Hydrodynamic assessment of a new master plan for tam quan port binh dinh province

Để đánh giá một cách chính xác lượng nhiệt thải của nhà máy nhiệt điện Phả Lại có gây ra ô nhiễm với dòng sông và có tác động nhiều hay ít tới hệ sinh thái thì trước hết ta phải đánh giá

Lời cảm ơn

Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ chuyên ngành Khoa học môi trường" Ứng dụng mô hình toán nghiên cứu lan truyền nhiệt nước thải của nhà máy nhiệt điện Phả Lại ’’ đã được hoàn thành Đại học Thủy Lợi vào tháng

10/2011

Trong quá trình thực hiện đồ án, em luôn nhận được sự động viên và chỉ bảo tận tình của PGS.TS Bùi Công Quang Em xin chân thành cảm ơn những sự giúp đỡ vô cùng quý báu này

Xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy, các cô trong Khoa Môi Trường, trường Đại học Thuỷ Lợi đã truyền đạt những kiến thức chuyên ngành quý báu để em có được kết quả này

Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè và đặc biệt là các bạn học viên lớp CH17MT đã tận tình trao đổi, đóng góp và động viên

em rất nhiều để giúp đỡ em hoàn thành được luận văn này

Em xin chân thành cảm ơn!

Học viên thực hiện

Ngô Thị Nhịp

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN PHẢ LẠI 3

1.1 Điều kiện tự nhiên kinh tế xã hội của khu vực Phả Lại, Chí Linh, Hải Dương 3

1.1.1 Điều kiện tự nhiên 3

1.1.1.1 Khí hậu 4

1.1.1.2 Thuỷ văn 5

1.1.2 Điều kiện kinh tế xã hội 5

1.1.2.1 Diện tích, dân số 5

1.1.2.2 Tăng trưởng kinh tế 6

1.1.2.3 Sản xuất nông nghiệp 6

1.1.2.4 Công nghiệp, cơ sở hạ tầng 6

1.1.2.5 Văn hóa, du lịch 7

1.1.3 Đặc điểm về môi trường sinh thái đoạn sông nghiên cứu 8

1.2 Vị trí đặt nhà máy, quá trình xây dụng và hoạt động của nhà máy 9

1.2.1 Vị trí đặt nhà máy 9

1.2.2 Quá trình xây dựng và hoạt động của nhà máy 10

1.3 Hệ thống nước làm mát của nhà máy nhiệt điện Phả Lại 11

1.3.1 Phác họa sơ đồ hệ thống nước làm mát của hai dây chuyền nhà máy nhiệt điện Phả Lại 12

1.3.2 Lưu lượng và nhiệt độ nước làm mát hai dây chuyền nhà máy nhiệt điện Phả Lại 13

1.3.2.1 Lưu lượng 13

1.3.2.2 Nhiệt độ của nước làm mát 14

1.3.3 Đặc điểm của hệ thống kênh dẫn nước thải 14

1.3.3.1 Kênh thải dây truyền 1 14

1.3.3.2 Kênh thải dây chuyền 2 (KTDC2) 15

1.3.3.3 Diễn biến nhiệt độ của nước thải trên kênh: 17

CHƯƠNG 2: TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU LAN TRUYỀN NHIỆT TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC 18

2.1 Tình hình quan trắc và đo giám sát nhiệt độ của nước trên thế giới và Việt Nam 18

2.1.1 Tình hình quan trắc và đo giám sát nhiệt độ của nước trên thế giới 19

2.1.1.1 Các quan trắc ngoài trời 19

2.1.1.2 Các đo đạc dùng vệ tinh 23

2.1.2 Tình hình quan trắc và đo giám sát nhiệt độ của nước tại Việt Nam 25

2.2 Cơ sở lý thuyết về truyền nhiệt và truyền chất 26

2.2.1 Truyền nhiệt trong môi trường chất lỏng 26

2.2.1.1 Dẫn nhiệt: 26

2.2.1.2 Trao đổi nhiệt đối lưu: 27

2.2.1.3 Trao đổi nhiệt bức xạ 27

2.2.2 Trao đổi nhiệt và trao đổi chất 28

2.2.2.1 Hiện tượng khuyếch tán 28

2.2.2.2 Phương trình vi phân của trao đổi nhiệt và trao đổi chất 33

2.2.2.3 Sự tương tự giữa quá trình trao đổi nhiệt và trao đổi chất 39

2.3 Các mô hình chất lượng nước có các modun nhiệt 41

2.3.1 Mô hình Mike 3 41

2.3.2 Mô hình qual2k 42

2.3.3 Nhận xét và lựa chọn mô hình tính toán 43

CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG MÔ HÌNH QUAL2K NGHIÊN CỨU LAN TRUYỀN NHIỆT NƯỚC THẢI CỦA NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN PHẢ LẠI 45

3.1 Giới thiệu về mô hình QUAL2K 45

3.1.1 Phân đoạn và thủy lực: 45

3.1.1.1 Phân đoạn: 45

3.1.1.2 Cân bằng nước: 46

3.1.1.3 Đặc trưng thủy lực: 47

3.1.1.4 Thời gian diễn toán: 53

3.1.1.5 Phân tán theo chiều dòng chảy: 53

3.1.1.6 Cân bằng nhiệt: 55

3.1.2 Thành phần mô hình và phương trình cân bằng của các thành phần chất lượng nước: 58

3.1.2.1 Thành phần mô hình: 58

3.1.2.2 Phương trình cân bằng của từng thành phần chất lượng nước: 60

3.1.3 Số liệu đầu vào của mô hình: 60

3.1.4 Kết quả của mô hình 61

3.1.5 Kiểm định mô hình: 61

3.1.6 Khả năng ứng dụng của mô hình với bài toán lan truyền nhiệt nước thải của nhà máy Nhiệt Điện Phả Lại 61

3.2 Ứng dụng mô hình Qual2K nghiên cứu lan truyền nhiệt nước thải của nhà máy nhiệt điện Phả Lại 62

3.2.1 Tình hình số liệu khí tượng thủy văn, thủy lực và chất lượng nước sông tại Lục Đầu Giang thuộc khu vực tính toán: 62

3.2.2 Kiểm định mô hình 64

3.2.2.1 Số liệu đầu vào của mô hình 64

3.2.2.2 Kết quả kiểm định mô hình 69

3.2.3 Mô phỏng mô hình 75

3.2.3.1 Phương án 1: 75

3.2.3.2 Phương án 2 78

3.2.3.3 Phương án 3: 83

3.3 Đánh giá ảnh hưởng của dòng nhiệt thải tới đoạn sông nghiên cứu 84

3.3.1 Nhiệt độ nước và giới hạn sinh thái 84

3.3.2 Đánh giá ảnh hưởng của dòng nhiệt thải tới hệ sinh thái trên sông 87

3.4 Kết luận và kiến nghị 89

TÀI LIỆU THAM KHẢO 92

PHỤ LỤC 94 PHỤ LỤC 1 95 PHỤ LỤC 2 101

DANH MỤC BẢNG

Bảng 3.1: Giá trị điển hình của hệ số mũ trong phương pháp Rating curves: 49

Bảng 3.2: Hệ số nhám Manning cho các bề mặt kênh hở (Chow et al 1988) 52

Bảng 3.3: Các biến trạng thái của mô hình Q2K 58

Bảng 3.4 Một số điểm lấy mẫu nước trên đoạn sông nghiên cứu 62

Bảng 3.5 Phân chia đoạn kênh trên kênh thải dây chuyền 1 65

Bảng 3.6 Phân chia đoạn kênh tính toán trên KTDC2 65

Bảng 3.7 Phân đoạn sông tính toán trên sông Thái Bình 66

Bảng 3.8 Nguồn nước đổ vào và lấy đi trên sông Thái Bình đoạn nghiên cứu 67

Bảng 3.9: Số liệu lưu lượng tại trạm thủy văn (07/08/2010) 68

Bảng 3.10: Số liệu lưu lượng nhập, xuất tại các điểm trên đoạn sông Thái Bình Ngày 07/08/2010 68

Bảng 3.11: Các thông số vật lý của nước theo nhiệt độ [nguồn 3] 69

Bảng 3.12a: Hiệu chỉnh hệ số khuyếch tán cua mô hình trên đoạn sông 70

Bảng 3.12b: Hiệu chỉnh hệ số khuyếch tán của mô hình trên hai kênh thải 70

Bảng 3.13: Các thông số trao đổi nhiệt với trầm tích đáy 71

Bảng 3.14 Kết quả kiểm định mô hình trên KTDC1 và KTDC 2 72

Bảng 3.15 Kết quả kiểm định mô hình trên sông Thái Bình 73

Bảng 3.16 Số liệu lưu lượng dòng chảy tại các trạm thủy văn (03/2009) 76

Bảng3.17: Số liệu lưu lượng nhập, xuất tại các điểm trên đoạn sông Thái Bình Tháng 03/2009 76

Bảng 3.18 Kết quả tính toán của mô hình theo phương án 1 77

Bảng 3.19 Số liệu lưu lượng dòng chảy tại các trạm thủy văn (05/2010) 78

Bảng 3.20: Số liệu lưu lượng nhập, xuất tại các điểm trên đoạn sông 79

Thái Bình Tháng 05/2010 79

Bảng 3.21: Kết quả tính toán của mô hình theo phương án 2a 79

Bảng 3.20 Số liệu lưu lượng dòng chảy tại cáctrạm thủy văn (06/2010) 81

Bảng3.20: Số liệu lưu lượng nhập, xuất tại các điểm trên đoạn sông 81

Thái Bình Tháng 06/2010 81 Bảng 3.21: Kết quả tính toán của mô hình theo phương án 2b 82 Bảng 3.22 Kết quả tính toán của mô hình theo phương án 3 83

