Nghiên cứu sử dụng phần mềm Qual2KW trong quản lý chất lượng nước một lưu vực sông

Nghiên cứu sử dụng phần mềm Qual2KW trong quản lý chất lượng nước một lưu vực sông Nghiên cứu sử dụng phần mềm Qual2KW trong quản lý chất lượng nước một lưu vực sông Nghiên cứu sử dụng phần mềm Qual2KW trong quản lý chất lượng nước một lưu vực sông luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

TẠ NGỌC HẢI LINH

NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG PHẦN MỀM QUAL2KW TRONG QUẢN LÝ CHẤT LƯỢNG NƯỚC MỘT LƯU VỰC SÔNG

Chuyên ngành: QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS TRỊNH THÀNH

L ỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi và được sự hướng dẫn của TS Trịnh Thành Các nội dung nghiên cứu, kết quả trong đề tài này

giả thu thập từ các nguồn khác nhau có ghi rõ trong phần tài liệu tham khảo

đến những vi phạm tác quyền, bản quyền do tôi gây ra trong quá trình thực hiện (nếu có)

Hà N ội, ngày 13 tháng 09 năm 2018

H ỌC VIÊN

T ạ Ngọc Hải Linh

Mục lục

LỜI CAM ĐOAN 1

DANH MỤC HÌNH ẢNH 5

DANH MỤC BẢNG BIỂU 6

LỜI CẢM ƠN 7

MỞ ĐẦU 8

I Tính cấp thiết và ý nghĩa của đề tài nghiên cứu 8

II Mục tiêu và phương phápnghiên cứu 9

III Nội dung và phạm vi nghiên cứu 10

IV Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài 10

V Kết cấu của luận văn 11

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HIỆN TRẠNG MÔI TRƯỜNG NƯỚC VÀ MỘT SỐ CÔNG CỤ TRỢ GIÚP QUÁ TRÌNH RA QUYẾT ĐỊNH QUẢN LÝ QUẢN LÝ CHẤT LƯỢNG NƯỚC 12

1.1 Tổng quan về chất lượng nước và tầm quan trọng của nước về KT - XH - MT.12 1.1.1 Chất lượng nước và tầm quan trọng của nước 12

1.1.2 Hiện trạng chất lượng nước tại các lưu vực sông Việt Nam 14

1.1.3 Nguyên nhân suy thoái khối lượng và chất lượng nước tại các lưu vực sông 19 1.1.4 Hậu quả của ô nhiễm nguồn nước 20

1.2 Quản lý lưu vực sông và một số mô hình hóa hỗ trợ công tác quản lý lưu vực sông 21

1.2.1 Khái niệm chung về quản lý lưu vực sông 21

1.2.2 Một số chương trình quản lý lưu vực sông điển hình 23

1.2.3 Một số mô hình hỗ trợ trong quản lý môi trường, chất lượng nước 26

1.3 Giới thiệu về sông Đào - Nam Định 32

1.3.1 Lưu vực sông Đào - Nam Định 32

1.3.2 Nguồn gây ô nhiễm sông Đào - Nam Định 34

1.3.3 Thực trạng quản lý chất, kiểm soát ô nhiễm sông Đào - Nam Định 35

CHƯƠNG II: PHẦN MỀM QUAL2KW VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU37 2.1 Phương pháp nguyên cứu 37

2.1.2 Nguyên tắc phân đoạn sông 37

2.1.3 Cân bằng dòng chảy 39

2.1.4 Đặc điểm thủy lực 39

2.1.5 Thời gian chảy truyền 41

2.1.6 Lan truyền dọc theo sông 41

2.1.7 Cân bằng nhiệt 42

2.1.8 Cân bằng nồng độ 43

2.1.9 Các phản ứng hóa sinh 43

2.1.10 Biến phức hợp 44

2.1.11 Mối quan hệ giữa các biến của mô hình với dữ liệu 45

2.1.12 Các biến được sử dụng trong mô hình 47

2.2 Cơ sở hiệu chỉnh dữ liệu trong mô hình 49

CHƯƠNG III: ÁP DỤNG MÔ HÌNH QUAL2KW TRONG QUẢN LÝ LƯU VỰC SÔNG ĐÀO – NAM ĐỊNH 52

3.1 Kết quả thu thập dữ liệu và hiệu chỉnh mô hình 52

3.1.1 Thu thập dữ liệu về địa hình, thủy lực, khí tượng thủy văn 53

3.1.2 Tính toán các nguồn nước thải vào sông Đào – Nam Định 57

3.1.3 Chất lượng nước sông Đào - Nam Định tháng 6 năm 2015 61

3.1.4 Các hệ số động học được sử dụng trong mô hình 63

3.2 Kết quả hiệu chỉnh mô hình chất lượng nước sông 67

3.3 Ứng dụng mô hình QUAL2Kw trong quản lý chất lượng nước lưu vực sông Đào theo các kịch bản 70

3.3.1 Tính toán mô hình hóa cho các kịch bản 72

3.3.2 Kết quả tính toán mô hình cho các kịch bản 76

3.4 Đề xuất giải pháp quản lý 79

KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 83

1 Kết luận 83

2 Những khuyến nghị 84

TÀI LIỆU THAM KHẢO 85

PHỤ LỤC 87

DANH M ỤC CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC HÌNH ẢNH

đoạn 2011 -2015

Bình trong giai đoạn 2011 -2015

giai đoạn 2011 - 2014

Hình 2.2 Chia đoạn sông thành các phần tử

Hình 2.4 Mặt cắt hình thang

Hình 2.7 Mô hình động lượng và quá trình lan truyền chất

Hình 3.5 Kết quả mô phỏng NH4 và kết quả đo thực

Hình 3.8 Kết quả BOD5 theo kịch bản

Hình 3.9 Kết quả NH4+ theo kịch bản

DANH M ỤC BẢNG BIỂU

Bảng 3.1 Các dữ liệu về địa hình, thủy lực

Bảng 3.5 Vị trí các nguồn thải so với cuối đoạn sông

Bảng 3.11 Các hệ số động học

đoạn 2030

L ỜI CẢM ƠN

nước một lưu vực sông” là kết quả của quá trình cố gắng không ngừng của bản thân

và được sự giúp đỡ, động viên khích lệ của các thầy, bạn bè đồng nghiệp và người

Thành đã trực tiếp tận tình hướng dẫn cũng như cung cấp tài liệu cần thiết cho luận văn này

tôi hoàn thành tốt Luân văn của mình

đỡ tôi trong quá trình học tập và thực hiện Luận văn

Hà N ội, ngày 13 tháng 09 năm 2018

H ỌC VIÊN

T ạ Ngọc Hải Linh

M Ở ĐẦU

I Tính cấp thiết và ý nghĩa của đề tài nghiên cứu

Nước là nguồn tài nguyên vô cùng quý giá cho sự sống của loài người, là nhân tố quan trọng tác động trực tiếp hoặc gián tiếp lên hầu hết các lĩnh vực kinh tế,

người càng ngày thải ra nhiều chất thải vào môi trường làm cho chúng bị suy thoái

nước một cách không hợp lý đã dẫn tới nhiều hậu quả nghiêm trọng ảnh hưởng đến môi trường sống của con người và toàn bộ sinh vật trên trái đất Có quản lý tốt,

phục tình trạng nước bị ô nhiễm

đánh giá mô phỏng chất lượng nước mặt thời điểm hiện tại và tương lai để có thể có

đang phát triển, đạt được thành công lớn trong những năm gần đây Các mô hình

lượng nước cần phải đưa ra dự báo các tình huống, diễn biến chất lượng nước theo

tương lai Công tác dự báo chính xác cần phải có mô hình đúng, từ đó mới đưa ra

hiệu chỉnh các thông số của mô hình và đánh giá sự tương hợp của mô hình Trên

cơ sở mô hình đúng, bài toán quản lý sẽ đưa ra các phương hướng, giải pháp tốt

Để mô phỏng chất lượng nước kênh sông cần phải giải quyết bài toán dòng

lượng nước của Cục môi trường Mỹ Mô hình này được sử dụng rộng rãi để dự đoán hàm lượng tải trọng của các chất thải cho phép thải vào sông Chính vì vậy tôi

lượng nước một lưu vực sông” để góp phần vào công tác quản lý và sử dụng bền

tỉnh Nam Định nói riêng

II Mục tiêu và phương phápnghiên cứu

2.1 M ục tiêu chung

một lưu vực sông

2.2 M ục tiêu cụ thể

- Tìm hiểu cơ sở lý thuyết, thuật toán trong phần mềm

sông Nam Định, tỉnh Nam Định

2.3 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp phân tích và tổng hợp tài liệu

III Nội dung và phạm vi nghiên cứu

lượng nước

Định và đưa ra các biện pháp quản lý, trong phạm vi đề tài chọn sông Đào tỉnh Nam Định làm đối tượng nghiên cứu, trong đó sẽ tập trung nghiên cứu mô hình hóa cho

IV Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài

- Cung cấp thông tin về hiện trạng chất lượng nước sông Đào

hợp lý tài nguyên nước

V Kết cấu của luận văn

Lu ận văn được trình bày ngoài các phần Mở đầu, Kết luận và Tài liệu tham

kh ảo luận văn có 3 chương chính như sau:

Chương I: Tổng quan về hiện trạng môi trường nước và một số công cụ trợ giúp quá trình ra quyết định quản lý chất lượng nước

Chương II: Mô hình QUAL2Kw và phương pháp nghiên cứu

Chương III: Áp dụng mô hình QUAL2Kw trong quản lý lưu vực sông Đào – Nam Định

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HIỆN TRẠNG MÔI TRƯỜNG NƯỚC VÀ

M ỘT SỐ CÔNG CỤ TRỢ GIÚP QUÁ TRÌNH RA QUYẾT ĐỊNH QUẢN LÝ

QU ẢN LÝ CHẤT LƯỢNG NƯỚC 1.1 Tổng quan về chất lượng nước và tầm quan trọng của nước về KT - XH -

