Ứng dụng phương pháp mô hình hóa dự đoán diễn biến chất lượng nước sông cầu đoạn chảy qua tỉnh thái nguyên và đề xuất giải pháp quản lý phù hợp

Phân loại mô hình chất lượng nước và phạm vi ứng dụng Các mô hình chất lượng nước được chia thành 2 loại: Mô hình tính toán sự lan truyền, phân bố các chất ô nhiễm trong dòng chảy; Mô hì

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ

ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP MÔ HÌNH HÓA DỰ ĐOÁN DIỄN BIẾN CHẤT LƯỢNG NƯỚC SÔNG CẦU ĐOẠN CHẢY QUA TỈNH THÁI NGUYÊN VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI

PHÁP QUẢN LÝ PHÙ HỢP

CHUYÊN NGÀNH: KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

NGUYỄN TƯỜNG KHƯƠNG DUY

HÀ NỘI, NĂM 2018

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ

ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP MÔ HÌNH HÓA DỰ ĐOÁN DIỄN BIẾN CHẤT LƯỢNG NƯỚC SÔNG CẦU ĐOẠN CHẢY QUA TỈNH THÁI NGUYÊN VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI

PHÁP QUẢN LÝ PHÙ HỢP NGUYỄN TƯỜNG KHƯƠNG DUY

CHUYÊN NGÀNH: KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

MÃ SỐ: 60440301

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1

PGS.TS HOÀNG ANH HUY

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 2

TS PHẠM THỊ MAI THẢO

HÀ NỘI, NĂM 2018

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu được thực hiện bởi chínhtôi trong khoảng thời gian học tập và nghiên cứu theo quy định Các số liệu,kết quả nghiên cứu trong luận văn đều đảm bảo tính trung thực, khoa học vàchưa được công bố trong bất kỳ công trình khoa học nào bởi một tác giả kháckhông thuộc nhóm nghiên cứu Mọi số liệu kế thừa trong luận văn đềuđược sự đồng thuận của tác giả và có nguồn gốc rõ ràng

Hà Nội, tháng năm 2018

Học viên

Nguyễn Tường Khương Duy

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, em xin trân trọng cảm ơn đến Ban giám hiệu, các thầy côgiáo Khoa Môi trường, các thầy cô giáo Trường Đại học Tài nguyên và Môitrường Hà Nội đã tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho em trong thời gian họctập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn

Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, em xin gửi lời cảm ơn tớiPGS.TS Hoàng Anh Huy và TS Phạm Thị Mai Thảo, trong suốt thời gian họctập và nghiên cứu đã luôn giúp đỡ, hướng dẫn tận tình em trong việcgiải quyết các vấn đề nghiên cứu và ủng hộ, động viên, hỗ trợ để em có thểhoàn thành luận văn của mình

Em xin chân thành cảm ơn lãnh đạo Trung tâm Quan trắc môi trường Tổng cục Môi trường đã tạo điều kiện thuận lợi cho em trong quá trình họctập và công tác Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới toàn thể bạn bè đồngnghiệp tại phòng Hệ thống Quan trắc môi trường, phòng Hệ thống thông tinbáo cáo môi trường và Phòng Thí nghiệm môi trường đã động viên, giúp đỡ

-em trong quá trình thực hiện luận văn

Xin chân thành cảm ơn chính quyền địa phương, lãnh đạo các công ty, xínghiệp, các phòng ban chuyên môn trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên đãnhiệt tình cộng tác và giúp đỡ em trong quá trình điều tra, khảo sát và thuthập số liệu tại hiện trường Đặc biệt, chân thành cảm ơn Ủy ban nhân dântỉnh Thái Nguyên, Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Thái Nguyên, Trung tâm

Tư vấn và Công nghệ Môi trường – Tổng cục Môi trường đã tạo điều kiệncho phép em được tiếp cận và trích dẫn nguồn tư liệu, số liệu khổng lồ từcác báo cáo cần thiết phục vụ cho công tác hoàn thành Luận văn

Cuối cùng, em xin tỏ lòng biết ơn tới gia đình, bạn bè những người đãquan tâm, ủng hộ em hoàn thành công việc học tập và nghiên cứu một cách tốt nhất

Hà Nội, tháng năm 2018Học viên

Nguyễn Tường Khương Duy

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN İLỜI CẢM ƠN İİDANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT VDANH MỤC HÌNH .VİDANH MỤC BẢNG Vİİ

MỞ ĐẦU 1CHƯƠNG I TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN 3

1.1 Mô hình hóa chất lượng nước 3

1.2 Các nghiên cứu ứng dụng mô hình chất lượng nước trên thế giới 5

1.3 Các nghiên cứu ứng dụng mô hình chất lượng nước trong nước có liên quan 7

1.4 Kết quả nghiên cứu, ứng dụng mô hình MIKE 11 để đánh giá chất lượng nướctrên thế giới và ở Việt Nam 81.5 Bộ phần mềm mô hình MIKE 11 131.6 Vị trí nghiên cứu .20

CHƯƠNG II ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

372.1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .37

2.2 Phương pháp nghiên cứu .38

2.2.1 Phương pháp thu thập tài liệu, số liệu 382.2.2 Phương pháp điều tra khảo sát thực địa và thu thập nguồn thải 39

2.2.3 Phương pháp quan trắc và phân tích mẫu 39

2.2.4 Phương pháp ứng dụng mô hình hóa 412.2.5 Phương pháp dự báo diễn biến 48

2.2.6 Phương pháp xử lý số liệu và viết báo cáo 48CHƯƠNG III KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 50

3.1 Kết quả khảo sát chất lượng nước lưu vực sông Cầu đoạn chảy qua tỉnh TháiNguyên .50

3.3.2 Dự báo sự thay đổi chất lượng nước sông Cầu đoạn chảy qua tỉnh TháiNguyên

năm 2030 69

3.4 Một số giải pháp quản lý phù hợp nhằm kiểm soát ô nhiễm nguồn nướcsông

Cầu đoạn chảy qua địa bàn tỉnh Thái Nguyên .72

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 76

TÀI LIỆU THAM KHẢO 78

TÀİ LİỆU TİẾNG VİỆT 78

TÀİ LİỆU TİẾNG ANH 80

PHỤ LỤC 1: KẾT QUẢ QUAN TRẮC MÔİ TRƯỜNG NƯỚC MẶT LƯU VỰC SÔNG CẦU ĐOẠN CHẢY QUA ĐỊA BÀN TỈNH THÁİ NGUYÊN 81 PHỤ LỤC 2: MỘT SỐ HÌNH ẢNH THỰC TẾ 85