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Bản đồ huyện Chí Linh, tỉnh Hải Dương 3

Hình 1.2: Đầu nguồn sông Thái Bình 5

Hình 1.3: Nhà máy nhiệt điện Phả Lại 9

Hình 1.5: Cửa ra của KTDC 1đổ vào sông Thái Bình 15

Hình 1.6: Mặt cắt kênh dẫn nước thải dây chuyền 2 phía trong nhà máy 16

Hình 1.7: Mặt cắt kênh dẫn nước thải dây chuyền 2 phía ngoài nhà máy 16

Hình 1.8: Kênh thải dây chuyền 2 17

Hình 2.1: Những biến đổi nhiệt độ không khí trên mặt đất (oC) từ 1880 tới 2006, và từ năm 1960 đến 1990 (đường mầu đen) và những biến đổi nhiệt độ mặt biển (đường mầu trắng) 22

Hình 2.2: Vệ tình Glonass-K thế hệ mới của Nga 24

Hình 2.3: Thiết lập phương trình năng lượng trao đổi nhiệt và trao đổi chất 34

Hình 2.4: Thiết lập phương trình vi phân trao đổi chất 36

Hình 3.1: Giao diện của mô hình QUAL2K 45

Hình 3.2: Sơ đồ phân đoạn của mô hình Q2K 45

Hình 3.3: Cân bằng nước của đoạn sông 46

Hình 3.4: Đập đỉnh nhọn 48

Hình 3.5: Kênh hình thang 50

Hình 3.6 Cột nước 53

Hình 3.7a: Cân bằng nhiệt 56

Hình 3.7b: Các thành phần trao đổi nhiệt trên bề mặt 57

Hình 3.8: Cân bằng của từng thành phần chất lượng nước 60

Hình 3 9: Diễn biến nhiệt độ trên đoạn sông nghiên cứu của KTDC1 73

Hình 3.10: Diễn biến nhiệt độ nước thải trên KTDC 2 74

Hình 3.11: Diễn biến nhiệt độ nước thải trên sông Thái Bình đoạn nghiên cứu 74

Hình 3.12: Diễn biến nhiệt độ nước thải trên sông Thái Bình đoạn nghiên cứu phương án 1 (tháng 03/2010) 77

Hình 3 13: Diễn biến nhiệt độ nước thải trên sông Thái Bình đoạn nghiên cứu

phương án 2a (tháng 05/2010) 80

Hình 3.14: Diễn biến nhiệt độ nước thải trên sông Thái Bình đoạn nghiên cứu 82

phương án 2b (tháng 06/2010) 83

Hình 3.15: Diễn biến nhiệt độ nước thải trên sông Thái Bình đoạn nghiên cứu phương án 3 84

Hình 3 16: Đồ thị biểu diễn giới hạn sinh thái đối với nhân tố nhiệt độ 85

Hình 3.17: So sánh nhiệt độ trên sông với giới hạn sinh thái 87

Hình 3.18: So sánh nhiệt độ nước sông ( PA1 ) với giới hạn sinh thái 88

Hình 3.19: So sánh nhiệt độ nước sông ( PA2a ) với giới hạn sinh thái 88

Hình 3.20: So sánh nhiệt độ nước sông ( PA2b ) với giới hạn sinh thái 88

Hình 3.21: So sánh nhiệt độ nước sông ( PA3 ) với giới hạn sinh thái 89

Luận văn thạc sĩ 1

MỞ ĐẦU

Trong nhà máy nhiệt điện tuabin máy phát là các thiết bị rất quan trọng vì nó

là thiết bị phát lực và sinh ra điện năng chủ yếu Để các thiết bị này làm việc bền vững, ổn định lâu dài thì không thể thiếu được hệ thống làm mát Nhưng phần lớn chúng ta quan tâm tới công suất phát điện, hệ thống nước làm mát hoạt động tốt có hiệu quả Còn lượng nước sau khi làm mát tuabin, máy phát có nhiệt độ cao sẽ đổ ra sông tại vị trí nào? Sự lan truyền nhiệt độ diễn biến như thế nào trong sông ? Làm biến đổi nhiệt độ của nước tự nhiên trong đoạn sông đó nhiều hay ít ? Hệ sinh thái trong sông có bị ảnh hưởng do sự biến đổi nhiệt độ ? Những vấn đề trên thực sự chưa được mọi người quan tâm và đánh giá đúng mức

Một nhà máy nhiệt điện bao giờ cũng được xây dựng gần sông, gần hồ, hoặc gần biển mục đích để tiện cho công việc lấy nước làm mát và xả nước làm mát cho tiện lợi Tuổi thọ của nhà máy thường kéo dài từ vài chục năm tới gần trăm năm Chính vì vậy tác động của lượng nước nhiệt thải ra của nhà máy tới hệ sinh thái trong sông, hồ, biển là một quá trình tác động tích lũy lâu dài

Để đánh giá một cách chính xác lượng nhiệt thải của nhà máy nhiệt điện Phả Lại có gây ra ô nhiễm với dòng sông và có tác động nhiều hay ít tới hệ sinh thái thì trước hết ta phải đánh giá sự lan truyền nhiệt độ của nước thải nhà máy đổ vào sông Cụ thể diễn biến của nhiệt độ của nước trong quá trình pha trộn giữa lượng nước thải bị nóng lên sau nhà máy và nước sông Chất lượng nước sông về mặt nhiệt độ có đảm bảo tiêu chuẩn cho phép hay không, nước sông có thực sự bị ô nhiễm hay không Các câu hỏi này cần được giải đáp Chính vì những lý do trên tôi

đã lựa chọn đề tài nghiên cứu: “ Ứng dụng mô hình toán nghiên cứu lan truyền nhiệt nước thải của nhà máy Nhiệt Điện Phả Lại ”

Sau khi làm mát tuabin và máy phát và một số thiết bị khác nước làm mát một phần được hồi quy tuần hoàn, phần lớn còn lại đổ ra kênh dẫn rồi đổ vào sông Đối tượng nghiên cứu là nhiệt độ của nước trong đoạn sông tính từ điểm xả nước sau

Luận văn thạc sĩ 2

nhà máy qua kênh dẫn Vườn Đào đổ vào sông Thái Bình rồi xuôi về hạ lưu sông Phả Lại

2 M ục tiêu của đề tài

• Sử dụng mô hình toán nghiên cứu lan truyền nhiệt nước thải của nhà máy nhiệt điện Phả Lại

• Diễn biến lan truyền nhiệt độ của nước thải trên hai kênh và trên đoạn sông nghiên cứu được mô phỏng theo các phương án bất lợi khác nhau

• Phân tích, đánh giá, nhận xét kết quả, đoạn sông có thực sự bị ô nhiễm về nhiệt độ

• Thu thập và phân tích số liệu dựa trên cơ sở kế thừa, hệ thống hóa dữ liệu nghiên cứu của các cơ quan trung ương, địa phương và của nhiều đề tài nghiên cứu khoa học khác

• Đi thực địa quan sát, đo đạc, thu thập các số liệu còn thiếu cho bài toán

• Sử dụng mô hình toán thủy văn, thủy lực, lựa chọn phân tích để đưa ra mô hình phù hợp nhất cho bài toán

• Đánh giá được sự lan tryền nhiệt độ dọc theo chiều dài của sông Đánh giá được mức độ ô nhiễm về nhiệt thải trong sông

• Kết quả của bài toán sẽ giúp các nhà sinh thái học đânh giá được tác động

của nguồn nhiệt thải tới hệ sinh thái trong sông Cần có các giải pháp làm hạ nhiệt độ của của dòng nhiệt thải trước khi đổ vào sông nếu nước sông bị ô nhiễm về nhiệt

Luận văn thạc sĩ 3

1.1 Điều kiện tự nhiên kinh tế xã hội của khu vực Phả Lại, Chí Linh, Hải Dương 1.1 1 Điều kiện tự nhiên

Thị xã Chí Linh được chia thành 8 phường (Bến Tắm, Phả Lại, Sao Đỏ, Chí Minh, Cộng Hòa, Hoàng Tân, Thái Học, Văn An) và 12 xã (An Lạc, Bắc An, Cổ Thành, Đồng Lạc, Hoàng Hoa Thám, Hoàng Tiến, Hưng Đạo, Kênh Giang, Lê Lợi, Nhân Huệ, Tân Dân, Văn Đức), trong đó có 13 xã, phường là miền núi, chiếm 76% diện tích và 56% dân số của toàn thị xã Ngoài ra còn có Trường ĐH Sao Đỏ, trên

120 cơ quan đơn vị, nhà máy, xí nghiệp, doanh nghiệp đóng trên địa bàn

Thị trấn Phả Lại, huyện Chí Linh, tỉnh Hải Dương Trước đây, là xã thuộc tổng Đào Viên, huyện Quế Dương, trấn Kinh Bắc, nằm bên bờ sông Lục Đầu, nơi hợp lưu của các con sông Cầu, sông Thương, sông Lục Nam, sông Đuống tạo thành sông Thái Bình