MT

1.1.1 Chất lượng nước và tầm quan trọng của nước

Cũng như không khí và ánh sáng, nước không thể thiếu được trong đời sống con người Trong quá trình hình thành sự sống trên Trái đất thì nước và môi trương nước đóng vai trò quan trọng Nước tham gia vào vai trò tái sinh thế giới hữu cơ, tham gia vào quá trình trao đổi chất Những phản ứng lý hóa học diễn ra với sự

trong quá trình sinh trưởng và phát triển của hệ sinh vật

Nước còn đóng vai trò là nhân tố quan trọng tác động trực tiếp hoặc gián tiếp

các vấn đề về sức khỏe

Sự phát triển càng ngày càng cao của nền công nghiệp trên toàn thế giới càng làm tăng nhu cầu về nước, đặc biệt đối với một số ngành sản xuất như chế biến thực phẩm, dầu mỏ, giấy, luyện kim, hóa chất , chỉ 5 ngành sản xuất này đã

nước để sản xuất một thùng bia chừng 120 lít, cần 3.000 lít nước để lọc một thùng dầu mỏ chừng 160 lít, cần 300.000 lít nước để sản xuất 1 tấn giấy hoặc 1,5 tấn thép, cần 2.000.000 lít nước để sản xuất 1 tấn nhựa tổng hợp [6]

Sự phát triển trong sản xuất nông nghiệp như sự thâm canh tăng vụ và mở rộng diện tích đất canh tác cũng đòi hỏi một lượng nước ngày càng cao Người ta ước tính được mối quan hệ giữa lượng nước sử dụng với lượng sản phẩm thu được trong quá trình canh tác như sau: để sản xuất 1 tấn lúa mì cần đến 1.500 tấn nước, 1 tấn gạo cần đến 4.000 tấn nước và 1 tấn bông vải cần đến 10.000 tấn nước Dự báo

nhu cầu về nước trong nông nghiệp đến năm 2000 sẽ lên tới 3.400 km3/năm, chiếm 58% tổng nhu cầu về nước trên toàn thế giới [6]

Theo ước tính thì các cư dân sinh sống kiểu nguyên thủy chỉ cần 5 - 10 lít nước/ người/ ngày Ngày nay, do sự phát triển của xã hội loài người ngày càng cao nên nhu cầu về nước sinh hoạt và giải trí ngày cũng càng tăng theo nhất là ở các thị trấn và ở các đô thị lớn, nước sinh hoạt tăng gấp hàng chục đến hàng trăm lần nhiều hơn Theo sự ước tính đó thì đến năm 2000, nhu cầu về nước sinh hoạt và giải trí sẽ tăng gần 20 lần so với năm 1900, tức là chiếm 7% tổng nhu cầu nước trên thế giới [6]

Ngoài ra, còn rất nhiều nhu cầu khác về nước trong các hoạt động khác của con người như giao thông vận tải, giải trí ở ngoài trời như đua thuyền, trượt ván, bơi lội nhu cầu này cũng ngày càng tăng theo sự phát triển của xã hội

Trong thập niên 60, ô nhiễm nước lục địa và đại dương gia tăng với nhịp độ đáng lo ngại Tiến độ ô nhiễm nước phản ánh trung thực tiến bộ phát triển kỹ nghệ Ví dụ như nước Anh: Ðầu thế kỷ 19, sông Tamise rất sạch Nó trở thành ống cống lộ thiên vào giữa thế kỷ này Các sông khác cũng có tình trạng tương tự trước khi người ta đưa ra các biện pháp bảo vệ nghiêm ngặt Nước Pháp rộng hơn, kỹ nghệ phân tán và nhiều sông lớn, nhưng vấn đề cũng không khác bao nhiêu Dân Paris còn uống nước sông Seine đến cuối thế kỷ 18 Từ đó vấn đề đổi khác: các sông lớn và nước ngầm nhiều nơi không còn dùng làm nước sinh hoạt được nữa, 5.000 km sông của Pháp bị ô nhiễm mãn tính Sông Rhin chảy qua vùng kỹ nghệ hóa mạnh, khu vực có hơn 40 triệu người, là nạn nhân của nhiều tai nạn (như nạn

xuyên

Tại Trung Quốc: Vụ nổ tại nhà máy hóa dầu ở Thành phố Cát Lâm (13/1/2005) gây ô nhiễm nghiêm trọng sông Tùng Hoa với chất benzen, nồng độ ô nhiễm vượt quy chuẩn cho phép đến 50 lần [6]

1.1.2 Hiện trạng chất lượng nước tại các lưu vực sông Việt Nam

sông liên tỉnh và lưu vực sông nội tỉnh

đồng bằng phù sa, chủ yếu là ở Đồng bằng sông Hồng và Đồng bằng sông Cửu

Việt Nam

,

Việt Nam là quốc gia có hệ thống sông ngòi dày đặc với tổng lượng dòng

mặt hàng năm là từ ngoài biên giới chảy vào Chất lượng nước mặt của Việt Nam đang có chiều hướng ngày càng bị suy thoái, ô nhiễm, cạn kiệt bởi nhiều nguyên

cuộc sống, đô thị hoá cũng như quản lý, bảo vệ, khai thác, sử dụng tài nguyên nước

cơ sẽ kéo theo nhiều hệ luỵ khó lường

Chất lượng các nguồn nước mặt đang suy giảm rõ rệt Nhiều sông, hồ, kênh, rạch ở các thành phố lớn, các khu dân cư tập trung đang dần biến thành nơi chứa

tình trạng ô nhiễm môi trường nước mặt từ nguồn nước thải sinh hoạt, sản xuất

kịp thời

đoạn, tập trung ở vùng trung lưu và hạ lưu (đặc biệt là các đoạn chảy qua khu vực