PHỤ LỤC 3: CÁC ĐİỂM QUAN TRẮC, LẤY MẪU TRÊN ĐOẠN SÔNG NGHİÊN CỨU 87

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

v

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Sự vận chuyển các chất hòa tan trong quá trình truyền tải và khuếch

tán 16

Hình 1.2: Bản đồ hành chính tỉnh Thái Nguyên 21

Hình 1.3: Bản đồ sông Cầu đoạn chảy qua tỉnh Thái Nguyên 26

Hình 2.1: Lưu vực sông Cầu đoạn chảy qua tỉnh Thái Nguyên 37

Hình 2.2: Sơ đồ các điểm lấy mẫu trên đoạn sông nghiên cứu 39

Hình 2.3: Mạng lưới đoạn sông nghiên cứu 42

Hình 2.4: Sơ đồ mạng lưới nguồn thải trên đoạn sông nghiên cứu 42

Hình 2.5: Mạng lưới dòng chảy đoạn sông nghiên cứu 43

Hình 2.6: Mạng lưới mặt cắt trên đoạn sông nghiên cứu 44

Hình 2.7: Mặt cắt một vị trí trên đoạn sông nghiên cứu .44

Hình 2.8: Một số hệ số nhám có thể áp dụng trên đoạn sông nghiên cứu .45

Hình 2.9: Lưu lượng biên trên tại điểm Trạm thủy văn Gia Bảy 46

Hình 2.10: Mô hình mô phỏng Module Ecolab 46

Hình 2.11: Dữ liệu biên thủy lực 47

Hình 2.12: Các bước ứng dụng mô hình MIKE11 trên đoạn sông 48

Hình 3.1: Diễn biến DO trên đoạn sông nghiên cứu 51

Hình 3.2: Diễn biến BOD5 trên đoạn sông nghiên cứu 51

Hình 3.3: Diễn biến NH4+ trên đoạn sông nghiên cứu 52

Hình 3.4: Diễn biến NO3- trên đoạn sông nghiên cứu 53

Hình 3.5: Diễn biến PO43- trên đoạn sông nghiên cứu 53

Hình 3.6: Diễn biến Coliform trên đoạn sông nghiên cứu 54

Hình 3.7: Kết quả hiệu chỉnh mô hình chất lượng nước – Thông số DO 62

Hình 3.8: Kết quả hiệu chỉnh mô hình chất lượng nước – Thông số BOD5 62

Hình 3.9: Kết quả hiệu chỉnh mô hình chất lượng nước – Thông số NH4+ 63

Hình 3.10: Kết quả hiệu chỉnh mô hình chất lượng nước – Thông số NO3- 63

Hình 3.11: Kết quả hiệu chỉnh mô hình chất lượng nước – Thông số PO43- 64

Hình 3.12: Kết quả hiệu chỉnh mô hình chất lượng nước – Thông số Coliform 64

Hình 3.13: Giá trị DO 66

Hình 3.14: Giá trị NH4+ 66

Hình 3.15: Giá trị NO3- 67

Hình 3.16: Giá trị BOD5 67

Hình 3.17: Giá trị PO43- 67

Hình 3.18: Giá trị Coliform 68

Hình 3.19: Giá trị DO 69

Hình 3.20: Giá trị NH4+ 70

Hình 3.21: Giá trị NO3- 70

Hình 3.22: Giá trị BOD5 70

Hình 3.24: Giá trị Coliform 71

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1: Đặc trưng hình thái các sông thuộc lưu vực 24

Bảng 1.2: Đặc trưng dòng chảy năm tại các trạm thủy văn trên lưu vực 27

Bảng 2.1: Phương pháp lấy mẫu và bảo quản mẫu 40

Bảng 2.2: Phương pháp lấy mẫu và phân tích các chỉ tiêu nghiên cứu 40

Bảng 3.1: Vị trí các nguồn thải trên đoạn sông nghiên cứu 54

Bảng 3.2: Lượng nước thải sinh hoạt trong địa bản tỉnh [11] 57

Bảng 3.3: Nguồn tiếp nhận nước thải đô thị trên địa bàn Thái Nguyên[11] 57

Bảng 3.4: Nhu cầu sử dụng nước khu dân cư [11] 58

Bảng 3.5: Dự báo lưu lượng nước thải sinh hoạt đổ vào đoạn sông căn cứ theo [9] [11] 59

Bảng 3.6: Tổng hợp nhu cầu sử dụng nước căn cứ theo [9] [11] 59

Bảng 3.7: Nhu cầu sử dụng nước cho chăn nuôi căn cứ theo [9] [11] 60

Bảng 3.8: Dự báo lượng nước thải nông nghiệp căn cứ theo [9] [11] 60

Bảng 3.9: Nhu cầu sử dụng nước cho công nghiệp căn cứ theo [9] [11] 61

MỞ ĐẦU

Sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật ngày nay dẫn tới sự pháttriển nhanh chóng của sản xuất hàng hóa và quá trình đô thị hóa trên thếgiới Quá trình phát triển kinh tế xã hội một mặt không ngừng tạo ra các vấn

đề về suy thoái môi trường toàn cầu, đặc biệt ở các nước đang phát triển

Vì vậy, việc bảo vệ môi trường đang trở thành một vấn đề bức thiết của toàn

xã hội Trong đó, vấn đề bảo vệ môi trường nước chiếm một vị trí quan trọng.Lưu vực sông Cầu là một trong những lưu vực sông chính và quan trọngnhất trong hệ thống sông Thái Bình, có diện tích lưu vực khoảng 6.030 km2,với chiều dài lưu vực trên 288 km bao gồm toàn bộ hay một phần lãnh thổcủa các tỉnh: Bắc Kạn, Thái Nguyên, Bắc Ninh, Bắc Giang, Vĩnh Phúc, HảiDương và Hà Nội Trong đó vị trí của tỉnh Thái Nguyên đối với khu vực nàytương đối quan trọng Thái Nguyên là tỉnh có khu gang thép đầu tiên của cảnước và là địa phương có nhiều cơ sở công nghiệp quan trọng Mặc khác,trong xu thế phát triển kinh tế - xã hội của tỉnh trong những năm gần đây,dưới tác động của các yếu tố tự nhiên và hoạt động của con người, môitrường nước LVS Cầu đoạn chảy qua tỉnh đang dần có hiện tượng ô nhiễmnguồn nước, nhiều vấn đề môi trường đã và đang diễn ra rất phức tạp Chấtlượng nước ở đoạn sông chịu tác động nhiều từ các hoạt động của con người

Do vậy, để có cơ sở đề xuất các giải pháp quản lý, giải pháp kỹ thuật nhằmbảo vệ chất lượng nước sông Cầu đoạn chảy qua địa bàn tỉnh Thái Nguyên,phục vụ an toàn cho cấp nước đồng thời phục vụ cho các mục đích pháttriển bền vững trên toàn lưu vực cần phải áp dụng nhiều phương pháp khácnhau như mô hình hóa và kết hợp với đo đạc thực địa để lấy số liệu

Trước lý do đó đề tài: “Ứng dụng phương pháp mô hình hóa dự đoán

diễn biến chất lượng nước sông Cầu đoạn chảy qua tỉnh Thái Nguyên và đề xuất giải pháp quản lý phù hợp” được đưa ra nhằm phục vụ công tác

quản lý môi trường trong việc đánh giá và dự báo ô nhiễm nước sôngtrong thời gian tới

