Tiểu luận tốt nghiệp: Đánh giá chất lượng nước trên lưu vực sông Đồng Nai bằng mô hình MIKE 11

Tiểu luận phân tích ứng dụng mô hình Mike 11 trong đánh giá chất lượng nước lưu vực hạ lưu sông Đồng Nai, góp phần bảo vệ môi trường.

• Tác giả: Ngô Thị Ngọc Tuyền
• Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Vũ Huy
• Trường học: Trường Đại Học Nông Lâm Tp. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Hệ Thống Thông Tin Môi Trường
• Đề tài: Đánh Giá Chất Lượng Nước Sông Đồng Nai Bằng Mô Hình MIKE 11
• Loại tài liệu: tiểu luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Giới thiệu và mục tiêu nghiên cứu

Nghiên cứu tập trung vào đánh giá chất lượng nước trên sông Đồng Nai bằng mô hình MIKE 11, một công cụ mạnh mẽ trong mô hình hóa môi trường. Mục tiêu chính là ứng dụng mô hình MIKE 11 để phân tích và mô phỏng chất lượng nước trong lưu vực hạ lưu sông Đồng Nai, từ đó đưa ra các giải pháp quản lý tài nguyên nước hiệu quả. Nghiên cứu cũng sử dụng GIS để hỗ trợ phân tích dữ liệu và đề xuất các biện pháp bảo vệ môi trường.

1.1. Tính cấp thiết của đề tài

Sông Đồng Nai là một trong những hệ thống sông lớn nhất miền Nam, đóng vai trò quan trọng trong phát triển kinh tế - xã hội. Tuy nhiên, sự gia tăng ô nhiễm môi trường do hoạt động công nghiệp và đô thị hóa đã ảnh hưởng nghiêm trọng đến chất lượng nước. Việc đánh giá môi trường và kiểm soát ô nhiễm trở nên cấp thiết để đảm bảo sự phát triển bền vững.

1.2. Mục tiêu tổng quát

Nghiên cứu nhằm ứng dụng mô hình MIKE 11 để đánh giá hiện trạng chất lượng nước và đề xuất các giải pháp quản lý lưu vực sông. Cụ thể, nghiên cứu tập trung vào việc mô phỏng dòng chảy sông và phân tích chất lượng nước trong mùa khô năm 2010.

II. Tổng quan khu vực nghiên cứu

Khu vực nghiên cứu bao gồm lưu vực hạ lưu sông Đồng Nai, nơi tập trung nhiều khu công nghiệp và đô thị lớn. Hệ thống sông này có đặc điểm thủy văn phức tạp, chịu ảnh hưởng mạnh của thủy triều và xâm nhập mặn. Nghiên cứu cũng phân tích các yếu tố khí tượng và thủy lực để hiểu rõ hơn về động lực học chất lỏng trong khu vực.

2.1. Đặc điểm khí tượng và thủy văn

Lưu vực sông Đồng Nai có lượng mưa trung bình từ 1400 mm đến 2000 mm, giảm dần từ Tây sang Đông. Thủy triều từ biển Đông ảnh hưởng sâu vào nội địa, tạo nên dòng chảy sông phức tạp. Đặc biệt, xâm nhập mặn là vấn đề nghiêm trọng trong mùa khô, ảnh hưởng đến chất lượng nước và sinh hoạt của người dân.

2.2. Hệ thống sông và kênh rạch

Hệ thống sông trong khu vực bao gồm nhiều nhánh sông và kênh rạch chằng chịt, tạo nên mạng lưới thủy lực phức tạp. Các sông chính như sông Đồng Nai, sông Sài Gòn, và sông Vàm Cỏ đều chịu ảnh hưởng của thủy triều và dòng chảy từ thượng nguồn.

III. Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng mô hình MIKE 11 để mô phỏng chất lượng nước và dòng chảy sông. Mô hình thủy văn này được kết hợp với GIS để phân tích dữ liệu đầu vào và đầu ra. Các thông số chất lượng nước như độ mặn, DO, và BOD được đo lường và đưa vào mô hình để đánh giá hiện trạng.

3.1. Mô hình MIKE 11

Mô hình MIKE 11 là công cụ mạnh mẽ trong mô hình hóa môi trường, đặc biệt là phân tích thủy văn và chất lượng nước. Nghiên cứu sử dụng mô đun AD và ECOLAB để mô phỏng lan truyền chất và động lực học chất lỏng trong lưu vực.

3.2. Phương pháp đánh giá

Nghiên cứu áp dụng phương pháp đánh giá dựa trên dữ liệu thực đo và kết quả mô phỏng từ mô hình MIKE 11. Các chỉ số chất lượng nước được phân tích để đưa ra các kiến nghị quản lý tài nguyên nước hiệu quả.

IV. Kết quả và thảo luận

Kết quả nghiên cứu cho thấy chất lượng nước trong lưu vực hạ lưu sông Đồng Nai bị ảnh hưởng nghiêm trọng bởi xâm nhập mặn và ô nhiễm công nghiệp. Mô hình MIKE 11 đã mô phỏng chính xác diễn biến mặn và chất lượng nước trong mùa khô năm 2010, từ đó đề xuất các biện pháp kiểm soát ô nhiễm và quản lý lưu vực sông.

4.1. Diễn biến xâm nhập mặn

Kết quả mô phỏng cho thấy xâm nhập mặn nghiêm trọng trong mùa khô, đặc biệt ở khu vực Nội Đồng và Cần Giờ. Độ mặn vượt quá ngưỡng cho phép, ảnh hưởng đến sinh hoạt và sản xuất nông nghiệp.

4.2. Chất lượng nước

Các chỉ số DO và BOD cho thấy chất lượng nước suy giảm đáng kể, đặc biệt ở các khu vực gần khu công nghiệp. Nghiên cứu đề xuất các biện pháp giảm thiểu ô nhiễm và cải thiện chất lượng nước.

V. Kết luận và kiến nghị

Nghiên cứu đã ứng dụng thành công mô hình MIKE 11 để đánh giá chất lượng nước và xâm nhập mặn trên sông Đồng Nai. Các kết quả cho thấy sự cần thiết của việc quản lý tài nguyên nước và kiểm soát ô nhiễm để đảm bảo sự phát triển bền vững. Nghiên cứu đề xuất các biện pháp cụ thể như tăng cường giám sát chất lượng nước và xây dựng các công trình thủy lợi để giảm thiểu xâm nhập mặn.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. Tính cấp thiết của đề tài Môi trường sống của chúng ta bao gồm nhiều thành phần quan trọng và thiết yếu trong đó có môi trường nước. Môi trường nước bao gồm có nguồn nước mặt, nước mưa, nước dưới đất và nguồn nước biển. Do đó tài nguyên nước là một trong những yếu tố quyết định đến sự phát triển kinh tế, xã hội của một vùng hay một lãnh thổ quốc gia.

Hệ thống sông Đồng Nai là một hệ thống sông lớn thứ 2 tại miền Nam sau hệ thống sông MêKông. Hệ thống sông Đồng Nai đóng một vai trò vô cùng quan trọng trong sự phát triển kinh tế – xã hội của cả nước, đặc biệt là đối với vùng kinh tế trọng điểm phía Nam. Đây không chỉ là nguồn nước cung cấp cho sinh hoạt của dân cư mà đây còn là nguồn nước cung cấp cho tưới tiêu, công nghiệp, nông nghiệp, v.v cho các tỉnh trong lưu vực. Hiện nay trên lưu vực có khoảng 60 khu công nghiệp và khu chế xuất nằm chủ yếu trên 6 tỉnh, thành phố trong vùng trọng điểm phía Nam.

Đóng góp từ các hoạt động sản xuất công nghiệp trong lưu vực chiếm khoảng 58% tổng GDP với tốc độ tăng trưởng hằng năm là 15%. (Viện Quy Hoạch Thủy Lợi Miền Nam, 2010. Báo cáo giám sát chất lượng nước ĐNSG). Sự phát triển mạnh mẽ của khu vực, đặc biệt là về công nghiệp hóa và hiện đại hóa đã kéo theo nhu cầu sử dụng nước tăng lên nhanh chóng, bên cạnh đó, khu vực vẫn còn thiếu một quy trình xả thải và quản lý chất thải an toàn, không ảnh hưởng đến môi trường.

Các nhân tố kể trên đã khiến cho môi trường sống trong khu vực, đặc biệt là môi trường nước ô nhiễm nghiêm trọng. Phát triển kinh tế là bước đi tất yếu của mỗi tỉnh thành nói riêng của mỗi quốc gia nói chung nhưng đó là khi nó đi đôi với một môi trường phát triển bền vững.Sự phát triển mạnh mẽ của khu vực, đặc biệt là về công nghiệp hóa và hiện đại hóa đã kéo theo nhu cầu sử dụng nước tăng lên nhanh chóng, bên cạnh đó, khu vực vẫn còn thiếu một quy trình xả thải và quản lý chất thải an toàn, không ảnh hưởng đến môi trường. Các nhân tố kể trên đã khiến cho môi trường sống trong khu vực, đặc biệt là môi trường nước ô nhiễm nghiêm 1 Tiểu luận tốt nghiệp 2014 trọng.Từ các yếu tố trên tôi tiến hành nghiên cứu đề tài: “Ứng dụng mô hình MIKE 11 đánh giá chất lượng nước trên lưu vực hạ lưu sông Đồng Nai”. Mục tiêu tổng quát  Ứng dụng mô hình MIKE11 đánh giá hiện trạng thực tế chất lượng môi trường nước của lưu vực hạ lưu sông Đồng Nai.

 Ứng dụng GIS đề xuất các giải pháp bảo vệ môi trường nước. Nội dung  Giới thiệu và tìm hiểu về mô hình MIKE 11.  Dựa trên mô hình MIKE 11 và công cụ GIS để mô phỏng chất lượng nước.  Đưa ra các biện pháp và kiến nghị.

Phạm vi nghiên cứu  Việc nghiên xây dựng sơ đồ toán hạ lưu lưu vực sông Đồng Nai- Sài Gòn dựa trên mạng lưới kênh sông và hệ thống công trình trong lưu vực. Sơ đồ toán được xây dựng cho phần hạ lưu sau các hồ trên hệ thống sông như sau Trị An trên sông Đồng Nai, Dầu Tiếng trên sông Sài Gòn.  Lấy biên lưu lượng tại 5 trạm: Mộc Hóa, Bến Đá, Trị An, Sông Bé, Dầu Tiếng. Biên lượng nhập lưu tại các kênh ứng với một số nút.

Lấy mực nút tại Vàm Kênh và Vũng Tàu. 2 Tiểu luận tốt nghiệp 2014 CHƯƠNG 2. Tổng quan khu vực nghiên cứu: 1. Vùng nghiên cứu Lưu vực sông Sài Gòn – Đồng Nai nằm ở Miền Nam Việt Nam với diện tích khoảng 37.000 km2, bao gồm đất đai của các tỉnh Đắk Nông, Lâm Đồng, Bình Phước, Bình Dương, Đồng Nai, Tây Ninh, TP.

Hồ Chí Minh và các tỉnh Bình Thuận, Long An với tổng diện tích lưu vực khoảng 41.000 km2 (diện tích thuộc lãnh thổ Việt Nam là 37.400 km2) và dân số khoảng hơn 16 triệu người. Vùng nghiên cứu là vùng hạ lưu bao gồm các nhánh sông vùng hạ lưu sông Đồng Nai tính từ chỗ hợp lưu sông Bé và sông chính Đồng Nai từ phía hạ lưu hồ Dầu Tiếng trên sông Sài Gòn, Gò Dầu Hạ trên sông Vàm Cỏ Đông, và từ Tân An trên sông Vàm Cỏ Tây. Đây là vùng thấp và rộng lớn, là nơi tập trung đông dân cư sinh sống. Hệ thống sông khu vực này rất phức tạp, chằng chịt nối vào các sông Đồng Nai, Sài Gòn, và Vàm Cỏ qua các sông rạch Rạch Chiếc, Cây Khô, Cần Giuộc, Chợ Đệm, Rạch Tra- Cai Thầy, An Hạ, Rạch Tra - Cầu An Hạ, Nhà Bè, Đồng Tranh v.

Vùng nghiên cứu bao gồm 6 tỉnh Tp. Hồ Chí Minh, Bình Dương, Tây Ninh, Long An, Bà Rịa Vũng Tàu và Đồng Nai xem Hình 2. Trên lưu vực hiện nay, tập trung khu công nghiệp và khu chế xuất nằm chủ yếu trên 6 tỉnh, thành phố trong vùng kinh tế trọng điểm phía Nam có mật độ cao nhất trong cả nước. Ở các tỉnh khác, có một số khu công nghiệp mới mở gần đây.

3 Tiểu luận tốt nghiệp 2014 Hình 2. Vùng nghiên cứu 1. Đặc điểm khí tượng, thủy văn và xâm nhập mặn 1. Đặc điểm mưa Đặc điểm mưa chung cho lưu vực sông Đồng Nai giảm dần từ vùng có địa hình cao tới khu vực đồng bằng và có giá trị nhỏ nhất ở khu vực ven biển.

Đối với khu vực nghiên cứu lượng mưa trung bình mùa khô giao động từ 120 mm - 300 mm giảm dần ra phía ven biển xem Hình 2.2, ví dụ trạm Vũng Tàu mùa khô 112,1mm và trạm Dầu Tiếng 291,4 mm (xem Bảng 2. Lượng mưa trung bình năm giao động từ 1400 mm - 2000 mm theo xu hướng tăng dần từ Tây sang Đông). 4 Tiểu luận tốt nghiệp 2014 Hình 2. Bản đồ mưa trung bình mùa khô lưu vực sông Đồng Nai (“Nguồn: Báo cáo QHTLĐNB thích ứng với BDKH, NBD”, 2010) Hình 2.

Bản đồ mưa trung bình năm lưu vực sông Đồng Nai (“Nguồn: Báo cáo QHTLĐNB thích ứng với BDKH, NBD”,2010) 5 Tiểu luận tốt nghiệp 2014 Bảng 2.1 Trạm mưa tiêu biểu trong vùng nghiên cứu ST Tên trạm Trung Mùa mưa (V-X) Mùa khô (XI-IV) T bình X (mm) % X (mm) % năm 1 Bến Cát 1.715,0 87,3 249,1 12,7 12 Phước Hoà 1.805,5 87,4 261,5 12,6 (“Nguồn: Báo cáo QHTLĐNB thích ứng với BDKH, NBD”, 2010) 6 Tiểu luận tốt nghiệp 2014 1. Đặc điểm thủy văn Dòng chảy trong khu vực chịu tác động mạnh mẽ bởi thủy triều biển Đông, với các yếu tố thuận lợi như địa hình thấp, bằng phẳng kết hợp với hệ thống sông với mật độ cao, chính vì vậy sóng triều có thể truyền tới chân thác Trị An và hạ lưu hồ Dầu Tiếng. Một số đặc trưng chính về dòng chảy của khu vực nghiên cứu như sau:  Thủy triều truyền vào trong vùng có biên độ rộng (3,5-4,0 m), lên xuống ngày 2 lần (bán nhật triều), với hai đỉnh xấp xỉ nhau và hai chân lệch nhau khá lớn. Thời gian giữa hai chân và hai đỉnh vào khoảng 12,0 -12,5 giờ và thời gian một chu kỳ triều ngày là 24,83 giờ.

 Hàng tháng, triều xuất hiện 2 lần nước cao (triều cường) và 2 lần nước thấp (triều kém) theo chu kỳ trăng. Dạng triều lúc cường và lúc kém cũng khác nhau, và trị số trung bình của các chu kỳ ngày cũng tạo thành một sóng có chu kỳ 14,5 ngày với biên độ 0,30 - 0,40 m.  Trong năm, đỉnh triều có xu thế cao hơn trong thời gian từ tháng XII - I và chân triều có xu thế thấp hơn trong khoảng từ tháng VII - VIII. Đường trung bình của các chu kỳ nửa tháng cũng là một sóng có trị số thấp nhất vào tháng VII - VIII và cao nhất vào tháng XII - I.

 Triều cũng có các dao động rất nhỏ theo chu kỳ nhiều năm (18,6 năm và 50-60 năm). Như vậy, thủy triều biển Đông có thể xem là tổng hợp của nhiều dao động theo các sóng với chu kỳ ngắn (chu kỳ ngày), vừa (chu kỳ nửa tháng, năm), đến rất dài (chu kỳ nhiều năm). Theo hệ cao độ Hòn Dấu, triều ven biển Đông có mực nước đỉnh trung bình vào khoảng 1,1-1,2 m, các đỉnh cao có thể đạt đến 1,3-1,4 m, và mực nước chân trung bình từ – 2,8 đến – 3,0 m, các chân thấp xuống dưới – 3,2 m. Nhờ có biên độ cao tạo năng lượng lớn, lòng sông sâu và độ dốc thấp, thủy triều từ biển truyền vào rất sâu trên sông.

Trên sông Đồng Nai, thủy triều ảnh hưởng đến chân 7 Tiểu luận tốt nghiệp 2014 thác Trị An, cách biển 152 km. Cửa sông Bé nằm dưới thác Trị An 6 km cũng bị thủy triều ảnh hưởng vào chừng 10 km. Trên sông Sài Gòn, thủy triều ảnh hưởng đến tận chân đập Dầu Tiếng, tức vào khoảng 206 km. Sông Vàm Cỏ Đông bị triều ảnh hưởng lên cao hơn cả, chừng 250 km, nghĩa là trên cả thị xã Tây Ninh của nhánh Bến Đá và biên giới Việt Nam - Campuchia của nhánh Prek Taté.

Sóng triều truyền vào sông khá nhanh, với tốc độ trung bình 20 - 25 km/h. Song, để truyền hết chặng đường 250 km, một sóng triều phải mất chừng 12 giờ, bằng khoảng thời gian giữa hai chân hay hai đỉnh. Tốc độ truyền triều phụ thuộc chủ yếu vào độ lớn con triều (cường hay kém) và địa hình lòng sông. Tốc độ tối đa ghi nhận được từ tài liệu mực nước quan trắc được là khoảng 40 km/h.

Sóng triều giảm dần biên độ khi truyền vào sông và tắt hẳn tại điểm ảnh hưởng cuối. Nếu không xét đến ảnh hưởng do dòng chảy từ thượng lưu, thì càng vào sâu, đỉnh triều thấp dần và chân triều cũng cao dần. Khi truyền vào sông, do tác động của nguồn nước ngọt thượng lưu và hình thái chung của lòng sông (độ dốc, độ uốn khúc, mặt cắt thủy lực.), thủy triều bị biến dạng dần cả về biên độ lẫn chu kỳ các bước sóng, và điều này ảnh hưởng đến các đặc trưng của triều là mực nước lớn nhất, nhỏ nhất và bình quân. Càng vào sâu trong sông, biên độ giảm càng nhanh và thời gian giữa hai nhánh lên, xuống càng sai biệt: Thời gian triều lên càng ngắn lại và thời gian triều xuống càng dài ra.

Số liệu thực đo tại các trạm dọc sông cho ta các kết luận sau: - Vào mùa kiệt, do nguồn nước từ thượng lưu về nhỏ, nên thủy triều ảnh hưởng mạnh nhất, mực nước trên sông phụ thuộc chủ yếu vào dao động triều. Do triết giảm năng lượng triều, mực nước đỉnh triều giảm dần dọc sông.