Luận văn thạc sĩ 4

Phường Phả Lại nằm ở phía Tây của huyện Chí Linh Thị trấn có diện tích tự nhiên 1.382 ha; trong đó, diện tích đất đồi núi, lâm nghiệp là 362 ha; diện tích đất nông nghiệp là 506,15 ha; phần còn lại là đất của các cơ quan đơn vị, xí nghiệp, các thành phần kinh tế đóng trên địa bàn; tạo nên một hình thái kinh tế đa dạng và phong phú Tổng số nhân khẩu của thị trấn là 21.147 khẩu

Phường Phả Lại (Thị trấn Phả Lại cũ): vốn là một thị trấn lâu đời, nằm ven Lục Đầu Giang Năm 1979 - 1980, để khởi công xây dựng Nhà máy nhiệt điện Phả Lại, thị trấn đã bị giải tỏa Sau khi nhà máy xây dựng xong, thị trấn đã được hình thành ngay xung quanh nhà máy với hình thái rất lộn xộn Từ Phả Lại, thị trấn này

đã phát triển khá lan man và lan tới Bình Giang

1.1.1.1 Khí hậu

Phả Lại, Chí Linh nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa, có 2 mùa rõ rệt, mùa khô hanh lạnh từ tháng 10 đến tháng 4 năm sau, mùa mưa từ tháng 4 đến tháng 9 hàng năm Nhiệt độ trung bình năm 23°C; tháng có nhiệt độ thấp nhất là tháng 1 và tháng 2 (khoảng 10-12°C); tháng có nhiệt độ cao nhất là tháng 6 và tháng 7 (khoảng 37-38°C) Lượng mưa trung bình hàng năm 1.463 mm, tổng, độ ẩm tương đối trung bình là 81,6%

Do đặc điểm của địa hình, địa mạo nên khí hậu trong huyện Chí Linh được chia làm

2 vùng:

• Khí hậu vùng đồng bằng phía nam mang đặc điểm khí hậu như các vùng đồng bằng trong tỉnh

• Khí hậu vùng bán sơn địa chiếm diện tích phần lớn trong vùng, do vị trí địa lí

và địa hình phân hoá nên mùa đông ở đây lạnh hơn vùng khí hậu đồng bằng Chí Linh có nhiệt độ trung bình trong năm là 22 - 23o

C, thời điểm nhiệt độ không khí cao nhất trong năm là cuối tháng 6, đầu tháng 7 với nhiệt độ là 37 - 38oC, tháng có nhiệt độ thấp nhất trong năm là tháng 1 và tháng 2 với nhiệt độ khoảng

Luận văn thạc sĩ 5

10 - 12oC, nhiệt độ thấp nhất là 3,1oC Lượng mưa bình quân là 1.436 ml/năm, đây

là vùng mưa ít so với bình quân chung của tỉnh Độ ẩm tương đối của không khí là 81% -82% Hạn hán xảy ra thường xuyên và sương muối thường xuất hiện vào tháng

12 làm ảnh hưởng đến hoa màu và cây ăn quả

1.1.1.2 Thuỷ văn

Hệ thống sông suối, hồ tưới tiêu của huyện Chí Linh khá phong phú và chịu ảnh hưởng của hệ thống thuỷ văn sông tại Phả Lại nơi hợp lưu của nhiều nhánh sông, lưu lượng nước bình quân trong năm của sông là 286 m3/s, mùa kiệt nhất vào tháng 4 với lưu lượng 181 m3/s, mùa lũ mực nước cao nhất là 7,2 m cao hơn mức

báo động cấp 3 ( tính cả nhập lưu của Sông Cầu và Sông Đuống) Lũ lụt luôn là nguy cơ tiềm ẩn làm ảnh hưởng đến phát triển kinh tế - xã hội của huyện

1.1 2 Điều kiện kinh tế xã hội

1.1.2.1 Diện tích, dân số

Luận văn thạc sĩ 6

Thị xã Chí Linh (Hải Dương) có diện tích tự nhiên 28.202,78 ha và 164.837 nhân khẩu Phường Phả Lại được thành lập trên cơ sở toàn bộ diện tích tự nhiên 1.382,5 ha; dân số 41.511 nhân khẩu của thị trấn Phả Lại

Với sự quyết tâm cao, trong năm năm qua, Chí Linh đã khai thác có hiệu quả các tiềm năng, thế mạnh để phát triển Mặc dù gặp nhiều khó khăn do suy giảm kinh

tế trong nước và thế giới, nhưng tốc độ tăng trưởng kinh tế của Chí Linh vẫn đạt ở mức cao (9,6%/năm); trong đó, nông - lâm - thủy sản tăng 4%, công nghiệp - xây dựng 9,6%, thương mại - dịch vụ 13,6% Cơ cấu kinh tế có sự chuyển dịch theo hướng CNH, HÐH (nông, lâm nghiệp, thủy sản chiếm 14,8%; công nghiệp, xây dựng 69,9%; thương mại, dịch vụ 15,3%) Thu nhập bình quân đầu người đạt gần

22 triệu đồng/năm Ðến nay, nhiều chỉ tiêu đã đạt, vượt mức so Nghị quyết Ðại hội Ðảng bộ huyện khóa 20, nhiệm kỳ 2005-2010 đề ra

Tuy gặp khó khăn do thời tiết, dịch bệnh và thiên tai, nhưng sản xuất nông nghiệp của Chí Linh vẫn đạt được nhiều kết quả khả quan Cơ cấu kinh tế nông nghiệp có sự chuyển dịch tích cực, sản xuất theo hướng hàng hóa Năm 2010, sản lượng lương thực của Chí Linh đạt 51.164 tấn, tăng hơn 3.000 tấn so mục tiêu; năng suất lúa ngày càng tăng (2,5%/năm); giá trị trên một ha đất canh tác đạt 54,5 triệu đồng, tăng 13,5 triệu đồng/ha so mục tiêu đề ra đến năm 2010 Ngoài cây lúa, thế mạnh của Chí Linh là phát triển kinh tế vườn đồi; trong đó, tập trung phát triển cây vải thiều và phát triển kinh tế trang trại Ðến nay, Chí Linh có gần 100 trang trại đạt tiêu chí của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn; nhiều trang trại có thu nhập cao (250 đến 300 triệu đồng/trang trại/năm)

Với những tiềm năng, lợi thế, lĩnh vực công nghiệp, xây dựng của Chí Linh trong những năm qua phát triển mạnh mẽ; góp phần tích cực vào sự chuyển dịch cơ cấu kinh tế theo hướng CNH, HÐH Ðến nay, Chí Linh đã có bảy khu và cụm công

Luận văn thạc sĩ 7

nghiệp đang triển khai xây dựng cơ sở hạ tầng, đi vào hoạt động, với tổng diện tích quy hoạch hơn 576 ha; 145 doanh nghiệp sản xuất, kinh doanh, thu hút gần 10 nghìn lao động; 1.300 hộ kinh doanh cá thể Năm 2010, dự kiến giá trị sản xuất công nghiệp của Chí Linh đạt 4.485 tỷ đồng, tăng hơn 63% so năm 2005 Trên địa bàn Chí Linh còn có Nhà máy nhiệt điện Phả Lại; sân gôn Ngôi sao Chí Linh; nhiều khu đô thị, dân cư hiện đại; có Trường đại học Sao Ðỏ và các trường cao đẳng, trung cấp dạy nghề 20/20 xã, phường, thị trấn có trụ sở làm việc kiên cố; 80% số phòng học các cấp và trạm y tế xã được xây dựng kiên cố; 110 km đường giao

thông được nâng cấp; 88,5% số gia đình đạt tiêu chuẩn văn hóa

1.1.2.5 Văn hóa, du lịch

Năm 2010, doanh thu từ lĩnh vực thương mại - dịch vụ của Chí Linh dự kiến đạt hơn 570 tỷ đồng, tăng hơn 88% so năm 2005; trong đó, doanh thu từ dịch vụ du lịch tăng 13,5%/năm; lượng khách du lịch đến địa phương tăng 25%/năm Từ năm

2005, UBND tỉnh Hải Dương đã triển khai đề án nâng cấp lễ hội Côn Sơn - Kiếp Bạc trở thành lễ hội cấp quốc gia Mỗi năm, quần thể di tích Côn Sơn - Kiếp Bạc thu hút từ 1,2 đến 1,3 triệu du khách đến dâng lễ và tham quan, chủ yếu vào hai dịp

lễ hội mùa xuân và mùa thu Tỉnh Hải Dương đang trình Thủ tướng Chính phủ phê duyệt quy hoạch tổng thể bảo tồn khu di tích lịch sử - văn hóa Côn Sơn - Kiếp Bạc gắn với phát triển du lịch đến năm 2020

Đô thị trung tâm phía bắc của Hải Dương

Ðể xứng tầm với một đô thị trung tâm tổng hợp phía bắc của tỉnh Hải Dương, trong thời gian tới (2010-2015), Chí Linh tập trung nâng cao năng lực lãnh đạo của Ðảng; phát huy sức mạnh khối đại đoàn kết toàn dân; khai thác mọi tiềm năng, lợi thế và sử dụng có hiệu quả mọi nguồn lực để phát triển kinh tế - xã hội; đẩy mạnh công tác xây dựng Ðảng, xây dựng hệ thống chính trị vững mạnh toàn diện Chí Linh phấn đấu tốc độ tăng trưởng kinh tế đạt 11,4%/năm; thu ngân sách tăng bình quân 6%/năm Ðến năm 2015, thu nhập bình quân đầu người của thị xã đạt hơn 26,3 triệu đồng/năm; cơ cấu kinh tế chuyển dịch theo hướng CNH, HÐH

Luận văn thạc sĩ 8

(nông, lâm nghiệp, thủy sản chiếm 12,4% - công nghiệp, xây dựng 68,5% - thương mại, dịch vụ 19,1%)

Môi trường đất: Chí Linh là một trong 2 huyện miền núi của tỉnh Hải Dương

có đất phù sa đồng bằng và đất đỏ vàng miền đồi núi Hiện nay đất đỏ vàng vùng đồi núi đang bị suy thoái do lớp phủ không còn, tầng đất màu bị rửa trôi, nghèo dinh dưỡng Vùng đồng bằng ở một số nơi đất bị ô nhiễm do các chất thải công nghiệp của các nhà máy như Nhiệt điện Phả Lại, Thuỷ tinh y tế, Xí nghiệp da giày và Mỏ đất chịu lửa Trúc Thôn

Nguồn nước: Nhìn chung nguồn nước mặt trên địa bàn huyện Chí Linh hiện chưa bị ô nhiễm, các chỉ số kim loại nặng như Pb, Ca, Cu, As, còn dưới ngưỡng tiêu chuẩn cho phép Nguồn nước giếng đào và giếng khoan đảm bảo vệ sinh nhưng với tiêu chuẩn nguồn nước này để sử dụng cho sinh hoạt thì chưa đạt được loại A

Môi trường không khí: Không khí của khu vực huyện Chí Linh bị ô nhiễm chủ yếu là do bụi vô cơ, nguyên nhân do các hoạt động giao thông vận tải dọc Quốc

lộ 18 và bụi từ Nhà máy Nhiệt điện Phả Lại, Mỏ đất chịu lửa Trúc Thôn

Hệ sinh thái: Rừng tự nhiên trong khu vực huyện đang được bảo vệ, có khả năng phục hồi tốt Hệ sinh thái rừng trồng và hệ sinh thái vườn đang góp phần cải thiện môi trường sống Tuy nhiên hệ sinh thái đồng ruộng đang có xu hướng gia tăng ô nhiễm do sử dụng nhiều chất hoá học như phân bón, thuốc trừ sâu Hệ sinh thái trong sông cũng bị suy giảm nghiêm trọng về số lượng và chất lượng loài: tôm, cua, cá, ốc…Các nguyên nhân:

• Do người dân đã khai thác quá nhiều và thường xuyên sử dụng các phương tiện đánh bắt hủy diệt như: mìn, kích điện…

• Do nước thải của nhà máy nhiệt điện thải ra có nhiệt độ cao và chứa một hàm lượng flo lớn

Luận văn thạc sĩ 9

Do lượng phân bón, thuốc trừ sâu từ các cánh đồng đổ ra và từ các nhà máy, xí

nghiệp vùng thượng lưu sông chảy về

1.2.1 Vị trí đặt nhà máy

Nhà maý nhiệt điện Phả Lại tên thật đầy đủ là Công ty cổ phần nhiệt điện Phả Lại thuộc địa phận huyện Chí Linh, tỉnh Hải Dương, cách Hà Nội 56 km về phía Đông Bắc, phiá Bắc là đường 18, nằm bên tả ngạn sông Thái Bình

Công ty cổ phần nhiệt điện Phả Lại có 2 dây chuyền sản xuất với tổng công suất thiết kế là 1040MW Dây chuyền 1 được khởi công xây dựng ngày 17/05/1980

và hoàn thành năm 1986 với 4 tổ máy 8 lò hơi theo sơ đồ khối 2 lò – 1 máy Dây chuyền 2 được khởi công xây dựng ngày 08/06/1998 trên mặt bằng phía Đông còn lại của Công ty gồm 2 tổ máy theo sơ đồ khối đơn Tổ máy thứ 2 bàn giao ngày 14/03/2003

Vị trí điạ lý đặt Nhà Máy vừa gần Lục Đầu Giang là nơi giao nhau của các con sông Cầu, sông Thương, sông Lục Nam, sông Thái Bình… vưà gần đường quốc

lộ 18 rất thuận tiện cho việc vận chuyển nguyên vật liệu, việc lấy nước làm mát và nước cho các hoạt động khác trong quá trình làm việc của Nhà Máy Điểm lợi về vị

Luận văn thạc sĩ 10

trí địa lý nữa là Nhà Máy nằm gần mỏ than Vàng Danh và Mạo Khê nên Công ty có điều kiện nhập nguyên liệu chi phí vận chuyển thấp bằng cả đường bộ và đường thủy

Công ty Cổ phần nhiệt điện Phả Lại tiền thân là Nhà máy Nhiệt điện Phả Lại thuộc Tập đoàn Điện lực Việt Nam được khởi công xây dựng trên địa bàn Phả Lại, Chí Linh, Hải Dương từ thập niên 80 của thế kỷ trước Đây là một trong những công trình trọng điểm của đất nước, được sự quan tâm sát sao của Chính Phủ, đến nay với hai dây chuyền sản xuất điện năng hoạt động hết công suất, Công ty đã góp phần không nhỏ vào nhiệm vụ chiến lược đảm bảo an ninh năng lượng của quốc gia

Nhà máy điện số 1 đã được khởi công xây dựng ngày 17-5-1980 và hoàn thành đưa vào vận hành năm 1986 Nhà máy có công suất thiết kế 440MW bao gồm

4 tổ Tuốc bin - máy phát và 8 lò hơi theo khối 2 lò/máy, mỗi tổ máy có công suất 110MW Có thể nói trong những năm đầu của thời kỳ đổi mới này, sự đóng góp điện năng kịp thời hòa vào hệ thống lưới điện quốc gia của nhà máy là rất quan trọng Vì thời gian đó chúng ta đang thiếu trầm trọng nguồn năng lượng điện để phục vụ sản xuất kinh doanh cũng như sinh hoạt cho nhân dân Nhà máy nhiệt điện Phả Lại lúc bấy giờ được coi như một vị cứu tinh đối với ngành điện miền Bắc

Trước những nhu cầu về điện ngày một tăng cao, thực hiện ý kiến chỉ đạo của Chính Phủ, Nhà máy số 2 của Nhiệt điện Phả Lại cũng đã được khởi công xây dựng ngày 8/6/1998 trên mặt bằng còn lại bên phía Đông Nhà máy có công suất thiết kế 600MW gồm 2 tổ hợp lò hơi - tuốc bin - máy phát, công suất mỗi tổ máy 300MW, gọi là tổ máy số 5 và tổ máy số 6 Tổ máy số 5 được bàn giao ngày 28/12/2002 và tổ máy số 6 được bàn giao ngày 14/3/2003 Kể từ đó, Nhà máy nhiệt điện Phả Lại có tổng công suất là 1040 MW, là nhà máy nhiệt điện chạy than lớn nhất của Việt Nam và Đông Nam Á

Luận văn thạc sĩ 11

Kể từ khi tổ máy số 1 được đưa vào vận hành đến cuối năm 2001 Nhiệt điện

Phả lại đã cung cấp cho đất nước trên 30 tỷ kWh điện năng Khi đó, sản lượng điện của Nhiệt điện Phả Lại hàng năm chiếm gần 9% sản lượng điện quốc gia và hơn 70% tổng sản lượng điện của các nhà máy điện chạy than, đóng góp xứng đáng vào công cuộc phục hồi và xây dựng đất nước

Sau này khi Nhà máy 2 hoàn thành, đưa vào hoạt động (năm 2002 - 2003), Nhiệt điện Phả Lại càng đóng vai trò quan trọng hơn nữa trong hệ thống lưới điện Quốc gia, sản lượng hàng năm đạt trên 6 tỷ kWh điện chiếm khoảng 10% tổng sản lượng điện toàn quốc Năm 2006 sản lượng điện của nhà máy đạt trên 7,2 tỷ kWh

và riêng nhà máy 1 đạt trên 2,9 tỷ Kwh – mức kỷ lục từ trước đến nay

Những năm gần đây khi chuyển đổi hình thức hoạt động sang Công ty Nhiệt điện Phả lại (30/3/2005) rồi khi cổ phần hóa thành Công ty Cổ phần Nhiệt điện Phả Lại (26/1/2006), mọi công tác quản lý, điều hành và hoạch toán doanh nghiệp, đơn vị phải tự chịu trách nhiệm Ý thức được trách nhiệm cao cả đó, các cấp lãnh đạo cùng với tập thể anh em công nhân luôn đoàn kết phấn đấu, thi đua sáng tạo và lập thành tích trong lao động sản xuất kinh doanh, đến nay đơn vị đã lập nên những thành tích đáng tự hào Sản lượng điện trung bình của công ty luôn đạt hơn 7

tỷ kWh/năm, chiếm khoảng 10% tổng sản lượng điện trung bình của cả nước và 40% sản lượng điện toàn miền Bắc