đô thị, khu công nghiệp, làng nghề), nhiều nơi ô nhiễm đã ở mức nghiêm trọng, như

ở LVS Nhuệ - Đáy, LVS Cầu, LVHTS Đồng Nai Mức độ ô nhiễm phụ thuộc vào

và đặc biệt phụ thuộc vào việc kiểm soát các nguồn thải đổ vào nguồn nước

Môi trường nước mặt tại các khu vực bị ô nhiễm hầu hết do các chất hữu cơ

và vi

động giao thông thủy phát triển, hoặc những đoạn sông tiếp nhận nước thải công

nước mặt tại một số khu vực đã có sự cải thiện do việc thực hiện các dự án đầu tư

các đô thị lớn như Tp Hồ Chí Minh và Hà Nội Qua số liệu thống kê trong báo cáo môi trường Quốc gia giai đoạn 2011 - 2015, ta có thể nhận thấy diễn biến chất lượng nước của nước ta qua một số lưu vực sông điển hình như sau [1] :

Hình 1.1 Diễn biến giá trị COD trên sông Kỳ Cùng và phụ lưu

trong giai đoạn 2011 -2015 [1]

giai đoạn 2011 -2015[1]

Hình 1.3 Diễn biến tỷ lệ vượt chuẩn của một số thông số trong nước mặt trên LVS

Hình 1.5 Diễn biến hàm lượng DO trên sông Sài Gòn giai đoạn 2011 - 2015 [1]

giai đoạn 2011 - 2014 [1]

Tài nguyên nước ở nước ta được sử dụng chủ yếu phục vụ sản xuất nông nghiệp, ngư nghiệp, cấp nước cho sinh hoạt, thuỷ điện và công nghiệp:

nông nghiệp, cho chăn nuôi và nuôi trồng thủy sản

dào, với hơn 2.000 sông suối lớn, nhỏ phân bố trên khắp lãnh thổ

dụng nước cho sinh hoạt được xem xét ở hai khu vực là thành thị và nông thôn

cũng cần sử dụng một lượng nước tương đối lớn cho các công việc như: nước rửa đường, tưới cây, rửa phương tiện giao thông, nước làm mát…

Nước dùng trong sinh hoạt của dân cư ngày càng tăng nhanh do tăng dân số

và các đô thị Nước cống từ nước thải sinh hoạt cộng với nước thải của các cơ sở tiểu thủ công nghiệp trong khu dân cư là đặc trưng ô nhiễm của các đô thị ở nước ta

1.1.3 Nguyên nhân suy thoái khối lượng và chất lượng nước tại các lưu vực sông

nước như sự gia tăng dân số, mặt trái của quá trình công nghiệp hoá, hiện đại hoá,

cơ sở hạ tầng yếu kém, lạc hậu, nhận thức của người dân về vấn đề môi trường còn chưa cao… Đáng chú ý là sự bất cập trong hoạt động quản lý, bảo vệ môi trường

vụ bảo vệ môi trường nước chưa sâu sắc và đầy đủ, chưa thấy rõ ô nhiễm môi trường nước là loại ô nhiễm gây nguy hiểm trực tiếp, hàng ngày và khó khắc phục đối với đời sống con người cũng như sự phát triển bền vững của đất nước

là nước thải sinh hoạt, y tế, công nghiệp và nông nghiệp Các nguồn thải này hiện nay đang có xu hướng gia tăng cả về số lượng và quy mô do không kiểm soát được

- Sự hạn chế, bất cập của cơ chế, chính sách, pháp luật về bảo vệ môi trường

hiện cụ thể đã được đưa ra như: Nghị định số 19/NĐ-CP ngày 14 tháng 02 năm

2015 quy định chi tiết thi hành một số điều Luật Bảo vệ Môi trường, Nghị định số 38/2015/NĐ-CP ngày 24 tháng 04 năm 2015 về quản lý chất thải và phế liệu; ngoài

nước thải đã được ban hành và khá hoàn thiện, việc triển khai, tuân thủ trên thực

tiễn đã có nhiều tiến bộ, phù hợp xu thế phát triển kinh tế - xã hội của đất nước

Tuy nhiên, những quy định chun vẫn chưa được cụ thể, xác định rõ trách

vẫn chưa thật sự cụ thể

việc kiểm tra, giám sát về môi trường

nguồn tài nguyên nước nói riêng

1.1.4 Hậu quả của ô nhiễm nguồn nước

Nước là nguồn tài nguyên quan trọng để duy trì sức khỏe con người và hàng

- Bệnh liên quan đến nước: Về tổng thể bệnh liên quan đến nước là một nguyên nhân hàng đầu dẫn đến tử vong hoặc ốm đau ở rất nhiều nơi thuốc các nước đang phát triển Các bệnh liên quan đến nước được gây ra bởi dung nguồn nước ô nhiễm do chất thải con người và động vật chứa những ký sinh trùng, vi khuẩn hoặc

vi rút gây bệnh

đang phát triển cũng như các nước công nghiệp là do phản ứng với ô nhiễm nước do hóa chất như kim loại, chất độc và các hợp chất tổng hợp khó phân hủy Việc nhiễm các hóa chất có trong nước liên quan đến nhiều bệnh kinh liên bao gồm ung thư, tổn thương phổi và đẻ non… Một số hóa chất như PCB, DDT, dioxin và ít nhất 80 chất bảo vệ thực vật được coi là “hủy diệt nội tạng” là những hóa chất có thể can thiệp vào sinh lý tự nhiên của con người làm giảm sức đề kháng bệnh tật và tác động đến sức khỏe sinh sản

Như vậy, hiện nay, một số khu vực trên lãnh thổ Việt Nam đang phải đối mặt

đảm bảo chất lượng nước tốt là yêu cầu rất cần thiết đối với Việt Nam

1.2 Q uản lý lưu vực sông và một số mô hình hóa hỗ trợ công tác quản lý lưu vực sông

1.2 1 Khái niệm chung về quản lý lưu vực sông

đích phân loại mức độ bền vững và ảnh hưởng của các công trình, dự án đến chức năng của lưu vực tác động đến thảm thực vật, động vật và con người trong ranh giới lưu vực Các thông số đánh giá bao gồm nguồn nước cấp, chất lượng nước, tháo nước qua kênh dẫn, nước mưa, luật pháp và công tác quy hoạch và sử dụng lưu vực Người sử dụng đất, chính sách sử dụng đất, các chuyên gia quản lý nước mặt, các

nhà hoạt động môi trường, các nhà đánh giá và cộng đồng sử dụng nước đóng một vai trò thiết yếu trong công tác quản lý lưu vực sông (wikipedia)

trên thế giới đều phải chịu áp lực rất lớn của các hoạt động phát triển kinh tế xã hội,

sút, gia tăng các mâu thuẫn trong sửdụng nước giữa các ngành dùng nước khác nhau cũng như giữa thượng lưu và hạ lưu Có thể thấy rõ một thực tế là các lưu vực sông ngày nay đáp ứng ngày càng khó khăn hơn các nhu cầu xã hội khác nhau, bao

động sản xuất, và cũng vì thế ngày nay càng cần phải tăng cường hoạt động quản

lý lưu vực sông

các tài nguyên sinh thái khác;

cho các thế hệ hiện tại và tương lai

lượng môi trường của lưu vực sông không cho nó suy thoái Đồng thời, trong quản

lý lưu vực sông ngoài quản lý tài nguyên nước, các hoạt động quản lý còn phải vươn rộng hơn sang các tài nguyên liên quan khác như tài nguyên đất, rừng, quản lý

vực có ảnh hưởng đến các tài nguyên như là việc định cư dân số, phát triển đô thị, công nghiệp, nông nghiệp

nước phát triển như các nước châu Âu, Mỹ, Pháp, Úc, Trung Quốc, Nhật Bản,… đã

1.2.2 M ột số chương trình quản lý lưu vực sông điển hình

- Hệ thống quản lý lưu vực sông ở nước Pháp:

Pháp là một quốc gia có điều kiện kinh tế - xã hội phát triển, vấn đề chất lượng và số lượng tài nguyên nước đã được qua tâm từ rất sớm (Ban hành Luật nước năm 1964) Dựa vào 6 sông lớn, ở Pháp đã ghép một số sông nhỏ gần 6 sông lớn thành 6 lưu vực sông và lấy việc quản lý thống nhất theo 6 LVS này làm nền tảng của việc quản lý nước Ở mỗi cấp lưu vực có Uỷ ban Lưu vực và Cơ quan quản

lý lưu vực [5]:

Việc áp dụng hệ thống quản lý này đã giúp tiết kiệm được TNN đáng kể,

6 Cơ quan quản lý lưu vực

trường theo lưu vực

B Ộ MÔI TRƯỜNG

việc quản lý chung về chất lượng và số lượng nước và hệ sinh thái Sử dụng các công cụ kỹ thuật và công cụ khoa học kỹ thuật hện đại, áp dụng các công cụ kinh tế thu phí, giá, thuế là công cụ nhằm đảm bảo sử dụng nước tiết kiệm Qua đó, chất gây ô nhiễm thải vào nguồn nước được quản lý chặt chẽ, chất lượng nước cấp nâng cao đáng kể, cảnh quan mặt nước sông hồ được cải thiện,

Mô hình quản lý theo các uỷ ban LVS song song với Cục quản lý nước

đã được thực hiện tại Pháp từ những năm 1960 là một ví dụ điển hình chứng minh xu hướng tổ chức quản lý theo LVS là hệu quả và phù hợp cho đến ngày nay

- Tại Trung Quốc:

Trong bối cảnh phát triển kinh tế - xã hội, dân số, công nghiệp, nông nghiệp nhanh chóng đã gây áp lực lớn đến các con sông tại quốc gia này Chất lượng nước sông bị ô nhiễm nghiêm trọng, nhu cầu sử dụng nước trong lưu vực lớn nhưng lưu lượng nước tương đối nhỏ Đối mặt với những thách thức TNN,

Ủy ban bảo tồn sông đã được thành lập có nhiệm vụ quản lý toàn diện LVS

Đến nay, ở Trung Quốc hiện có 7 Ủy ban quản lý LVS, nhưng chỉ có duy nhất Ủy ban sông Hoàng Hà quản lý trực tiếp toàn lưu vực với ba nhiệm vụ cơ bản là quản lý vùng hạ lưu, quản lý lũ, quản lý và phân phối nguồn nước [5] Nhiệm vụ của ủy ban gồm:

Nước, luật Bảo vệ đất và nước) trong phạm vi lưu vực;

và dài hạn về phát triển TNN trên toàn lưu vực;

hoạch tổng thể và các quy hoạch chuyên ngành có liên quan nhằm quản lý thống nhất TNN, quan trắc và đánh giá TNN trên lưu vực;

vùng cửa sông, phòng chống lũ lụt; điều phối giải quyết các tranh chấp về nước

giữa các ngành và các địa phương, hướng dẫn và quản lý tổng thể các khu vực bị

tra các dự án kỹ thuật do trung ương và địa phương đầu tư;

- Tại Australia:

Để quản lý LVS Murray - Darling [5] là một trong những con sông lớn trên

thành lập vào năm 1985 bao gồm một hội đồng, một ủy ban và nhiều nhóm đại diện cho các cộng đồng Cơ cấu này tạo nên một diễn đàn để hoạch định các

nghiêm trọng về môi trường trong lưu vực

Chức năng của hội đồng là: Xem xét các vấn đề về chính sách liên quan đến lợi ích chung của chính quyền và các bang trong quy hoạch và quản lý nhằm

sử dụng hiệu quả và bền vững các nguồn TNN, đất và môi trường của lưu vực

bền vững các tài nguyên đó (Biên bản thỏa thuận lưu vực Murray + Darling,

quan đến toàn lưu vực thông qua quyết định đồng thuận Hội đồng dựa vào chính quyền các bang để thi hành các quyết định đó

quy hoạch, phát triển và quản lý các nguồn tài nguyên thiên nhiên trong lưu vực;

nguồn tài nguyên thiên nhiên trong lưu vực; (3) điều phối việc thực hiện hoặc khi được hội đồng giao, trực tiếp thực hiện các giải pháp đó; (4) triển khai các chính sách và quyết định của hội đồng

Mô hình quản lý lưu vực Murray - Darling hiện đang hoạt động khá hiệu quả và được nhiều nước coi như là một trong những mô hình mẫu mực cần được học tập

Từ một số quy trình và hệ thống tổ chức quản lý hiện đang được áp dụng trên thế giới, tác giả nhận thấy, chuỗi các bước thực hiện quy trình quản lý chất

lượng nước hoặc LVS về cơ bản tương tự nhau Quy trình bắt đầu từ sự xác lập mục tiêu, sử dụng các công cụ kỹ thuật (quan trắc, phân tích, mô hình hóa ) xác định hiện trạng và đánh giá dự báo chất lượng nước, đưa ra quyết định phù hợp, thực thi quyết định và cuối cùng đánh giá lại quy trình thực hiện sau một thời gian thực hiện Các quy trình khác nhau có hướng dẫn chi tiết cụ thể khác nhau để phù hợp đặc trưng riêng của từng LVS, nhưng không có sự khác nhau nhiều giữa các bước thực hiện cơ bản

Chất lượng nước LVS của Việt Nam không phải chất lượng nước tốt (như các nước châu Âu) và mục tiêu của Việt Nam là vừa đảm bảo phát triển KT-XH vừa phát triển bền vững môi trường, nên cần lựa chọn quy trình quản lý chất lượng nước phù hợp, hiệu quả nhưng không đòi hỏi đầu tư kinh tế kỹ thuật quá

Bên cạnh đó, bởi quá trình quản lý LVS đòi hỏi quản lý theo một thể thống nhất với khối lượng dữ liệu thông tin rất lớn mà nếu không có công cụ mô hình hóa thì không thể xử lý hết, hơn nữa để có cơ sở đưa quyết định quản lý đúng cần

dự đoán được xu hướng và đánh giá các kịch bản phát triển trong tương lai Như vậy, công cụ mô hình hóa là công cụ kỹ thuật không thể thiếu của quá trình quản

lý LVS Việc lựa chọn một công cụ mô hình phù hợp với quy trình quản lý là điều cần thiết

1.2.3 Một số mô hình hỗ trợ trong quản lý môi trường, chất lượng nước

A, Khái ni ệm chung về mô hình hóa trong môi trường

Mô hình hóa môi trường là cách tiếp cận toán học mô phỏng diễn biến chất lượng môi trường dưới ảnh hưởng của một hoặc tập hợp các nhân tố có khả năng tác

động đến môi trường, dự báo tác động môi trường và kiểm soát các nguồn ô nhiễm

đất, nước mặt, nước ngầm, nước biển, và không khí của sinh quyển Do đó, mô hình

triển mô hình môi trường trong ngành Quản lý môi trường có thể có một trong những

lý do sau đây:

như là quy trình và vận chuyển các chất ô nhiễm trong môi trường và ảnh hưởng

của nó

(2) Để xác định nồng độ hóa học ngắn hạn và dài hạn trong các khoang khác

ro, ảnh hưởng và rủi ro của hiện tại cũng như đề xuất hóa chất

trọng chất thải khác nhau và / hoặc thay thế quản lý

(4) Để đáp ứng yêu cầu quy định và luật định liên quan đến khí thải môi trường, thải, chuyển nhượng, và các phiên bản của các chất ô nhiễm được kiểm soát

quy trình, lựa chọn thay thế kiểm soát ô nhiễm, v.v

được đề xuất

B, M ột số mô hình hỗ trợ công tác quản lý chất lượng nước

Trên cơ sở mối quan hệ giữa các quá trình, các yếu tố hình thành và ảnh hưởng đến chất lượng nguồn nước, các mô hình chất lượng nước được chia thành

nguồn nước

được xác định từ các mô hình thủy lực, các số liệu thống kê hoặc đo thực nghiệm

như các mô hình QualI, II; Stream I, II [10]

Mô hình mô phỏng sự hình thành chất lượng nguồn nước, sự hình thành các

lượng nước theo thời gian và không gian Thiết lập trên cơ sở ghép nối các mô hình

MIKE SYSTEM

nước

- Mô hình HSPF (Hydrological Simulation Program Fortran (USEPA)

(1984)):

mưa và các thông tin về việc thu nước ở các kênh [10]

- Mô hình SWMM (Storm Water Management Model):

nước cho cả một lưu vực sông với các nguồn thải không điểm Mô hình SWMM là

vùng đất nông nghiệp và các khu vực đô thị với các thông tin về dòng chảy của các

- Mô hình WAPS (USEPA):

tiến hay phức tạp

- Mô hình MIKE:

nước trong dòng chảy sông, cửa sông, hồ hay biển mà áp dụng các phiên bản khác nhau như MIKE 11, MIKE 21, MIKE 3, MIKE SHE, MIKE MOUSE và MIKE BASIN

+ Ưu điểm:

- Các tiện ích đầy đủ, dễ cho người sử dụng

- Thuận tiện cho việc giải quyết các bài toán vừa và nhỏ

+ Nhược điểm:

- Khi phải tính các bài toán lớn thì Mike 11 đòi hỏi nhiều thời gian tính trên

tính, đặc biệt cho các bài toán lan truyền chất nhiều khi không đảm bảo do bản chất

- Mô hình WQRRS (Water quality for River):

động lực với số liệu đầu ra là chất lượng nước sông làm số liệu đầu vào cho mô hình chất lượng nước hồ [10]

- Mô hình QUAL2K:

Environmental Protection Agency; (1971, 1973) và sau này được trình bày trong công trình Qual2E, Enhanced Stream Water Quality Model; EPA, Center for

Mô hình QUAL2K được sử dụng rộng rãi để dự đoán hàm lượng tải trọng

chlorophyl, Nitơ hữu cơ (Norg), nitrit (N-NO2), nitrat (N-NO3-), photpho hữu cơ (Porg), photpho hoà tan, coliform và 3 thông số khác ít biến đổi trong nước

Ứng dụng của mô hình được tìm thấy trong nhiều tài liệu khác nhau như Caroll và

cs (2006), Kannel và cs (2007), Pelletier và Bilhimer (2004) Đây là một trong

đầy đủ, đòi hỏi nhu cầu số liệu đầu vào ít nhưng vẫn đảm bảo sự mô phỏng xu hướng khá chính xác, nó hữu ích trong điều kiện dữ liệu hạn chế

ngữ macro của Windows: Visual Basic for Applications (VBA) với giao diện sử

dụng trên Microsoft Excel

điểm, nguồn phân tán nhập vào hay thoát ra khỏi sông đều được mô phỏng trong

đoạn yếu tố khác nhau Đồng thời, Q2K có thể mô phỏng các nguồn nước nhập vào hay thoát ra ở bất kì đoạn yếu tố nào

trường hợp phân hủychậm (slow CBOD)

bậc nhất

Điều này có nghĩa là hỗn hợp oxy và chất dinh dưỡng được mô phỏng như một hàm

chấthòa tan trong nước

cacbon vô cơ Mầm bệnh của loài được xác định như là một hàm của nhiệt độ, ánh

thuật toán, mô hình tìm ra các giá trị tối ưu của các thông số động lực học sao cho

số liệu tính toán phù hợp nhất với dữ liệu thực đo

đoán hàm lượng tải trọng của các chất thải cho phép thải vào sông Ứng dụng của

(http://ecy.wa.gov/) Hơn nữa, đối tượng nghiên cứu của đề tài là LVS ở mức độ mô

Để phù với đối tượng nghiên cứu của đề tài tác giả luận văn lựa chọn sử

hiện tại được phát hành miễn phí trên toàn thế giới và phù hợp với thực tế hiện tại

1.3 Giới thiệu về sông Đào - Nam Định

1.3.1 Lưu vực sông Đào - Nam Định

do đào mà thành Vào những năm 30 của thế kỷ XIX, do sông Vị Hoàng chảy xói

phương xin đào một đoạn sông mới để chia sẻ dòng nước Năm Minh Mạng thứ 13 (1832), nhà vua đã cho đào con sông mới từ kênh Phù Long đến bến đò Lương Xá

để hợp với dòng sông Vị Hoàng Con sông này có tên là sông Đào

Tuy chỉ là đoạn sông dài hơn 2km nhưng dần dần người dân đã dùng tên này

vào sông Đào tương đối thuận nên lưu lượng và tốc độ vào mùa lũ ngày càng làm

+ Mùa lũ:

Mùa lũ trên sông thường xảy ra từ tháng 5 đến tháng 10 và kéo theo sự xuất

báo động số 1, khoảng 16 lần trên báo động số 2, khoảng 10 lần trên báo động số 3

Thống kê số liệu sau khi có sự điều tiết của hồ Hoà Bình (từ 1981 đến 2010) thì

+ Mùa ki ệt:

dưới 0,75 m là tháng 2- 3- 4- 5, tháng cực tiểu là tháng chỉ cao 0,64 m

1.3.2 Nguồn gây ô nhiễm sông Đào - Nam Định

- Nước thải sinh hoạt

Nước thải sinh hoạt đang là 1 nguyên nhân gây ô nhiễm nước sông Đào Nước thải sinh hoạt trong khu vực hầu hết chưa được xử lý, hệ thống xả nước thải

bơm Kênh Gia và trạm bơm Cốc Thành

Thành phố Nam Định là nơi có mật độ dân cư lớn nhất (5381 người/km2

) (Cục

đây cũng là nơi có số dân và tỷ lệ dân sống ở thành thị cao hơn so với các huyện

không đáng kể đến chất lượng nước lưu vực sông Đào Tuy nhiên lưu vực sông Đào

Sự khai thác quá mức nước để sử dụng cho sinh hoạt và sản xuất cùng với sự gia tăng về lượng thải gây áp lực ngày càng lớn đến chất lượng môi trường nước mặt

chăn nuôi gia súc không được xử lý hoặc xử lý kém hiệu quả làm phát sinh chất thải

hưởng đến môi trường và sức khỏe con người

lưu vực sông Đào mới chỉ có 20% cơ sở chăn nuôi xây dựng bể biogas để xử lý chất

1.3.3 Thực trạng quản lý chất, kiểm soát ô nhiễm sông Đào - Nam Định

hạn chế sau:

trường ở các huyện, xã còn thiếu và trình độ còn hạn chế Ở cấp xã hiện nay giao

- Về mặt thể chế, chính sách:

Luật bảo vệ môi trường năm 2014 có hiệu lực từ ngày 01/01/2015 nhưng các

ngành lĩnh vực

- Về mặt tài chính, đầu tư cho công tác bảo vệ môi trường:

còn dàn trải, chưa thực sự đạt hiệu quản cao

Kinh phí nhà nước đầu tư cho công tác quan trắc, giám sát môi trường còn ít chưa đáp ứng được yêu cầu giám sát ô nhiễm môi trường phát sinh từ hoạt động

chưa cao, còn nhiều hiện tượng người dân vứt rác, xả chất thải bừa bãi nơi công

trường cả một khu vực, một vùng rộng lớn

hình Q2K từ đó đưa ra các biện pháp quản lý là mang tính cấp thiết và thực tiễn cao

thuyết để có thể áp dụng đạt hiệu quả tốt nhất, do đó, tác giả sẽ trình bày rõ hơn về

CHƯƠNG II: PHẦN MỀM QUAL2KW VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Phương pháp nguyên cứu

Để quản lý tốt chất lượng nguồn nước cần lựa chọn mô hình hóa và số liệu

định quản lý đúng Quy trình quản lý chất lượng nước với phần mềm mô hình hóa

việc thu thập thông tin, kiến thức về hiện trạng và chức năng môi trường

i

i hyp i i

i i i i

i i i i

i i i

i ab i i

i i

i

i

i

c c V

E S V

W c c V

E c c V

E c V

Q c V

Q c

+ +

− +

− +

' , 1

' 1

' 1 ,

1

1

(1.1)

Trong đó:

được sử dụng trong luận văn, các bước thực hiện, xử lý, hiệu chỉnh thông số

2.1.2 Nguyên tắc phân đoạn sông

tăng dần từ đầu nguồn của sông chính Các nguồn điểm và điểm rút nước có thể ở

bất kỳ vị trí nào trên sông (Hình 2.1)

Hình 2.1 Cách phân đoạn của QUAL2Kw cho sông đơn

Ở mỗi đoạn sông lại được phân chia thành các phần tử tính toán (element) có

độ dài bằng nhau (Hình 2.2) Tất cả các đoạn sông phải bao gồm số phần tử tính

ban đầu và dữ liệu để tính toán các phần tử cũng giống như trong một đoạn sông