NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG TIẾP NHẬN NƯỚC THẢI LƯU VỰC VÙNG CỬA SÔNG CU ĐÊ LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

L nn Tải lượng của thông số chất lượng nước hiện có trong nguồn nước của đoạn sông L t Tải lượng của thông số chất lượng nước hiện có trong nguồn thải L tđ Tải lượng tối đa của thông số

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -

ĐẶNG NGUYỄN THỤC ANH

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG TIẾP NHẬN NƯỚC THẢI LƯU VỰC VÙNG CỬA SÔNG CU ĐÊ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

Đà Nẵng - Năm 2018

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA -

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả luận văn

Đặng Nguyễn Thục Anh

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG TIẾP NHẬN NƯỚC THẢI

LƯU VỰC CỬA SÔNG CU ĐÊ Học viên: Đặng Nguyễn Thục Anh Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường

Tóm tắt - Theo quy định tại Khoản 3, Điều 15 Thông tư số 76/2017/TT-BTNMT ngày 29/12/2017

của Bộ trưởng Bộ Tài nguyên và Môi trường về đánh giá khả năng tiếp nhận nước thải của nguồn

nước sông, hồ thì: “Sở Tài nguyên và Môi trường tham mưu, giúp Ủy ban nhân dân thành phố tổ chức

điều tra, đánh giá khả năng tiếp nhận nước thải, sức chịu tải của các sông, hồ là nguồn nước nội tỉnh” Vì vậy, việc nghiên cứu, đánh giá khả năng tiếp nhận nước thải của lưu vực vùng cửa sông Cu

Đê có ý nghĩa đặc biệt quan trọng Luận văn đã xác định bộ thông số mô hình chuyển hóa các chất hữu

cơ: hệ số chuyển hóa chất hữu cơ: k BOD : 0,047 - 0,057ngày-1; hệ số phân tán dọc thay đổi dọc theo

chiều dòng chảy E x : 109 - 415 m 2 /s phục vụ cho quá trình mô phỏng chất lượng nước tại lưu vực vùng

cửa sông Cu Đê Các kết quả tính toán theo các kịch bản phát triển kinh tế xã hội có thể áp dụng để quản lý cấp phép xả thải cũng như làm cơ sở cho việc đề xuất các biện pháp quản lý các nguồn xả thải vào lưu vực

Từ khóa: Khả năng tiếp nhận nước thải; Sông Cu Đê; Mô hình chất lượng nước; Hệ số chuyển hóa

chất hữu cơ; Hệ số phân tán

ASSESSMENT OF THE CAPACITY FOR RECEIVING WASTEWATER

OF CU DE RIVER ESTUARY CATCHMENT

Abstract: - According to Clause 3, Article 15 of the Circular No 76/2017/TT-BTNMT issued by Ministry

of Natural Resources and Environment on December 29, 1977 regarding the assessment of the capacity for

receiving wastewater of rivers and lakes, "The Department of Natural Resources and Environment advises

and assists the People's Committee to organize surveys and assessments to determine the wastewater receiving capacity and pollution-load carrying capacity of rivers and lakes as internal water sources."

Therefore, it is especially important to carry out study and assessment of wastewater receiving capacity of

Cu De Estuary This dissertation has defined the set of parameters (with the removal coefficient of organic substances for different types of water: k BOD : 0.047 ÷ 0.057 day -1; the dispersion coefficient varying along the flow direction E x : 109 - 415 m2/s) for water quality simulation in Cu De Estuary The simulation results for different development scenarios can be applied well for the management of discharge licensing as well

as for proposing measures to manage sources of discharge into the catchment

Keywords: Mass loading Daily Capacity; Cu De River; Water Quality Model; Removal coefficient of

organic matter; Dispersion coefficient

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC CÁC HÌNH

MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 1

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

4 Phương pháp nghiên cứu 2

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 3

6 Cấu trúc của luận văn 3

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 4

1.1 Nguồn nước và đánh giá khả năng tiếp nhận nước thải của nguồn nước 4

1.1.1 Nguồn nước và phân loại nguồn nước 4

1.1.2 Chất lượng nguồn nước 4

1.1.3 Đánh giá khả năng tiếp nhận nước thải của nguồn nước 7

1.2 Mô hình chất lượng nước và các ứng dụng trong đánh giá khả năng tiếp nhận nước thải của nguồn nước 10

1.2.1 Mô hình chất lượng nước 10

1.2.2 Ứng dụng các mô hình trong đánh giá khả năng tiếp nhận nước thải của sông 15

1.3 Hiện trạng chất lượng nguồn nước sông Cu đê 17

1.3.1 Giới thiệu lưu vực sông Cu Đê 17

1.3.2 Hiện trạng chất lượng nguồn nước 19

1.3.3 Các nghiên cứu và các dự án phát triển kinh tế xã hội 20

CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 24 2.1 Đối tượng và phạm vi 24

2.1.1 Đối tượng 24

2.1.2 Phạm vi 24

2.2 Nội dung 24

2.2.1 Thu thập các số liệu, tài liệu có liên quan 24

2.2.2 Đánh giá hiện trạng chất lượng nước 26

2.2.3 Xây dựng mô hình chất lượng nước 27

2.2.4 Đánh giá khả năng tiếp nhận nước thải 30

2.3 Phương pháp 30

2.3.1 Lấy mẫu, bảo quản mẫu và phân tích các thông số chất lượng nước 30

2.3.2 Xác định các hệ số của phương trình lan truyền chất trong sông 31

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 38

3.1 Hiện trạng chất lượng nước sông Cu đê 38

3.1.1 Kết quả quan trắc chất lượng nước tại các mặt cắt 38

3.1.2 Kết quả quan trắc chất lượng nước dọc theo chiều dòng chảy 39

3.2 Mô hình chất lượng nước 43

3.2.1 Kết quả tính toán giá trị ux tại biên thượng lưu (MC8) của đoạn sông đánh gía bằng Mike 11 43

3.2.2 Kết quả xác định hằng số tốc độ phân hủy (kd) 46

3.2.3 Kết quả tính toán giá trị hệ số phân tán dọc (Ex) bằng số liệu thực đo 47

3.2.4 Hiệu chỉnh và kiểm định hệ số tốc độ chuyển hóa chất hữu cơ 50

3.3 Đánh giá khả năng tiếp nhận nước thải của lưu vực sông bằng mô hình đã thiết lập 53

3.3.1 Đánh giá khả năng tiếp nhận nước thải sau xử lý của khu công nghệ cao 53

3.3.2 Kết quả tính toán và dự báo theo các kịch bản 55

3.4 Đánh giá khả năng tiếp nhận nước thải của sông Cu đê bằng phương pháp bảo toàn khối lượng 58

3.4.1 Quy định đánh giá khả năng tiếp nhận nước thải của sông bằng phương pháp bảo toàn khối lượng theo Thông tư số 76/2017/TT-BTNMT 58

3.4.2 Kết quả đánh giá theo các kịch bản 59

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (bản sao)

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

BOD Nhu cầu oxi sinh hóa (Biochemical Oxygen Demand)

COD Nhu cầu oxi hóa học (Chemical Oxygen Demand)

Ct Nồng độ các thông số ô nhiễm có trong nguồn thải

DO Oxy hòa tan (Dissolved Oxygen)

E x ,E y ,E z Hệ số phân tán rối vật chất trong dòng chảy theo phương x, y, z

vật lý, hóa học và sinh học

H Chiều sâu thủy trục tại thời điểm quan trắc

k BOD Hằng số tốc độ phân hủy chất hữu cơ

L nn Tải lượng của thông số chất lượng nước hiện có trong nguồn nước của

đoạn sông

L t Tải lượng của thông số chất lượng nước hiện có trong nguồn thải

L tđ Tải lượng tối đa của thông số chất lượng nước mặt đối với đoạn sông

L tn Khả năng tiếp nhận nước thải, sức chịu tải đối với từng thông số ô

nhiễm

Qs Lưu lượng dòng chảy của đoạn sông đánh giá

Qt Lưu lượng lớn nhất của nguồn thải

QCVN Quy chuẩn Việt Nam

u x ,u y ,u z Thành phần vận tốc trong dòng chảy theo phương x, y, z

2.2 Thông số nguồn thải theo các kịch bản mô phỏng 34

3.1 Kết quả bộ thông số hệ số nhám (n) của mô hình sau khi đã

3.2

Diện tích mặt cắt ướt theo số liệu quan trắc mực nước tại các

MC2, MC3, MC4, MC5 và vận tốc dòng chảy trên các đoạn sông

48

3.3 Chiều dài, rộng, sâu và khoảng dao động của giá trị Ex 50

DANH MỤC CÁC HÌNH

Số hiệu

1.1 Sơ đồ các quá trình chuyển hóa chất hữu cơ trong dòng chảy 14

1.3 Bản đồ quy hoạch sử dụng đất lưu vực sông Cu Đê 19

1.4 Bản đồ nguồn nước và khả năng khai thác nguồn nước sông Cu

1.5 Bản đồ các dự án xả thải vào lưu vực sông Cu Đê 23 2.1 Sơ đồ vị trí quan trắc giai đoạn 2015-2017 thuộc [25] 25 2.2 Sông Cu Đê và đoạn sông đánh giá khả năng tiếp nhận nước thải 26

2.3 Vị trí các điểm quan trắc chất lượng nước theo chiều rộng và độ

2.4 Vị trí các điểm quan trắc chất lượng nước theo chiều rộng và độ

2.5 Vị trí các mặt cắt biên, mực nước và các điểm quan trắc các

thông số chất lượng nước làm cơ sở cho việc hiệu chỉnh mô hình 28

2.6 Khảo sát thực địa, lấy mẫu đánh giá hiện trạng chất lượng nước

2.7 Lấy mẫu xác định Ex và bộ số liệu hiệu chỉnh mô hình (đợt 2) 28 2.8 Lấy mẫu, đo mực nước kiếm định mô hình (đợt 3) 29

2.9 Vị trí các mặt cắt biên, mực nước và các điểm quan trắc các

thông số chất lượng nước làm cơ sở cho việc kiểm định mô hình 29

2.13 Sơ đồ khối quá trình hiệu chỉnh và kiểm định hệ số kr 34

2.14 Sơ đồ khối quá trình đánh giá khả năng tiếp nhận nước thải của

3.1 Kết quả quan trắc chất lượng nước tại MC2, MC5 và MC6 38 3.2 Kết quả quan trắc Sal và pH dọc theo chiều dòng chảy 39 3.3 Kết quả quan trắc TSS dọc theo chiều dòng chảy 40 3.4 Kết quả quan trắc chất hữu cơ (BOD5 và COD) dọc theo chiều

Số hiệu

3.5 Kết quả quan trắc các chất dinh dưỡng (N-NH4 , N-NO3 và

3.6 Kết quả hiệu chỉnh mô hình: so sánh mực nước tại MC8 và diễn

biến đường mực nước trong sông Cu Đê trong thời kỳ mô phỏng 44

3.7 Kết quả kiểm định mô hình: so sánh mực nước tại MC8 và diễn

biến đường mực nước trong sông Cu Đê trong thời kỳ mô phỏng 44

3.9

(a) Kết quả quan trắc giá trị BODt theo thời gian của mẫu nước

tại MC3 và (b) Kết quả tính toán giá trị kBOD bằng phương pháp

bình phương tối thiểu

47

3.10

(a) Kết quả quan trắc giá trị BODt theo thời gian của mẫu nước

tại MC5 và (b) Kết quả tính toán giá trị kBOD bằng phương pháp

bình phương tối thiểu

47

3.11 Kết quả quan trắc giá trị độ mặn (Sal.) tại các mặt cắt (MC3,

3.12 Kết quả quan trắc giá trị độ mặn (Sal.) dọc theo chiều dòng chảy

trên các đoạn sông ở thời điểm 08h00 và 15h00 ngày 03/08/2018 49

3.13 Giá trị Ex lớn nhất và nhỏ nhất trong khoảng thời gian của một

3.14 Kết quả mô phỏng theo giá trị kd và kr so với giá trị BOD thực đo

3.15

Kết quả mô phỏng giá trị BOD theo kr và giá trị thực đo ngày 14

và 15/08/2018 (a) Dọc theo chiều dòng chảy; (b) tại các MC5 và

(c) MC6

52

3.16 Diễn biến phân bổ giá trị BOD và BOD5 với kịch bản 1 53 3.17 Diễn biến phân bổ giá trị BOD và BOD5 với kịch bản 2 54 3.18 Diễn biến phân bổ giá trị BOD và BOD5 với kịch bản 3 55 3.19 Diễn biến phân bổ giá trị BOD và BOD5 với kịch bản 4 56 3.20 Diễn biến phân bổ giá trị BOD và BOD5 với kịch bản 5 57 3.21 Khả năng tiếp nhận nước thải trường hợp các Trạm XLNT hoạt

3.21 Khả năng tiếp nhận nước thải trường hợp như kịch bản 60

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Đà Nẵng đang trong quá trình đô thị hóa và công nghiệp hóa mạnh mẽ, một mặt góp phần đáng kể vào công cuộc phát triển chung của thành phố, mặt khác Đà Nẵng phải đối mặt với nhiều vấn đề môi trường, trong đó có các vấn đề liên quan đến tài nguyên nước mà cụ thể là vấn đề xả nước thải vào các lưu vực sông, trong đó có lưu vực sông Cu Đê Trong những năm qua, nhiều khu dân cư, khu đô thị mới mọc lên như: khu đô thị Golden Hills, khu đô thị Golden Hills mở rộng, khu đô thị Thủy Tú,…, cùng với nước thải khu công nghiệp Hòa Khánh, khu công nghiệp Hòa Khánh mở rộng, Khu công nghệ cao và Khu công nghệ Thông tin đã và sẽ làm gia tăng lượng nước thải vào sông Cu Đê, tiềm ẩn các nguy cơ ô nhiễm nguồn nước trong điều kiện

xả thải từ hoạt động công nghiệp và khu dân cư chưa được kiểm soát hiệu quả Mặt khác, biến đổi khí hậu cùng với việc xây dựng các công trình khai thác, sử dụng nguồn nước mặt ở vùng thượng lưu (Nhà máy nước Hòa Liên) đã và sẽ làm suy giảm cả về số lượng và chất lượng đối với nguồn nước sông Cu Đê nếu không có phương án khai thác, sử dụng tổng hợp và kiểm soát chặt chẽ các nguồn thải vào nguồn nước

Theo Khoản 4, Điều 37 Luật Tài nguyên nước [18] thì việc cấp phép xả nước thải vào nguồn nước phải căn cứ vào khả năng tiếp nhận nước thải của nguồn nước Tuy nhiên, hiện nay việc điều tra, đánh giá khả năng tiếp nhận nước thải, sức chịu tải của các sông, hồ là nguồn nước nội tỉnh trên địa bàn thành phố Đà Nẵng chưa được Sở Tài nguyên và Môi trường thực hiện, trình UBND thành phố Đà Nẵng xem xét, phê duyệt theo quy định Vì vậy, việc nghiên cứu, đánh giá khả năng tiếp nhận nước thải của lưu vực vùng cửa sông Cu Đê có ý nghĩa đặc biệt quan trọng, nhằm quản lý có hiệu quả việc xả nước thải vào nguồn nước của các dự án phát triển vào khu vực hạ lưu sông Cu Đê, đảm bảo nằm trong khả năng tiếp nhận nước thải của nguồn nước và không gây tác động tiêu cực đến chất lượng nguồn nước

2 Mục tiêu nghiên cứu

2.1 Mục tiêu tổng quát

Đánh giá được khả năng tiếp nhận nước thải của sông Cu Đê theo các kịch bản phát triển kinh tế xã hội trên lưu vực làm cơ sở cho việc đề xuất các biện pháp kỹ thuật quản lý xả thải và khai thác hợp lý, bền vững nguồn nước

2.2 Mục tiêu cụ thể

Có được mô hình chất lượng nước, mô phỏng sự lan truyền và phân bổ các chất

ô nhiễm trên các đoạn sông Cu Đê ở vùng hạ lưu sau khi tiếp nhận nước thải từ các hoạt động phát triển kinh tế xã hội

Đánh giá hiện trạng và dự báo xu thế diễn biến chất lượng nước theo các kịch bản phát triển kinh tế xã hội trên lưu vực vùng hạ lưu sông Cu Đê

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3.1 Đối tượng nghiên cứu

Chất lượng nước sông Cu Đê, và các quá trình lan truyền chất trên các đoạn

sông vùng hạ lưu sông Cu Đê với chiều dài 7,8 km tính từ vịnh Đà Nẵng

Các thông số chất lượng nước, đánh giá hiện trạng chất lượng nước sông Cu Đê

và đoạn sông tiếp nhận nước thải bao gồm: pH, Độ mặn (Sal.), DO, TSS, BOD5, BOD, COD, N-NH4, N-NO3, T-N, P-PO4, T-P và Coliform; đánh giá các nguồn thải: BOD5, BOD, COD, N-NH4, P-PO4 và đánh giá khả năng tiếp nhận nước thải của lưu vực sông theo thông số chất hữu cơ (BOD5 và BOD)

3.2 Phạm vi nghiên cứu

Thời gian, chất lượng nước trong các tháng mùa khô: Từ tháng 03 đến tháng

08

Không gian, lưu vực sông chịu ảnh hưởng của thủy triều (từ ngã ba suối Cây

đến vịnh Đà Nẵng) Các nguồn thải từ các hoạt động phát triển trên lưu vực, được xác định theo các số liệu hiện trạng và quy hoạch các hoạt động phát triển kinh tế xã hội trên lưu vực sông Cu Đê

4 Phương pháp nghiên cứu

Đề tài được nghiên cứu xây dựng trên cơ sở áp dụng phối hợp các phương pháp nghiên cứu sau đây:

Phương pháp kế thừa, được sử dụng trong việc thu thập, tổng hợp, phân tích

các tài liệu sẵn có về công trình nghiên cứu thực hiện trước đây, kế thừa những kết quả điều tra, đánh giá, nghiên cứu đã có liên quan đến đề tài

Phương pháp điều tra, khảo sát thực địa: thu thập các thông tin, số liệu cần

thiết thông qua việc ghi nhận các thông tin từ các đối tượng có liên quan hoặc từ quan sát trực quan trực tiếp các đối tượng nghiên cứu, với khối lượng và mức độ chi tiết đủ

để phục vụ cho đề tài

Phương pháp xử lý thống kê, phân tích, đánh giá, tổng hợp thông tin, dữ liệu:

Tập hợp các số liệu thu thập được theo định dạng thích hợp, thuận tiện cho quá trình

sử dụng, phân tích, loại bỏ các số liệu đột biến bất hợp lý trong chuỗi số liệu thu được

Phương pháp tiếp cận theo quy mô đoạn sông: Với các đặc điểm riêng của

vùng lưu vực sông Cu Đê, việc phân đoạn sông còn phải phù hợp với yêu cầu đánh giá quy định tại Thông tư số 76/2017/TT-BTNMT [5]

Phương pháp mô hình hóa toán học: 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 trong không gian của dòng chảy Việc thiết lập mô hình dựa trên cơ sở

giải phương trình tải và tải - phân tán các chất ô nhiễm trong dòng chảy

Phương pháp quan trắc và phân tích: Tiến hành lấy mẫu thực tế đánh giá chất

lượng nước mặt trên sông, tại các vị trí trong phạm vi lưu vực nghiên cứu và phân tích

trong phòng thí nghiệm

Phương pháp đánh giá: Đánh giá CLN qua từng thông số riêng biệt bằng cách

so sánh với QCVN 08- MT:2015/BTNMT - Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước mặt [1]; QCVN 14:2008/BTNMT-Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về chất lượng nước thải sinh hoạt [2]; và QCVN 40:2011/BTNMT-Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về nước thải công nghiệp [3];

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

5.1 Ý nghĩa khoa học

Các kết quả của đề tài: các chuỗi số liệu quan trắc chất lượng nước, có giá trị tham khảo cho các nghiên cứu về chất lượng nước sông;

Phương pháp thiết lập mô hình bằng các chuỗi số liệu thực đo và giá trị của các

hệ số: chuyển hóa các chất hữu cơ k BOD và hệ số phân tán E x xác định được có giá trị tham khảo trong các nghiên cứu về đánh giá sức tải và nghiên cứu dự báo xu thế chất

lượng nước trên lưu vực sông Cu Đê cũng như các lưu vực sông có điều kiện tương tự

5.2 Ý nghĩa thực tiễn

Đóng góp thêm 03 chuỗi số liệu quan trắc đồng bộ chất lượng nước sông Cu Đê cho nguồn số liệu quan trắc chất lượng nước sông, phục vụ cho các hoạt động chuyên môn của Sở Tài nguyên và Môi trường thành phố Đà Nẵng

Mô hình chất lượng nước đã được thiết lập có đủ độ tin cậy cần thiết để sử dụng như là một công cụ đánh giá khả năng tiếp nhận nước thải của các hoạt động phát triển kinh tế xã hội trên lưu vực, hỗ trợ quản lý tài nguyên nước lưu vực sông Cu Đê và đề xuất các giải pháp khai thác, sử dụng và bảo vệ tài nguyên nước

6 Cấu trúc của luận văn

Mở đầu

Chương 1 Tổng quan

Chương 2 Đối tượng, nội dung và phương pháp nghiên cứu

Chương 3 Kết quả và thảo luận

Kết luận và kiến nghị

Phụ lục

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1 Nguồn nước và đánh giá khả năng tiếp nhận nước thải của nguồn nước

1.1.1 Nguồn nước và phân loại nguồn nước

1.1.1.1 Nguồn nước [18]

Là các dạng tích tụ nước tự nhiên hoặc nhân tạo có thể khai thác, sử dụng cho mục đích sinh hoạt và các hoạt động sản xuất, kinh doanh, dịch vụ bao gồm sông, suối, kênh, rạch, hồ, ao, đầm, phá, biển, các tầng chứa nước dưới đất; mưa, băng, tuyết và các dạng tích tụ nước khác

1.1.1.2 Phân loại nguồn nước

Theo mục đích sử dụng được chia thành các loại nguồn nước: cấp cho sinh hoạt

và các mục đích khác như giải trí, tiếp xúc với nguồn nước và nuôi trồng các loại thuỷ sản

Theo độ mặn thường theo nồng độ muối trong nguồn nước được chia thành nước ngọt, nước lợ và nước mặn

Theo vị trí nguồn nước chia thành các nguồn nước mặt (sông, suối, ao, hồ ) và nước ngầm

1.1.2 Chất lượng nguồn nước

Nguồn nước của sông, hồ,…luôn có chứa một lượng các loại vật chất nhất định, bao gồm các chất vô cơ, chất hữu cơ, các vị khuẩn và vi sinh vật… Tất cả các loại vật chất có trong nước sẽ tạo nên chất lượng của nguồn nước

1.1.2.1 Các thông số đánh giá chất lượng nguồn nước

Chất lượng nguồn nước được đánh giá thông qua nồng độ hoặc hàm lượng các tác nhân vật lý, hóa học, sinh học có trong nước qua các quy chuẩn quy định cho từng mục đích sử dụng

* Các chỉ tiêu vật lý

Độ màu, thường do các chất bẩn trong nước tạo nên Các hợp chất sắt, mangan

không hoà tan làm nước có màu nâu đỏ, các chất mùn humic gây ra màu vàng, các loại thuỷ sinh tạo cho nước màu xanh lá cây Nước bị nhiễm bẩn bởi nước thải sinh hoạt hay công nghiệp thường có màu xanh hoặc đen Đơn vị đo độ màu thường dùng là Platin - Coban (Pt-Co) Nước thiên nhiên thường có độ màu thấp hơn 200 Pt-Co

Mùi, vị, mùi trong nước thường do các hợp chất hữu cơ hay các sản phẩm từ các

quá trình phân hủy vật chất gây nên Nước thiên nhiên có thể mùi đất, mùi tanh, mùi thối Tùy theo thành phần và hàm lượng các muối khoáng hòa tan mà nước có vị: mặn, ngọt, chát, đắng

Độ đục, nước có độ đục lớn chứng tỏ có chứa nhiều cặn bẩn Đơn vị độ đục

thường là mgSiO2/l, NTU, FTU Nước mặt thường có độ đục 20-100 NTU, mùa lũ có khi cao đến 500-600 NTU Nước cấp cho ăn uống thường có độ đục không vượt quá 5

NTU Hàm lượng chất rắn lơ lửng cũng là một đại lượng tương quan đến độ đục của nước

Nhiệt độ, nhiệt độ của nước là đại lượng phụ thuộc vào điều kiện môi trường và

khí hậu Nhiệt độ có ảnh hưởng không nhỏ đến các quá trình xử lý nước và nhu cầu tiêu thụ Nước mặt thường có nhiệt độ thay đổi theo nhiệt độ môi trường

* Các chỉ tiêu hóa học

Khí hoà tan: Các loại khí hoà tan thường thấy trong nước thiên nhiên là khí

cacbonic (CO2), khí oxy (O2) và sunfua huyđro (H2S) Trong nước mặt, sự có mặt của khí H2S trong các nguồn nước mặt, chứng tỏ nguồn nước đã bị nhiễm bẩn và có thừa chất hữu cơ chưa phân huỷ, tích tụ ở đáy các vực nước

Độ oxy hoá: Độ oxy hoá là một đại lượng để đánh giá sơ bộ mức độ nhiễm bẩn

của nguồn nước Đó là lượng oxy cần có để oxy hoá hết các hợp chất hữu cơ trong nước Chất oxy hóa thường dùng để xác định chỉ tiêu này là Pemanganat kali (KMNO4)

Các chất Nitơ: Quá trình phân huỷ các chất hữu cơ tạo ra amoniac (NH4+), nitrit (NO2-) và nitrat (NO3-) Do đó các hợp chất này thường được xem là những chất chỉ thị dùng để nhận biết mức độ nhiễm bẩn của nguồn nước Khi mới bị nhiễm bẩn, ngoài các chỉ tiêu có giá trị cao như độ oxy hoá, amoniac, trong nước còn có một ít nitrit và nitrat Sau một thời gian NH4+, NO2- bị oxy hoá thành NO3-

Các hợp chất phốt pho (PO 4 3- ): Trong nước tự nhiên, thường gặp nhất là

photphat Photphat không thuộc loại hóa chất độc hại đối với con người, nhưng sự tồn tại của chất này với hàm lượng cao trong nước sẽ gây cản trở cho quá trình xử lý, đặc biệt là hoạt chất của các bể lắng

Sunphat (SO 4 2- ): Ion sunphat thường có trong nước có nguồn gốc khoáng chất

hoặc nguồn gốc hữu cơ Với hàm lượng sunphat cao hơn 400mg/l, có thể gây mất nước trong cơ thể

Chất hoạt động bề mặt: Một số chất hoạt động bề mặt như xà p ng, chất tẩy rửa,

… đang được xả vào các nguồn nước Đây là những hợp chất khó phân huỷ sinh học nên ngày càng tích tụ nước đến mức có thể gây hại cho cơ thể con người khi sử dụng

* Các chỉ tiêu sinh học

Trong nước thiên nhiên có rất nhiều loại vi trùng, siêu vi trùng, rong, tảo và các đơn bào, trong đó có một số vi sinh vật gây bệnh cần phải được loại bỏ khỏi nước trước khi sử dụng Thực tế cho thấy, việc xác định tất cả các loại vi sinh vật gây bệnh trong nước là không thể do quá phức tạp và tốn thời gian Do đó thường sử dụng vài vi sinh chỉ thị ô nhiễm để đánh giá sự ô nhiễm từ rác, phân người và động vật

+ Fecal coliform (Coliform): được dùng rộng rãi làm chỉ thị của việc ô nhiễm

phân, đặc trưng bởi khả năng lên men lactose trong môi trường cấy ở 35 – 370 C với

sự tạo thành axit aldehyd và khí trong vòng 48h

+ Escherichia Coli (E.Coli): Thường sống trong ruột người và một số động vật

E.Coli đặc hiệu cho nguồn gốc phân, hiện diện trong phân của người và động vật, chim với số lượng lớn

1.1.2.2 Quản lý chất lượng nguồn nước

Quản lý chất lượng nguồn nước là tổng hợp các biện pháp, luật pháp, chính sách kinh tế, kỹ thuật, xã hội thích hợp nhằm bảo vệ chất lượng nguồn nước đáp ứng nhu cầu khai thác, sử dụng và xả nước thải vào nguồn nước một cách hợp lý, đúng đắn phục vụ phát triển kinh tế xã hội nhưng vẫn đảm bảo giá trị giới hạn các thông số chất

lượng nguồn nước nằm trong Quy chuẩn cho phép [18]

Quy chuẩn Việt Nam làm cơ sở cho việc quản lý chất lượng nguồn nước:

Quy chuẩn kỹ thuật môi trường là mức giới hạn của các thông số về chất lượng môi trường xung quanh, hàm lượng của các chất gây ô nhiễm có trong chất thải, các yêu cầu kỹ thuật và quản lý được cơ quan nhà nước có thẩm quyền ban hành dưới dạng văn bản bắt buộc áp dụng để bảo vệ môi trường Các quy chuẩn chất lượng nước

kỹ thuật môi trường do Nhà nước ban hành với các giá trị giới hạn khác nhau và mỗi giá trị giới hạn chỉ có thể áp dụng đối với nước mặt dùng cho một loại mục đích sử dụng cụ thể

QCVN 08-MT:2015/BTNMT -Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước

mặt quy định giá trị giới hạn các thông số chất lượng nước mặt áp dụng để:

 Đánh giá và quản lý chất lượng của nguồn nước mặt, làm căn cứ cho việc bảo

vệ và sử dụng nước một cách phù hợp

 Làm căn cứ để lập, phê duyệt quy hoạch sử dụng nước theo các mục đích sử dụng xác định

 Đánh giá sự phù hợp của chất lượng nước mặt đối với quy hoạch sử dụng nước

đã được phê duyệt

 Làm căn cứ để kiểm soát các nguồn thải vào nguồn tiếp nhận, đảm bảo nguồn nước mặt luôn phù hợp với mục đích sử dụng

 Làm căn cứ để thực hiện các biện pháp cải thiện, phục hồi chất lượng nước Việc phân hạng A1, A2, B1, B2 đối với các nguồn nước mặt nhằm đánh giá và kiểm soát chất lượng nước, phục vụ cho các mục đích sử dụng nước khác nhau, được sắp xếp theo mức chất lượng giảm dần

A1 - Sử dụng cho mục đích cấp nước sinh hoạt (sau khi áp dụng xử lý thông thường), bảo tồn động thực vật thủy sinh và các mục đích khác như loại A2, B1 và B2 A2 - Dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt nhưng phải áp dụng công nghệ xử lý phù hợp hoặc các mục đích sử dụng như loại B1 và B2

B1 - Dùng cho mục đích tưới tiêu, thủy lợi hoặc các mục đích sử dụng khác có yêu cầu chất lượng nước tương tự hoặc các mục đích sử dụng như loại B2

B2 - Giao thông thủy và các mục đích khác với yêu cầu nước chất lượng thấp [1]

1.1.3 Đánh giá khả năng tiếp nhận nước thải của nguồn nước

1.1.3.1 Các khái niệm cơ bản [12]

Từ điển Thuật ngữ kỹ thuật chuyên ngành thủy lợi Anh - Việt, giải thích các khái niệm:

Khả năng tiếp nhận (Acceptance Capacity) là, lượng chất gây ô nhiễm mà một

nguồn nước/thủy vực có thể chấp nhận mà độ ô nhiễm không vượt quá một mức nhất định;

Sự đồng hóa (Assimilation) (tại trang 976) là, khả năng tự làm sạch của một

nguồn nước/thủy vực khỏi các chất gây ô nhiễm;

Khả năng đồng hóa (Assimilative Capacity) là, lượng các các chất gây ô nhiễm

mà một thủy vực/nguồn nước hay một vùng đất có thể hấp thụ và chuyển hóa trước khi chúng bắt đầu gây ra sự suy giảm đáng kể tính đa dạng sinh học và chất lượng môi trường

Trong những khái niệm trên, Khả năng tiếp nhận (Acceptance Capacity) gần giống với khái niệm khả năng tiếp nhận nước thải của nguồn nước mà đề tài này đang

xem xét và có phần nào gần đúng với thực tế của công tác cấp phép xả nước thải vào nguồn nước của chúng ta hiệnnay

Khả năng tiếp nhận nước thải của nguồn nước, là khả năng nguồn nước có thể

tiếp nhận thêm một lượng nước thải mà vẫn bảo đảm chất lượng nguồn nước cho mục đích sử dụng theo tiêu chuẩn, quy chuẩn kỹ thuật Việt Nam hoặc tiêu chuẩn, quy chuẩn kỹ thuật nước ngoài được cơ quan nhà nước có thẩm quyền cho phép áp dụng [18]

1.1.3.2 Các phương pháp đánh giá khả năng tiếp nhận nước thải, sức chịu tải của sông [5]

a) Phương pháp đánh giá trực tiếp

Đánh giá khả năng tiếp nhận nước thải, sức chịu tải của sông được thực hiện trên cơ sở giới hạn tối đa của từng thông số, đánh giá theo quy chuẩn kỹ thuật về chất lượng nước mặt, lưu lượng và kết quả phân tích chất lượng nguồn nước của đoạn sông Phương pháp đánh giá trực tiếp được áp dụng đối với đoạn sông sau khi điều tra mà không có nguồn nước thải xả trực tiếp vào đoạn sông theo công thức 1.1

F s : hệ số an toàn, được xem xét, lựa chọn trong khoảng từ 0,3 đến 0,7 trên cơ

sở mức độ đầy đủ, tin cậy, chính xác của các thông tin, số liệu sử dụng để đánh giá do

cơ quan có thẩm quyền phê duyệt khả năng tiếp nhận nước thải, sức chịu tải quy định tại Khoản 1 Điều 15 Thông tư 76/2017/TT-BTNMT xem xét, quyết định

b) Phương pháp đánh giá gián tiếp

Đánh giá khả năng tiếp nhận nước thải, sức chịu tải của sông được thực hiện trên cơ sở giới hạn tối đa của từng thông số đánh giá theo quy chuẩn kỹ thuật về chất lượng nước mặt, lưu lượng, kết quả phân tích chất lượng nguồn nước sông, lưu lượng

và kết quả phân tích của các nguồn nước thải xả vào đoạn sông

L t : tải lượng thông số ô nhiễm có trong nguồn nước thải và được xác định theo quy định tại Điều 12 Thông tư này, đơn vị tính là kg/ngày

*Xác định tải lượng tối đa của thông số chất lượng nước mặt

Trong đó:

C qc : giá trị giới hạn của thông số chất lượng nước mặt theo quy chuẩn kỹ thuật

về chất lượng nước mặt ứng với mục đích sử dụng nước của đoạn sông, đơn vị tính là mg/l;

Q s : lưu lượng dòng chảy của đoạn sông đánh giá đơn vị tính là m 3

/s Q s được xác định theo quy định tại Khoản 2 Điều 10 Thông tư số 76/2017/TT-BTNMT

Giá trị 84.6 là hệ số chuyển đổi thứ nguyên (được chuyển đổi từ đơn vị tính là mg/l, m 3 /s thành đơn vị tính là kg/ngày)

* Xác định tải lượng của thông số chất lượng nước hiện có trong nguồn nước

Giá trị 86.4 là hệ số chuyển đổi thứ nguyên

- Xác định tải lượng thông số ô nhiễm có trong nguồn nước thải

Công thức đánh giá: (1.5)

Trong đó:

C t : kết quả phân tích thông số ô nhiễm có trong nguồn nước thải xả vào đoạn sông và được xác định theo quy định tại Khoản 2 Điều 10 Thông tư số 76/2017/TT- BTNMT, đơn vị tính là mg/l;

Q t : lưu lượng lớn nhất của nguồn nước thải xả vào đoạn sông và được xác định theo quy định tại Khoản 3 Điều 10 Thông tư số 76/2017/TT-BTNMT, đơn vị tính là

m 3 /s;

Giá trị 86.4 là hệ số chuyển đổi thứ nguyên

c) Phương pháp đánh giá bằng phương pháp mô hình

Đánh giá khả năng tiếp nhận nước thải, sức chịu tải của sông được thực hiện trên cơ sở giới hạn tối đa của từng thông số đánh giá theo quy chuẩn kỹ thuật về chất lượng nước mặt, lưu lượng và kết quả phân tích chất lượng nguồn nước sông, lưu lượng và kết quả phân tích của các nguồn nước thải xả vào đoạn sông và quá trình gia

nhập dòng chảy, biến đổi của các chất gây ô nhiễm;

Trước ngày 01/3/2018 việc đánh giá khả năng tiếp nhận nước thải của nguồn nước được thực hiện theo hướng dẫn tại Thông tư số 02/2009/TT-BTNMT ngày 19/3/2009 của Bộ trưởng Bộ Tài nguyên và Môi trường [4] Theo đó, việc đánh giá khả năng tiếp nhận nước thải vào nguồn nước của sông, hồ được thực hiện trên cơ sở của phương pháp bảo toàn khối lượng các chất ô nhiễm Khả năng tiếp nhận nước thải của nguồn nước đối với chất ô nhiễm đang đánh giá được tính toán theo phương trình dưới đây:

Khả năng tiếp nhận

của nguồn nước đối

với chất ô nhiễm ≈

Tải lượng ô nhiễm tối đa của chất ô nhiễm

-

Tải lượng ô nhiễm sẵn có trong nguồn nước của chất ô nhiễm

Phương pháp này xây dựng khi giả thiết rằng các chất ô nhiễm sau khi đi vào nguồn nước tiếp nhận sẽ không tham gia vào các quá trình biến đổi chất trong nguồn

nước, như: (a) Lắng đọng, tích lũy, giải phóng các chất ô nhiễm (ví dụ quá trình lắng

đọng, tích lũy photpho trong trầm tích và giải phóng chúng từ trầm tích do quá trình

xáo trộn hoặc do hàm lượng oxy hoà tan thấp); (b)Tích đọng các chất ô nhiễm trong

thực vật, động vật thủy sinh (ví dụ quá trình tích đọng sinh học các kim loại nặng và

thuốc trừ sâu trong cá); (c) Tương tác vật lý, hóa học hoặc/và sinh học của các chất ô

nhiễm trong nguồn nước (ví dụ các hợp chất hữu cơ làm giảm lượng oxy hòa tan trong

nước sông); (d) Sự bay hơi của các chất ô nhiễm ra khỏi nguồn nước (thường xảy ra

với các hợp chất dễ bay hơi)

Các giả thiết để áp dụng phương pháp bảo toàn khối lượng các chất ô nhiễm:

- Khả năng tiếp nhận chất ô nhiễm được đánh giá đối với một nguồn xả thải trên đoạn sông với giả thiết là không có sự thay đổi về tốc độ dòng chảy lẫn chất lượng nguồn nước tiếp nhận phía thượng lưu trong khoảng thời gian đánh giá;

- Đoạn sông không bị ảnh hưởng triều;

- Khả năng tiếp nhận chất ô nhiễm là đồng đều trên toàn đoạn sông;

- Quá trình hòa tan, xáo trộn chất ô nhiễm trong nguồn nước tiếp nhận là hoàn toàn và xảy ra ngay sau khi xả thải;

- Mục đích sử dụng của nguồn nước tiếp nhận đã được xác định

Thực tế, khả năng tiếp nhận nước thải/sức chịu tải của nguồn nước bị chi phối mạnh mẽ bởi tốc độ dòng chảy, triều, các quá trình hòa tan, xáo trộn và phân hủy chất

ô nhiễm trong nguồn nước tiếp nhận…nên sử dụng phương pháp bảo toàn khối lượng các chất ô nhiễm có độ tin cậy rất thấp Vì vậy, ngày 29/12/2017, Bộ trưởng Bộ Tài nguyên và Môi trường đã ban hành Thông tư số 76/2017/TT-BTNMT quy định về đánh giá khả năng tiếp nhận nước thải, sức chịu tải của nguồn nước sông, hồ thay thế cho Thông tư số 02/2009/TT-BTNMT Theo quy định tại Điểm b Khoản 2 Điều 5 Thông tư số 76/2017/TT-BTNMT thì đối với đoạn sông bị ảnh hưởng của thủy triều

chỉ áp dụng phương pháp mô hình để đánh giá Mô hình để đánh giá phải được hiệu

chuẩn trước khi thực hiện việc đánh giá

1.2 Mô hình chất lượng nước và các ứng dụng trong đánh giá khả năng tiếp nhận nước thải của nguồn nước

1.2.1 Mô hình chất lượng nước

1.2.1.1 Khái niệm

Mô hình chất lượng nước (MHCLN) là các phương trình toán học, các công cụ tính toán các chỉ tiêu phản ánh chất lượng nguồn nước bao gồm: các chỉ tiêu vật lý, hoá học và thành phần sinh học của nguồn nước Trên cơ sở giải các phương trình toán học mô tả mối quan hệ giữa các chỉ tiêu chất lượng nước cũng như các quá trình

có liên quan đến nó theo (x,y,z, t)

Tùy thuộc đối tượng nghiên cứu, cách tiếp cận, các giả thiết khi thiết lập, các thông số và mối quan hệ giữa các quá trình khi thiết lập phương trình và các phương pháp số được áp dụng để tính toán nên mỗi mô hình có những thế mạnh và hạn chế khác nhau

Trên cơ sở định luật bảo toàn khối lượng, phương trình vi phân mô tả quá trình xáo trộn, lan truyền và chuyển hóa các chất ô nhiễm trong chất lỏng lý tưởng, ta có phương trình vi phân tổng quát như sau:

(1.6)

Trong đó :

D x , D y , D z : Hệ số khuếch tán phân tử, m2/s

u x , u y , u z : Vận tốc dòng chảy theo các phương x,y,z, m/s

F(S): Số hạng đặc trưng cho quá trình chuyển hoá các chất ô nhiễm bởi các quá

trình vật lý, hoá học và sinh học diễn ra trong dòng chảy

Phương trình (1.6) là phương trình lý thuyết nửa kinh nghiệm mô tả quá trình tải và khuếch tán đối lưu vật chất trong dòng chảy Khi áp dụng phương trình vi phân (1.6) giải bài toán xác định sự xáo trộn vật chất trong dòng chảy rối trong đường ống, Taylor (1954) từ các nghiên cứu thực nghiệm kiến nghị sử dụng hệ số khuếch tán tích phân để có thể xem xét ảnh hưởng của trường vận tốc trên tiết diện của mặt cắt ướt đến quá trình khuếch tán rối vật chất

Từ các nghiên cứu trên, phương trình vi phân (1.6) mô tả sự khuếch tán rối vật chất trong dòng chảy được viết lại là:

(1.8)

Trong đó: : Hệ số (phân tán rối) khuếch tán rối vật chất theo phương x,y,z

Như vậy, quá trình phân tán rối vật chất trong dòng chảy là tổ hợp của quá trình khuếch tán rối vật chất trong trường vận tốc dòng chảy có hướng và vận tốc khác nhau

Trong đó:

C: Nồng độ các chất trong dòng chảy, mg/l

ux, uy, uz: Thành phần vận tốc trong dòng chảy theo phương x, y, z,m/s

Ex,Ey, Ez: Hệ số phân tán rối vật chất trong dòng chảy theo phương x,y,z ,m 2 /s F(S): Hàm số mô tả sự thay đổi các chất trong dòng chảy do các quá trình vật

lý, hóa học và sinh học

1.2.1.2 Các mô hình chất lượng nước

Tuỳ thuộc đối tượng cụ thể, mục đích nghiên cứu đánh giá và tùy theo điều kiện thực tiễn mà các loại mô hình chất lượng nước được thiết lập, tính toán mô tả các quá trình trong không gian một hoặc hai, ba chiều

Đối với mô hình một chiều, việc tính toán thường đơn giản và có thể tính tay, giúp chúng ta có thể xác định nhanh và có thể sơ bộ xác định được các các hệ số trong quá trình khảo sát và đo đạc thực nghiệm để hiệu chỉnh mô hình Các loại mô hình này rất phổ biến do số liệu đầu vào đơn giản hơn rất nhiều, chi phí thực hiện thấp, thích hợp cho các nghiên cứu ban đầu Mô hình một chiều là mô hình cơ sở của mô hình chất lượng nước, thường được áp dụng đối với các dòng chảy sông, khi không có sự phân vùng trong dòng chảy theo các mặt cắt ngang Còn theo chiều thẳng đứng ở đây thì thường có thể bỏ qua do chiều sâu thường nhỏ hơn rất nhiều so với chiều rộng

Đối với các mô hình hai, ba chiều: kết quả cho chi tiết hơn, tuy nhiên khi xây dựng thường rất khó xác định các hệ số Khi sử dụng đòi hỏi rất nhiều các hiểu biết sâu và cụ thể về vấn đề mà chúng ta nghiên cứu Kinh phí thực hiện lớn và mất rất nhiều thời gian

a) Mô hình tải - phân tán 2 chiều

Thường áp dụng cho các sông có chiều dài và chiều rộng lớn hơn rất nhiều so với chiều sâu Khi đó chúng ta có thể bỏ qua chiều sâu, và với giả thiết, bỏ qua sự tải

do vận tốc dòng chảy, quá trình khuếch tán theo phương oz từ phương trình (1.8) ta có phương trình mô tả quá trình lan truyền, khuếch tán các chất tại một điểm trong dòng chảy:

(1.9) Trong đó:

C: Nồng độ các chất trong dòng chảy, mg/l

ux, uy:Thành phần vận tốc trong dòng chảy theo phương x, y,m/s

Ex, Ey: Hệ số phân tán rối vật chất theo phương x, y tại mặt cắt trong dòng chảy, m 2 /s

b) Mô hình tải - phân tán 1 chiều

Thường áp dụng cho các sông có chiều dài lớn hơn rất nhiều lần so với chiều sâu và chiều rộng Khi đó chúng ta có thể bỏ qua chiều sâu và chiều rộng, với giả thiết,

bỏ qua sự tải do vận tốc dòng chảy, quá trình khuếch tán theo các phương oy, oz từ ương trình (1.8) ta có phương trình tải - phân tán một chiều các chất tại một điểm trong dòng chảy

ph-(1.10)Trong đó:

C: Nồng độ các chất trong dòng chảy, mg/l

ux: Thành phần vận tốc trong dòng chảy theo phương x,m/s

Ex: Hệ số phân tán rối vật chất trong dòngchảy theo phương x,m 2 /s

c) Mô hình tải 1 chiều

Thường áp dụng cho các sông có chiều dài lớn hơn rất nhiều lần so với chiều sâu và chiều rộng Khi đó chúng ta có thể bỏ qua chiều sâu và chiều rộng, với giả thiết,

bỏ qua sự tải do vận tốc dòng chảy theo các phương oy, oz và bỏ qua quá trình khuếch tán từ phương trình (1.8) ta có phương trình tải một chiều các chất tại một điểm trong dòng chảy

(1.11)Trong đó:

C: Nồng độ các chất trong dòng chảy, mg/l

ux: Thành phần vận tốc trong dòng chảy theo phương x,m/s

d) Mô hình phân tán một chiều

Tương tự như trên và thường áp dụng cho các đoạn sông có chiều dài lớn hơn rất nhiều lần so với chiều sâu và chiều rộng và có vận tốc dòng chảy bé Khi đó chúng

ta có thể bỏ qua chiều sâu và chiều rộng và bỏ qua sự lan truyền chất do quá trình tải

và bỏ qua quá trình khuếch tán theo các phương oy, oz từ phương trình (1.8) ta có phương trình phân tán một chiều các chất tại một điểm trong dòng chảy

(1.12)Trong đó:

C: Nồng độ các chất trong dòng chảy, mg/l

E x :Hệ số phân tán rối vật chất trong dòng chảy theo phương x,m 2 /s

e) Mô hình phân hủy và chuyển hóa

Với giả thiết, bỏ qua sự tải do vận tốc dòng chảy và bỏ qua quá trình khuếch tán theo các phương oy, oz từ phương trình (1.6) ta có phương trình phân hủy và chuyển hóa các chất như sau:

(1.13)Trong đó:

C: Nồng độ các chất trong dòng chảy, mg/l

Giá trị k (hắng số tộc độ phân hủy), được xác định dựa trên cơ sở phân tích các quá trình sinh thái chất lượng nước xảy ra trong dòng chảy Sự chuyển hóa các chất trong dòng chảy có liên quan đến tất cả các quá trình sinh thái trong hệ sinh thái dòng chảy sông Các quá trình sinh thái, mối quan hệ giữa các quá trình diễn ra trong dòng chảy khi tiếp nhận các chất thải từ các nguồn bên ngoài được mô tả hình 1.1

Hình 1.1 Sơ đồ các quá trình chuyển hóa chất hữu cơ trong dòng chảy

Từ sơ đồ ở hình 1.1 cho thấy sự thay đổi nồng độ các chất hữu cơ dễ phân hủy trong dòng chảy có liên quan đến các quá trình : vật lý, hóa học và sinh học diễn ra trong dòng chảy Các quá trình phân hủy sinh học, chuyển hóa đều có liên quan đến các quá trình sinh thái diễn ra trong dòng chảy: quá trình quang hợp và hô hấp của hệ thực vật nước, hô hấp trong tầng cặn đáy, các quá trình ammôn hoá, nitơrit, nitơrat cũng như ảnh hưởng của dòng chảy đến sự lan truyền các chất trong dòng chảy như : quá trình lắng các chất lơ lửng, sự phân tán các chất do dòng chảy rối, ảnh hưởng của độ mặn và gió Trong dòng chảy tự nhiên, sự thay đổi nồng độ các chất hữu cơ phụ thuộc vào chế độ thủy lực của dòng chảy (vận tốc dòng chảy, chế độ xáo trộn khối nước thải với nước sông) đã có ảnh hưởng của yếu tố dòng chảy đến sự thay đổi nồng độ các chất hữu cơ trong dòng chảy Do các quá trình như : thay đổi nồng độ

do sự keo tụ, lắng các chất hữu cơ dạng phân tán nhỏ

Với chất hữu cơ theo BOD, từ phương trình 1.13 ta có:

(1.14)

Trong đó: k BOD là hằng số tốc độ phân hủy chất hữu cơ

Các phân tích trên cho thấy, sự lan truyền các chất trong nguồn nước phụ thuộc

vào các quá trình: tải do vận tốc (u) dòng chảy, quá trình phân tán (E) vật chất do chênh lệch nồng độ và sự phân hủy, chuyển hóa các chất ô nhiễm (k) trong quá trình

lan truyền trong dòng chảy và để có được mô hình chất lượng nước cho một đối tượng

cụ thể (sông, đoạn sông, hồ,…) cần phải xác định được các hệ số (u, E và k) của các

phương trình trên

Tự phân hủy

Tự phân hủy

1.2.2 Ứng dụng các mô hình trong đánh giá khả năng tiếp nhận nước thải của sông

1.2.2.1 Các phần mềm ứng dụng

Với mục đích nghiên cứu, mô phỏng và đánh giá tác động của các nguồn thải điểm và phân tán đến chất lượng nguồn nước khác nhau, các phần mềm sử dụng trong đánh giá khả năng tiếp nhận nước thải rất phong phú và đa dạng Các ứng dụng trong thực tiễn trên thế giới cũng như nước ta trong những năm gần đây, thường sử dụng các phần mềm sau để tính toán mô phỏng chất lượng nước:

HSPF (Hydrological Simulation Program Fortran, USEPA)

Mô phỏng trong không gian 2 chiều ở trạng thái động lực với các thông số chất lượng nước: các chất hoà tan, SS, DO, các chất dinh dưỡng và các loại vi khuẩn chỉ thị Dự báo xu thế thay đổi chất lượng nước trong dòng chảy sau các trận mưa và các thông tin về việc thu nước ở các kênh

SWMM (Storm Water Management Model)

Phát triển trên cơ sở mô hình HSPF, tính toán xu thế biến đổi chất lượng nước cho cả một lưu vực sông với các nguồn thải không điểm Mô hình SWMM là mô hình 1 chiều với trạng thái động lực mô phỏng sự chảy tràn nước mưa qua các vùng đất nông nghiệp và các khu vực đô thị với các thông tin về dòng chảy của các hệ thống thu gom nước

WAPS (Water Quality Analysis Simulation Program, USEPA)

Ghép nối mô hình thuỷ lực (DYNHYD) với mô hình lan truyền chất (WAPS),

mô phỏng sự phân bổ và chuyển hóa các chất ô nhiễm trong dòng chảy Tùy theo mục đích, số liệu đầu vào và các thông tin cơ sở về các quá trình chuyển hóa các chất trong dòng chảy, có thể sử dụng để tính toán ở các dạng đơn giản, cải tiến hay phức tạp

Hệ thống MIKE

Từ thập kỷ 90, viện thủy lực Đan mạch đã thiết lập hệ thống mô hình thủy văn thủy lực và chất lượng nước cho kênh, sông và cửa sông Modul chất lượng nước (WQ) được thiết lập dựa trên cơ sở quá trình phú dưỡng xảy ra trong lưu vực: điều kiện khí tượng – chất hữu cơ (phân hủy, lắng và giải phóng từ trầm tích) - hệ thực vật (tảo và cỡ lớn) – chu trình chuyển hóa chất dinh dưỡng Tùy thuộc đối tượng nghiên cứu, yêu cầu tính toán các thông số chất lượng nước trong dòng chảy sông, cửa sông,

hồ hay biển mà áp dụng các phiên bản khác nhau: MIKE 11, MIKE 21, MIKE3, MIKE MOUSE và MIKE BASIN kết hợp với modul WQ hoặc ECOLAB

QUAL I, QUAL2E và QUAL2K (USEPA)

QUAL I được xây dựng trên cơ sở phương trình vi phân bậc nhất do Phelps lập nên Phương trình là hàm tải lượng các chất hữu cơ, tốc độ phân hủy và tốc

Streeter-độ tiêu thụ oxy Mô hình được sử dụng để dự báo nồng Streeter-độ các chất hữu cơ BOD và

DO hạ lưu nguồn thải vào dòng chảy sông QUAL I thường được sử dụng cho dòng chảy ổn định một chiều

QUAL II (1970) là sự cải tiến từ QUAL I mô phỏng sự lan truyền các chất ô nhiễm trong dòng chảy một và hai chiều đối với dòng chảy ổn định hạ lưu nguồn thải

Sự cải tiến có thể áp dụng đối với dòng chảy sông rộng (có đề cập thêm sự phân tán các chất ô nhiễm trong dòng chảy) Đối với các trường hợp không ổn định được phát triển từ các trạng thái ổn định với việc tính toán theo thời gian bằng cách tính lặp lại nhiều lần Đánh giá, Xem xét độ nhạy bằng cách phân tích sai số theo mô phỏng Monte Carlo

Các thông số chất lượng nước mô phỏng bao gồm : chlorophyll-a, DO, BOD, các chất dinh dưỡng, các chất bảo toàn và không bảo toàn, các vi khuẩn chỉ thị Được

áp dụng để xác định mức độ tác động của các chất bẩn của nguồn điểm và nguồn không điểm đối với chất lượng nước trong dòng chảy

QUAL2E - Uncas (1985) và QUAL2K (2000), nâng cao độ chính xác của mô hình với sự bổ sung thêm việc xem xét độ nhạy của các số liệu đầu vào

Hạn chế không xem xét sự lan truyền của các thông số kim loại nặng và các chất phân tán như dầu, mỡ Tuy nhiên đây là một trong những mô hình được sử dụng phổ biến nhất, do nhu cầu số liệu đầu vào ít

CE-QUAL-W2 (Hydrodynamic and Water Quality Model)

Mô hình 2 chiều mô phỏng chất lượng nước theo chiều sâu và dọc theo chiều dòng chảy sông, cửa sông, hồ, vịnh và các đầm phá, được phòng thí nghiệm môi trường và thủy lực, đại học Porland State, Mỹ xây dựng (5/2015 Mô phỏng chất lượng nước dựa trên cơ sở quá trình phú dưỡng với các mối quan hệ giữa các thông số avf quá trình: nhiệt độ - chất dinh dưỡng - Tảo - DO - chất hữu cơ -Trầm tích [16]

1.2.2.2 Ứng dụng ở Việt Nam

Việc sử dụng các mô hình chất lượng nước đánh giá tác động ảnh hưởng của các nguồn thải và khả năng tiếp nhận nước thải ở nước ta còn rất hạn chế, do thiếu các số liệu điều tra cơ bản về các quá trình sinh thái chất lượng nước của nguồn tiếp nhận Trong thời gian gần đây, do được chuyển giao bản quyền một vài modul của hệ thống MIKE trong các dự án tăng cường năng lực, việc nghiên cứu áp dụng mô hình đánh giá xu thế biến đổi chất lượng trên các lưu vực sông, có thế kế đến bao gồm:

Ứng dụng Mike 11 đánh giá chất lượng nước lưu vực sông Đồng Nai, tác giả

Nguyễn Huy Khôi đã sử dụng Mike 11 với các modul thủy lực (HD), mưa dòng chảy (RR), tải khuếch tán (AD) và ECOLAB mô phỏng chất lượng nước lưu vực sông Đồng Nai theo hai thông số BODmax và DOmin cho kết quả: trong các tháng mùa kiệt, khi dòng chảy thượng nguồn giảm, chất lượng nước sẽ xấu đi, đặc biệt các đoạn sông chảy qua các khu công nghiệp và đô thị [11]

Ứng dụng mô hình Mike 11 tính toán thủy lực, chất lượng nước cho lưu vực sông Sài Gòn - Đồng Nai, tác giả Trần Hồng Thái và cộng sự đã sử dụng MIKE 11 với các

modul AD và ECOLAB, mô phỏng chất lượng nước cho toàn bộ hệ thống sông Sài Gòn-Đồng Nai, cho kết quả về thủy văn, thủy lực là khá tốt và để có được ứng dụng

hiệu quả quy hoạch các nguồn thải, cần có được số liệu đồng bộ và có độ tin cậy về thủy lực và chất lượng nước [20]

Ứng dụng mô hình Mike 11 mô phỏng quá trình lan tryền chất ô nhiễm do nuôi trồng thủy sản trên một số sông lớn tỉnh Quảng Trị, tác giả Nguyễn Vũ Anh Tuấn và

cộng sự đãsử dụng modul HD, AD và WQ mô phỏng chất lượng nước trên các hệ thống sông Bến Hải, Thạch Hãn và Sa Lung cho kết quả về sự dịch chuyển và thời gian phục hồi lại chất lượng nước ban đầu phù hợp với số liệu quan trắc của Sở Tài nguyên và Môi trường trong các năm 2013 và 2014 [22]

Ứng dụng mô hình Mike 21 FM mô phỏng chất lượng nước khu vực ven biển Đình Vũ- Hải Phòng, tác giả Trần Hồng Thái đã nghiên cứu cho kết quả là bộ tham số

thủy lực cho kết quả hiệu chỉnh và kiểm định tốt và theo kết quả quan trắc năm 2014

và 2015, bộ tham số ECOLAB có sai số tương đổi [21]

Tổng hợp các nội dung và kết quả của các nghiên cứu trên cho thấy: sử dụng các

mô hình (phần mềm) làm rõ được xu thế biến đổi chất lượng nước do các ảnh hưởng của dòng chảy theo mùa Độ tin cậy về chất lượng nước vào thời điểm mùa kiệt với

các chất ô nhiễm cụ thể chưa được làm rõ, nguyên nhân là do: (i) thiếu các số liệu về

quá trình phân tán (E x ), sự phân hủy (k d ) và chuyển hóa (k r ) các chất ô nhiễm xem xét trong dòng chảy (thường sử dụng các số liệu được mặc định sẵn có trong modul WQ

và Ecolab; (ii) thiếu các chuỗi số liệu đồng bộ và có đảm bảo độ tin cậy làm cơ sở cho việc hiệu chỉnh và kiểm định mô hình

1.3 Hiện trạng chất lượng nguồn nước sông Cu đê

1.3.1 Giới thiệu lưu vực sông Cu Đê

Lưu vực sông Cu Đê có chiều dài 38km, diện tích lưu vực 425,2 km2 và dòng chảy được hợp lưu bởi sông Nam và sông Bắc Lưu lượng dòng chảy chủ yếu tập trung vào các tháng mùa mưa, vào mùa khô, lưu lượng dòng chảy nhỏ và chịu ảnh hưởng của triều Thời kỳ xâm nhập mặn ảnh hưởng mạnh nhất từ tháng 3 đến tháng 8, khi lưu lượng giảm và mực nước trên sông thấp Chiều dài lòng sông từ ngã ba Sông Bắc đến cửa sông (vịnh Đà Nẵng) là 19,8 km, đoạn sông chịu ảnh hưởng của thủy triều trong mùa khô có dài là 7,48 km, hệ số uốn khúc K = 1,31

Độ sâu nước sông thay đổi theo mùa và theo thủy triều Cao độ cốt đáy sông đoạn hạ lưu chịu ảnh hưởng của thủy triều biến đổi từ cốt -1.5 m đến +0.9 m, đoạn thượng lưu biến đổi từ cốt + 0,9 m đến cốt +20m

Tại vùng sông hạ lưu sông Cu Đê, do địa hình thấp, dòng chảy trong sông chịu ảnh hưởng của thủy triều, mực nước sông lên xuống trong ngày theo sự lên xuống của thủy triều Các tháng mùa khô vùng cửa sông thường bị xâm nhập mặn, chiều dài đoạn sông bị xâm nhập mặn biến đổi theo chế độ triều và dòng chảy từ thượng lưu và dao động trong khoảng từ 8 đến 14 km

Lượng mưa trung bình hàng năm của khu vực này là khá cao: 1800 mm Mặc dù vậy có sự khác nhau trong các mùa, 65% - 80% lượng mưa hàng năm tập trung trong

thời gian tháng 10 - tháng 12 Hơn nữa, khu vực này thường có bão xuất hiện vào mùa mưa Bão tạo gây ngập lụt xảy ra thường xuyên và nghiêm trọng hơn Ngược lại, hạn hán xảy ra thường xuyên trong những tháng còn lại Lưu lượng dòng chảy sông Cu Đê tập trung chủ yếu vào mùa mưa, còn về mùa khô lưu lượng nhỏ nên dòng chảy bị ảnh hưởng chế độ triều phía biển rất lớn Mặc dù có những điều kiện khí hậu phức tạp, nhưng cơ sở hạ tầng mạng lưới quan trắc thủy văn trong lưu vực còn hạn chế Mật độ của các trạm đo là thưa thớt, nhất là đối với các trạm đo lượng mưa và dòng chảy trong sông Với diện tích khoảng 425,2 km2, chỉ có một trạm đo dữ liệu lượng mưa là Hòa Trung Việc thiếu các dữ liệu và chất lượng dữ liệu mang lại khó khăn nhất định trong việc dự báo các hiện tượng tự nhiên ở hiện tại cũng như trong tương lai

Hình 1.2 Bản đồ lưu vực sông Cu Đê

Tổng lượng dòng chảy trung bình nhiều năm của sông Cu Đê tại cửa ra đạt W0=1,24 tỷ m3, trong đó lượng dòng chảy năm của sông Nam chiếm đến 27,40 %, sông Bắc chiếm 33,64%, lưu vực hồ Hòa Trung chỉ chiếm 3,86 % tổng lượng dòng chảy của sông Cu Đê Lưu lượng trung bình mùa lũ (gồm 3 tháng: 10, 11 và 12) là 97,74 m3/s, lưu lượng trung bình mùa kiệt (gồm 9 tháng: từ tháng 1 đến tháng 9) là 19,01 m3/s (bằng gần 1/6 lưu lượng mùa lũ)

Chế độ thủy triều của khu vực Đà Nẵng chủ yếu là chế độ bán nhật triều không đều, trong khoảng nửa ngày có một lần triều lên và một lần triều xuống, có sự chênh lệch độ cao gữa các đỉnh triều và các chân triều trong ngày, có sự chênh lệch giữa các giờ triều lên và giữa các giờ triều xuống trong các ngày kế tiếp nhau [28]

1.3.2 Hiện trạng chất lượng nguồn nước

Sông Cu Đê là nguồn tài nguyên nước lớn nhất ở khu vực phía Bắc của thành phố Đà Nẵng Các hoạt động phát triển trên lưu vực sông Cu Đê chủ yếu là hoạt động canh tác nông nghiệp, chăn nuôi, các loại cây trồng nông nghiệp trên các bãi bồi ven sông bao gồm: lúa, mía và ngô Vùng gần cửa sông, khu vực thôn Trường Định và hạ lưu cầu Nam Ô Thượng có các hộ dân nuôi tôm nước lợ với diện tích khoảng 24 ha Vùng hạ lưu sông có hoạt động đánh bắt hải sản nhỏ của các hộ dân Các hoạt động khai thác cát tại khu vực cửa sông Cu Đê hiện nay không còn

Các nguồn gây ô nhiễm chất lượng nước sông Cu đê

Theo báo cáo thuyết minh quy hoạch thoát nước thành phố Đà Nẵng thì lưu vực Tây Bắc 5 với diện tích 1845 ha giới hạn bởi đường Nguyễn Lương Bằng, đường Nguyễn Tất Thành nối dài, nghĩa trang Hòa Sơn, đường sắt quy hoạch và Lạc Long Quân và lưu vực Tây Bắc 6 giới hạn bởi đường Nguyễn Tất Thành nối dài, đường số 4 KCN Hòa Khánh và quốc lộ 1A với diện tích lưu vực là 592 ha thoát ra sông Cu Đê Trong lưu vực nêu trên, các nguồn thải chủ yếu vào lưu vực sông bao gồm:

Hình 1.3 Bản đồ quy hoạch sử dụng đất lưu vực sông Cu Đê

- Nước thải từ hoạt động công nghiệp: Nguồn nguy cơ gây ô nhiễm lớn nhất là

chất thải từ hoạt động công nghiệp của các KCN: Hòa Khánh, Hòa Khánh mở rộng, CCN Thanh Vinh mở rộng và Khu công nghệ cao với tổng lượng nước thải phát sinh khoảng 6.000 - 8.000 m3/ngày đêm Tỷ lệ đấu nối nước thải tại các KCN đạt 98%, chỉ còn một số đơn vị chưa thể đấu nối do kết cấu hạ tầng thoát nước KCN chưa đảm bảo

Vì vậy, vẫn còn một lượng nước thải không qua HTXL nước thải tập trung mà thải trực tiếp vào lưu vực sông Cu Đê

- Nước thải sinh hoạt, kinh doanh, dịch vụ: Của các tổ chức, cá nhân, hộ gia đình nằm trong diện tích 1845 ha giới hạn bởi đường Nguyễn Lương Bằng, đường

Nguyễn Tất Thành nối dài, nghĩa trang Hòa Sơn, đường sắt quy hoạch và Lạc Long Quân và lưu vực Tây Bắc 6 giới hạn bởi đường Nguyễn Tất Thành nối dài, đường số 4 KCN Hòa Khánh và quốc lộ 1A với diện tích lưu vực là 592 ha

Khe suối Cầy

- Chất thải từ hoạt động nuôi trồng thủy sản:

Hoạt động nuôi trồng thủy sản là nguồn tác động đến nguồn nước sông Cu Đê Diện tích nuôi trồng thủy sản trên sông Cu Đê dự kiến sẽ tăng từ 24ha lên 36 ha vào năm 2030 Quá trình nuôi có sử dụng chất tăng trưởng, hóa chất xử lý môi trường ao nuôi, thức ăn thừa, cặn bã, ký sinh trùng,…gây ô nhiễm trực tiếp đến chất lượng nước sông

- Chất thải từ hoạt động tàu thuyền: Trên sông Cu Đê cũng xảy ra nguồn thải di

động do lưu thông và neo đậu tàu, thuyền diễn ra trên sông và vùng cửa sông Cu Đê Chất thải sinh hoạt lưu động, dầu la canh, chất thải nguy hại thải trực tiếp ra môi trường

- Chất thải từ hoạt động nông nghiệp: Hoạt động nông nghiệp khu vực Liên

Chiểu cũng có những ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng nước sông Cu Đê Tổng diện tích đất sản xuất nông nghiệp trên địa bàn quận theo số liệu niên giám thống kê năm

2017 là 162 ha [13] Vì vậy, nhu cầu sử dụng phân bón hóa học, hữu cơ và thuốc BVTV cũng ảnh hưởng nhất định đến chất lượng nước mặt sông Cu Đê

Theo kết quả quan trắc trong 03 đợt vào các ngày 09/6/2018, 7/7/2018 và 11/7/2018 tại 09 vị trí cho thấy chất lượng nước vùng cửa sông Cu Đê nhìn chung là tương đối tốt.Tất cả các chỉ tiêu đều nằm trong giới hạn cho phép của QCVN 08-MT:2015/BTNMT (cột B1) - Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng mặt [1] Phía

hạ lưu do bị tác động của nhiều nguồn thải từ hoạt động công nghiệp, khu dân cư nên các giá trị BOD5, NH4+, NO3-, PO43- có xu hướng cao hơn so với khu vực thượng lưu Đặc biệt vào mùa khô, lưu lượng dòng chảy nhỏ, ảnh hưởng của triều cao, sông có độ dốc nhỏ nên trên chiều dài gần16 km tính từ vùng cửa sông Cu Đê thường xuyên bị nhiễm mặn với nồng độ thay đổi theo lưu lượng dòng chảy từ thượng lưu và biên độ triều Trong những năm khô hạn, mặn có thể xâm nhập vào đến cửa Khe Cầy, thôn Bàu Bàng, xã Hòa Bắc [30]

1.3.3 Các nghiên cứu và các dự án phát triển kinh tế xã hội

Theo quy hoạch hệ thống cấp nước thành phố Đà Nẵng đến năm 2030, tầm nhìn đến năm 2050 thì nguồn nước sông Cu Đê là nguồn cung cấp nước chính cho nhà máy nước Hòa Liên Tuy nhiên, cần phải có giải pháp công trình để tăng cường nguồn nước vào mùa kiệt để tận dụng hết khả năng cung cấp nước thô phù hợp với công suất của Nhà máy Theo đó, giai đoạn 2020 sẽ xây đập trên sông Cu Đê tại Phò Nam để xây dựng công trình thu nước, cấp nước cho Nhà máy nước Hòa Liên với công suất 120.000 m3/ngày đêm Giai đoạn 2030 đề xuất xây đập tại cửa ra sông Bắc nhằm mục đích tạo hồ trữ nước để đảm bảo công suất tăng gấp đôi lên 240.000 m3/ngày đêm trong giai đoạn 2030 Như vậy, lưu lượng dòng chảy trong mùa kiệt vốn đã bé tiếp tục suy giảm nghiêm trọng do việc hình thành các công trình thu nước phía thượng lưu [14]

Hình 1.4 Bản đồ nguồn nước và khả năng khai thác nguồn nước sông Cu Đê

Bên cạnh đó, việc hình thành các khu đô thị mới ven sông và tăng quy mô các

dự án đầu tư vào các khu công nghiệp, việc mở rộng diện tích nuôi tôm từ 24 ha lên 36

ha vào năm 2030 sẽ gây áp lực lớn đến chất lượng nguồn nước mặt và suy giảm khả năng tiếp nhận, sức chịu tải của vùng cửa sông Cu Đê [28] Tuy nhiên, hiện nay, trên toàn bộ các lưu vực sông tại Đà Nẵng chưa có một nghiên cứu nào đánh giá khả năng tiếp nhận nước thải/sức chịu tải của sông

Theo điều tra, thống kê của tác giả, phần lớn các nghiên cứu chủ yếu chỉ tập trung vào nghiên cứu chế độ thủy lực của sông để sự báo lũ Việc nghiên cứu chất lượng nước sông và các ảnh hưởng của các dự án phát triển kinh tế xã hội đến chất lượng nước sông Cu Đê hiện tại chỉ dừng lại ở các báo cáo về hiện trạng chất lượng nước tại một số vị trí trên sông do Sở Tài nguyên và Môi trường thực hiện thuộc Chương trình quan trắc môi trường thành phố Đà Nẵng [25].Tính đến thời điểm hiện tại, các nghiên cứu có liên quan đến lưu vực sông Cu Đê trong những năm gần đây có thể liệt kê như sau:

1 Dự án “Xây dựng mô hình thủy văn và mô phỏng sự phát triển đô thị thành

phố Đà Nẵng” [24], Trung tâm nghiên cứu bảo vệ môi trường Đà Nẵng, 2011 Dự án

này sử dụng mô hình MIKE FLOOD để đánh giá mức độ ngập lụt của thành phố Đà Nẵng với các kịch bản phát triển đô thị Trong đề tài này, các số liệu đo đạc thuỷ lực thuỷ văn được thu thập bằng các phương pháp đo đạc ngoài thực tế nên độ chính xác cho mô hình tương đối cao Tuy nhiên, dự án này chỉ dừng lại ở việc mô tả ngập lụt chứ chưa sử dụng mô đun thuỷ lực để tiến hành mô phỏng chất lượng nước của lưu vực sông Vì vậy, trong luận văn này tác giả đã thu thập các dữ liệu về mô đun thuỷ lực để tiến hành mô phỏng chất lượng nước bằng mô hình Mike 11

2 Dự án “Đánh giá toàn diện nhằm hướng đến khả năng chống chịu với biến

đổi khí hậu đối với nguồn Tài nguyên nước thành phố Đà Nẵng” do Viện Khoa học

thủy lợi Miền Trung, (2015) thực hiện Kết quả dự án đã tính toán cân bằng nước cho lưu vực sông Cu Đê, đã đánh giá được tổng lượng nước đến tại nhà máy nước Hòa Liên theo các kịch bản và tần suất tính toán… Tuy nhiên hạn chế của mô hình này là

chưa đánh giá được chất lượng nước, một yếu tố quan trọng quyết định mục đích, khai thác sử dụng trên lưu vực sông Cu Đê [29]

3 “Quản lý môi trường lưu vực sông Cu Đê - TP Đà Nẵng bằng mô hình chất

lượng nước” - Trần Xuân Vũ, 2013, [30], đã đã nghiên cứu sử dụng mô hình MIKE

11 mô phỏng chất lượng nước sông Cu Đê Kết quả nghiên cứu đã mô phỏng chất lượng nước sông Cu Đê, đã xác định được hệ số khuếch tán Tuy nhiên nghiên cứu chỉ tiến hành trên một đoạn sông ngắn để lấy giá trị cho toàn bộ lưu vực nghiên cứu nên

độ tin cậy không cao Ngoài ra, cần có các số liệu quan trắc liên tục và đồng bộ tại nhiều đoạn sông để giúp cho việc tính toán có kết quả chính xác hơn cũng như sử dụng cho hiệu chỉnh và kiểm định mô hình

4 “Đánh giá tài nguyên nước sông Cu Đê - Thành phố Đà Nẵng, phục vụ quy

hoạch cấp nước sinh hoạt” – Thái Quốc Phong, 2017 [14], Đề tài nghiên cứu đánh

giá trữ lượng và chất lượng nguồn nước sông Cu Đê làm cơ sở để lựa chọn các vị trí lấy nước cho Nhà máy nước Hòa Liên và đề xuất các giải pháp quản lý nguồn nước sông Cu Đê một cách hiệu quả; đảm bảo cấp nước an toàn Tuy nhiên đề tài chỉ mới xem xét duy nhất thông số độ mặn khi đánh giá chất lượng nước và do số liệu quan trắc về trữ lượng và chất lượng nước sông Cu Đê chưa đồng bộ và liên tục nên kết quả nghiên cứu còn có những hạn chế nhất định

Trong tương lai gần với sự gia tăng lưu lượng các nguồn thải vào sông Cu Đê

do các hoạt động phát triển kinh tế xã hội trên lưu vực và sự cạnh tranh giữa nhu cầu khai thác sử dụng nước để cấp nước ở khu vực thượng lưu sông, cũng như tác động của biến đổi khí hậu ngày càng diễn ra gây gắt sẽ tác động tiêu cực đến chất lượng nguồn nước mặt sông Cu Đê nếu không có các giải pháp hữu hiệu ngay từ bây giờ Vì

vậy, đề tài “Nghiên cứu đánh giá khả năng tiếp nhận nước thải lưu vực cửa sông Cu

Đê”là bài toán cấp thiết, nhằm đánh giá được mức độ ô nhiễm và khả năng tiếp nhận

nước thải của lưu vực sông Cu Đê phục vụ cho việc quy hoạch phát triển kinh tế, xã hội cũng như có các giải pháp phù hợp để khai thác, sử dụng hợp lý tài nguyên nước

và quản lý việc xả nước thải vào nguồn nước một cách hữu hiệu

Hình 1.5 Bản đồ các dự án xả thải vào lưu vực sông Cu Đê

Khu vực nuôi tôm Trường Đinh

CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Đối tượng và phạm vi

2.1.1 Đối tượng

Chất lượng nước sông Cu Đê, thành phố Đà Nẵng và các yếu tố ảnh hưởng đến

quá trình lan truyền chất ô nhiễm trên đoạn sông vùng hạ lưu

Đoạn sông đánh giá, từ các kết quả nghiên cứu [14], kết hợp với các số liệu của

03 đợt quan trắc chất lượng nước vào các ngày 09/06, 07/07 và 11/07/2018 (trong quá trình thực hiện đề tài) và theo hướng dẫn của Thông tư số 76/2017/TT-BTNMT ngày 29/12/2017 của Bộ trưởng Bộ Tài nguyên và Môi trường Quy định về đánh giá khả năng tiếp nhận nước thải của nguồn nước, sức chịu tải của nguồn nước sông, hồ cho phép xác định đoạn sông đánh giá khả năng tiếp nhận nước thải được lựa chọn có chiều dài 7,8 km (cách cầu Trường Định khoảng 2,8 km về phía thượng lưu) (Xem hình 2.1)

Các thông số chất lượng nước, đánh giá hiện trạng chất lượng nước sông Cu Đê

và đoạn sông tiếp nhận nước thải bao gồm: pH, Độ mặn (Sal.), DO, TSS, BOD5, COD, N-NH4, N-NO3, T-N, P-PO4, T-P và Coliform; đánh giá các nguồn thải: BOD5, COD, N-NH4, P-PO4 và đánh giá khả năng tiếp nhận nước thải của đoạn sông với thông số chất hữu cơ theo BOD5 và BOD

2.1.2 Phạm vi

Thời gian, dòng chảy sông vào mùa kiệt và trong khoảng thời gian từ tháng 03

đến tháng 08

Không gian, các nguồn thải vào đoạn sông đánh giá được xem xét dựa trên cơ

sở hiện trạng và theo quy hoạch các hoạt động phát triển kinh tế xã hội trên lưu vực

sông Cu Đê Cụ thể theo quy hoạch bao gồm: (i) các trạm xử lý nước thải của các

KCN (Hòa Khánh, Hòa Khánh mở rộng, Công nghệ cao) và trạm XLNT đô thị đi vào hoạt động ổn định; (ii) Nhà máy nước Hòa Liên đi vào hoạt động với công suất theo các giai đoạn: giai đoạn I là 120.000 m 3 /ngđ và giai đoạn II là 240.000 m 3 /ngđ

2.2 Nội dung

2.2.1 Thu thập các số liệu, tài liệu có liên quan

Các số liệu, tài liệu thu thập bao gồm: (i) Các số liệu và đề tài nghiên cứu có

liên quan đến chế độ thủy văn, dòng chảy sông Cu Đê; (ii) Các số liệu quan trắc chất lượng nước của Chi cục bảo vệ môi trường, thành phố Đà Nẵng; (iii) Các số liệu quan trắc chất lượng nước từ các đề tài và dự án có liên quan; (iv) Các nguồn thải: nước thải sau xử lý từ KCN Hòa Khánh, Hòa Khánh mở rộng và KCN Thanh Vinh và các trạm xử lý nước thải theo quy hoạch thoát nước và xử lý nước thải thành phố Đà Nẵng

Thu thập các số liệu quan trắc chất lượng nước

- Số liệu quan trắc chất lượng nước trên sông Cu Đê thuộc Chương trình quan

trắc môi trường trên địa bàn thành phố Đà Nẵng (Thực hiện theo Quyết định số 5117/QĐ-UBND ngày 30/07/2014 của Chủ tịch UBND Thành phố Đà Nẵng về việc

phê duyệt Đề án “Xây dựng mạng lưới quan trắc không khí và nước thành phố Đà

Nẵng”) thu thập từ Sở Tài nguyên và Môi trường Thành phố Đà Nẵng Kết quả quan

trắc nước mặt trên sông Cu Đê giai đoạn 2015-2017, cụ thể tại các điểm quan trắc: (1) Tại vị trí cách cửa sông 6000 m về phía thượng lưu; (2) Tại cửa sông Cu Đê và (3) Tại thượng nguồn sông Cu Đê - Hợp lưu sông Bắc và sông Nam [25]

Hình 2.1 Sơ đồ vị trí quan trắc giai đoạn 2015-2017 thuộc [25]

- Số liệu quan trắc chất lượng nước trên sông Cu Đê thuộc “Đồ án quy hoạch

tài nguyên nước mặt trên địa bàn thành phố Đà Nẵng đến năm 2030” Kết quả quan

trắc nước mặt trên sông Cu Đê năm 2017, cụ thể tại các điểm quan trắc: (1) Sông Cu

Đê, tại thôn Giàn Bí (cách ngã ba sông khoảng 100m về phía hạ lưu); (2) Sông Cu Đê, tại cầu Trường Định, xã Hòa Bắc và (3) Sông Cu Đê, tại cầu Nam Ô [28]

Thu thập số liệu các nguồn thải

- Số liệu về lưu lượng và chất lượng các nguồn thải từ hoạt động công nghiệp được thu thập từ hồ sơ đề nghị cấp giấy phép xả nước thải vào nguồn nước, hồ sơ đánh giá tác động môi trường, hồ sơ thuyết minh quy hoạch thoát nước của thành phố Đà Nẵng và từ hồ sơ kê khai, nộp phí bảo vệ môi trường đối với nước thải công nghiệp của các doanh nghiệp

- Số liệu nước thải sinh hoạt ước tính dựa trên dân số và lượng nước cấp trong từng khu vực được thu thập từ Báo cáo thuyết minh quy hoạch thoát nước của thành phố Đà Nẵng

Thu thập số liệu và đề tài nghiên cứu có liên quan đến chế độ thủy văn, dòng chảy

và địa hình sông Cu Đê

Địa hình, lòng dẫn: 34 mặt cắt về lưu vực sông nghiên cứu tính toán mô hình

chất lượng nước được thu thập từ dự án “Xây dựng mô hình thủy văn và mô phỏng sự

phát triển thành phố Đà Nẵng - Tính toán thủy văn - thủy lực lưu vực sông Cu Đê” –

Trung tâm nghiên cứu bảo vệ môi trường Đà Nẵng năm 2011 Đây là nguồn số liệu tham khảo có độ tin cậy cao [24]

2.2.2 Đánh giá hiện trạng chất lượng nước

Mục đích

Đánh giá hiện trạng chất lượng nước sông Cu Đê, xác định nguồn thải và chiều

dài đoạn sông đánh giá khả năng tiếp nhận nước thải

Nội dung

Thực hiện khảo sát, đo nhanh các thông số: pH, DO, Sal và lấy mẫu phân tích các thông số chất lượng nước tại các mặt cắt dọc theo chiều dòng chảy và tại các vị trí khác nhau theo độ sâu và khoảng cách tại một mặt cắt Vị trí các mặt cắt và các điểm quan trắc chất lượng nước tại các mặt cắt điển hình được trình bày ở hình 2.2, 2.3 và 2.4 Tọa độ các điểm quan trắc tại mặt cắt được trình bày ở phần phụ lục 2

Hình 2.2 Sông Cu Đê và đoạn sông đánh giá khả năng tiếp nhận nước thải

Hình 2.3 Vị trí các điểm quan trắc chất lượng nước theo chiều rộng và độ sâu tại các

mặt cắt Cầu Nam Ô, Nam Ô thượng -:Đoạn sông đánh giá khả năng tiếp nhận

nước thải

Hình 2.4 Vị trí các điểm quan trắc chất lượng nước theo chiều rộng và độ sâu tại các

mặt cắt Cầu Trường Định

Các thông số chất lượng nước phân tích tại phòng thí nghiệm bao gồm: TSS, chất hữu cơ (BOD5 và COD), chất dinh dưỡng: N-NH4; N-NO3; P-PO4 và Coliform Qúa trình khảo sát và lấy mẫu được thực hiện 03 đợt trong các ngày: 09/06, 07/07 và 11/07/2018

2.2.3 Xây dựng mô hình chất lượng nước

Mục đích

Lựa chọn mô hình chất lượng nước và xác định các hệ số của mô hình: thủy lực

(u), tốc độ phân tán (E) và chuyển hóa các chất ô nhiễm (k r ) trên đoạn sông đánh giá

Nội dung

- Kế thừa các kết quả nghiên cứu [14], sử dụng phần mềm Mike 11 tính toán

thủy lực sông Cu Đê, xác định vận tốc dòng chảy (u x ) trên đoạn sông đánh giá và tại

các điểm cần quan tâm trong các tháng mùa kiệt

- Lấy mẫu nước và vận chuyển về phòng thí nghiệm, xác định hệ số tốc độ phân hủy chất hữu cơ theo BOD tại phòng thí nghiệm

- Lựa chọn mô hình chất lượng nước, từ các số liệu quan trắc chất lượng nước,

sự xâm nhập mặn trong các tháng mùa kiệt, xác định mô hình chất lượng nước được lựa chọn cho đoạn sông đánh giá

-Xác định hệ số phân tán (E x ) bằng chuỗi số liệu thực đo:

+ Quan trắc mực nước và chất lượng nước tại các biên thượng lưu (MC 7 ), hạ lưu (MC 2 ) và tại các mặt cắt: MC 2 , MC 3 (Cầu Nam Ô), MC5 (Cầu Nam Ô thượng),

MC 6 (Cầu trường Định) và MC 7 , liên tục trong 26h, từ 11h00 ngày 03/08 đến 13h00 ngày 04/08 Tại MC 7 (thượng lưu) và MC 2 (hạ lưu) tiến hành đo đồng thời vận tốc dòng chảy và tiến hành quan trắc thông chất lượng nước dọc theo chiều dòng sông, để

có số liệu làm cơ sở cho việc hiệu chỉnh và kiểm định mô hình

+ Tính toán xác định giá trị E x cho từng đoạn sông theo các số liệu phân bố độ mặn theo thời gian trong một chu kỳ triều

Vị trí các điểm quan trắc và lấy mẫu xem hình 2.4 Tọa độ các điểm quan trắc

và lấy mẫu được trình bày ở phụ lục 2

Hình 2.5 Vị trí các mặt cắt biên, mực nước và các điểm quan trắc các thông số

chất lượng nước làm cơ sở cho việc hiệu chỉnh mô hình

Hình 2.6 Khảo sát thực địa, lấy mẫu đánh giá hiện trạng chất lượng nước (đợt 1)

Hình 2.7 Lấy mẫu xác định Ex và bộ số liệu hiệu chỉnh mô hình (đợt 2)

Hình 2.8 Lấy mẫu, đo mực nước kiếm định mô hình (đợt 3)

Hiệu chỉnh (xác định) hệ số chuyển hóa (k r ) các chất ô nhiễm xem xét trên đoạn

sông đánh giá theo chuỗi số liệu thực đo liên tục trong hai ngày 03 và 04/08/2018

Tương tự, việc kiểm định, đánh giá độ tin cậy của hệ số k r theo chuỗi số liệu thực đo liên tục trong các ngày 14 và 15 tháng 8 năm 2018 Sơ đồ vị trí các điểm quan trắc mực nước và lấy mẫu được trình bày ở hình 2.9

Hình 2.9 Vị trí các mặt cắt biên, mực nước và các điểm quan trắc các thông số

chất lượng nước làm cơ sở cho việc kiểm định mô hình

2.2.4 Đánh giá khả năng tiếp nhận nước thải

a) Mục đích: Đánh giá khả năng tiếp nhận nước thải sau xử lý theo hiện trạng các

hoạt động phát triển và quy hoạch trong tương lai trên lưu vực Chi tiết xem phụ lục 2

2.3.1 Lấy mẫu, bảo quản mẫu và phân tích các thông số chất lượng nước

Các phương pháp và thiết bị quan trắc, lấy mẫu, phân tích các thông số chất lượng nước tại hiện trường và phòng thí nghiệm được trình bày trong bảng 2.1 và việc phân tích được thực hiện tại phòng thí nghiệm của Trung tâm Nghiên cứu Bảo vệ Môi trường (EPRC), trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng

Bảng 2.1 Các tiêu chuẩn lấy mẫu, bảo quản và phương pháp và thiết bị sử dụng

TCVN 5996-1995

2 Bảo quản mẫu TCVN 5993-1995 Thùng chứa mẫu cách nhiệt

5 Độ mặn (Sal.) Đo nhanh Máy đo độ dẫn điện cầm tay (Con

Bộ phân tích COD (Vario)

10 N-NH4 TCVN 5988:1995 Bộ chưng cất, chuẩn độ (Meck)

11 N-NO3 TCVN 6180:1996 Máy quang phổ UV/Vis (Liuv-201)

12 T-N TCVN 6638:2000 Bộ chưng cất đạm Keldjahl (KB8S)

13 P-PO4 TCVN 6202:2008 Máy quang phổ UV/Vis (Liuv-201)

15 Coliform TCVN 6187-2:1996 Thiết bị phân tích vi sinh (MEL/MPL)

Flowatch và Global FP111