Với những nỗ lực cố gắng trong hoạt động sản xuất kinh doanh của mình, trong vài năm lại đây Công ty cổ phần Nhiệt điện Phả Lại đã nhiều lần vinh dự được Đảng, Nhà nước, Chính Phủ Bộ Công thương và Tập đoàn Điện lực tặng nhiều bằng khen, danh hiệu và giải thưởng cao quý: Doanh nghiệp loại A (2007); Cúp vàng Văn hóa Doanh nghiệp; Cúp vàng thương hiệu chứng khoán uy tín và Công ty cổ phần hàng đầu Việt Nam (2008); Giải thưởng Xanh vì sự nghiệp bảo vệ thiên nhiên và môi trường; (2009)…

Luận văn thạc sĩ 12

Trong dây truyền sản xuất điện năng của công ty hệ thống làm mát thiết bị là một bộ phận quan trọng Chức năng chính của hệ thống là làm mát bình ngưng hơi Ngoài ra hệ thống còn làm mát một số thiết bị: tua bin, máy phát, gối trục máy nghiền, thiết bị phụ, mát dầu, quạt khói, quạt gió, quạt tải bột Ta có thể tìm hiểu sơ

đồ hệ thống tuần hoàn nước làm mát, lưu lượng và nhiệt độ nước làm mát các thiết

bị trong nhà máy nhà máy các phần dưới đây

nhiệt điện Phả Lại

Nhìn vào sơ đồ hình vẽ ( BV 1- Sơ họa mặt bằng khu vực nghiên cứu ) nhà máy có hai dây chuyền sản xuất và có hai hệ thống làm mát riêng rẽ Nguồn nước cung cấp cho nhà máy lấy từ đầu nguồn sông Thái Bình, sau khi vào làm mát các thiết bị dòng nước thải có nhiệt độ cao lại xả về song qua hai kênh thải của hai dây chuyền Hai cửa lấy nước vào làm mát của hai dây chuyền đặt khá gần nhau chỉ cách nhau khoảng 170m Tại cửa lấy nước của dây chuyền một có 4 bơm trong trạng thái làm việc ổn định có 3 bơm hoạt động 1 bơm dự phòng Tại cửa vào của dây chuyền hai có 5 bơm trong trạng thái làm việc ổn định có 4 bơm hoạt động và 1 bơm dự phòng Hệ thống làm mát của dây chuyền sản xuất một lấy nước ở thượng lưu và trả nước về hạ lưu, từ cửa vào lấy nước đến cửa xả cách nhau khoảng 1.3km theo đường sông Hệ thống nước làm mát của dây chuyền hai là một hệ thống tuần hoàn, nước lấy làm mát các thiết bị xong sau đó xả vào kênh dẫn sau nhà máy trả về

thượng lưu

Có thể chia hệ thống nước làm mát của nhà máy thành 3 đoạn:

Đoạn một: tính từ cửa lấy nước tới nhà máy, trong đoạn này nước lấy vào có nhiệt độ bằng nhiệt độ của nước trong sông, nước sẽ được loại bỏ cặn rác, xử lý chất

lượng trước khi đi vào các đường dẫn nhỏ hơn vào làm mát các thiết bị

Đoạn hai: nước đưa vào nhà máy và chia thành các đường ống nhỏ đi làm mát từng thiết bị: tua bin, máy phát, máy kích thích, gối trục máy nghiền…Nước sau khi

450C

Trong luận văn tác giả quan tâm diễn biến lan truyền nhiệt độ trên đoạn 3 của hệ thống nước làm mát tức là diễn biến nhiệt độ của nước trên hai kênh thải, và diễn biến nhiệt độ của nước trên đoạn sông nơi có hai kênh thải đổ vào

Phả Lại [nguồn 4 ]

Để đảm bảo sự làm việc bình thường của các nhà máy điện ta cần phải cung cấp nguồn nước ổn định và liên tục cho nó Những nơi cần cung cấp nước cho nhà máy điện bao gồm: nước làm mát các bình ngưng hơi của tua bin, làm mát khí của các máy phát điện, làm mát dầu bôi trơn gối trục của tua bin, hệ thống làm mát các

ổ trục của máy nghiền than, quạt khói và các cơ cấu khác, nước làm nguội tro xỉ Trong số đó bình ngưng tuabin tiêu thụ nhiều nước nhất, tỷ lệ cụ thể như trong bảng sau:

1- Làm mát bình ngưng hơi của tuabin

2- Làm mát khí và không khí máy phát điện và các

Luận văn thạc sĩ 14

kín cho hệ thống thải tro xỉ thủy lực

6- Cấp cho lò hơi nhà máy điện ngưng hơi

0.04-0.1

Nhu cầu nước chủ yếu là làm mát bình ngưng hơi của tuabin, các nhu cầu khác tính theo % lượng làm mát bình ngưng, và tổng các nhu cầu khác không vượt quá 7% lượng nước tiêu hao làm mát bình ngưng

Lưu lượng nước lấy vào làm mát của dây chuyền một trong trạng thái làm việc

ổn định là 9 m3/s với một bơm, có ba bơm nên sẽ là 27 m3/s Của dây chuyền hai là 5.5 m3/s có 4 bơm nên tổng lưu lượng vào làm mát là 22 m3/s Vì vậy tổng lưu lượng nước lấy vào dao động từ 45-50 m3/s cho cả nhà máy Lưu lượng nước lấy vào làm mát các thiết bị có thể thay đổi theo công suất của nhà máy

1.3.2.2 Nhiệt độ của nước làm mát

Nhiệt độ nước sông thay đổi theo mùa cụ thể, mùa hè nhiệt độ nước dao động từ 28oC - 31oC, mùa đông nhiệt độ nước dao động từ 20oC - 26oC Nhiệt độ nước sau khi làm mát các thiết bị tăng lên trung bình 10o

C Nước thải làm mát của nhà máy có nhiệt độ mùa hè là 38oC - 42oC mùa đông 30oC - 36oC

Hai hệ thống kênh dẫn nước thải của nhà máy đều làm bằng bê tông rất kiên

cố và chắc chắn Tuy nhiên đặc điểm của hai hệ thống kênh dẫn của hai dây chuyền vẫn khác nhau:

1.3.3.1 Kênh thải dây truyền 1

kích thước không đổi, từ điểm Cầu Sắt tới cuối kênh mặt cắt kênh hình thang cân gia cố hai bên bờ kênh là bê tông rất vững trắc, hai bên bờ kênh thoải Trên kênh thải có 3 cây cầu 1 cây cầu dân sinh, 2 cây cầu kết hợp cửa van lấy nước kênh thải

có điểm giao với kênh mương nội đồng sau nhà máy

Luận văn thạc sĩ 15

Ưu nhược điểm: đặt gần nơi giao nhau của các con sông nên việc lấy nước vào làm mát rất thuận lợi và nước thải nhà máy xả ra sông cũng nhanh chóng được làm mát Nước thải xả về hạ lưu không làm ảnh hưởng tới nhiệt độ nước tại cửa bơm lấy

nước vào làm mát Nhưng cũng đã xảy ra tình trạng vào mùa kiệt do lưu lượng nước trong sông xuống quá thấp, lại lấy hết vào hệ thống làm mát của nhà máy Do đó nước thải của nhà máy làm cho nước sông ấm lên Kênh dẫn nước thải làm việc không độc lập có điểm giao nhau với kênh mương nội đồng

1.3.3.2 Kênh thải dây chuyền 2 (KTDC2)

Từ điểm xả sau nhà máy kéo dài 90m mặt cắt kênh hình chữ nhật, sau khi ra khỏi nhà máy mặt cắt kênh có hình thang cân kéo dài đến cuối kênh, hai bên bờ kênh rất dốc, gia cố bằng bê tông Hai bên bờ kênh có hàng rào bằng dây thép gai rất chắc chắn cấm không cho người và ra súc có thể tới gần vì nước trong kênh chảy xiết, hai bên bờ kênh rất dốc, nước trong kênh lại có nhiệt độ cao nên rất nguy hiểm Kênh

có chiều dài 3.5 km trên kênh có 11 cây cầu phục vụ dân sinh

Ưu điểm: Xây dựng chắc chắn và kiên cố, sử dụng hoàn toàn độc lập, và được thiết

kế tuần hoàn Lưu lượng nước thải xả ngược về thượng lưu (km 8.5) hòa trộn với nước sông và nhanh chóng được làm mát theo dòng chảy, đảm bảo tại km 6 nước sông có nhiệt độ hoàn toàn bình thường để bơm lấy nước vào hệ thống làm mát Đảm bảo hiệu suất làm mát cũng như việc lưu lượng nước bơm vào KTDC2 không làm ảnh hưởng nhiều tới lưu lượng nước trong sông

Nhược điểm: Việc thiết kế hệ thống làm mát tuần hoàn gần như không ảnh hưởng

tới lưu lượng nước trong sông nhưng lại có khả năng không đảm bảo về nước thải được làm mát dọc theo dòng chảy trong sông vào mùa kiệt Do lưu lượng nước thải

Luận văn thạc sĩ 17

của KTDC 2 trong những năm gần đây có lúc lớn hơn lưu lượng nước của Sông Thương công với Sông Lục Lam vào mùa kiệt Điều này sẽ ảnh hưởng tới hiệu suất

làm mát của nhà máy

Khi đo đạc và quan trắc thực tế cho thấy nhiệt độ của nước thải trong kênh

có giảm dọc theo chiều dài của kênh nhưng rất chậm, trung bình từ đầu kênh thải tới cuối kênh nhiệt độ chỉ giảm được trung bình 1.5-2.0oC