Trên thế giới hiện nay phát triển rất nhiều mô hình chất lượngnước nhằm thay thế cho phương pháp tính toán giải tích thông thường

Để giải quyết bài toán chất lượng nước, mô hình Mike 11 đã được lựa chọn

để ứng dụng tại nhiều nước trên thế giới cũng như ở Việt Nam Ưu điểm củaphương pháp sử dụng mô hình Mike 11 là:

- Cung cấp một bức tranh tổng thể với những đáp ứng khác nhau và cókhả năng dự đoán sự biển đổi của môi trường dưới tác động của nhiều yếu tốtổng hợp

- Phân tích được mối quan hệ giữa các yếu tố chất lượng nước và tươngtác giữa các yêu tố, các quá trình lan truyền, biến đổi chất trong nước

Qua nghiên cứu, tác giả đề tài lựa chọn sông Cầu đoạn chảy qua địa bàntỉnh Thái Nguyên, bắt đầu từ điểm Trạm thủy văn Gia Bảy xuôi dòng đếnđiểm cuối là điểm Tân Phú (đây là điểm trước khi vào hợp lưu giữa sông Công

và sông Cầu, cũng là điểm cuối của sông Cầu trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên)

để nghiên cứu ứng dụng mô hình MIKE 11 trong đánh giá dự báo diễn biếnchất lượng sông

Mục tiêu của đề tài:

- Đánh giá chất lượng nước sông Cầu đoạn chảy qua tỉnh Thái Nguyên

- Ứng dụng mô hình hóa dự đoán diễn biến chất lượng nước sông Cầuđoạn chảy qua tỉnh Thái Nguyên

- Đề xuất giải pháp quản lý chất lượng nước cho khu vực nghiên cứu

Nội dung nghiên cứu:

- Thu thập số liệu, khảo sát, lấy mẫu, phân tích nước sông Cầu đoạn chảyqua tỉnh Thái Nguyên

- Ứng dụng mô hình Mike 11 tính toán dự báo ô nhiễm nước mặt sôngCầu, cụ thể sử dụng mô hình Mike 11 để mô phỏng dự báo 06 yếu tố: DO,

NH4+, NO3-, BOD5, PO43- và Coliform

- Đề xuất giải pháp quản lý chất lượng môi trường

CHƯƠNG I TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN

1.1 Mô hình hóa chất lượng nước

Mô

hình hóa là phương pháp nghiên cứu bằng thực nghiệm trên môhình của một hiện tượng (quá trình, sự vật,…) thay vì nghiên cứu trực tiếphiện tượng ấy ở dạng tự nhiên (thực địa) Quá trình mô hình hóa bao gồm haiphần là chế tạo mô hình và tiến hành thực nghiệm trên mô hình ấy

Mô

hì n h hóa c h ấ t l ượ ng n ư ớc là phương pháp sử dụng các phần mềmtính toán các chỉ tiêu phản ánh chất lượng nước Các chỉ tiêu bao gồm: các chỉtiêu vật lý, hóa học và các thành phần sinh học của nguồn nước trên cơ sởgiải các phương trình toán học mô tả mối quan hệ giữa các chỉ tiêu phản ánhchất lượng nước cũng như các quá trình có liên quan đến nó

a Phân loại mô hình chất lượng nước và phạm vi ứng dụng

Các mô hình chất lượng nước được chia thành 2 loại: Mô hình tính toán

sự lan truyền, phân bố các chất ô nhiễm trong dòng chảy; Mô hình mô phỏng

sự hình thành chất lượng nước và xu thế biến đổi chất lượng nguồn nước

Mô hình tính toán sự lan truyền, phân bố các chất ô nhiễm trong dòng chảy

Mô phỏng sự biến đổi các chỉ tiêu chất lượng nước theo thời gian trongkhông gian của dòng chảy Việc thiết lập mô hình dựa trên cơ sở giải phươngtrình tải và tải-phân tán các chất ô nhiễm trong dòng chảy Các yếu tốđặc trưng về dòng chảy được xác định từ các mô hình thủy lực, các số liệuthống kê hoặc đo thực nghiệm như các mô hình Qual I, II; Stream I, II; Loại

mô hình này có ưu điểm:

- Cho kết quả nhanh về sự lan truyền, phân bố các chất từ các nguồnthải đến chất lượng nước Từ đó cho phép chúng ta đánh giá tác động banđầu cũng như những ảnh hưởng lâu dài đến chất lượng nguồn nước

- Độ tin cậy cao, dễ sử dụng do đòi hỏi ít các số liệu đầu vào

- Áp dụng rộng rãi trong việc đánh giá tác động của các hoạt động pháttriển, dự báo xu thế biến đổi chất lượng nguồn nước

Nhược điểm: chưa xem xét đến các yếu tố hình thành chất lượng nguồnnước, việc tính toán mô phỏng trong các khoảng thời gian ngắn và đặc biệtđánh giá ảnh hưởng của các nguồn thải phân tán, các sự cố môi trườngđến chất lượng nguồn nước còn gặp nhiều khó khăn.

Mô hình mô phỏng sự hình thành chất lượng nguồn nước

Mô phỏng sự hình thành các nguồn gây ô nhiễm (các nguồn thải và tảilượng các chất thải) và sự thay đổi chất lượng nước theo không gian và thờigian Thiết lập trên cơ sở ghép nối các mô hình thủy lực với mô hình lantruyền chất ô nhiễm trong dòng chảy như WSHMM, MIKE SYSTEM, Loại môhình này có các ưu điểm và hạn chế sau:

- Mô tả một cách tổng quát và toàn diện hơn về chất lượng nguồn nướccũng như các yếu tố ảnh hưởng đến các chỉ tiêu chất lượng nước

- Xem xét, đánh giá được mức độ tác động của các chất ô nhiễm từ cácnguồn không điểm đến chất lượng nguồn nước Các chất ô nhiễm cónguồn gốc từ các hoạt động nông nghiệp, từ các khu vực đô thị và tập trungdân cư được đưa vào dòng chảy theo nước mưa chảy tràn

- Đòi hỏi một lượng rất lớn và đồng bộ các thông tin ban đầu như: các sốliệu địa hình lưu vực, các số liệu về thủy văn, dòng chảy, và khối lượng tínhtoán lớn và phức tạp

- Đánh giá, hiệu chỉnh mô hình cũng như chuẩn hóa các hệ số, gặpnhiều khó khăn trong thực tế và đòi hỏi một khoảng thời gian dài do việc dựbáo các thông tin ban đầu có độ tin cậy thấp

b Mục đích của phương pháp mô hình hóa

– Làm sáng tỏ vấn đề: chúng ta có thể đưa ra được các lỗi của hệ

thống từ việc tiếp cận trực quan đồ họa hơn là từ các dạng trình bàynguyên thủy Hơn nữa, việc mô hình hoá giúp chúng ta dễ dàng hiểu đượccách thức hoạt động của vấn đề

– Mô phỏng được hình ảnh tương tự: hình thức trình bày của mô hình

có thể đưa ra được một hình ảnh giả lập như hoạt động thực sự của hệ thốngthực tế, giúp cho người tiếp cận cảm thấy thuận tiện khi làm việc với mô hình

– Gia tăng khả năng duy trì hệ thống: các ký hiệu trực quan có thể cải

tiến khả năng duy trì hệ thống Thay đổi các vị trí được xác định và việc xácnhận trực quan trên mô hình các thay đổi đó sẽ giúp làm giảm đi số lượnglỗi Do đó, có thể tạo ra các thay đổi nhanh hơn và các lỗi được kiểm soáthoặc xảy ra ít hơn

– Làm đơn giản hóa vấn đề: mô hình hoá có thể biểu diễn vấn đề ở

nhiều mức, từ mức tổng quát đến mức chi tiết do đó sẽ càng đơn giản hoáviệc hiểu

1.2 Các nghiên cứu ứng dụng mô hình chất lượng nước trên thế giới

a Bộ phần mềm mô hình Streeter – Phelps mở rộng

Được áp dụng để đánh giá chất lượng nước cho sông Oreto, Ý (GiorgioMannina, 2010) Mô hình tích hợp các quá trình lý hóa và sinh học phù hợp

để mô hình hóa chất lượng nguồn nước

Ưu điểm của mô hình là có thể áp dụng được để đánh giá chấtlượng nước đối với những con sông nhỏ, thiếu dữ liệu Nhược điểm là dothuật toán của mô hình đơn giản nên không thể mô phỏng trong trường hợp

có quá nhiều dữ liệu đầu vào, hơn nữa số lượng mẫu cũng như các chỉ tiêuchất lượng nước mà mô hình có thể đánh giá là rất hạn chế

b Mô hình Duflow

Được phát triển bởi Viện thủy lực (IHE) của Hà Lan, Đại học công nghệDelft, STOWA và trường Đại học Nông nghiệp Wageningen Duflow đượcthiết kế để sử dụng cho nhiều mục tiêu (triều, lũ, sử dụng nước ) và các bàitoán lan truyền chất trong kênh sông có các công trình

Trên thế giới, mô hình đã được ứng dụng để thực hiện Dự án đánh giáchất lượng nước sông Chicago và hồ Michigan tại Mỹ, đánh giá ảnh hưởng

của những kịch bản chất lượng nước trong tương lai, từ đó sẽ chỉ ranhững

biện pháp giảm thiểu cần được thực hiện để mang lại những thay đổi tích cựccho môi trường (USACE, 2014) [31].

Ưu điểm của mô hình là có giao diện đồ họa dễ sử dụng Tuy nhiên, đây

là phần mềm thiết kế chủ yếu cho giảng dạy và đào tạo, vì thế khi sử dụngcho các bài toán lớn trong thực tế thì cần phải cải biên nhiều

c Mô hình Qual2E

Là sản phẩm của Cục bảo vệ môi trường Mỹ (EPA) Qual2E là mô hìnhthuỷ động lực sử dụng hệ phương trình Saint-Venant và lan truyền chất haichiều: theo chiều dòng chảy và chiều sâu

Mô hình được áp dụng cho sông ngòi, hồ, hồ chứa và vùng cửa sông Nó

có thể mô phỏng tới 15 thành phần bất kỳ trong một tổ hợp nào đó do người

sử dụng đề ra

Nhược điểm của mô hình Qual2E là chỉ áp dụng cho mạng sông đơn giảnhình cây (không áp dụng cho mạng sông dạng mạch vòng), thiết diện sôngphải đều dạng hình thang/hình chữ nhật và không chịu ảnh hưởng của thủytriều

d Mô hình CORMIX

Là mô hình hệ thống chuyên nghiên cứu vùng pha trộn nước thảidùng để phân tích, dự báo và thiết kế các miệng xả nước thải vào nguồnnước tự nhiên Mô hình này được các chuyên gia thuộc trường Đại họcCornell (Mỹ) xây dựng trong thời gian từ 1985 đến 1995 Mô hình cho phép

mô tả quá trình pha trộn nước thải ở gần miệng xả cũng như xa miệng xả.Nhược điểm của mô hình CORMIX là chỉ cho phép mô phỏng chấtlượng nước đối với nguồn thải điểm (là nguồn thải xác định được vị trí xảthải), không mô phỏng được nguồn thải dạng diện

e Mô hình MASTER

Do Viện Thuỷ lực Delft Hà Lan lập ra từ năm 1988 theo đơn đặt hàngcủa Ban thư kí Mekong để mô phỏng chuyển động của nước trên hạ lưuMekong từ Chiang Sean ra đến biển và sự lan truyền mặn từ các cửa sông và

biển trong nội đồng Đây là mô hình được xây dựng trên hệ phươngtrình Saint-Venant đầy đủ và những phương trình truyền mặn Đây là một

mô hình tốt về học thuật đối với bài toán dòng không ổn định trong hệ thốngkênh hở

1.3 Các nghiên cứu ứng dụng mô hình chất lượng nước trong nước có liên quan

a Mô hình VRSAP

Là mô hình thủy lực khởi đầu cho quá trình áp dụng mô hình toán đểgiải quyết các bài toán thủy lực kênh hở ở Việt Nam trên các mạng máy lớn(main frame) trước kia Trong quá trình áp dụng, VRSAP được cải tiến, pháttriển liên tục và được thêm phần tính mặn vào năm 1988 dựa trên thuậttoán sai phân trung tâm tương tự thuật toán của MEKSAL

Phần mềm VRSAP đã được sử dụng rộng rãi tính lũ kiệt, đặc biệt làtrong tính toán qui hoạch lũ cho Đồng bằng sông Cửu Long phía Việt Nam vàtoàn bộ hạ lưu Mê Kông, cũng như trong tính toán qui hoạch các dự án tàinguyên nước cho kết quả đáng tin cậy VRSAP cũng có phần tính mặn Tuynhiên, cách tính mặn dựa trên sơ đồ sai phân trung tâm nên khó hiệu chỉnh

do hiện tượng khuếch tán số

Nhược điểm của sơ đồ VRSAP là khó chạy được khi dùng một sơ đồchạy song song cho cả lũ và kiệt

b Mô hình SAL và VRSAP-SAL

Chương trình SAL gồm một chương trình chính để kết nối một sốchương trình con vào quá trình tính toán khi cần thiết Có 7 chương trình congồm: Subroutine Corres, Subroutine Input, Subroutine Comhq, SubroutineComs, Subroutine Comdo, Subroutine Result, Subroutine Fini Trong đóchương trình Coms được dùng để tính độ mặn (hoặc BOD hay yếu tố thứnhất của chất lượng nước như NH3,…), chương trình Comdo dùng để tính cácyếu tố thứ 2 trở đi của chất lượng nước (như DO, NO2,…)

VRSAP-SAL là sơ đồ cải tiến nhằm phối hợp một số ưu điểm củaVRSAP với SAL Về mặt thuật toán, cấu trúc số liệu và phần tính truyền chấtgiữ nguyên như SAL.

c Mô hình HYDROGIS

Mô hình HYDROGIS của TS Nguyễn Hữu Nhân là phần mềm có phầngiao diện khá tiện dụng so với các phần mềm khác và đã sử dụng một số công

cụ GIS trong biểu diễn kết quả

Vì là mô hình thương mại nên có các tiện ích và tổ chức dữ liệu rất tốt,phần biểu diễn kết quả đẹp mắt Do vậy nên giá thành khá đắt cho mỗilicense Nhược điểm nữa là phần tính lan truyền chất khá lâu Phần mềm củaViệt Nam còn hạn chế về cách tổ chức dữ liệu và đặc biệt là cách kết nốivới công cụ GIS Phần tính lan truyền chất trong các một số các mô hình củaViệt Nam có nhiều ưu điểm về mặt thuật toán và đặc biệt là có thể chủđộng cải biên khi cần cập nhật

1.4 Kết quả nghiên cứu, ứng dụng mô hình MIKE 11 để đánh giá chất lượng nước trên thế giới và ở Việt Nam

1.4.1 Trên thế giới

- Tại Anh, mô hình Mike 11 được áp dụng cho dự án “Đánh giá phương

án quản lý tài nguyên nước sông Stour, vùng Kent” (John, A.Cox, Upton, &Simons) Thời gian lựa chọn để chạy mô hình từ 01/02/2007 – 30/06/2007nhằm phục vụ đánh giá các phương án quản lý tài nguyên nước

Kết quả mô phỏng của mô hình cho kết quả tính toán khá phù hợp với

dữ liệu thực đo Sau khi mô phỏng mô hình, tiến hành chạy 09 kịch bảnkhác nhau với những giả thiết khác nhau về lưu lượng dòng chảy trên sông

mà không có sự giả định về sự biến đổi chất lượng nước Kết quả mô phỏngcác kịch bản là căn cứ để cơ quan chính quyền có các phương án quản lýnguồn nước sông Stour [32]

- Tại Bỉ, mô hình Mike 11 được áp dụng cho nghiên cứu “Mô hình hóaoxy hòa tan và nhu cầu oxy sinh hóa trong nước sông” của nhóm tác giả M.

Radwan năm 2003 [29] Nhóm tác giả đã ứng dụng mô hình Mike 11 để môphỏng hai chỉ tiêu chất lượng nước là DO và BOD ở sông Dender vùngFlanders, bị ô nhiễm do sản xuất nông nghiệp.

Nghiên cứu này thực hiện nhằm phục vụ công tác quy hoạch và quản lýtài nguyên nước, bao gồm các nội dung: (1) mô tả hiện trạng dòng chảy vàchất lượng nước, (2) dự báo các kịch bản biến đổi chất lượng nước

Dữ liệu sử dụng cho mô hình bao gồm dữ liệu về khí tượng (mưa, nhiệtđộ), thủy văn (mực nước, lưu lượng) theo giờ, chuỗi thời gian mô phỏng là 8năm từ 1990 – 1997

Nghiên cứu kết luận, việc ứng dụng mô hình Mike 11 trong mô phỏnghai chỉ tiêu DO và BOD đã cho kết quả tốt, được xem là một công cụ hữu ích,

hỗ trợ trong công tác quản lý và quy hoạch tài nguyên nước

- Tại Iraq, mô hình Mike 11 được áp dụng cho nghiên cứu “Ứng dụng

mô hình Mike 11 đánh giá chất lượng nước sông Euphrates tại Iraq” củanhóm tác giả Kamel năm 2008 Việc quy hoạch và quản lý tài nguyên nướcđòi hỏi phải có một công cụ kỹ thuật phù hợp giúp những người ra quyếtđịnh có thể đưa ra chiến lược hành động và nhóm thực hiện đã lựa chọn môhình Mike 11 Thời gian thực hiện từ 01/05/2000 – 31/05/2000 [28]

Dữ liệu sử dụng cho mô hình bao gồm 14 mặt cắt ngang sông với khoảngcách giữa mỗi mặt cắt tầm 1,6km, dữ liệu biên là lưu lượng và mực nướctại các biên của mô hình, dữ liệu về chất lượng nước và chế độ xả nước thảitrên

sông

Kết quả mô phỏng cho thấy sai số giữa số liệu tính toán và thực đo nằmtrong giới hạn cho phép, mô hình có khả năng mô phỏng tốt thủy động lựchọc cũng như chất lượng nước sông, là một công cụ hỗ trợ tích cực trong việc

ra quyết định phòng ngừa và dự báo lũ, thiết kế và vận hành các công trìnhthủy lợi, phân tích đánh giá và dự báo tình trạng ô nhiễm nước sông

- Tại Thái Lan, mô hình Mike 11 được áp dụng cho nghiên cứu “Ứngdụng mô hình MIKE 11 để đánh giá chất lượng nước của sông Klong U-

Tapao, miền Nam Thái Lan” của tác gia Teartisup.P Klong U-Tapao là mộtnhánh sông của lưu vực sông Songkhla, miền Nam Thái Lan Nghiên cứu này

đã áp dụng mô hình MIKE 11 để mô phỏng thủy lực, đặc điểm khuếch tán củanước và các hệ số chất lượng nước [30]

Kết quả mô hình đã dự đoán các kịch bản chất lượng nước năm 2007,

2012, 2017, 2022 và 2027, đồng thời đánh giá tác động của các ngành kinh tếtới chất lượng nước

- Tại Malaysia, cũng trong năm 2012, mô hình Mike 11 được áp dụngcho 02 nghiên cứu, đó là nghiên cứu “Ứng dụng mô hình MIKE 11 để môphỏng chất lượng nước của sông Bertam, Cameron vùng cao, Malaysia” củatác giả Eisakhani M Nghiên cứu này đã mô phỏng hiện trạng chất lượng nướcdựa trên dữ liệu lưu vực sông và các nguồn ô nhiễm Từ các mô phỏng củatình trạng chất lượng nước, phát triển các kịch bản chất lượng nước tươngứng với các dữ liệu dự báo kinh tế xã hội nhằm đưa ra được những giải phápquản lý chất lượng nước phù hợp [26]

Và nghiên cứu “Ứng dụng mô hình Mike 11 mô phỏng quá trình sinhhóa và vận chuyển nhu cầu oxy hóa học” của nhóm tác giả Eisakhani,Abdullah, Karim, & Malakahmad Mục đích của nghiên cứu này là mô hìnhhóa dòng chảy, các phản ứng sinh hóa và xác định tải lượng của BOD và CODtại các mặt cắt sông Bertam ở cao nguyên Cameron, Malaysia Nhóm nghiêncứu đã ứng dụng các mô đun thủy động lực học (HD), truyền tài khuếch tán(AD) và mô đun sinh thái (Ecolab) của mô hình Mike 11 để mô phỏng dòngchảy và chất lượng nước trên sông [27]

Nghiên cứu kết luận rằng mô hình Mike 11 là một công cụ phù hợp và cókhả năng mô phỏng chính xác cho những kịch bản tương lai và kịch bản pháttriển

- Năm 2014, tại Romania, nhóm tác giả Cheversan, Dinu & R.Drobot đã

áp dụng mô hình Mike 11 cho dự án “Nghiên cứu Công cụ hỗ trợ ra quyếtđịnh trong quản lý tài nguyên nước” [25]

Nghiên cứu này trình bày hai công cụ được ứng dụng mạnh mẽ trong hệthống hỗ trợ ra quyết định nhằm giảm thiểu những tác động của ô nhiễmmôi trường nước, đó là mô hình Mike 11 và ứng dụng web ArcGIS online.

Mô hình Mike 11 được dùng để mô phỏng đoạn sông Dambovita dài khoảng30km về phía hạ lưu Glina Đoạn sông này tiếp nhận nước thải từ hơn 2 triệudân cư của thủ đô, mà chỉ được xử lý bởi nhà máy xử lý nước thảiBucharest Điều này đã gây ra những ảnh hưởng tới hệ sinh thái trên sông

Mô hình Mike 11 đã mô phỏng bốn kịch bản khác nhau để xác định nồng độcác chất ô nhiễm dọc sông và thời gian lan truyền khuếch tán của các chất.Kết quả mô phỏng các kịch bản chất lượng nước của mô hình Mike 11được tích hợp với ứng dụng web ArcGIS online để tạo nên những bản đồ chấtlượng nước với những hình ảnh động, từ đó hỗ trợ cung cấp những giải phápnhanh chóng để quản lý chất lượng nước

1.4.2 Tại Việt Nam

Tại Việt Nam, mô hình MIKE 11 được ứng dụng rộng rãi trong tính toán,đánh giá, dự báo chất lượng nước và đánh giá khả năng tiếp nhận nướcthải của nguồn nước

- Từ năm 2005, tác giả Nguyễn Huy Khôi đã thử nghiệm và áp dụng môhình Mike 11 cho đề tài “Ứng dụng MIKE 11 đánh giá chất lượng nước lưuvực sông Đồng Nai” của ông [3]

Nghiên cứu mô phỏng hiện trạng chất lượng nước 2003 và xây dựngkịch bản mô phỏng chất lượng nước với các phương án xử lý nước thải.Kết quả tính toán cho thấy rằng với mức độ xử lý từng khu vực như phương

án 2010- IV, 2015-IV và 2020-IV thì chất lượng nước cải thiện một cách rõ rệt

- Trong năm 2006, nhóm tác giả Trần Hồng Thái, Hoàng Thị Thu Trang,Nguyễn Văn Thao, Lê Vũ Việt Phong đã áp dụng mô hình Mike 11 cho nghiêncứu “Ứng dụng mô hình MIKE 11 tính toán thủy lực, chất lượng nước cho lưuvực sông Sài Gòn – Đồng Nai” [17]

Mục tiêu của nghiên cứu là để xác định bộ thông số chất lượng nướcphù hợp cho khu vực nghiên cứu của các chỉ tiêu chất lượng nước cơ bảnquan tâm trong sông theo thời gian và không gian như DO, BOD, tổng Nitơ,tổng Photpho, tổng Coliforms tương ứng với các điều kiện biên thủy lực vàcác nguồn thải.

Theo nghiên cứu, kết quả tính toán, mô phỏng thủy văn, thủy lực chấtlượng nước bằng mô hình MIKE 11 khá tốt, cho thấy khả năng ứng dụng hiệuquả của mô hình Tuy nhiên để có thể sử dụng mô hình tốt hơn nữa tronghiện tại và tương lai, đòi hỏi số liệu quan trắc thủy văn, thủy lực và chấtlượng nước cần đồng bộ, dày đặc và chính xác hơn

- Tiếp đó, trong năm 2010, tác giả Phạm Viết Chính - Đại học Đông Á đãthành công khi áp dụng mô hình Mike 11 cho nghiên cứu “Ứng dụng mô hìnhtoán đánh giá chất lượng nước hạ lưu sông Sài Gòn đến năm 2020” [6]

Mục tiêu của nghiên cứu là xác định bộ thông số chất lượng nướcphù hợp nhất cho khu vực nghiên cứu của hai chỉ tiêu chất lượng nước DO,BOD5 tương ứng với các điều kiện biên thủy lực và các nguồn thải

Theo kết quả tính toán, sai số giữa kết quả tính toán với kết quả thực đonhỏ hơn 10%, như vậy mô hình chất lượng nước đạt được độ chính xácyêu cầu và được sử dụng để dự báo chất lượng nước theo các phương án quihoạch phát triển kinh tế đến năm 2020

Dựa vào những kết quả nghiên cứu ở trên cho thấy, mô hình Mike 11

là một mô hình toán được sử dụng khá phổ biến trên thế giới và ở Việt Nam.Với mục tiêu mô phỏng đánh giá và dự báo chất lượng nước sông Cầu đoạnchảy qua địa phận tỉnh Thái Nguyên, tác giả sử dụng ba mô đun chính của môhình là mô đun thủy động lực học (HD), mô đun truyền tải khuếch tán (AD) và

mô đun sinh thái (Ecolab)

1.5 Bộ phần mềm mô hình MIKE 11

MIKE 11 do DHI Water & Environment phát triển, là công cụ mô hìnhmột chiều thủy động học dùng để mô phỏng dòng chảy, chất lượng nước,vận chuyển bùn cát trong sông và vùng cửa sông

1.5.1 Đặc điểm

MIKE 11 là một phần mềm chuyên nghiệp ứng dụng trong việc môphỏng dòng chảy, chất lượng nước, vận chuyển bùn cát ở sông, cửa sông, hệthống tưới, kênh và những nguồn nước khác.Mike 11 có giao diện thânthiện, là công cụ mô phỏng một chiều phục vụ phân tích, thiết kế, quản lýchuyên sâu của hệ thống sông và kênh đơn giản hay phức tạp

Môđun thủy động lực học (HD) là phần cốt lõi quan trọng nhất của môhình Mike 11, là cơ sở của hầu hết những môđun khác MIKE 11 hiện là một

mô hình tiên phong với nhiều ứng dụng thành công trên thế giới Môhình được xây dựng và phát triển trên 20 năm và đã được áp dụng cho cácsông, vùng ven biển, hồ chứa, hệ thống sông ở hơn 100 nước trên thế giới.Các ứng dụng liên quan đến modul MIKE 11 HD bao gồm: Dự báo lũ và vậnhành hồ chứa, Các phương pháp mô phỏng kiểm soát lũ; Vận hành hệthống tưới và tiêu thoát bề mặt; Thiết kế các hệ thống kênh dẫn; Nghiên cứusóng triều và dòng chảy do mưa ở sông và cửa sông; Tính toán thời gian chất

ô nhiễm sẽ tác động đến môi trường nước khi có sự thay đổi tải lượng chất ônhiễm; Xác định vị trí lắng đọng trầm tích và những biến đổi hình thái họclòng sông; Xác định vị trí trên sông có hàm lượng chất ô nhiễm cao nhất saukhi tiếp nhận nguồn thải ô nhiễm

MIKE 11 có một số ưu điểm nổi trội so với các phần mềm khác như:

- Liên kết với GIS

- Kết nối với các mô hình thành phần khác của bộ MIKE ví dụ như môhình mưa rào-dòng chảy NAM, mô hình thuỷ động lực học 2 chiều MIKE 21,

mô hình dòng chảy nước dưới đất, dòng chảy tràn bề mặt và dòng bốcthoát hơi thảm phủ (MIKE SHE).

- Tính toán chuyển tải chất khuyếch tán.

- Vận hành công trình

- Tính toán quá trình phú dưỡng

Vì Mike 11 là mô hình 1 chiều cùng với đòi hỏi số liệu đầu vào lớn theochuỗi thời gian liên tục chính vì thế sẽ gặp khó khăn trong việc thu thập sốliệu Mặt khác, mô hình Mike 11 cũng như các mô hình thủy lực khác, đều chỉ

là sự mô phỏng tương đối, không thể chính xác được 100% so với điều kiệnthực tế Bởi vậy để mô hình có thể đạt độ chính xác và tin cậy, người dùngcần phải có tìm ra hệ số kiểm định và hiệu chỉnh mô hình đạt mức cho phép.Các phương trình cơ bản trong phần mềm MIKE 11 bao gồm: hệ phươngtrình Saint-vennant, phương trình lan truyền, khuyếch tán chất ô nhiễm vàphương trình mô tả các quá trình động học phản ứng trong môi trường nước

1.5.2 Ứng dụng mô hình Mike 11

1.5.2.1 Hệ phương trình cơ bản của mô đun thủy lực

Hệ phương trình thuỷ động lực được thiết lập dựa trên những giả thiếtsau: Dòng chảy 1 chiều; độ sâu và vận tốc chỉ biến đổi theo một phương dọcdòng chảy; Dòng chảy không ổn định không đều biến đổi chậm; Đáy sông giảthiết là một đường thẳng; Độ dốc đáy sông nhỏ, cao trình đáy sông khôngđổi; Chất lỏng không dãn nở, khối lượng riêng của chất lỏng là không đổi.Phương trình liên tục được thiết lập dựa trên định luật bảo toàn khốilượng, xét cho một đơn vị thể tích chất lỏng: Khối lượng chất lỏng biến đổitrong một đơn vị thể tích sẽ bằng khối lượng chất lỏng đi vào trừ khối lượngchất lỏng đi ra khỏi đơn vị thể tích chất lỏng đó

Với giả thiết khối lượng riêng của chất lỏng là không đổi, phương trình

- Q là lưu lượng dòng chảy tại mặt cắt vào (m3/s);

- q là lưu lượng bổ sung trên một đơn vị chiều dài dọc sông (m2/s);

-  là khối lượng riêng của chất lỏng (kg/m3);

- A là diện tích mặt cắt ướt, A = A (x,t)

Phương trình động lượng:

Phương trình động lượng được thiết lập dựa trên định luật bảotoàn động lượng, với giả thiết là lưu lượng dòng gia nhập bên q, hệ số trở lựcthủy lực được tính bằng công thức thực nghiệm Chezy Phương trình độnglượng cơ

bản thiết lập trong hệ phương trình Sain-Venant có dạng sau:

Công thức thực nghiệm Manning có dạng: A2 R4 / 3

Do đó để tính toán mô phỏng chế độ dòng chảy trong sông, mô hìnhMIKE 11 dựa trên cơ sở giải hệ phương trình Saint-Venant được thiết lập baogồm 2 phương trình tạo thành hệ hai phương trình hai ẩn có dạng như sau:

1.5.2.2 Phương trình cơ bản của modul truyền tải khuếch tán (AD) và

modul sinh thái Ecolab

Ngoài mô đun thuỷ lực (HD) là phần trung tâm của mô hình làm nhiệm

vụ tính toán thuỷ lực, MIKE 11 còn cho phép chúng ta giải quyết một số vấn

đề thông qua các mô đun khác trong đó có vấn đề chất lượng nước

a Mô đun truyền tải khuyếch tán

Qúa trình truyền tải (Advection) của mô hình mô phỏng chuyển độngcủa các chất hòa tan từ một điểm A tới một điểm B nào đó, trong khi quátrình khuếch tán (Dispersion) mô phỏng chuyển động của chất hòa tan dựatrên sự pha trộn và vận động của nước

Hình 1.1: Sự vận chuyển các chất hòa tan trong quá trình truyền tải và

b Mô đun sinh thái (Ecolab)

Mô đun sinh thái (Ecolab) trong mô hình MIKE 11 giải quyết khía cạnhchất lượng nước trong sông tại những vùng bị ảnh hưởng bởi các hoạtđộng dân sinh kinh tế… Mô đun này đi kèm với mô đun tải - khuyếch tán(AD), điều này có nghĩa là mô đun chất lượng nước giải quyết các quá trìnhbiến đổi

sinh học của các hợp chất trong sông còn mô đun tải - khuyếch tán (AD) đượcdùng để mô phỏng quá trình truyền tải khuyếch tán của các hợp chất đó.

Mô đun sinh thái tính toán tới 13 thông số chất lượng nước với 6 cấp độkhác nhau, mô phỏng và biểu diễn những quá trình chuyển hóa giữa các hợpphần có liên quan tới các quá trình Cụ thể như sau:

- Tính toán lượng oxy hoà tan trong nước (Dissolved Oxygen – DO):

bao gồm các quá trình tương tác với ôxy khí quyển trên bề mặt, quá trình hôhấp và quang hợp của sinh vật dưới nước, tiêu thụ ôxy trong quá trìnhchuyển hoá Ammonia thành Nitrate, nhu cầu ôxy đáy;

- Tính toán nhu cầu ôxy sinh hoá (Biological Oxygen Demand –

BOD): tính toán được các hợp phần BOD riêng rẽ: BOD lơ lửng, BOD hòa

tan trong nước và BOD trong lớp bùn đáy Mô hình còn tính toán các quátrình sinh hóa của BOD là quá trình phân rã và các quá trình chuyển hóa giữacác hợp phần BOD

- Tính toán Phốtpho: tính toán hợp phần Phốtpho riêng biệt:

Orthophophate và Particulate Phosphorus, các quá trình sinh hóa xảy ranhư thu nhận phốtpho từ quá trình phân rã BOD, tiêu hao phốtpho do sinhvật hấp

thụ

- Tính toán Amonia: do quá trình phân hủy BOD, tiêu hao do chuyển

hóa thành Nitrate, do thực vật và vi khuẩn hấp thụ

- Tính toán Nitrate: do quá trình chuyển hóa từ Ammonia sang Nitrate

(quá trình Nitrate hoá), chuyển hóa thành Nitơ tự do

- Tính toán Coliform: mô hình có thể tính được Coliform theo hai hợp

phần là Faecol Coliform và Total Coliform

Ngoài ra modul Ecolab cho phép mô phỏng trạng thái chất lượng nước ở

6 cấp độ:

- Cấp 1 (BOD và DO): Cân bằng ôxy đơn giản chỉ tính toán nhu cầu

ôxy phân hủy tức thời

- Cấp 2 (BOD, với sự trao đổi oxy tầng đáy): Cân bằng ôxy bao gồm nhu

cầu ôxy phân huỷ tức thời và ôxy trao đổi tầng đáy (trầm tích)

- Cấp 3 (BOD, DO và quá trình nitrat hoá): Cân bằng ôxy bao gồm nhu

cầu ôxy phân huỷ tức thời và ôxy tiêu thụ trong chu trình nitrát hoá

- Cấp 4 (BOD, với sự trao đổi oxy tầng đáy và oxy cho quá trình nitrat

hoá và phản nitrat hoá): Cân bằng ôxy bao gồm tất cả nhu cầu ôxy ở cấp mô

hình 2 và 3, ngoài ra còn tính cả nhu cầu ôxy chu trình phản nitrát hoá

- Cấp 5 (BOD và DO, bao gồm cả oxy cho phân huỷ chậm): BOD ở cấp

này chia làm 3 loại khác nhau: BOD các chất hoà tan trong nước, BOD cácchất dạng lơ lửng, huyền phù trong nước, BOD các chất lắng đọng ở tầng đáysông và mô phỏng cả nhu cầu ôxy cho phân huỷ chậm ở tầng đáy sông

- Cấp 6 (tất cả các quá trình): Mô phỏng BOD như ở mô hình cấp 5 và

các thành phần khác được mô phỏng như ở cấp mô hình 4 ngoài ra còn baogồm cả các thành phần ammoni và nitrat

- Cấp 6 và Coli: Mô phỏng các chỉ tiêu giống như cấp 6, ngoài ra có

thêm Coliform

- Cấp 6 và Coli + P: Mô phỏng các chỉ tiêu giống như cấp 6, ngoài ra có

thêm Coliform và PO43-

1.5.3 Thông số cho mô hình MIKE11

1.5.3.1 Điều kiện biên đầu vào:

Số liệu thực đo của các chỉ tiêu chất lượng nước và lưu lượng dòng chảytại các điểm tương ứng với các biên thủy văn, tại các dòng gia nhập hệ thốngsông.

b) Dữ liệu về nguồn thải và chất lượng nước thải

Dữ liệu nồng độ các chỉ tiêu chất lượng nước thải tại các điểm xả thải Các số liệu về nguồn thải này chủ yếu được thu thập từ các báo cáo, các

đề tài, thu thập từ khảo sát thực địa

Dữ

li ệu đầu v à o cho mô hình M i ke 1 1 H D, A D, Ecolab

a) Dữ liệu đầu vào cho mô hình Mike HD

Dữ liệu đầu vào cho mô hình Mike HD bao gồm dữ liệu mạng sông, dữliệu mặt cắt ngang sông và dữ liệu thủy văn (mực nước, lưu lượng)

b) Dữ liệu đầu vào cho mô hình Mike AD

Mô đun tải khuếch tán mô phỏng lan truyền các chất trong sông Khi lựachọn mô phỏng chất lượng nước, cần kích hoạt mô đun AD để mô phỏng lantruyền các chất ô nhiễm trong nguồn nước

c) Format dữ liệu đầu vào cho mô hình Mike Ecolab

Mô đun tải khuếch tán AD chỉ có thể mô phỏng quá trình lan truyền cácchất ô nhiễm trong sông, tuy nhiên trong thực tế các chất ô nhiễm trongsông không tồn tại đơn lẻ mà chúng cùng tồn tại và tham gia các phản ứngsinh hóa khác nhau Do vậy để mô phỏng chính xác mức độ lan truyền chất ônhiễm đoạn sông nghiên cứu ngoài việc sử dụng mô đun AD mô phỏng phântán chất ô nhiễm, cần mô phỏng các quá trình tham gia phản ứng sinh hóa.Nghiên c ứ u y ê u c ầu v ề hiệu chỉnh mô hì n h M i ke 11 HD, AD, E c olab

Yêu cầu về hiệu chỉnh mô hình: Bộ thông số của mô hình của bướchiệu chỉnh được xem là phù hợp khi sai lệch giữa dữ liệu thực đo và tính toánnằm trong giới hạn cho phép Cụ thể, đối với mô đun HD, độ chính xác của bộthông số được đánh giá bởi hệ số NASH Nếu NASH ≥ 90% thì đạt yêu cầu;

đối với mô đun AD và Ecolab thì sai số giữa thực đo và tính toán ≤ 10% thìđạt yêu cầu.

Nghiên c ứ u y ê u c ầu v ề ki ể m định m ô hì n h M i ke 11 HD, AD, E c olab

- Kiểm định mô hình phải được thực hiện với dữ liệu độc lập, khôngnằm trong dữ liệu đã dùng ở bước hiệu chỉnh

- Nếu kết quả tính toán phù hợp với dữ liệu thực đo thông quaviệc đánh giá các chỉ số NASH và sai số (như bước hiệu chỉnh) thì có thể kếtluận bộ thông số tìm được phù hợp với mô hình cho khu vực nghiên cứu

- Nếu kết quả không phù hợp thì tiến hành thay đổi bộ thông số vàchạy lại từ bước hiệu chỉnh

1.5.3.2 Về đầu ra, có các tính năng trình bày báo cáo tiên tiến, bao gồm:

- Màu của bản đồ trong horizontal plan cho hệ thống dữ liệu và kết quả

- Trình bày kết quả bằng hình động trong sơ đồ mặt ngang, dọc và chuỗithời gian

- Thể hiện các kết quả bằng hình động đồng thời

- Trình bày chuỗi thời gian mở rộng

- Tiện ích copy và dán (paste) để xuất các bảng kết quả hoặc trình bàybản đồ vào các ứng dụng khác (trang bảng tính, word hoặc các dạng khác)

1.6 Vị trí nghiên cứu

Tỉnh Thái Nguyên là trung tâm chính trị, kinh tế của khu Việt Bắc nóiriêng, của vùng trung du miền núi đông bắc nói chung, là cửa ngõ giao lưukinh tế xã hội giữa vùng trung du miền núi với vùng đồng bằng Bắc Bộ; phíaBắc tiếp giáp với tỉnh Bắc Kạn, phía Tây giáp với các tỉnh Vĩnh Phúc, TuyênQuang, phía Đông giáp với các tỉnh Lạng Sơn, Bắc Giang và phía Nam tiếp giápvới thủ đô Hà Nội (cách 80 km); diện tích tự nhiên 3.562,82 km², có tọa độđịa lý: 20020’ vĩ độ Bắc và 105025’ kinh độ Đông

Tỉnh Thái Nguyên có 9 đơn vị hành chính: Thành phố Thái Nguyên; Thị

xã Sông Công và 7 huyện: Phổ Yên, Phú Bình, Đồng Hỷ, Võ Nhai, Định Hóa, Đại

Từ, Phú Lương Tổng số gồm 180 xã, trong đó có 125 xã vùng cao và miền

núi, còn lại là các xã đồng bằng và trung du (Hình 1.2).