSH gặp sự cố, hiệu suất xử lí đạt 90%

V KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

Kết quả tính toán mô phỏng chất lượng nước cho sông Đồng Nai:

Hình 7: Biểu đồ mô phỏng DOmin và BODmax sông Đồng Nai và Sông Cái cho nhóm phương án các cơ sở gây ô nhiểm đã di dời,

chưa có TXLNTSH

Hình 8: Biểu đồ mô phỏng DOmin, BODmax sông Đồng Nai và sông Cái cho nhóm phương án các cơ sở gây ô nhiểm đã di dời,

có TXLNTSH nhưng bị sự cố, xử lí 0%

Hình 9: Biểu đồ mô phỏng DOmin, BODmax sông Đồng Nai và sông Cái cho nhóm phương án các cơ sở gây ô nhiểm đã di dời,

có TXLNTSH nhưng bị sự cố, xử lí 50%

Hình 10: Biểu đồ mô phỏng DOmin, BODmax sông Đồng Nai và sông Cái cho nhóm phương án các cơ sở gây ô nhiểm đã di dời,

có TXLNTSH nhưng bị sự cố, xử lí 90%

VI KẾT LUẬN

- Kết quả mô phỏng hiện trạng chất lượng nước sông Đồng Nai đoạn chảy qua thành phố Biên Hòa cho thấy: hiện trạng, không đảm bảo nguồn cấp nước loại B1 theo chỉ tiêu DO và không đảm bảo nguồn cấp nước loại A1 theo chỉ tiêu BOD5, thậm chí, trên nhánh sông Cái qua trung tâm thành phố, chỉ tiêu BOD5 không đảm bảo nguồn cấp nước loại A2 theo

• Kết quả dự báo đến năm 2020 cho thấy, nếu chưa xây dựng các TXLNTSH hoặc đã xây dựng nhưng bị sự cố (XL0%) thì chất lượng nước giảm đi rất nhiều Trên nhánh sông Cái, chỉ tiêu BOD5 vượt quá qui chuẩn loại B1 nếu chưa xây dựng TXLNTSH số 3, và không đảm bảo qui chuẩn loại A2 nếu TXLNTSH số 3 đã xây dựng

• Tóm lại, chất lượng nước sông Đồng Nai đoạn chảy qua TP Biên Hòa có được cải thiện hơn hay không là phụ thuộc vào quá trình lưu lượng về từ thượng nguồn, vào sự đầu tư xây dựng các TXLNTSH, vào công nghệ xử lý và hiệu suất hoạt động của các TXLNTSH

VI KẾT LUẬN

TÀI LIỆU THAM KHẢO

• Chuyên đề: Mô hình chất lượng nước,

http://www.ebook.edu.vn/?page=1.18&view=14893

• GS TS Nguyễn Tất Đắc (2010), Nghiên cứu xây dựng phần mềm thủy lực kết hợp với chuyền tải chất ô nhiểm trên các hệ thống sông tích hợp với công nghệ GIS, NXB Nông nghiệp,

TP Hồ Chí Minh

• GS TS Nguyễn Tất Đắc (2005), Mô hình toán cho dòng chảy

và chất lượng nước trên hệ thống kênh sông, NXB Nông

nghiệp, TP Hồ Chí Minh

• DHI (2000), Hướng dẫn sử dụng Mike 11,

http://www.tainguyennuoc.vn/forum/showthread.php?p=6579

Thank You!