Vì do kênh thải có diện tích mặt thoáng tiếp xúc với không khí nhỏ, độ sâu dòng chảy lại lớn, hai bên bờ kênh làm bằng bê tông cốt thép quanh năm suốt tháng chịu dòng chảy có nhiệt độ nguồn nước cao nên xung quanh bờ kênh và đáy kênh nhiệt

độ cũng cao, chúng gần như không có khả năng làm giảm nhiệt độ của nước nhiều

Do vậy làm giảm nhiệt độ của nước chủ yếu là phần bề mặt tiếp xúc với không khí

Luận văn thạc sĩ 18

CHƯƠNG 2: TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU LAN TRUYỀN NHIỆT TRONG

MÔI TRƯỜNG NƯỚC 2.1 Tình hình quan trắc và đo giám sát nhiệt độ của nước trên thế giới và Việt Nam

Truyền nhiệt là ngành khoa học đã có từ rất lâu trong các trường kỹ thuật, nó nghiên cứu quá trình truyền nhiệt năng giữa các vật trong đời sống và trong các thiết bị kỹ thuật Cụ thể trong các thiết bị kỹ thuật quá trình truyền nhiệt thường xảy

ra ở các thiết bị của nhà máy điện hạt nhân, nhà máy điện nguyên tử, điện mặt trời, các thiết bị của máy lạnh và máy điều hòa nhiệt độ, thiết bị kỹ thuật sấy, của động

cơ đốt trong, của ngành luyện kim hóa chất…

Truyền nhiệt trong môi trường nước trên thế giới đã được quan tâm và nghiên cứu, nhưng lĩnh vực này thực sự được quan tâm khi vấn đề ô nhiễm nhiệt độ xảy ra trong quá trình hoạt động của các nhà máy điện nguyên tử, nhiệt điện và luyện kim Bởi nước làm mát các thiết bị trong các nhà máy nhiệt điện và điện hạt nhân là rất lớn Hai nhà máy Điện nguyên tử (NMĐNT) và nhà máy nhiệt điện (NMNĐ) có cùng công suất điện là 1GW và cùng có hệ thống làm mát trực lưu ( hệ thống làm mát hở ) Thông thường lưu lượng vào làm mát khoảng 50 m3

/s và chênh lệch nhiệt độ giữa đầu vào và ra là 100C đối với NMĐNT và với NMNĐ là 32-42

m3/s chênh lệch nhiệt độ giữa đầu ra và vào là 80C

Khi thải nước nóng ra môi trường nước, sự tăng nhiệt độ của nước có thể dẫn tới việc phá vỡ sự cân bằng tự nhiên của hệ sinh thái của nước Hậu quả xấu của ô nhiễm nhiệt là tăng cường tác động hỗn hợp của các yếu tố hóa học và sự xâm nhập các chất hữu cơ vào vùng nước nóng sẽ dẫn tới sự giảm nồng độ oxy do việc tăng lưu lượng oxy cho việc làm sạch sinh hóa nước

Các nghiên cứu hệ sinh thái về hậu quả của việc thải nước nóng thường xuyên ra nguồn nước đã chỉ ra rằng cần phải đặt ra mức độ cho phép gia tăng nhiệt trong thực tế vận hành các NMNĐ và NMĐHN Làm sao khi vận hành lượng nhiệt thải của các nhà máy này không ảnh hưởng độc hại đến cuộc sống của các thủy sinh vật trong môi trường nước Vì vậy bài toán truyền nhiệt trong môi trường nước đã

bộ trái đất

2.1.1 Tình hình quan trắc và đo giám sát nhiệt độ của nước trên thế giới

Nhiệt độ nước chỉ là một thông số trong các yếu tố khí tượng thủy văn cần quan trắc Trong các thiết bị đo đạc hiện đại hiện nay thì nhiệt độ nước thường được

đo kết hợp với nhiều các yếu tố khí tượng, chất lượng nước trên cùng một thiết bị

đo Hiện nay việc quan trắc đo đạc các yếu tố khí tượng thuỷ văn đã sử dụng rất nhiều các công cụ hiện đại Kỹ thuật viễn thám, vệ tinh và kỹ thuật số đã được ứng dụng để hỗ trợ cho đo đạc khí tượng thuỷ văn để phục vụ công tác dự báo Một hệ thống quan trắc xử lý số liệu khí tượng thuỷ văn đã được liên kết với nhau trong hệ thống tự ghi, tự báo rất hiện đại đã được thiết lập tại Mỹ, Anh và các nước châu Âu Sau đây chúng ta sẽ tìm hiểu về hệ thống quan trắc nhiệt độ của trên toàn cầu hàng trăm năm qua qua công trình nghiên cứu về quá trình nóng lên của trái đất cũng như quá trình biến đổi khí hậu toàn cầu

1 Nhiệt kế

Nhiệt kế là thiết bị dùng để đo nhiệt độ Một nhiệt kế có hai thành phần quan trọng: phần cảm nhận nhiệt độ (thí dụ: bầu đựng thủy ngân hoặc rượu trong nhiệt kế) và phần biểu thị kết quả (thí dụ: thang chia vạch trên nhiệt kế) Hiện nay chúng

ta có các loạ nhiệt kế sau:

Luận văn thạc sĩ 20

• Nhiệt kế chất lỏng: hoạt động trên cơ sở dãn nhiệt của chất lỏng Các chất lỏng sử dụng ở đây phổ biến là thủy ngân, rượu màu, rượu etylic (C2H5OH), pentan (C5H12), benzen toluen (C6H5CH3)

• Nhiệt kế điện: Dụng cụ đo nhiệt điện sử dụng các đặc tính điện hoặc từ phụ thuộc nhiệt độ như hiệu ứng nhiệt điện trong một mạch có hai hoặc nhiều kim loại, hoặc sự thay đổi điện trở của một kim loại theo nhiệt độ

• Nhiệt kế điện trở: nhiệt kế đo nhiệt độ dựa trên hiệu ứng biến thiên điện trở của chất bán dẫn, bán kim hoặc kim loại khi nhiệt độ thay đổi; đặc tính loại này có độ chính xác cao, số chỉ ổn định, có thể tự ghi và truyền kết quả đi xa Nhiệt kế điện trở bằng bạch kim đo được nhiệt độ từ 263 °C đến 1.064 °C; niken và sắt tới 300 °C; đồng 50 °C - 180 °C; bằng các chất bán dẫn để đo nhiệt độ thấp (0,1°K – 100°K) Để đo nhiệt độ thấp, người ta áp dụng loại nhiệt kế ngưng tụ, nhiệt kế khí, nhiệt kế từ

• Nhiệt kế hồng ngoại: Dựa trên hiệu ứng bức xạ nhiệt dưới dạng hồng ngoại của các vật nóng

Trong ngành khí tượng thuỷ văn, hải dương học để đo nhiệt độ không khí và nhiệt độ nước hay dùng một số loại nhiệt kế chuyên dụng sau:

• Nhiệt kế đảo: đo nhiệt độ nước biển ở các tầng có độ sâu khác nhau Nhiệt kế đảo có cấu tạo đặc biệt, thắt hẹp ở gần bầu thuỷ ngân Đặt nhiệt kế này ở độ sâu cần đo, cột thủy ngân sẽ ngắt khỏi bầu, khi kéo nhiệt kế đảo lên thành tàu, nhiệt kế chỉ nhiệt độ đã đo được ở độ sâu đó

• Nhiệt kế độ sâu, còn được gọi là nhiệt kế sâu hay nhiệt kí đo sâu, đo phân bố nhiệt độ theo độ sâu, ứng dụng trong hải dương học Nhiệt kế độ sâu sử dụng

bộ cảm biến bằng thủy ngân hoặc dầu xilen

• Nhiệt biểu thường hay còn gọi là nhiệt ký thường, là một dụng cụ khí tượng thủy văn dùng để đo nhiệt độ tại thời điểm quan trắc

Luận văn thạc sĩ 21

Về nguyên tắc, các thiết bị đo nhiệt độ nước có khả năng cho phép quan trắc

sự biến đổi nhiệt độ nước, nhưng để làm như vậy người ta phải đo cùng một sự việc trong cùng các điều kiện như nhau, dù các điều kiện đó như thế nào Điều này thật khó khăn ví dụ khi một nhiệt kế được kiểm định là có thể cho một quan trắc chính xác, thì việc đảm bảo rằng các phép đo luôn luôn được thực hiện trong cùng một

điều kiện là không dễ dàng

Sử dụng các đo đạc nhiệt độ ở biển cũng có những thách thức khác Có một

số lượng lớn các phép đo đạc cả nhiệt độ không khí và nhiệt độ mặt nước từ giữa thế kỷ 19 Nhiệt độ không khí được đo trong ban ngày bấy giờ được coi là không tin cậy bởi vì ánh sáng mặt trời được hấp thụ bởi sàn tầu gây ra những con số tăng quá mức, nhưng những quan trắc ban đêm lại cho nguồn thông tin có giá trị về khí hậu

