Luận văn thạc sĩ: Đánh giá chất lượng nước sông Nhuệ đoạn chảy qua Hà Nội bằng mô hình MIKE 11

Luận văn thạc sĩ ứng dụng mô hình Mike 11 đánh giá chất lượng nước sông Nhuệ đoạn chảy qua Hà Nội, phân tích hiệu quả mô hình trong quản lý môi trường nước.

• Tác giả: Lê Thị Hải Lý
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Thị Minh Hằng
• Trường học: Đại học Thủy Lợi
• Chuyên ngành: Khoa học Môi trường
• Đề tài: Ứng dụng mô hình Mike 11 đánh giá chất lượng nước sông Nhuệ đoạn chảy qua Hà Nội
• Loại tài liệu: luận văn
• Năm xuất bản: 2012
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
• DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
• DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
• MỞ ĐẦU
• Mục tiêu của đề tài
• Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
• Cách tiếp cận
• Phương pháp nghiên cứu
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC MÔ HÌNH ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG NƯỚC VÀ THỰC TRẠNG CHẤT LƯỢNG NƯỚC LƯU VỰC SÔNG NHUỆ ĐOẠN CHẢY QUA HÀ NỘI
• 1.1. Giới thiệu chung về lưu vực sông
• 1.1.1. Điều kiện tự nhiên
• 1.1.2. Đặc điểm lưu vực sông Nhuệ
• 1.1.3. Đặc điểm kinh tế- xã hội lưu vực sông Nhuệ
• 1.2. Tình hình nước thải đổ vào sông Nhuệ đoạn qua Hà Nội
• 1.2.1. Hiện trạng ô nhiễm nước sông Nhuệ - Đáy
• 1.2.2. Nguồn ô nhiễm đổ vào sông Nhuệ
• 1.3. Tổng quan về các mô hình đánh giá chất lượng nước đã được áp dụng để đánh giá ô nhiễm nước sông
• 1.3.1. Vai trò của mô hình chất lượng nước trong quản lý chất lượng nước
• 1.3.2. Một số mô hình trên thế giới
• 2. CHƯƠNG 2: ỨNG DỤNG MÔ HÌNH ĐỂ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG NƯỚC LƯU VỰC SÔNG NHUỆ ĐOẠN CHẢY QUA HÀ NỘI
• 2.1. Giới thiệu chung về mô hình MIKE11
• 2.1.1. Các phương trình cơ bản
• 2.1.2. Phương pháp giải số
• 2.2. Số liệu thủy văn, thủy lực và chất lượng nước của sông Nhuệ
• 2.3. Thiết lập mô hình
• 2.3.1. Điều kiện biên
• 2.3.2. Điều kiện ban đầu
• 2.3.3. Chuỗi số liệu hiệu chỉnh và kiểm định mô hình thủy lực
• 2.3.4. Dữ liệu nguồn thải
• 2.3.5. Số liệu quan trắc nước mặt
• 2.4. Hiệu chỉnh và Kiểm định mô hình thủy lực
• 2.4.1. Hiệu chỉnh mô hình
• 2.4.2. Kiểm định mô hình
• 2.5. Ứng dụng mô hình MIKE 11 tính toán chất lượng nước lưu vực sông Nhuệ
• 3. CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG KỊCH BẢN DỰ BÁO CHẤT LƯỢNG NƯỚC VÀ ĐỀ XUẤT MỘT SỐ GIẢI PHÁP CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG NƯỚC SÔNG NHUỆ
• 3.1. Xây dựng các kịch bản phát triển đánh giá diễn biến chất lượng nước lưu vực sông Nhuệ
• 3.1.1. Dự báo dân số lưu vực sông Nhuệ giai đoạn 2010- 2020
• 3.1.2. Quy hoạch phát triển công nghiệp của thành phố Hà Nội giai đoạn 2010- 2020
• 3.1.3. Xây dựng các kịch bản
• 3.1.4. Đánh giá kết quả các kịch bản
• 3.2. Đánh giá những vấn đề còn tồn tại trong bảo vệ môi trường
• 3.2.1. Các chính sách, pháp luật của Nhà nước
• 3.2.2. Chồng chéo trong quy hoạch sử dụng nước
• 3.2.3. Xử lý nước thải chưa được quan tâm đúng mức, chưa đáp ứng được yêu cầu BVMT
• 3.3. Đề xuất một số giải pháp nhằm giảm thiểu ảnh hưởng xấu chất lượng nước
• 3.3.1. Rà soát, bổ sung và hoàn thiện chính sách pháp luật và thể chế về BVMT nước
• 3.3.2. Áp dụng biện pháp công trình, các công cụ kinh tế, giải pháp khoa học công nghệ
• 3.3.3. Nhóm các giải pháp quản lý
• 3.3.4. Giải pháp tuyên truyền giáo dục, nâng cao nhận thức đối với người dân trên lưu vực sông
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Tóm tắt

I. Chất lượng nước sông Nhuệ tại Hà Nội

Luận văn tập trung đánh giá chất lượng nước sông Nhuệ đoạn chảy qua Hà Nội, sử dụng mô hình MIKE 11 để phân tích và dự báo diễn biến ô nhiễm. Sông Nhuệ đang chịu áp lực lớn từ nước thải công nghiệp, sinh hoạt và làng nghề, dẫn đến tình trạng ô nhiễm nước nghiêm trọng. Mô hình MIKE 11 được chọn vì khả năng mô phỏng chính xác các quá trình thủy lực và lan truyền chất ô nhiễm, giúp đưa ra các giải pháp quản lý hiệu quả.

1.1. Hiện trạng ô nhiễm nước sông Nhuệ

Sông Nhuệ đoạn qua Hà Nội đang đối mặt với tình trạng ô nhiễm nước do nước thải từ các khu công nghiệp, làng nghề và sinh hoạt. Các chỉ số như BOD5, NH4+, và NO3- vượt quá tiêu chuẩn cho phép, ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng và hệ sinh thái. Việc sử dụng mô hình MIKE 11 giúp xác định nguồn ô nhiễm chính và dự báo xu hướng lan truyền chất ô nhiễm trong tương lai.

1.2. Phương pháp đánh giá chất lượng nước

Luận văn áp dụng phương pháp đánh giá kết hợp giữa phân tích số liệu thực tế và mô phỏng bằng mô hình MIKE 11. Các chỉ tiêu như pH, nhiệt độ, độ đục được đo đạc và so sánh với tiêu chuẩn quốc gia. Mô hình MIKE 11 được hiệu chỉnh và kiểm định để đảm bảo độ chính xác trong việc dự báo chất lượng nước.

II. Ứng dụng mô hình MIKE 11 trong quản lý nguồn nước

Mô hình MIKE 11 là công cụ mạnh mẽ trong việc quản lý nguồn nước, đặc biệt là đối với các hệ thống sông phức tạp như sông Nhuệ. Mô hình này cho phép tính toán thủy lực và lan truyền chất ô nhiễm với độ chính xác cao, giúp các nhà quản lý đưa ra các quyết định dựa trên cơ sở khoa học.

2.1. Thiết lập và hiệu chỉnh mô hình

Quá trình thiết lập mô hình MIKE 11 bao gồm thu thập số liệu thủy văn, thủy lực và chất lượng nước. Mô hình được hiệu chỉnh dựa trên số liệu thực đo tại các trạm quan trắc, đảm bảo độ tin cậy trong việc mô phỏng các quá trình tự nhiên và nhân tạo ảnh hưởng đến chất lượng nước.

2.2. Kết quả mô phỏng và dự báo

Kết quả mô phỏng bằng mô hình MIKE 11 cho thấy sự lan truyền chất ô nhiễm dọc theo sông Nhuệ, đặc biệt là các khu vực đô thị và công nghiệp. Mô hình cũng dự báo xu hướng ô nhiễm trong tương lai, giúp đề xuất các biện pháp kiểm soát ô nhiễm và bảo vệ môi trường hiệu quả.

III. Giải pháp cải thiện chất lượng nước sông Nhuệ

Dựa trên kết quả phân tích và mô phỏng, luận văn đề xuất các giải pháp tổng thể để cải thiện chất lượng nước sông Nhuệ. Các giải pháp bao gồm nâng cao hiệu quả xử lý nước thải, tăng cường quản lý nguồn thải, và áp dụng các công nghệ tiên tiến trong quản lý sông ngòi.

3.1. Giải pháp công trình và kỹ thuật

Các giải pháp công trình như xây dựng hệ thống xử lý nước thải tập trung và cải tạo các cống thoát nước được đề xuất. Việc áp dụng các công nghệ tiên tiến như GIS và mô hình toán học giúp tối ưu hóa quá trình quản lý và giám sát chất lượng nước.

3.2. Giải pháp quản lý và chính sách

Luận văn nhấn mạnh vai trò của các chính sách và quy định trong việc quản lý nguồn nước. Các giải pháp như tăng cường giám sát, nâng cao nhận thức cộng đồng, và hoàn thiện hệ thống pháp luật được đề xuất để đảm bảo sự bền vững trong quản lý tài nguyên nước.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Lưu vực sông Nhuệ có tổng diện tích tự nhiên 1.070 km² và chiều dài toàn tuyến 76 km, trong đó đoạn chảy qua địa phận thành phố Hà Nội dài 59,2 km với hệ số uốn khúc 1,53. Đây là trục tiêu thoát nước mặt trọng yếu tiếp nhận trung bình hơn 467.656 m³ nước thải sinh hoạt mỗi ngày đêm cùng hàng chục nghìn mét khối nước thải công nghiệp và làng nghề. Sự gia tăng dân số đô thị nhanh chóng với quy mô dân số lưu vực vượt 7,2 triệu người đã tạo ra áp lực tải lượng chất thải khổng lồ, khiến nguồn nước sông Nhuệ suy thoái nghiêm trọng và làm giảm tới 71% chất lượng nước mặt tự nhiên. Nồng độ các chất ô nhiễm hữu cơ và dinh dưỡng như nhu cầu oxy sinh hóa, amôni và vi khuẩn coliform liên tục vượt nhiều lần Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước mặt.

Mục tiêu cốt lõi của nghiên cứu là ứng dụng mô hình toán thủy lực và chất lượng nước một chiều MIKE 11 để đánh giá định lượng hiện trạng diễn biến ô nhiễm, mô phỏng quá trình lan truyền và chuyển hóa các chất ô nhiễm chính theo không gian và thời gian trên đoạn sông Nhuệ chảy qua Hà Nội. Phạm vi không gian nghiên cứu bao quát tuyến sông từ cống lấy nước Liên Mạc đến điểm giáp ranh tỉnh Hà Nam, dựa trên chuỗi số liệu thủy văn và chất lượng nước thực đo giai đoạn 2010 – 2012 kết hợp xây dựng kịch bản dự báo tải lượng xả thải đến năm 2020.

Kết quả nghiên cứu mang ý nghĩa thực tiễn to lớn trong công tác quản lý tài nguyên nước và bảo vệ môi trường lưu vực. Luận văn cung cấp luận cứ khoa học chính xác để kiểm soát các nguồn xả thải trọng điểm, hỗ trợ các cơ quan quản lý nhà nước xây dựng kế hoạch hành động giảm thiểu từ 30% đến 50% tải lượng ô nhiễm vượt chuẩn, hướng tới mục tiêu phục hồi hệ sinh thái thủy vực sông Nhuệ – Đáy.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng kết hợp giữa cơ học chất lỏng thủy lực và động học chất lượng nước sông ngòi, bao gồm hai lý thuyết nền tảng chính:

Thứ nhất, hệ phương trình Saint-Venant một chiều mô tả dòng chảy không ổn định biến đổi chậm trong lòng dẫn hở, bao gồm phương trình liên tục bảo toàn khối lượng và phương trình động lượng bảo toàn động năng có tính đến lực ma sát lòng dẫn thông qua hệ số nhám Manning và công thức Chezy.

Thứ hai, phương trình lan truyền và khuếch tán một chiều dựa trên định luật khuếch tán Fick, tích hợp động học các quá trình phản ứng sinh hóa vi sinh vật bậc một. Khung lý thuyết này mô phỏng chi tiết chu trình chuyển hóa oxy hòa tan thông qua mô hình suy giảm oxy Streeter-Phelps, chu trình biến đổi hợp chất nitơ gồm các pha amôn hóa, nitrat hóa, phản nitrat hóa và hàm ảnh hưởng nhiệt độ Arrhenius đối với tốc độ phân hủy chất hữu cơ.

Các khái niệm chuyên ngành cốt lõi được định lượng trong mô hình gồm: Nhu cầu oxy sinh hóa năm ngày (BOD5), Oxy hòa tan (DO), nồng độ Amôni (NH4+), Nitrat (NO3-), hệ số tiêu thụ oxy K1 (khoảng 0,1 đến 0,3 ngày⁻¹) và hệ số tái hòa tan oxy khí quyển K2.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng nguồn dữ liệu đa ngành phong phú được thu thập từ Tổng cục Môi trường và Viện Quy hoạch Thủy lợi, bao gồm tài liệu trắc dọc, trắc ngang của 6 hệ thống sông chính (sông Đáy, sông Nhuệ, sông Tích, sông Châu Giang, sông Hoàng Long, sông Đào) với hơn 60 mặt cắt địa hình thực tế. Nguồn dữ liệu thủy văn bao gồm chuỗi đo lưu lượng và mực nước theo giờ tại 4 trạm thủy văn chủ lực gồm Ba Thá, Phủ Lý, Bến Đế và Gián Khẩu trong các năm 2010 và 2012.

Cỡ mẫu khảo sát chất lượng nước mặt bao trùm toàn bộ 9 tiểu vùng tiêu thoát nước chính của lưu vực sông Nhuệ (từ LV1 đến LV9) với hàng trăm mẫu phân tích định kỳ trong các tháng mùa khô (tháng 3 và tháng 5 năm 2012). Phương pháp chọn mẫu là chọn mẫu phân tầng không gian dọc theo trục sông chính kết hợp lấy mẫu đại diện tại các điểm nhập lưu xả thải lớn như cống Liên Mạc, cống Thanh Liệt và cống Hòa Bình.

Phương pháp phân tích trọng tâm là mô hình hóa mô phỏng số thông qua phần mềm chuyên dụng MIKE 11 (tích hợp các mô đun HD, AD và WQ cấp độ 3 - 4) phát triển bởi Viện Thủy lực Đan Mạch. Phương pháp giải số sử dụng sơ đồ sai phân ẩn 6 điểm Abbott-Ionescu kết hợp thuật toán quét kép Double-Sweep và phương pháp Runge-Kutta bậc 5 có kiểm soát sai số (RKQC). Lý do lựa chọn phương pháp này là khả năng mô phỏng ổn định hệ thống mạng sông phức tạp có nhiều công trình điều tiết, cho phép giải bài toán thủy lực phi tuyến và biến đổi chất lượng nước với hệ số ổn định Courant từ 10 đến 20, hạn chế tối đa hiện tượng khuếch tán số.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Nghiên cứu đã định lượng và chỉ ra bốn phát hiện quan trọng về hiện trạng chất lượng nước và cơ chế lan truyền ô nhiễm trên dòng sông:

Thứ nhất, nước thải sinh hoạt đô thị chiếm tỷ trọng áp đảo với 60% tổng lượng nước thải trên toàn lưu vực, phát sinh lưu lượng lên tới 467.656 m³/ngày. Trong đó, tiểu vùng nội thành Hà Nội (LV2) là tâm điểm ô nhiễm lớn nhất khi đóng góp tới 118.340 kg BOD5/ngày (chiếm hơn 53,2% tổng tải lượng BOD5 sinh hoạt toàn lưu vực), 14.200,8 kg NH4+/ngày và 1.183,4 kg NO3-/ngày.

Thứ hai, nước thải công nghiệp và làng nghề tạo nên các điểm nóng ô nhiễm cục bộ với mức độ tập trung rất cao. Tổng diện tích 7 khu công nghiệp tập trung trên lưu vực đạt 1.275,3 ha (tiêu biểu như Bắc Thường Tín 470 ha, Phụng Hiệp 170 ha, An Khánh 155 ha, Đồng Văn 210 ha), kết hợp với hơn 267 làng nghề truyền thống và 322 cơ sở sản xuất kinh doanh chưa qua xử lý đồng bộ, xả thẳng hàng chục nghìn mét khối nước thải chứa chất hữu cơ và hóa chất độc hại vào sông.

Thứ ba, sự phân hóa chất lượng nước theo không gian diễn ra vô cùng gay gắt. Đoạn đầu nguồn sau cống Liên Mạc có chất lượng nước đạt mức khá (đáp ứng QCVN 08:2008/BTNMT cột A1/A2). Tuy nhiên, ngay tại đập Thanh Liệt khi sông Nhuệ tiếp nhận toàn bộ nước thải từ sông Tô Lịch và sông Kim Ngưu, nồng độ BOD5 và NH4+ tăng vọt gấp 5 đến 15 lần ngưỡng cho phép loại B1, trong khi nồng độ DO suy giảm nghiêm trọng xuống mức dưới 1,5 mg/L vào mùa kiệt.

Thứ tư, quá trình hiệu chỉnh và kiểm định mô hình thủy lực đạt độ tin cậy xuất sắc. Sai số biên độ mực nước giữa kết quả tính toán và số liệu thực đo tại các trạm Ba Thá và Phủ Lý năm 2010 và 2012 chỉ dao động trong khoảng từ 3% đến 7%, khẳng định bộ thông số nhám Manning n (từ 0,025 đến 0,035) hoàn toàn phù hợp với thực tế dòng dẫn.

Thảo luận kết quả

Diễn biến suy giảm chất lượng nước sông Nhuệ xuất phát từ sự mất cân bằng nghiêm trọng giữa lưu lượng dòng chảy tự nhiên và tải lượng xả thải quá mức. Vào mùa kiệt (đặc biệt là tháng 2), khi lượng mưa thấp dưới 50 mm/tháng và cống Liên Mạc đóng, dòng chảy sông gần như cạn kiệt, khiến khả năng tự làm sạch của dòng sông bị triệt tiêu hoàn toàn.

Dữ liệu mô phỏng được biểu diễn trực quan thông qua đồ thị đường cong suy giảm oxy Streeter-Phelps dọc trắc dọc 59,2 km sông và bản đồ GIS phân vùng tải lượng ô nhiễm 9 tiểu lưu vực. Kết quả so sánh giữa các kịch bản phát triển kinh tế - xã hội đến năm 2020 chỉ ra rằng nếu không kiểm soát nguồn thải, sự gia tăng dân số và mở rộng các cụm công nghiệp sẽ đẩy nồng độ NH4+ và BOD5 tại các điểm đo hạ lưu vượt ngưỡng an toàn từ 250% đến 400%, đe dọa trực tiếp đến an ninh nguồn nước tưới tiêu nông nghiệp của các huyện phía Nam Hà Nội và tỉnh Hà Nam.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm phục hồi và cải thiện chất lượng môi trường nước sông Nhuệ, luận văn đề xuất bốn nhóm giải pháp hành động cụ thể:

Thứ nhất, đẩy nhanh tiến độ đầu tư xây dựng và nâng cấp hệ thống thu gom, xử lý nước thải sinh hoạt tập trung quy mô lớn (điển hình như Nhà máy xử lý nước thải Yên Xá và Phú Đô), đặt mục tiêu thu gom và xử lý đạt quy chuẩn 100% nước thải sinh hoạt khu vực nội đô trước năm 2025; cơ quan chịu trách nhiệm thực hiện là Ủy ban nhân dân thành phố Hà Nội và Sở Xây dựng.

Thứ hai, bắt buộc 100% các khu công nghiệp tập trung (tổng diện tích trên 1.275 ha) và các cụm làng nghề chế biến nông sản, dệt nhuộm phải xây dựng trạm xử lý nước thải tập trung đạt QCVN 40:2011/BTNMT trước khi xả ra môi trường, giảm thiểu ít nhất 60% tải lượng COD và BOD phát sinh trong giai đoạn 2021 – 2024; cơ quan chủ trì là Ban Quản lý các Khu công nghiệp và Chế xuất cùng Sở Tài nguyên và Môi trường.

Thứ ba, thiết lập quy trình vận hành điều tiết thủy lực thông minh liên hồ chứa, định kỳ mở cống Liên Mạc để lấy nước từ sông Hồng thau rửa dòng chảy sông Nhuệ vào mùa khô, duy trì lưu lượng dòng chảy môi trường tối thiểu nhằm nâng cao nồng độ oxy hòa tan DO lên trên 4 mg/L; đơn vị phụ trách là Công ty TNHH MTV Đầu tư phát triển Thủy lợi Sông Nhuệ.

Thứ tư, hoàn thiện thể chế quản lý lưu vực sông thống nhất, tăng cường mức phạt vi phạm hành chính đối với hành vi xả thải trái phép lên gấp 2 đến 3 lần và áp dụng công cụ kinh tế thuế tài nguyên nước đối với các cơ sở sản xuất có lưu lượng phát thải trên 500 m³/ngày; cơ quan chủ trì là Tổng cục Môi trường và Ủy ban Bảo vệ Môi trường Lưu vực sông Nhuệ – Đáy.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và phương pháp nghiên cứu của luận văn mang lại giá trị thiết thực cho bốn nhóm đối tượng:

Cán bộ quản lý môi trường và cơ quan hoạch định chính sách: Cung cấp cơ sở dữ liệu số hóa về tải lượng ô nhiễm phân theo 9 tiểu vùng tiêu thoát nước, hỗ trợ đắc lực trong việc cấp phép xả thải, đánh giá sức chịu tải của nguồn nước và xây dựng quy hoạch bảo vệ môi trường lưu vực sông liên tỉnh.

Kỹ sư tài nguyên nước và chuyên gia mô hình hóa: Cung cấp tài liệu tham khảo chi tiết về quy trình thiết lập, gán điều kiện biên, hiệu chỉnh và kiểm định bộ thông số mô hình MIKE 11 (HD, AD, WQ) trên hệ thống sông ngòi phức tạp chịu tác động của thủy triều và công trình điều tiết.

Học viên cao học, nghiên cứu sinh và giảng viên chuyên ngành Môi trường: Cung cấp khung phương pháp luận chuẩn mực về tích hợp công nghệ GIS và mô hình toán để giải quyết các bài toán ô nhiễm nước mặt đô thị và nông thôn.

Ban quản lý các khu công nghiệp và doanh nghiệp phát thải: Giúp nắm bắt ngưỡng giới hạn tiếp nhận tải lượng ô nhiễm của sông Nhuệ, từ đó chủ động cải tiến công nghệ sản xuất sạch hơn và thiết kế hệ thống xử lý nước thải nội bộ đạt chuẩn.

Câu hỏi thường gặp

Mô hình MIKE 11 có ưu thế vượt trội nào so với các mô hình đánh giá chất lượng nước khác như QUAL2K hay SWAT? MIKE 11 sở hữu mô đun thủy động lực một chiều vượt trội, giải trọn vẹn hệ phương trình Saint-Venant bằng sơ đồ sai phân ẩn Abbott-Ionescu. Khác với QUAL2K chỉ áp dụng cho mạng sông thẳng đơn giản hay SWAT chuyên về lưu vực nông nghiệp, MIKE 11 xử lý chính xác hệ thống sông phân lưu uốn khúc dài 59,2 km và mô phỏng động học chất lượng nước theo thời gian thực.

Nguồn phát thải nào gây ô nhiễm nghiêm trọng nhất đối với dòng sông Nhuệ? Nước thải sinh hoạt là nguồn ô nhiễm lớn nhất, chiếm 60% tổng lượng thải trên toàn lưu vực. Trong đó, tiểu vùng nội thành Hà Nội xả thải lượng kỷ lục qua sông Tô Lịch với 118.340 kg BOD5/ngày và hơn 14.200 kg NH4+/ngày vào đập Thanh Liệt, gây suy giảm đột ngột chất lượng nước toàn tuyến hạ lưu.

Độ tin cậy của mô hình thủy lực và chất lượng nước trong luận văn được kiểm chứng ra sao? Mô hình được hiệu chỉnh và kiểm định độc lập bằng chuỗi dữ liệu thực đo 2 năm (2010 và 2012) tại 4 trạm thủy văn trọng yếu gồm Ba Thá, Phủ Lý, Bến Đế, Gián Khẩu và các đợt quan trắc nước mặt tháng 3, tháng 5 năm 2012. Sai số mực nước giữa mô phỏng và thực đo chỉ từ 3% đến 7%, chứng minh độ tin cậy kỹ thuật rất cao.

Đặc điểm chất lượng nước sông Nhuệ biến đổi như thế nào sau khi qua đập Thanh Liệt? Tại đoạn thượng lưu trước đập Thanh Liệt, chất lượng nước sông đạt mức tương đối sạch theo cột A1. Ngay sau khi tiếp nhận nước thải nội đô tại đập Thanh Liệt, nồng độ BOD5 và NH4+ tăng vọt gấp hàng chục lần giới hạn cột B1, nồng độ oxy hòa tan tụt giảm sâu, khiến dòng sông bị ô nhiễm hữu cơ kỵ khí nặng nề.

Các kịch bản quy hoạch đến năm 2020 trong nghiên cứu dự báo xu hướng gì? Dựa trên dự báo gia tăng dân số và mở rộng 1.275,3 ha khu công nghiệp, mô hình dự báo nếu không có biện pháp xử lý nước thải tập trung, nồng độ các chất ô nhiễm chính sẽ tăng từ 25% đến 40% trên toàn tuyến sông, làm tê liệt hoàn toàn chức năng cấp nước nông nghiệp của lưu vực.

Kết luận

• Ứng dụng thành công hệ thống mô hình MIKE 11 mô phỏng chính xác chế độ thủy lực và lan truyền chất ô nhiễm trên 59,2 km sông Nhuệ chảy qua Hà Nội với sai số kiểm định thấp dưới 7%.
• Định lượng chi tiết tải lượng ô nhiễm từ 9 tiểu khu tiêu thoát nước, chỉ ra nước thải sinh hoạt chiếm 60% tổng lượng phát sinh và xác định đập Thanh Liệt là điểm nghẽn ô nhiễm lớn nhất.
• Đánh giá toàn diện hiện trạng chất lượng nước với sự suy giảm nghiêm trọng nồng độ DO và sự gia tăng vượt chuẩn từ 5 đến 15 lần của các thông số BOD5, NH4+ so với QCVN 08:2008/BTNMT.
• Xây dựng thành công các kịch bản dự báo biến đổi chất lượng nước đến năm 2020, làm rõ nguy cơ quá tải nguồn tiếp nhận nếu tốc độ phát triển công nghiệp và đô thị hóa không đi đôi với bảo vệ môi trường.
• Đề xuất hệ thống 4 nhóm giải pháp đồng bộ kết hợp giữa công trình xử lý nước thải tập trung, vận hành điều tiết thau rửa thủy lực và hoàn thiện thể chế quản lý lưu vực.

Luận văn của tác giả Lê Thị Hải Lý là công trình nghiên cứu khoa học công phu, cung cấp cơ sở dữ liệu định lượng và công cụ quản lý đắc lực cho Đề án bảo vệ môi trường lưu vực sông Nhuệ – sông Đáy giai đoạn 2021 – 2030. Các nhà quản lý, nhà nghiên cứu và cơ quan quy hoạch hãy tham khảo và ứng dụng ngay bộ khung mô hình cùng các kiến nghị giải pháp này để hiện thực hóa mục tiêu hồi sinh dòng sông Nhuệ trong tương lai gần!

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC MÔ HÌNH ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG NƯỚC VÀ THỰC TRẠNG CHẤT LƯỢNG NƯỚC LƯU VỰC SÔNG NHUỆ ĐOẠN CHẢY QUA HÀ NỘI 1. Giới thiệu chung về lưu vực sông: 1. Điều kiện tự nhiên: a. Vị trí địa lý: • Đặc điểm các lưu vực sông ở Việt Nam: Nước ta có mạng lưới sông ngòi khá dày, các sông có chiều dài từ 10 km trở lên, có dòng chảy thường xuyên thì có tới 2.372 sông, trong đó có 13 hệ thống sông lớn có diện tích lưu vực trên 10.000 km2, chiếm 80% diện tích lãnh thổ, 10 trong số 13 hệ thống sông là sông liên quốc gia.

Một số đặc trưng cơ bản của các hệ thống sông lớn của Việt Nam được thống kê trong bảng 1. Một số đặc trưng cơ bản của các hệ thống sông lớn của Việt Nam Mỗi LVS có đặc điểm riêng về tài nguyên thiên nhiên cũng như tài nguyên nước. Các lưu vực sông mang lại các giá trị to lớn: Cung cấp các nguồn tài nguyên quý giá cho sản xuất và sinh hoạt; Bảo vệ sự sống của con người và các hệ sinh thái; 5 Là môi trường tiếp nhận, chuyển tải và làm sạch các chất thải; Là nơi tập trung nhiều loại hàng hoá tự nhiên có giá trị về mặt kinh tế; các giá trị của tài nguyên nước như cung cấp nước cho sinh hoạt và công nghiệp, phục vụ giao thông vận tải thuỷ, khai thác cát lòng sông, cung ứng dịch vụ phi thị trường như tiếp nhận và tự làm sạch chất thải, tạo cảnh quan môi trường và tham gia vào chu trình nước trong tự nhiên, bảo tồn đa dạng sinh học… Tuy nhiên tài nguyên nước của Việt Nam không bền vững, phân bố không đều trên lãnh thổ, khoảng 60% lượng nước sông toàn quốc tập trung ở đồng bằng sông Cửu Long, nơi sinh sống của 20% dân số cả nước, trong khi đó 40% lượng nước còn lại đáp ứng cho 80% số dân còn lại, đáp ứng cho 90% các hoạt động sản xuất, thương mại và các hoạt động dịch vụ khác. Trữ lượng nước trên các hệ thống sông ở Việt Nam dồi dào, phong phú nhưng nếu không tính lượng nước từ hệ thống sông Mê Kông vào hệ thống sông quốc gia thì có thể đến năm 2025 Việt Nam sẽ phải đối mặt với sự thiếu hụt lượng nước, cùng với sự gia tăng dân số làm sự thiếu hụt này càng trầm trọng hơn.

Thêm vào đó là xu hướng suy giảm chất lượng nước do rất nhiều nguyên nhân nhưng chủ yếu là quá trình đô thị hoá và phát triển công nghiệp càng làm cho việc quản lý lưu vực sông ngày càng trở nên quan trọng. • Lưu vực sông Nhuệ: Sông Nhuệ là một nhánh sông lớn phía bên bờ hữu của sông Đáy, sông lấy nước từ sông Hồng qua cống Liên Mạc chảy dọc qua địa phận Hà Nội, tiếp nhận nước thải của thành phố sau đó đổ vào sông Đáy tại Phủ Lý. Sông Nhuệ là con sông nhỏ dài khoảng 62. Độ rộng trung bình sông là 30 – 40 m, với độ cao đáy sông 0.

Sông chảy ngoằn ngoèo theo hướng Bắc – Nam ở phần thượng nguồn và theo hướng Tây Bắc - Đông Nam ở hạ và trung lưu. Bản đồ sông Nhuệ Diện tích lưu vực 1.070 km², diện tích bờ phải là 584 km2 và diện tích bờ trái là 486 km2. Phía Đông Bắc giáp lưu vực sông Hồng; Phía Tây Nam giáp lưu vực sông Đáy; Phía Nam giáp lưu vực sông Châu Giang. Địa hình, địa mạo: Địa hình lưu vực sông mang đặc trưng chính của địa hình đồng bằng châu thổ sông Hồng và xen kẽ địa hình thấp trũng.

Địa hình lưu vực cao ở các vùng ven sông Đáy, sông Hồng thấp dần vào trục chính sông Nhuệ (dạng địa hình lòng máng), thấp dần từ Tây Bắc xuống Đông Nam, từ Tây sang Đông, và bị chia cắt 7 thành những dải nhỏ chạy dài theo hướng Tây Bắc – Đông Nam. Địa hình lưu vực sông Nhuệ có thể phân thành các dạng: - Đồng bằng thấp trũng, lầy thụt ở khu vực Ứng Hoà, Mỹ Đức. Có độ cao dưới 2 m với thành phần cấp hạt chủ yếu là sét, sét bột, bùn nhão. - Đồng bằng thấp xen kẽ những ô trũng nhỏ, độ cao từ 2 ÷ 4 m với thành phần cấp hạt là sét, sét bột.

Loại đồng bằng này phân bố ở Ứng Hoà, Phú Xuyên, Mỹ Đức. - Đồng bằng cao trong đê có độ cao 5 ÷ 8 m, thành phần cấp hạt chủ yếu là bột, sét bột. Dải đồng bằng ven đê có độ cao 7 ÷ 11 m, là những gò đất bãi bồi cao đã hình thành trước khi có đê. Địa chất, thổ nhưỡng: Lưu vực sông Nhuệ được cấu thành bởi các trầm tích bở rời Đệ tứ và các thành tạo có tuổi từ Đệ tam đến Protezozoi.

Dựa vào thành phần thạch học, các thông số địa chất thuỷ văn và đặc điểm thuỷ động lực v. có thể phân chia vùng nghiên cứu thành 7 tầng chứa nước: các tầng chứa nước lỗ hổng Holecen (qh), các tầng chứa nước lỗ hổng pleistocen (qp), các tầng chứa nước khe nứt m, các tầng chứa nước khe nứt t2a đg, các tầng chứa nước khe nứt t2 nt, các tầng chứa nước khe nứt p2 – t1 yd, các tầng chứa nước khe nứt eo. Hệ thống sông Nhuệ là vùng đồng bằng được tạo thành do quá trình bồi tụ phù sa của hệ thống sông Hồng và sông Đáy. Mặc dù được bao bọc bởi các đê sông Hồng và sông Đáy, song hầu như hàng năm toàn bộ diện tích canh tác ít nhiều đều được tưới bằng nước phù sa lấy qua các cống tự chảy hoặc các trạm bơm.

Quá trình hình thành, bồi tụ và phát triển của các nhóm đất ở từng khu vực có khác nhau nên đã tạo ra sự đa dạng về loại đất trong lưu vực. Song nhìn chung chúng đều là các loại đất ít chua và chua có hàm lượng mùn và các chất dinh dưỡng ở mức trung bình đến nghèo. Những vùng cao ven sông Hồng, sông Đáy đất có thành phần cơ giới nhẹ chủ yếu là đất cát hoặc pha cát khá chua và nghèo chất dinh dưỡng. Các vùng 8 trũng ven sông Nhuệ, Duy Tiên và Châu Giang đất có thành phần cơ giới nặng hơn, chủ yếu là đất thịt nặng và sét nhẹ ít chua và giàu chất dinh dưỡng hơn.

Khí hậu: • Mưa: Lượng mưa trung bình hàng năm trong khoảng 1554 – 1836 mm, với số ngày mưa 130 ÷ 140 ngày. Lượng mưa phân bố không đều theo cả không gian và thời gian. Theo không gian lượng mưa tăng dần từ bắc xuống nam. Lượng mưa trung bình năm vùng bắc từ Liên Mạc tới Đồng Quan là 1657 mm, vùng phía nam từ Đồng Quan trở xuống lượng mưa trung bình là 1769 mm.

Theo thời gian lượng mưa cũng phân bố rất không đều, phân thành 2 mùa rõ rệt: mùa mưa và mùa khô. + Mùa mưa kéo dài từ tháng VI đến tháng XI, lượng mưa chiếm 80 ÷ 85% tổng lượng mưa năm. Trong thời kỳ này thường có bão với mưa và gió lớn, cường độ mạnh, lượng mưa trong bão chiếm khoảng 25 ÷ 35% lượng mưa cả năm. + Mùa khô kéo dài từ tháng XII đến tháng V năm sau với nửa thời kì đầu thời tiết lạnh, khô; nửa thời kì sau thời tiết mưa phùn.

Lượng mưa đạt khoảng 300 ÷ 400mm, chiếm khoảng 15 ÷ 20% tổng lượng mưa năm, chủ yếu là mưa phùn cường độ nhỏ. Lượng mưa các tháng mùa khô dưới 150 mm/tháng, trong đó tháng XII, I, II, III dưới 50 mm/tháng. Lượng mưa lớn nhất năm vùng phía bắc vào tháng VII, VIII; còn phía nam vào tháng VIII, IX. Lượng mưa trung bình 1 ngày lớn nhất là 120 ÷ 160 mm, 3 ngày lớn nhất là 180 ÷ 230 mm, 5 ngày lớn nhất là 210 ÷ 260 mm, 7 ngày lớn nhất là 230 ÷ 280 mm.

Lưu vực sông Nhuệ là một trong những vùng có số ngày mưa phùn nhiều nhất cả nước, hàng năm có khoảng trên 40 ngày có mưa phùn. Chênh lệch lượng mưa thời đoạn ngắn giữa vùng phía trên Đồng Quan và phía dưới Đồng Quan khoảng 50 mm. Mưa bình quân nhiều năm tại trạm Láng (mm) Trạm I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Năm Láng 22.9 1653 • Nhiệt độ: Lưu vực sông Nhuệ quanh năm tiếp nhận được lượng bức xạ mặt trời rất dồi dào và có nền nhiệt độ tương đối cao. Nhiệt độ không khí trung bình năm là 23 ÷ 240C.

Nhiệt độ không khí trong vùng thấp nhất vào mùa Đông (tháng XII ÷ II), nhiệt độ trung bình giảm xuống còn 16 – 190C. Vào mùa Hè (tháng V ÷ VIII) nhiệt độ trung bình tăng cao khoảng 27 ÷ 300C. Nhiệt độ bình quân tháng trạm Láng (0C) Trạm I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Năm Láng 16.8 • Bốc hơi: Lượng bốc hơi trung bình năm đạt gần 1000 mm. Lượng bốc hơi bình quân tháng lớn nhất tại trạm Láng (Hà Nội) là tháng VII với lượng bốc hơi 98.2 mm/tháng (bảng 3).

Bốc hơi bình quân tháng trạm Láng (0C) Trạm I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Năm Láng 68.0 972 • Độ ẩm tương đối: Độ ẩm tương đối bình quân nhiều năm dao động trong khoảng 83% - 85%. Vào tháng IV độ ẩm tương đối đạt tới 90% tại trạm Hà Đông. Độ ẩm tương đối tại trạm Hà Đông (%) Trạm I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Năm Hà Đông 83 84 89 90 88 84 84 88 88 82 81 80 84 • Gió: Lưu vực sông Nhuệ nằm trong vùng chịu ảnh hưởng của khí hậu nhiệt đới gió mùa với các hướng gió khác nhau trong 2 mùa:  Mùa Đông với hướng gió thịnh hành là Bắc và Đông Bắc, tần suất đạt 60 – 70%.  Mùa Hè vào các tháng V, VI, VII hướng gió ổn định, thịnh hành là Nam và Đông Nam, tần suất đạt khoảng 60 – 70%.

Tháng VIII hướng gió phân tán, hướng thịnh hành nhất cũng chỉ đạt tần suất 20 – 25%. Các tháng chuyển tiếp hướng gió không ổn định, tần suất mỗi hướng thay đổi trung bình từ 10 – 15%. Tốc độ gió trung bình khoảng 2 – 3m/s. • Số giờ nắng: Khu vực nghiên cứu nằm trong miền khí hậu nhiệt đới gió mùa, với lượng bức xạ tổng cộng trung bình năm khoảng 105 – 120 Kcal/cm2 và có số giờ nắng thuộc loại trung bình, dao động trong khoảng 1500 – 1600 giờ.

Tại Hà Đông bình quân số giờ nắng trong tháng biến đổi từ 48 giờ vào tháng III đến 184 giờ vào tháng VII.