Luận Văn Thạc Sĩ: Đánh Giá Mô Phỏng Giải Pháp Tự Nhiên Đến Chất Lượng Nước Mặt

Luận văn thạc sĩ môi trường nghiên cứu quản lý tài nguyên và môi trường đánh giá kết quả mô phỏng ứng dụng giải pháp tự nhiên đến chất, khảo sát thực trạng, phân tích nguyên nhân,

• Tác giả: Thương Quốc Thịnh
• Người hướng dẫn: GS. Nguyễn Phước Dân
• Trường học: Đại học Bách Khoa - ĐHQG TP. HCM
• Chuyên ngành: Quản lý tài nguyên và môi trường
• Đề tài: Đánh Giá Kết Quả Mô Phỏng Ứng Dụng Giải Pháp Tự Nhiên Đến Chất Lượng Nước Mặt
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Giới thiệu về giải pháp tự nhiên

Giải pháp tự nhiên (GPTN) đang được xem là một trong những phương pháp hiệu quả để cải thiện chất lượng nước mặt trong bối cảnh ô nhiễm gia tăng. Các nghiên cứu chỉ ra rằng, việc áp dụng các giải pháp này không chỉ giúp cải thiện chất lượng nước mà còn góp phần bảo vệ môi trường. Đặc biệt, mái nhà xanh là một trong những GPTN được đánh giá cao, giúp giảm thiểu lượng nước mưa chảy tràn và xử lý một phần nước thải sinh hoạt. Theo một nghiên cứu gần đây, việc ứng dụng mái nhà xanh có thể giảm lượng nước mưa chảy tràn lên đến 50%, điều này cho thấy tính khả thi và hiệu quả của giải pháp này trong việc quản lý nước đô thị.

1.1. Tác động của ô nhiễm nước

Ô nhiễm nước mặt là một trong những vấn đề nghiêm trọng tại các đô thị lớn, đặc biệt là Thành phố Hồ Chí Minh. Nước thải sinh hoạt và nước từ hệ thống thoát nước thường xuyên được xả thải ra môi trường mà không qua xử lý, dẫn đến tình trạng ô nhiễm trầm trọng. Các chất ô nhiễm như BOD, N-NH3, N-NO3- và N-NO2- không chỉ ảnh hưởng đến chất lượng nước mà còn tác động xấu đến sức khỏe cộng đồng. Do đó, việc áp dụng các giải pháp tự nhiên như mái nhà xanh là cần thiết để giảm thiểu ô nhiễm và cải thiện chất lượng nước.

II. Mô phỏng và đánh giá hiệu quả

Mô phỏng là công cụ quan trọng trong việc đánh giá hiệu quả của các giải pháp tự nhiên đối với chất lượng nước. Luận văn đã sử dụng phần mềm F28 để mô phỏng ba kịch bản: thời tiết không mưa, có mưa và có ứng dụng mái nhà xanh. Kết quả cho thấy rằng, khi áp dụng mái nhà xanh, nồng độ các chất ô nhiễm giảm đáng kể, cụ thể: BOD5 giảm 49%, N-NH3 giảm 89%, N-NO3- giảm 80% và N-NO2- giảm 96%. Những con số này chứng minh rằng việc áp dụng mái nhà xanh không chỉ có lợi cho chất lượng nước mà còn góp phần vào việc quản lý nước đô thị hiệu quả hơn.

2.1. Kết quả mô phỏng

Kết quả mô phỏng cho thấy rằng, trong kịch bản có mưa, ứng dụng mái nhà xanh giúp giảm thiểu lượng nước mưa chảy tràn, từ đó hạn chế việc lan truyền chất ô nhiễm đến chất lượng nước mặt. Cụ thể, tại các điểm như rạch Gò Dưa và suối Cái, nồng độ chất ô nhiễm đã giảm xuống mức an toàn. Điều này không chỉ cải thiện chất lượng nước mà còn góp phần bảo vệ môi trường sống của cộng đồng.

III. Ý nghĩa và ứng dụng thực tiễn

Việc áp dụng các giải pháp tự nhiên như mái nhà xanh không chỉ mang lại lợi ích về chất lượng nước mà còn có ý nghĩa lớn trong việc bảo vệ môi trường và phát triển bền vững. Các kết quả nghiên cứu có thể được sử dụng làm tài liệu tham khảo cho các chính sách quản lý tài nguyên nước và môi trường. Hơn nữa, việc này cũng góp phần nâng cao nhận thức cộng đồng về tầm quan trọng của việc bảo vệ môi trường và sử dụng tài nguyên nước một cách bền vững.

3.1. Đề xuất chính sách

Dựa trên kết quả mô phỏng và đánh giá, các cơ quan chức năng cần xem xét việc áp dụng rộng rãi các giải pháp tự nhiên trong quy hoạch đô thị. Các chính sách khuyến khích việc lắp đặt mái nhà xanh nên được triển khai, nhằm giảm thiểu ô nhiễm và cải thiện chất lượng nước mặt. Điều này không chỉ giúp bảo vệ môi trường mà còn tạo ra một môi trường sống trong lành cho cộng đồng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. Lý do chọn đề tài. Mục đích nghiên cứu. Phạm vi nghiên cứu.

Nội dung nghiên cứu. Phương pháp nghiên cứu. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn. Khu vực nghiên cứu.

Đặc diểm tự nhiên. Hiện trạng ngập úng đô thị và ô nhiễm nước mặt. Các giải pháp tự nhiên. Đất ngập nước.

Thu gom nước mưa. Lựa chọn giải pháp tự nhiên. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. Phương pháp mô hình – Phần mềm F28.

Khung nghiên cứu và dữ liệu đầu vào. Thiết lập mô hình F28. Phương pháp thí nghiệm. 30 vi CHƯƠNG 4.

KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU. Xác định hệ số chuyển hóa hoặc phân hủy của các chất ô nhiễm. Tốc độ phân hủy BOD (k1). Tốc độ Oxy hoá của Ni-tơ amonia (1).

Tốc độ Oxy hoá của Ni-tơ nitrite (2). Tốc độ thủy phân của Ni-tơ hữu cơ (3). Mô phỏng lan truyền chất ô nhiễm không ứng dụng giải pháp mái nhà xanh. Kịch bản 1: Kết quả lan truyền chất ô nhiễm khi không có mưa.

Kịch bản 2: Kết quả lan truyền chất ô nhiễm tại thời điểm có mưa. Mô phỏng lan truyền chất ô nhiễm ứng dụng giải pháp tự nhiên (kịch bản 3). KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ. 52 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO.

58 vii DANH MỤC VIẾT TẮT TP.HCM Thành phố Hồ Chí Minh GPTN Giải pháp tự nhiên ĐNN Đất ngập nước MNX Mái nhà xanh BOD Nhu cầu oxy sinh hóa TKN Tổng nitơ Kendal NH3 Amoni NO3- Nitrat NO2- Nitrit 1D Một chiều 2D Hai chiều viii DANH SÁCH HÌNH ẢNH Hình 2.Khu vực nghiên cứu. Các loại hình GPTN (Eggermont và cộng sự, 2015). Mô hình quản lý nước đô thị cổ điển và quản lý nước đô thị bền vững với những GPTN (Masi và cộng sự, 2018). Ứng dụng ĐNN công viên Gorla Maggiore, Ý (Reynaud và cộng sự, 2017)12 Hình 2.

MNX được chọn cho Giải thưởng Công trình xuất sắc năm 2016: MNX cho các tòa nhà dân cư (1,2); tòa nhà thể chế (3,4); tòa nhà thương mại (5,6) (Nguồn: greenroofs. Ứng dụng thu gom nước tại nhà. Mô tả phương trình vi phân đạo hàm riêng ở dạng bảo toàn trong miền Ω. Ba trạng thái chảy trong hệ thống cống – đường phố.

Hệ thống cống và mặt đường. Khung nghiên cứu. Thiết lập mô hình 1D cho dòng chảy trên sông. Thiết lập dòng chảy trong hệ thống thoát nước thải và trên đường phố.

Thiết lập mô hình 2D. Thiết lập lưu vực. Sơ đồ thực hiện mô phỏng bằng phần mềm F28. Tốc độ phân hủy của BOD trong 2 lần phân tích.

Tốc độ oxy hóa của Amoni trong 2 lần phân tích. Tốc độ tăng của nồng độ nitrat trong 2 lần phân tích. Tốc độ chuyển hóa thành amonia trong 2 lần phân tích. Dòng chảy nước thải sinh hoạt trong hệ thống cống thoát nước.

Quá trình lan truyền của BOD tại các thời điểm trong ngày 06/8/2020. Quá trình lan truyền của ammoni tại các thời điểm trong ngày 06/8/2020. Quá trình lan truyền của nitrat tại các thời điểm trong ngày 06/8/2020. Quá trình lan truyền của nitrit tại các thời điểm trong ngày 06/8/2020.

Các điểm ngập úng tại khu vực vào lúc trời đang mưa (18 giờ) và sau cơn mưa (22 giờ) ngày 06/8/2020. Lan truyền BOD trong điều kiện thời tiết không có mưa và có mưa. Lan truyền amoni trong điều kiện thời tiết không có mưa và có mưa. Lan truyền nitrat trong điều kiện thời tiết không có mưa và có mưa.

Lan truyền nitrit trong điều kiện thời tiết không có mưa và có mưa. Các điểm ngập úng tại khu vực vào lúc trời đang mưa (18 giờ) và sau cơn mưa (22 giờ) ngày 06/8/2020. Độ sâu tại các điểm ngập úng tại thời điểm có mưa khi không ứng dụng MNX (A) và khi ứng dụng MNX (B). Nồng độ BOD tại thời điểm mưa khi không ứng dụng MNX (A) và khi ứng dụng MNX (B).

Nồng độ amonium tại thời điểm mưa khi không ứng dụng MNX (A) và khi ứng dụng MNX (B). Nồng độ nitrat tại thời điểm mưa khi không ứng dụng MNX (A) và khi ứng dụng MNX (B). Nồng độ nitrit tại thời điểm mưa khi không ứng dụng MNX (A) và khi ứng dụng MNX (B). Biểu đồ lượng mưa vào ngày 06/8/2020.

Hình ảnh lấy mẫu và dự trữ mẫu nước thải sinh hoạt. 61 x DANH SÁCH BẢNG BIỂU Bảng 3. Dữ liệu đầu vào. Công thức xác định số hạng nguồn.

Công thức xác định số hạng nguồn sau khi đã rút gọn. Phương pháp thí nghiệm phân tích các thông số chất lượng nước. Kết quả phân tích nước thải sinh hoạt trong 20 ngày. Kết quả phân tích hệ số phân hủy các chất.

Kết quả chất lượng nước thải sinh hoạt. Sự thay đổi các thông số chất lượng nước trong ngày (đơn vị: mg/L). Sự thay đổi các thông số chất lượng nước tại điểm ngập đường Tam Bình (đơn vị mg/L). Hiệu quả xử lý nước thải sinh hoạt của mái nhà xanh.

Mực nước tại các trạm thủy văn trong ngày 06/8/2024. Kết quả thí nghiệm các thông số chất lượng nước trong 20 ngày sau khi lấy log các giá trị thực nghiệm. Kết quả thí nghiệm các thông số chất lượng nước dùng cho đầu vào. Lý do chọn đề tài Ngập úng đô thị từ lâu đã được cho là kết quả của các hiện tượng tự nhiên bao gồm mưa lớn, triều cường, sụt lún đất và sự kết hợp của những yếu tố này.

Bên cạnh đó, các tác động nhân tạo cũng đóng góp đáng kể như phát triển đô thị không theo quy hoạch và bê tông hóa các không gian giữ và thấm nước tự nhiên (Loc và cộng sự, 2017). Để khắc phục những hiện tượng này, các biện pháp công trình kiểm soát lũ lụt, ngập úng đã được xây dựng để bảo vệ cộng đồng, nâng cao chất lượng cuộc sống. Tuy nhiên, các công trình này chỉ đáp ứng những hiện tượng thời tiết thông thường, do đó các hiện tượng thời tiết khắc nghiệt không những không giảm thiểu mà còn có xu hướng ngày càng phổ biến và tác động đến đời sống con người nhiều hơn (Hoyer và cộng sự, 2011). Tại thành phố Thủ Đức, hệ thống thoát nước chưa được đầu tư hoàn chỉnh nên thường xuyên dẫn tới ngập vào mùa mưa cụ thể ở một số đoạn đường như đường Kha Vạn Cân, tỉnh lộ 43, đường Gò Dưa,… Hiện tượng ngập úng không những cản trở giao thông mà còn làm lan truyền các chất ô nhiễm từ cống thoát nước hoặc từ các vùng ô nhiễm và cuối cùng ảnh hưởng đến chất lượng nước mặt.

Với mục đích thành phố có thể phát triển bền vững, mái nhà xanh được xem là giải pháp tự nhiên phù hợp có thể ứng dụng trong khu vực đô thị để hạn chế lượng nước mưa chảy tràn, giảm thiểu ô nhiễm nước mặt, đáp ứng các thách thức về sức khỏe môi trường mà vẫn đảm bảo việc phát triển đô thị, kinh tế xã hội. Và công cụ mô hình là phương pháp phù hợp để đánh giá hiệu quả của mái nhà xanh. Do đó, luận văn tập trung đánh giá hiệu quả của mái nhà xanh đến chất lượng nước mặt tại khu vực nghiên cứu nằm trong thành phố Thủ Đức theo các kịch bản khác nhau và công cụ dùng để mô phỏng là phần mềm F28. Kết quả của luận văn được xem là cơ sở để đánh giá tính khả thi và hiệu quả việc ứng dụng mái nhà xanh trong quản lý nước đô thị hay giảm thiểu ô nhiễm nước mặt trong tương lai.

Mục đích nghiên cứu Đánh giá kết quả mô phỏng ứng dụng giải pháp tự nhiên đến chất lượng nước mặt tại khu vực nghiên cứu trong thành phố Thủ Đức. Phạm vi nghiên cứu - Mô phỏng hiệu quả của giải pháp mái nhà xanh đến chất lượng nước mặt của hệ thống kênh rạch tại khu vực nghiên cứu nằm trong Thành phố Thủ Đức tại thời điểm ngày 06/8/2020: + Khu vực thoát nước gồm 12 phường của thành phố Thủ Đức: Bình Chiểu, Tam Bình, Tam Phú, Hiệp Bình Phước, Hiệp Bình Chánh, Linh Đông, Linh Tây, Linh Xuân, Linh Trung, Linh Chiểu, Bình Thọ, Trường Thọ. + Hệ thống kênh rạch gồm kênh Ba Bò, rạch Gò Dưa, rạch Dừa, rạch Thủ Đức, suối Cái. - Tập trung thể hiện hiệu quả của mái nhà xanh đến chất lượng nước mặt qua hai tác động chính của mái nhà xanh là giúp giảm lượng nước mưa chảy tràn và giảm thiểu được các chất ô nhiễm (như nhu cầu oxy sinh hóa, amoni, nitrat, nitrit) của một phần nước thải sinh hoạt trong khu vực nghiên cứu.

Do đó, các yếu tố khác ảnh hưởng đến chất lượng nước mặt như chất lượng nước mưa chảy tràn và chất lượng nước mặt tại hệ thống sông ngoài khu vực nghiên cứu sẽ không được đề cập trong đề tài này. Nội dung nghiên cứu Nghiên cứu được thực hiện qua các nội dung sau: - Xác định các hệ số chuyển hóa hoặc phân hủy của các thông số chất lượng nước thải sinh hoạt. - Mô phỏng sự lan truyền chất ô nhiễm tại thời có và không có mưa trong ngày - Mô phỏng sự lan truyền của chất ô nhiễm khi ứng dụng giải pháp tự nhiên là mái nhà xanh Để thực hiện ba nội dung nghiên cứu này, các nhiệm vụ đề tài này bao gồm: - Tổng quan hiện trạng hệ thống thoát nước Thành phố Hồ Chí Minh - Tổng quan các giải pháp tự nhiên - Thu thập các số liệu dân số, diện tích khu vực, lượng mưa, mực nước tại các trạm quan trắc, mực nước triều, mạng lưới thoát nước khu vực nghiên cứu, kích thước cống thoát nước. - Tiến hành thí nghiệm phân tích chất lượng nước thải sinh hoạt để xác định chất lượng nước đầu vào cho mô hình và các hệ số chuyển chuyển hóa hoặc phân hủy của các thông số chất lượng nước.

Phương pháp nghiên cứu Các phương pháp nghiên cứu được thực hiện trong đề tài là: - Phương pháp tổng quan tài liệu: việc tổng quan tài liệu không chỉ giúp nắm bắt được tình hình hiện tại về ô nhiễm và ngập úng mà còn giúp nhận biết các giải pháp đã được triển khai và đề xuất trong tương lai. Đồng thời, có thể nhận thấy rằng một số giải pháp đã được áp dụng nhưng vẫn chưa đủ hiệu quả và việc ứng dụng giải pháp tự nhiên là cần thiết. Việc tóm tắt tình hình nghiên cứu sẽ làm rõ những khoảng trống nghiên cứu hiện nay, từ đó sự cần thiết của đề tài sẽ được thể hiện rõ hơn.