Các đo đạc về nhiệt độ mặt biển (SSTs) đưa ra nhiều thách thức khác nhau Trong thế kỷ 19, nhiều con tầu có các hồ sơ về nhiệt độ nước thu được trong các thùng bên sườn tầu Để sử dụng những số liệu quan trắc này, cần phải có các hiệu chỉnh để xét xem các mẫu quan trắc trong các thùng gỗ hay trong các vải bạt không cách điện, loại thùng bạt chóng nguội hơn Một câu hỏi lớn là có một bước nhảy đột xuất về nhiệt độ khoảng gần 0,5oC giữa năm 1940 và 1941 Người ta đã cho rằng sự thay đổi đó là do các con tầu dùng thùng bạt để đo nhiệt độ gần nơi đặt máy Sự thay đổi này xảy ra do trong thời gian chiến tranh, dùng đèn để đo bên sườn tầu vào ban đêm là quá nguy hiểm Áp dụng những hiệu chỉnh này cho khoảng 80 triệu quan trắc dẫn tới kết luận rằng các quan trắc trước 1941 phải được hiệu chỉnh tăng thêm khoảng +0,13oC đối với năm 1856, khi các thùng gỗ được dùng, và tới +0,42oC trong năm 1940 khi các thùng đo vải bạt được dùng Cho rằng việc nóng lên của nhiệt độ nước biển trên toàn cầu kể từ cuối thế kỷ 19 khoảng 0,5oC (Hình 2.1 ), những hiệu chỉnh này là một sự chỉnh lý chủ yếu và chỉ ra cần phải chuẩn hóa các quan trắc bằng thiết bị đo

Hạn chế khác với các đo đạc SST là các khoảng trống theo diện phủ địa lý của chúng Ngoài những đường hàng hải chính, còn có nhiều khu vực có rất ít số

Luận văn thạc sĩ 22

liệu, đặc biệt trong thời gian trước đây Diện phủ bị ảnh hưởng bởi chiến tranh thế giới và những thay đổi đường hàng hải (ví dụ việc mở kênh đào Suez năm 1869 hay Panma năm 1914) Thậm chí trong các thập niên gần đây, thực sự không có số liệu

ở Nam Băng Dương ở vĩ độ 45o Vì đại dương chiếm tới 71% diện tích bề mặt trái đất, đây là một thiếu sót đáng kể Trong khi các hồ sơ bổ sung có thể được khám phá, nhưng khoảng trống này được lấp rất ít, do vậy, tất cả những việc có thể làm được là ngoại suy các số liệu hiện có trên cơ sở các kiểu nhiệt độ đã biết để tạo ra những chuỗi số liệu thống nhất đối với nhiệt độ toàn cầu

từ năm 1960 đến 1990 (đường mầu đen) và những biến đổi nhiệt độ mặt biển

(đường mầu trắng)

Hồ sơ toàn cầu kể từ trước đến năm 1860 tổ hợp những đo đạc cả trên đất liền và trên biển Sự không rõ ràng trong các quan trắc nhiệt độ mặt đất là ảnh hưởng của sự đô thị hóa Nói chung, ngoài việc nhiệt độ quan trắc tăng khoảng 0,5oC trong thế kỷ thứ 20, khoảng 0,05oC có thể những tác động đô thị góp thêm vào Việc tổng hợp những nhiệt độ ban đêm và STTs vào trong các hồ sơ nhiệt độ toàn cầu đã đưa thêm vào những số liệu thực sự không rõ ràng Những số liệu trước đây có những hạn chế, nhưng từ đầu thế kỷ 20, các sai số tính toán đối với những bất thường SST trong thập niên nhỏ hơn 0,1oC đối với các khu vực có tài liệu đầy

Luận văn thạc sĩ 23

đủ (khoảng 60% các đại dương của thế giới) Sự nóng lên nhận thấy được trong các quan trắc nhỏ hơn so với trên đất liền Xu thế chung là giống nhau Sự chênh lệch chính là từ những năm 1970 khi biển không nóng nhanh như đất liền Việc phản hồi chậm hơn này có thể phản ánh tính ì của các đại dương Đường cong được nhất trí đối với việc nóng lên trên toàn cầu là sự kết hợp của hai tập số liệu đo đạc này Việc phân tích này cũng chỉ ra xu thế giống nhau đối với các bán cầu và khẳng định rằng việc nóng lên là một hiện tượng của toàn cầu Độ không chắc chắn tổng cộng trong các đo đạc được coi vào khoảng ±0,2oC với một sự đồng thuận về sự tăng nhiệt độ toàn cầu khoảng 0,65oC kể từ đầu thế kỷ 20

2.1.1.2 Các đo đạc dùng vệ tinh

Kể từ đầu những năm 1960, các vệ tinh thời tiết đã cho những tiềm năng đối với quan trắc thời tiết của trái đất trên phạm vi toàn cầu Những vệ tinh ban đầu chỉ cung cấp các đo đạc sơ đẳng ban đầu về diện phủ mây và nhiệt độ của của bề mặt đất ( bao gồm cả các lục địa và các đại dương) và các đỉnh mây Việc này được mở rộng đến những năm 1970 với sự phát triển của các thiết bị đo bức xạ hồng ngoại Các thiết bị này cho phép có thể phân tích lượng bức xạ trái đất phát ra từ bề mặt đất và khí quyển với các bước sóng khác nhau để tạo ra những đo đạc về nhiệt độ ở các cấp độ cao khác nhau trong khí quyển Ngoài ra, các thiết bị đo bức xạ vi sóng

đã được phát triển, có cùng nguyên tắc làm việc như các thiết bị trước và có những

ưu điểm rất lớn về việc nhìn xuyên qua các đám mây Điều này có nghĩa rằng, chúng không chỉ đo được nhiệt độ trong các điều kiện nhiều mây, mà còn tạo ra các

quan trắc chính xác về phạm vi diện phủ tuyết và các đám băng trôi ở các vùng cực, nơi thường xuyên bị mây bao phủ

Mặc dù các vệ tinh đưa ra một viễn cảnh diện phủ toàn cầu của biến đổi khí hậu, thuận lợi trong đo đạc nhiệt độ mặt đất và các đại dương, nhưng các vệ tinh này có hai hạn chế cơ bản

Luận văn thạc sĩ 24

Hình 2.2: Vệ tình Glonass-K thế hệ mới của Nga

Thứ nhất, có một thực tế rõ ràng rằng chúng chỉ tạo ra những quan trắc trong thời gian ngắn và do vậy chỉ có thể đóng góp vào việc đo giám sát tương lai của khí hậu

Thứ hai, các thiết bị đo bức xạ đo bức xạ phát lên từ một phần tương đối dầy của khí quyển và do vậy các kết quả của chúng không có thể so sánh trực tiếp với các kết quả bề mặt đất và do đó cần phải kiểm định cẩn thận

Tuy nhiên, các đo đạc bằng vệ tinh đối với khí quyển tầng thấp đã có một đóng góp đáng kể vào việc phân tích việc nóng lên toàn cầu trong những năm gần đây trong những quan trắc:

• Đo đạc về diện tích băng ở hai cực, theo dõi diện tích băng tan

• Đo giám sát mưa trên toàn cầu

• Theo dõi diện phủ mây trên toàn cầu trong

• Xây dựng hồ sơ về số liệu thảm phủ trái đất

Tất cả các thông số trên đều có mối quan hệ chặt chẽ với nhiệt độ mặt đất và nhiệt độ nước biển trên phạm vi toàn cầu

Luận văn thạc sĩ 25

Ngoài các phương pháp đo trực tiếp thì ngày nay các phương pháp đo gián tiếp

từ rất nhiều các nguồn khác nhau để con nguời có cái nhìn dài hơn về những biến đổi nhiệt độ mặt đất và nhiệt độ của nước biển, biển đổi khí hậu trong quá khứ hàng ngàn năm về trước Các phương pháp ngày nay sử dụng: phân tích các vòng trong thân cây, các lõi băng, trầm tích đại dương, bào tử phấn hoa, nước trong hang động, san hô…

2.1.2 Tình hình quan trắc và đo giám sát nhiệt độ của nước tại Việt Nam

Việc đo đạc và giám sát nhiệt độ của nước gắn liền với các số liệu khí tượng, thủy văn và thường thực hiện tại các trạm khí tượng thủy văn So với ngành khí tượng thủy văn (KTTV) của nhiều quốc gia trên thế giới, trình độ công nghệ của ngành KTTV nước ta thuộc loại lạc hậu trên cả ba lĩnh vực chủ yếu là hệ thống quan trắc, hệ thống thông tin liên lạc và công nghệ dự báo

Hệ thống quan trắc của ta chủ yếu là quan trắc thủ công Các máy móc và dụng cụ đo đạc sử dụng trên mạng lưới quan trắc KTTV hiện nay được chế tạo dựa trên các nguyên lý cổ điển được áp dụng trên mạng lưới quan trắc khí tượng toàn cầu từ hàng trăm năm nay như các loại nhiệt kế, khí áp biểu, dụng cụ đo gió Do

đó, các dụng cụ này có giới hạn nhất định về các thông số đo và độ chính xác của các yếu tố cần đo Mặt khác các số liệu phải do người đọc và ghi lại nên không tránh khỏi những sai số, mặc dù đã có cả một hệ thống qui trình, qui phạm chặt chẽ bảo đảm sự thống nhất của việc đo đạc

Hệ thống thông tin chủ yếu dựa trên cơ sở hạ tầng của hệ thống viễn thông quốc gia sử dụng các phương tiện liên lạc phổ biến hiện nay là điện thoại, fax, mạng máy tính với tốc độ chưa cao

Công tác dự báo mặc dù đã tiến bộ trong những năm gần đây nhưng vẫn còn rất yếu trong dự báo ngắn hạn và dài hạn

Những hạn chế nói trên đã ảnh hưởng không nhỏ tới việc đáp ứng các yêu cầu ngày càng nhiều và đa dạng về thông tin KTTV của các đối tượng sử dụng khác nhau Do vậy ngành khí tượng thủy văn cần tập trung đầu tư phát triển và ứng dụng

đã tính toán để đánh giá mưc độ ô nhiễm của dòng nước thải có ảnh hưởng nhiều hay ít tới hệ thống thủy sinh từ đó lựa chọn cửa xả nước thải cho hợp lý Đồng thời nếu hệ thống nước làm mát được lấy tuần hoàn thì nước làm mát phải đạt tiêu chuẩn tại đầu vào về nhiệt độ để hiệu suất làm mát đạt giá trị tối ưu

Trong tương lai bài toán nghiên cứu sự lan truyền nhiệt độ trong môi trường nước sẽ được quan tâm nghiên cứu hơn khi xây dựng các nhà máy điện hạt nhân và nghiên cứu về biến đổi khí hậu đối phó với nước biển dâng tại Việt Nam

Vậy bài toán lan truyền nhiệt trong môi trường nước không còn gì mới lạ trên thế giới nhưng tại Việt Nam nó vẫn là một bài toán mới chưa được quan tâm và nghiên cứu nhiều Vì vậy số liệu về đo nhiệt độ của nước cũng chỉ có trong các đề tài hoặc dự án, hoặc đo và quan trắc định kỳ tại các trạm khí tượng thủy văn vào một vài thời điểm cố định tại các lưu vực sông hàng năm Do vậy mà số liệu nền

về nhiệt độ nước trên toàn bộ các trạm quan trắc trên các lưu vực sông hàng ngày

và hàng giờ là không có

2.2 Cơ sở lý thuyết về truyền nhiệt và truyền chất [nguồn 2]

2.2.1 Truyền nhiệt trong môi trường chất lỏng

2.2.1 1 Dẫn nhiệt:

Dẫn nhiệt là quá trình truyền nhiệt giữa các phần của vật hay giữa các vật có nhiệt độ khác nhau khi chúng tiếp xúc với nhau Muốn có quá trình dẫn nhiệt xảy ra giữa các vật thì các vật phải có độ chênh lệch về nhiệt độ và phải tiếp xúc với nhau

Luận văn thạc sĩ 27

Quá trình dẫn nhiệt có thể xảy ra trong chất rắn, chất lỏng và chất khí Nhưng trong chất rắn chỉ xảy ra sự dẫn nhiệt thuần túy còn trong chất lỏng và chất khí ngoài truyền nhiệt bằng dẫn nhiệt sẽ còn có truyền nhiệt bằng đối lưu và bức xạ

• q ( W/m2): mật độ dòng nhiệt, là lượng nhiệt truyền qua một đơn vị diện tích

bề mặt đẳng nhiệt vuông góc với hướng truyền nhiệt trong một đơn vị thời gian

• Dòng nhiệt là lượng nhiệt truyền qua toàn bộ diện tích bề mặt đẳng nhiệt trong một đơn vị thời gian Q (W)

• Hệ số dẫn nhiệt λ, theo định luật Fourier: q = -λgradt = -λ.∂t/∂n mật độ dòng nhiệt tỷ lệ với gradian nhiệt độ, suy ra λ = - q/(∂t/∂n) (W/m.K)

2.2.1.2 Trao đổi nhiệt đối lưu:

Là quá trình trao đổi nhiệt được thực hiện nhờ sự chuyển động của chất lỏng hoặc chất khí giữa các vùng có nhiệt độ khác nhau Vì trong khối chất lỏng hoặc chất khí không thể tránh khỏi những phần tử có nhiệt độ khác nhau tiếp xúc trực tiếp với nhau nghĩa là có sự dẫn nhiệt trong chất lỏng hoặc chất khí, do đó trao đổi nhiệt đối lưu luôn kèm theo sự dẫn nhiệt Tuy nhiên quá trình truyền nhiệt chủ yếu

ở đây là thực hiện bằng đối lưu nên ta gọi là trao đổi nhiệt đối lưu

2.2.1.3 Trao đổi nhiệt bức xạ

Một vật ở bất kỳ một nhiệt độ nào ( lớn hơn 0K, không độ tuyệt đối) luôn có

sự biến đổi nội năng của vật thành năng lượng của các tia bức xạ dưới dạng sóng điện từ Các sóng này truyền đi trong không gian theo mọi phương với tốc độ của ánh sáng với chiều dài bước sóng λ: 0 - ∞ m Trong môi trường chất lỏng ta quan tâm nhiều nhất tới bức xạ của mặt trời Khi bức xạ mặt trời chiếu xuống trái đất có thể chia làm 3 thành phần:

• Phần trực xạ: tia bức xạ chiếu trực tiếp xuống bề mặt đất không bị tán xạ và hấp thụ

2.2.2 Trao đổi nhiệt và trao đổi chất

Trong thiên nhiên và trong kỹ thuật có nhiều quá trình trao đổi nhiệt được tiến hành đồng thời với các quá trình trao đổi chất Các quá trình này có ý nghĩa thực tiễn Thí dụ, quá trình bay hơi chất lỏng vào không khí, quá trình ngưng tụ của hơi trong hỗn hợp hơi – khí trên bề mặt vách lạnh, quá trình thăng hoa, quá trình hấp thụ, quá trình thẩm thấu…Trong các quá trình này xảy ra đồng thời trao đổi nhiệt và trao đổi chất… Việc nghiên cứu các quá trình đó rất phức tạp vì giữa trao đổi nhiệt và trao đổi chất có tác động ảnh hưởng lẫn nhau Dưới đây chúng ta sẽ

nghiên cứu chúng

2.2.2.1 Hiện tượng khuyếch tán

Quá trình trao đổi chất là quá trình di chuyển các phân tử của cấu tử (pha) này vào không gian giữa các phân tử của cấu tử khác, còn gọi là quá trình khuếch tán

Quá trình khuyếch tán (trao đổi chất có thể tiến hành bằng phương thức vi

mô (khuyếch tán phân tử) cũng như bằng phương pháp vĩ mô (khuyếch tán đối lưu)

Nguyên nhân tạo ra khuyếch tán phân tử là do chuyển động nhiệt của các phân tử Trên bề mặt phân pha ví dụ lỏng – hơi, quá trình khuyếch tán phân tử vi

mô được thực hiện khi hơi không chuyển động hoặc chuyển động tầng, nếu hơi

Luận văn thạc sĩ 29

chuyển động rối thì ngoài khuyếch tán vi mô còn có quá trình di chuyển mạnh của các lớp hơi riêng biệt - khuyếch tán đối lưu

Tương tự như quá trình trao đổi nhiệt trong môi trường một pha một cấu tử,

tổ hợp của hai phương thức dẫn nhiệt và đối lưu được gọi là trao đổi nhiệt đối lưu; đối với trao đổi chất trong môi trường nhiều pha, nhiều cấu tử tổ hợp của các phương thức truyền chất do khuếch tán phân tử và do khuyếch tán đối lưu được gọi

là trao đổi chất đối lưu Quá trình đó tiến hành cho đến khi đạt được sự cân bằng động giữa các pha nghĩa là đến khi có bao nhiêu phân tử của một pha này chuyển đến một pha khác thì có bấy nhiêu phân tử pha khác chuyển động đến pha này

Trong kỹ thuật thường gặp là các quá trình trao đổi nhiệt – trao đổi chất trong môi trường hai cấu tử (hai pha) Việc khảo sát đối với môi trường đó có thể áp dụng cho các môi trường phức tạp khác

1 Dòng chất, mật độ đòng chất

Tương tự khái niệm dòng nhiệt trong truyền nhiệt, quá trình khuyếch tán được đặc trưng bởi dòng chất, ký hiệu bằng chữ J, đơn vị kg/s Dòng chất là lượng vật chất đi qua một bề mặt đã cho theo phương pháp tuyến với nó trong một đơn vị thời gian Như vậy, mật độ dòng chất, ký hiệu j, đơn vị kg/m2s là dòng chất ứng với một đơn vị diện tích bề mặt

Ta có :

,

dJ j dF

p T

D D

k k

Trị số kp đối với hỗn hợp hai cấu tử được xác định bằng

1 2 2 1 2

k

M

ρ ρρ

+

Ở đây M1, M2 và M là khối lượng phân tử hay kilmol của cấu tử thứ 1, thứ 2 và của hỗn hợp Nếu p1, p2 là phân áp suất của cấu tử thứ 1, thứ 2 và p là phân áp suất của hỗn hợp thì :

Ở trên chúng ta đã khảo sát sự truyền chất do khuyếch tán phân tử Trong môi trường chuyển động ngoài khuyếch tán phân tử, sự truyền chất còn do đối lưu Khi dịch chuyển một thể tích nào đó của hỗn hợp có mật độ ρ và tốc độ ω thì mật

độ dòng chất của hỗn hợp do khuyếch tán đối lưu bằng :

dl

j =ρω, kg/m2 s (2-8) hoặc đối với cấu tử I của hỗn hợp với i

Trường hợp khi mật độ (hay khối lượng riêng) chung của hỗn hợp không thay đổi ( ρ = const) thì sự chuyển đi của những dòng cấu tử này phải được bù vào bằng những dòng cấu tử khác Vậy ta có tại một đơn vị thể tích nào đó của hỗn hợp tổng mật độ dòng chất của các cấu tử phải bằng không: