- TỔNG QUAN VỀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU VÀ MỘT SỐ MÔ HÌNH MÔ PHỎNG CHẤT LƢỢNG NƢỚC SÔNG. - Một số mô hình mô phỏng chất lƣợng nƣớc sông. - MÔ HÌNH QUAL2K. - Mô hình nhiệt độ [16. - Mô hình tính toán cho các phần tử [7,16. - Chạy mô hình. - Chất lƣợng nƣớc ranh giới thƣợng nguồn. - Các nguồn nƣớc thải vào sông Cà Lồ. - Chất lƣợng nƣớc sông Cà Lồ mùa mƣa 2013. - Kết quả mô hình chất lƣợng nƣớc sông Cà Lồ mùa mƣa 2013. - Ứng dụng mô hình QUAL2K dự báo chất lƣợng nƣớc sông Cà Lồ theo các kịch bản. - Tính toán mô hình hóa cho các kịch bản. - Lƣu lƣợng nƣớc trung bình theo các tháng và năm của sông Cà Lồ. - Chất lƣợng nƣớc ranh giới thƣợng nguồn và hạ nguồn. - Lƣợng nƣớc thải sinh hoạt thải vào đoạn sông Cà Lồ. - Định mức tải lƣợng các chất ô nhiễm trong nƣớc thải sinh hoạt. - Chất lƣợng nƣớc thải KCN Bình Xuyên 2013. - Lƣợng nƣớc thải chăn nuôi thải vào đoạn sông Cà Lồ. - Đặc trƣng nƣớc thải chăn nuôi [1. - Chất lƣợng nƣớc thải KCN Bình Xuyên. - Lƣợng nƣớc thải sinh hoạt thải vào đoạn sông Cà Lồ năm 2020. - Chất lƣợng nƣớc thải sinh hoạt theo kịch bản 2 và 3. - Chất lƣợng nƣớc thải theo kịch bản 2 và 3. - nồng độ các chất ô nhiễm có trong nƣớc thải chăn nuôi theo kịch bản 2 và 3. - Các bƣớc chạy mô hình QUAL2K. - Do đó, cần có sự đánh giá mô phỏng chất lƣợng nƣớc mặt tỉnh Vĩnh Phúc cho thời điểm hiện tại và tƣơng lai để có thể có các biện pháp giảm thiểu các tác động gây ô nhiễm tới chất lƣợng nƣớc mặt tỉnh Vĩnh Phúc. - Sự mô phỏng chất lƣợng nƣớc bằng công cụ toán học là một nhánh khoa học đang phát triển nhanh, đạt đƣợc thành công lớn trong những năm gần đây. - Các mô hình toán học là công cụ cơ bản cho tính toán định lƣợng cũng nhƣ áp dụng vào thực tế khi nghiên cứu mô phỏng chất lƣợng nƣớc kênh sông. - Để mô phỏng chất lƣợng nƣớc kênh sông cần phải giải quyết bài toán dòng chảy trong hệ thống kênh sông cùng bài toán lan truyền chất. - Mô hình QUAL2K là mô hình chất lƣợng nƣớc sông tổng hợp và toàn diện đƣợc phát triển do sự hợp tác giữa trƣờng Đại học Tufts University và Trung tâm mô hình chất lƣợng nƣớc của Cục môi trƣờng Mỹ. - Lịch sử nghiên cứu: Ở nƣớc ta, mô hình QUAL2K cũng đã đƣợc ứng dụng để nghiên cứu, đánh giá chất lƣợng nƣớc của một số con sông lớn nhƣ: Sông Hƣơng (Nguyễn Bắc Giang, 2011). - Đối với tỉnh Vĩnh Phúc chƣa chú trọng đến việc sử dụng phƣơng pháp mô hình hóa chất lƣợng nƣớc mặt tính toán chất lƣợng nƣớc. - Nghiên cứu mô hình QUAL2K. - Ứng dụng mô hình QUAL2K để để tính toán, mô hình hóa chất lƣợng nƣớc mặt sông Cà Lồ theo không gian, và theo các kịch bản quản lý. - Phạm vi nghiên cứu: Để có cơ sở đánh giá chất lƣợng nƣớc mặt tỉnh Vĩnh Phúc và đƣa ra các biện pháp quản lý, trong phạm vi đề tài chọn sông Cà Lồ tỉnh Vĩnh Phúc làm đối tƣợng nghiên cứu, trong đó sẽ tập trung nghiên cứu mô hình hóa cho một đoạn sông Cà Lồ chảy qua huyện Bình Xuyên, tỉnh Vĩnh Phúc. - Các luận điểm cơ bản và đóng góp mới: Luận văn đã mô phỏng đƣợc chất lƣợng nƣớc mặt sông Cà Lồ theo kịch bản hiện trạng và các kịch bản trong tƣơng lai năm 2020. - Trên cơ sở kết quả nghiên cứu đã đề xuất một số biện pháp quản lý chất lƣợng nƣớc mặt của sông Cà Lồ nói riêng và nƣớc mặt tỉnh Vĩnh Phúc nói chung. - Phƣơng pháp nghiên cứu: Phƣơng pháp mô hình hóa bằng phần mềm QUAL2K để tính toán, mô phỏng chất lƣợng nƣớc. - TỔNG QUAN VỀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU VÀ MỘT SỐ MÔ HÌNH MÔ PHỎNG CHẤT LƢỢNG NƢỚC SÔNG 1.1. - 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 lƣợng nƣớc theo thời gian trong không gian của dòng chảy. - Stream I, II...[5] Mô hình mô phỏng sự hình thành chất lƣợng nguồn nƣớc Mô phỏng sự hình thành các nguồn gây ô nhiễm (các nguồn thải và tải lƣợng các chất thải) và sự thay đổi chất lƣợng nƣớc theo thời gian và không gian. - Với các mục đích nghiên cứu, mô phỏng trên các đối tƣợng khác nhau nên các mô hình chất lƣợng nƣớc rất phong phú và đa dạng. - Theo hƣớng dẫn của ngân hàng thế giới (WB) trong lĩnh vực ngăn ngừa và giảm thiểu ô nhiễm đối với các dự 15 án phát triển thƣờng sử dụng các phần mền sau để tính toán mô phỏng chất lƣợng nƣớc [5. - Mô hình HSPF (Hydrological Simulation Program Fortran (USEPA) (1984. - Mô phỏng trong không gian 2 chiều ở trạng thái động lực với các thông số chất lƣợng nƣớc: Các chất hoà tan, SS, DO, các chất dinh dƣỡng và các loại vi khuẩn chỉ thị. - Dự báo xu thế thay đổi chất lƣợng nƣớc trong dòng chảy sau các trận mƣa và các thông tin về việc thu nƣớc ở các kênh. - Phát triển trên cơ sở mô hình HSPF, tính toán xu thế biến đổi chất lƣợng nƣớc cho cả một lƣu vực sông...với các nguồn thải không điểm. - Hệ thống MIKE: Trong những năm 1990, viện thủy lực Đan mạch đã thiết lập hệ thống mô hình chất lƣợng nƣớc cho kênh, sông. - Là phần mềm thƣơng mại nên giá thành rất đắt - Nhiều nghiên cứu trong nƣớc đã sử dụng mô hình mike 11 để làm công cụ tính toán thủy lực và chất lƣợng nƣớc. - Tính toán 1, 2 chiều cho hệ thống sông - hồ ở trạng thái động lực với số liệu đầu ra là chất lƣợng nƣớc sông làm số liệu đầu vào cho mô hình chất lƣợng nƣớc hồ. - Mô hình QUAL2K: Mô hình QUAL2K là mô hình chất lƣợng nƣớc sông tổng hợp và toàn diện đƣợc phát triển do sự hợp tác giữa trƣờng Đại học Tufts University và Trung tâm mô hình chất lƣợng nƣớc của Cục môi trƣờng Mỹ. - Mô hình cho phép mô phỏng 15 thành phần thông số chất lƣợng nƣớc sông bao gồm nhiệt độ, BOD5, DO, tảo dƣới dạng chlorophyl, nitơ hữu cơ (Norg), nitrit (N-NO2), nitrat (N-NO3. - Ở trạng thái động, mô hình QUAL2K có thể đƣợc sử dụng để nghiên cứu ảnh hƣởng do sự thay đổi khí hậu hằng ngày đối với chất lƣợng nƣớc (ôxy hoà tan nhiệt độ) và cũng có thể nghiên cứu sự thay đổi oxy hoà tan hằng ngày do sự hô hấp và tăng trƣởng của tảo [7]. - Nhiều nghiên cứu tại các quốc gia trên thế giới đã ứng dụng mô hình QUAL2K để mô phỏng chất lƣợng nƣớc tại một số lƣu vực sông do có có thiết kế đơn giản, tính toán dựa trên các cơ sở khoa học. - Kết quả tính toán các thông số chất lƣợng nƣớc trong mô hình đƣợc thể hiện dƣới dạng đồ thị theo dọc chiều dài dòng chảy. - Giới thiệu về sông Cà Lồ Để có cơ sở đánh giá chất lƣợng nƣớc mặt tỉnh Vĩnh Phúc và đƣa ra các biện pháp quản lý, trong phạm vi đề tài chọn sông Cà Lồ tỉnh Vĩnh Phúc làm đối tƣợng nghiên cứu, trong đó sẽ tập trung nghiên cứu mô hình hóa cho một đoạn sông Cà Lồ chảy qua huyện Bình Xuyên, tỉnh Vĩnh Phúc. - Theo quy hoạch phát triển kinh tế xã hội huyện Bình Xuyên, đến năm 2020 tất cả các nguồn thải phải đƣợc xử lý đạt tiêu chuẩn môi trƣờng trƣớc khi thải ra ngoài môi trƣờng (theo Quyết định số 01/2012/QĐ-UBND ngày 10/1/2012 của UBND tỉnh Vĩnh Phúc về việc ban hành quy định phân vùng môi trƣờng tiếp nhận nƣớc thải và khí thải trên địa bàn tỉnh vĩnh phúc thì đến năm 2015 các nguồn thải trƣớc khi đổ vào sông Cà Lồ phải đạt loại A theo QCVN), tuy nhiên, hầu hết các nguồn thải chƣa đƣợc xử lý theo quy chuẩn và đang suy giảm chất lƣợng nƣớc sông Cà Lồ theo thời gian. - có thể rất nghiêm trọng, nhƣng không thƣờng xuyên, và không phải là nguyên nhân chính gây suy thoái chất lƣợng nƣớc. - Hiện trạng quản lý chất lƣợng nƣớc sông Cà Lồ Để có cơ sở bảo vệ nguồn nƣớc mặt UBND tỉnh Vĩnh Phúc đã có quyết định số 01/2012/QĐ-UBND ngày 10/1/2012 về việc ban hành quy định phân vùng môi trƣờng tiếp nhận nƣớc thải và khí thải trên địa bàn tỉnh vĩnh phúc, trong đó quy định đến năm 2015 tất cả nƣớc thải vào sông Cà Lồ phải đƣợc xử lý đạt loại A theo quy chuẩn Việt Nam trƣớc khi thải vào môi trƣờng. - Tuy nhiên, hiện nay trên địa bàn tỉnh Vĩnh Phúc mới chỉ quan tâm quản lý chất lƣợng nƣớc thải của các Công ty, xí nghiệp và nƣớc thải từ các KCN, còn đối với nƣớc thải sinh hoạt của ngƣời dân từ các khu dân cƣ và nƣớc thải phát sinh từ hoạt động chăn nuôi vẫn chƣa có sự quản lý về chất lƣợng nƣớc thải. - MÔ HÌNH QUAL2K 2.1. - Mô hình tính toán cho các phần tử [7,16] Bảng 2.1. - Chạy mô hình Hình 2.9. - Sau khi có các dữ liệu, tiến hành nhập và chạy mô hình QUAL2K và đƣợc kết quả là sự mô phỏng nồng độ các chất thông số chất lƣợng nƣớc theo chiều dọc sông nhƣ: DO, BOD5, NH4+, PO43-… 32 CHƢƠNG 3. - Lƣu lƣợng nƣớc trung bình theo các tháng và năm của sông Cà Lồ Đơn vị: m3/s Tháng Năm Mô hình QUAL2K chia hệ thống sông thành các đoạn sông (reaches), các đoạn sông này là một phần dòng chảy có đặc tính thuỷ lực tƣơng đối đồng nhất. - Kiểm tra sự tƣơng hợp của mô hình QUL2K đối với khu vực nghiên cứu Để mô phỏng chính xác chất lƣợng nƣớc sông Cà Lồ và dự báo chất lƣợng nƣớc trong tƣơng lai, cần kiểm tra sự tƣơng hợp của các thông số mô hình qual2k đối với khu vực nghiên cứu. - Các nguồn nước thải vào sông Cà Lồ Để mô phỏng chất lƣợng nƣớc sông Cà Lồ vào mùa mƣa năm 2013, ngoài sử dụng các dữ liệu về địa hình, thủy văn, thủy lực và địa hình nêu trên, cần tính toán các dữ liệu về các nguồn thải đổ vào sông Cà Lồ. - Lƣợng nƣớc thải sinh hoạt thải vào đoạn sông Cà Lồ KH Nguồn thải Hệ số phát thải (l/ngƣời.ngày) Dân số Lƣu lƣợng (m3/ngày đêm) NT1 Thôn Nam Bản, Mỹ Đô và Yên Định, xã Tân Phong NT2 thôn Ngọc Canh, Thắng Lợi, Hƣơng Canh NT3 Thôn Ngọc Bảo, xã Sơn Lôi NT4 Thôn An Lão, xã Sơn Lôi Tổng cộng Bảng 3.11. - Định mức tải lƣợng các chất ô nhiễm trong nƣớc thải sinh hoạt TT Chất ô nhiễm Hệ số phát thải (kg/ngƣời/năm) Hiệu suất xử lý. - Nƣớc thải công nghiệp Thông tin chung về KCN Bình Xuyên. - 42 Chất lƣợng nƣớc đầu ra của KCN nhƣ sau: Bảng 3.14. - Từ đó ta tính đƣợc lƣợng nƣớc thải chăn nuôi nhƣ sau: 43 Bảng 3.16. - Lƣợng nƣớc thải chăn nuôi thải vào đoạn sông Cà Lồ KH Khu vực Lƣu lƣợng (m3/ngày đêm) NT1 Thôn Nam Bản, Mỹ Đô, Yên Định, xã Tân Phong 249,3 NT2 thôn Ngọc Canh, Thắng Lợi, thị trấn Hƣơng Canh 119,31 NT3 Thôn Ngọc Bảo, xã Sơn Lôi 32,715 NT4 Thôn An Lão, xã Sơn Lôi 36,735 Nƣớc thải chăn nuôi rất giàu dinh dƣỡng, dễ tiêu và có giá trị lớn về mặt phân bón. - Chất lƣợng nƣớc sông Cà Lồ mùa mƣa 2013 TT Thông số Khoảng cách so với cuối đoạn sông (km) DO (mgO2/L) BOD (mgO2/L) NH4 (ugN/L) NO3 (ugN/L) Inorg P (ugP/L Nguồn: Trung tâm tài nguyên và Bảo vệ môi trường Vĩnh Phúc 3.2.4. - Kết quả mô hình chất lượng nước sông Cà Lồ mùa mưa 2013 Từ các dữ liệu về Kết quả chạy mô hình các thông số chất lƣợng nƣớc cho mùa mƣa năm 2013 nhƣ sau: Hình 3.3. - Ứng dụng mô hình QUAL2K dự báo chất lƣợng nƣớc sông Cà Lồ theo các kịch bản Kịch bản 1: Mô phỏng chất lƣợng nƣớc hiện tại của sông Cà Lồ với các điều kiện khí tƣợng, chất lƣợng nƣớc hiện thời và các nguồn ô nhiễm đang tác động lên sông Cà Lồ. - Kịch bản 2: Mô phỏng chất lƣợng nƣớc sông Cà Lồ năm 2020 theo đúng quy hoạch phát triển kinh tế xã hội của tỉnh Vĩnh Phúc và huyện Bình Xuyên. - Nƣớc thải sinh hoạt và nƣớc thải chăn nuôi tại các khu dân cƣ km PO4 (ugP/L) PO4 47 đƣợc thu gom và xử lý đạt QCVN 14:2008/BTNMT cột A (thấp hơn 20%) trƣớc khi thải vào sông Cà Lồ. - Kịch bản 3: Kịch bản này sẽ mô phỏng chất lƣợng nƣớc sông Cà Lồ năm 2020 trên cơ sở quy hoạch phát triển kinh tế xã hội của tỉnh Vĩnh Phúc và huyện Bình Xuyên và thực tế thực hiện quy hoạch hiện nay. - Tính toán mô hình hóa cho các kịch bản 3.4.1. - Lƣợng nƣớc thải sinh hoạt thải vào đoạn sông Cà Lồ KH Nguồn thải Hệ số phát thải (l/ngƣời.ngày) Dân số Lƣu lƣợng (m3/ngày đêm) NT1 Thôn Nam Bản, Mỹ Đô và Yên Định, xã Tân Phong NT2 thôn Ngọc Canh, Thắng Lợi, Hƣơng Canh NT3 Thôn Ngọc Bảo, xã Sơn Lôi NT4 Thôn An Lão, xã Sơn Lôi Tổng cộng Tỷ lệ hộ sử dụng bể tự hoại 3 ngăn: Bảng 3.20. - Nƣớc thải: Trung bình khoảng 800 m3/ngày (theo báo cáo môi trƣờng định kỳ của Công ty) Chất lƣợng nƣớc đầu ra của KCN nhƣ sau: Bảng 3.22. - Nƣớc thải nông nghiệp Bảng 3.23. - Từ đó ta tính đƣợc lƣợng nƣớc thải chăn nuôi nhƣ sau: Bảng 3.24. - Lƣợng nƣớc thải chăn nuôi thải vào đoạn sông Cà Lồ KH Khu vực Lƣu lƣợng (m3/ngày đêm) NT1 Thôn Nam Bản, Mỹ Đô, Yên Định, xã Tân Phong 276,45 NT2 thôn Ngọc Canh, Thắng Lợi, thị trấn Hƣơng Canh 131,55 NT3 Thôn Ngọc Bảo, xã Sơn Lôi 36,3 NT4 Thôn An Lão, xã Sơn Lôi 40,725 Đặc trƣng của nƣớc thải chăn nuôi: Bảng 3.25. - Kết quả mô hình cho Kịch bản 1 Hình 3.7. - Kết quả mô phỏng nồng đô Phốt phát theo chiều dọc sông Kết quả tính toán mô hình cho thấy, các thông số nhƣ DO, BOD5, NO3-, PO43- của sông Cà Lồ đều có nồng độ nằm trong giới hạn cho phép của QCVN 08:2008/BTNMT – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lƣợng nƣớc mặt, cột B1, về mùa khô, nồng độ các chất ô nhiễm có xu hƣớng lớn hơn so với mùa mƣa. - Đối với thông số NH4+ cho thấy đã có sự ô nhiễm ở phía cuối nguồn của đoạn sông về mùa mƣa, về mùa không hầu hết chất lƣợng nƣớc dọc theo chiều dài sông đều bị ô nhiễm NH4+. - Lƣợng nƣớc thải sinh hoạt thải vào đoạn sông Cà Lồ năm 2020 KH Nguồn thải Định mức phát thải (l/ngƣời.ngày) Dân số Lƣu lƣợng (m3/ngày đêm) NT1 Thôn Nam Bản, Mỹ Đô, Yên Định, xã Tân Phong NT2 thôn Ngọc Canh, Thắng Lợi, thị trấn Hƣơng Canh NT3 Thôn Ngọc Bảo, xã Sơn Lôi NT4 Thôn An Lão, xã Sơn Lôi Tổng cộng Theo mô tả kịch bản, tính đƣợc nồng độ các chất ô nhiễm trong nƣớc thải sinh hoạt theo các kịch bản nhƣ sau: Bảng 3.27. - Chất lƣợng nƣớc thải sinh hoạt theo kịch bản 2 và 3 TT Chất ô nhiễm Đơn vị Kịch bản 2 Kịch bản 3 QCVN 14:2008/BTNMT cột A NT1 NT2 NT3 NT4 1 COD mg/l . - Theo mô tả, tính toán đƣợc nồng độ các chất ô nhiễm trong nƣớc thải công nghiệp theo kịch bản 2 và 3 nhƣ sau: Bảng 3.28. - Chất lƣợng nƣớc thải theo kịch bản 2 và 3 TT Tên chỉ tiêu Đơn vị Kịch bản 2 Kịch bản 3 QCVN 40:2011/BTNMT cột A 1 Nhiệt độ oC pH TSS mg/l BOD5 mg/l COD mg/l Tổng Nitơ mg/l Tổng Photpho mg/l 4.8 3.6 4 c. - Kết quả mô hình Kịch bản 2 và 3 Hình 3.12. - Nhận xét Kết quả tính toán mô hình các kịch bản cho thấy, các thông số nhƣ DO, BOD5, NO3-, PO43- của sông Cà Lồ đều có nồng độ nằm trong giới hạn cho phép của QCVN 08:2008/BTNMT – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lƣợng nƣớc mặt, cột B1. - Đề xuất một số biện pháp quản lý tổng hợp nguồn nƣớc mặt sông Từ kết quả mô phỏng chất lƣợng nƣớc theo các kịch bản cho thấy, để đảm bảo cho chất lƣợng nƣớc mặt tỉnh Vĩnh Phúc đƣợc cải thiện trong tƣơng lai, cần có các biện pháp quản lý tổng hợp nguồn nƣớc mặt. - 62 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ Kết luận: Mô hình QUAL2K đã đƣợc ứng dụng để mô phỏng chất lƣợng nƣớc sông Cà Lồ, đoạn chảy qua huyện Bình Xuyên, Vĩnh Phúc theo các kịch bản. - Kết quả tính toán của kịch bản 2 và 3 cho thấy đến năm 2020 chất lƣợng nƣớc có dấu hiệu cải thiện nếu các nguồn thải có áp dụng biện pháp xử lý phù hợp. - Từ các kết quả chạy mô hình mô phỏng chất lƣợng nƣớc trong tƣơng lai theo các kịch bản cho thấy. - Các thông số nhƣ DO, BOD5, NO3-, PO43- của sông Cà Lồ đều có nồng độ nằm trong giới hạn cho phép của QCVN 08:2008/BTNMT – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lƣợng nƣớc mặt, cột B1. - Nồng độ các chất ô nhiễm theo chiều dọc sông ở kịch bản 3 lớn hơn rất nhiều so với kịch bản 2 đặc biệt nồng độ NH4+ Khuyến nghị: Để đảm bảo cho chất lƣợng nƣớc mặt tỉnh Vĩnh Phúc đƣợc cải thiện trong tƣơng lai, cần có các biện pháp quản lý tổng hợp nguồn nƣớc mặt
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt