Luận Văn Thạc Sĩ: Ứng Dụng Mô Hình MIKE 11 Trong Quản Lý Nước Sông Nhuệ Đoạn Chảy Qua Hà Nội

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu hus ứng dụng mô hình mike 11 trong quản lý nước sông nhuệ đoạn chảy qua địa phận thành phố hà nội, đánh giá hiện trạng, phân tích vấn đề, đề xuất biện

• Tác giả: Phạm Sóng Biển
• Người hướng dẫn: PSG. Dương Hồng Sơn
• Trường học: Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên
• Chuyên ngành: Khoa học môi trường
• Đề tài: Ứng Dụng Mô Hình Mike 11 Trong Quản Lý Nước Sông Nhuệ, Đoạn Chảy Qua Địa Phận Thành Phố Hà Nội
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Giới thiệu mô hình MIKE 11
• 1.2. Mô đun thủy động lực (HD)
• 1.3. Mô đun truyền tải - khuyếch tán (AD)
• 1.4. Mô đun sinh thái (Ecolab)
• 1.5. Những nghiên cứu bằng mô hình MIKE11 và lưu vực sông Nhuệ
• 1.6. Khái quát về điều kiện tự nhiên, kinh tế-xã hội lưu vực sông Nhuệ
• 1.7. Những nghiên cứu chất lượng nước trên lưu vực nghiên cứu
• 1.8. Tổng quan tình hình sử dụng các mô hình trong tính toán chất lượng nước
• 2. CHƯƠNG 2: MỤC TIÊU – NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
• 2.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 2.2. Mục tiêu nghiên cứu
• 2.3. Nội dung nghiên cứu
• 2.4. Phương pháp nghiên cứu
• 2.5. Phương pháp thống kê, thu thập tài liệu
• 2.6. Phương pháp tính toán ước lượng nhu cầu sử dụng và nước thải cho từng đoạn sông
• 2.7. Phương pháp mô hình
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Mô phỏng, kiểm định chất lượng nước sông Nhuệ bằng mô hình MIKE11
• 3.2. Phân đoạn sông Nhuệ chảy qua thành phố Hà Nội
• 3.3. Mô phỏng, kiểm định chất lượng nước sông Nhuệ
• 3.4. Dự báo diễn biến chất lượng nước sông Nhuệ đoạn chảy qua thành phố Hà Nội đến năm 2015 và năm 2020
• 3.5. Cơ sở dự báo nguồn thải. Kết quả dự báo. Đề xuất giải pháp cải thiện chất lượng nước sông Nhuệ
• KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về ứng dụng mô hình MIKE 11 trong quản lý nước sông Nhuệ

Mô hình MIKE 11 là một công cụ mạnh mẽ trong việc quản lý nước sông Nhuệ, một trong những con sông quan trọng tại Hà Nội. Mô hình này không chỉ giúp dự đoán chất lượng nước mà còn hỗ trợ trong việc quản lý tài nguyên nước hiệu quả. Với sự gia tăng dân số và ô nhiễm môi trường, việc ứng dụng mô hình này trở nên cấp thiết hơn bao giờ hết.

1.1. Giới thiệu về mô hình MIKE 11 và tính năng nổi bật

Mô hình MIKE 11 được phát triển bởi Viện thủy lực Đan Mạch, cho phép mô phỏng thủy lực và chất lượng nước với độ chính xác cao. Mô hình này tích hợp nhiều mô đun như mô đun thủy động lực, mô đun truyền tải-khuyếch tán, và mô đun sinh thái, giúp người dùng có cái nhìn tổng quan về tình hình nước sông Nhuệ.

1.2. Lợi ích của việc sử dụng mô hình MIKE 11 trong quản lý nước

Việc sử dụng mô hình MIKE 11 mang lại nhiều lợi ích như tiết kiệm chi phí, nâng cao hiệu quả quản lý tài nguyên nước, và cung cấp dữ liệu chính xác cho các quyết định quản lý. Mô hình này giúp dự đoán diễn biến chất lượng nước, từ đó đưa ra các giải pháp cải thiện kịp thời.

II. Thách thức trong quản lý nước sông Nhuệ tại Hà Nội

Quản lý nước sông Nhuệ đối mặt với nhiều thách thức, bao gồm ô nhiễm từ các nguồn thải sinh hoạt và công nghiệp. Chất lượng nước sông Nhuệ đã giảm sút nghiêm trọng, với nồng độ ô nhiễm vượt tiêu chuẩn cho phép. Điều này đòi hỏi các biện pháp quản lý hiệu quả hơn.

2.1. Các nguồn ô nhiễm chính ảnh hưởng đến sông Nhuệ

Các nguồn ô nhiễm chính bao gồm nước thải từ khu công nghiệp, rác thải sinh hoạt, và các hoạt động nông nghiệp. Những yếu tố này không chỉ làm giảm chất lượng nước mà còn ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng và hệ sinh thái.

2.2. Tác động của ô nhiễm đến chất lượng nước sông Nhuệ

Ô nhiễm nước sông Nhuệ dẫn đến nồng độ oxy hòa tan thấp, tăng nồng độ COD và BOD, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến đời sống thủy sinh và sức khỏe con người. Việc theo dõi và quản lý chất lượng nước là rất cần thiết để bảo vệ môi trường.

III. Phương pháp ứng dụng mô hình MIKE 11 trong quản lý nước

Mô hình MIKE 11 được áp dụng để mô phỏng và dự đoán chất lượng nước sông Nhuệ. Phương pháp này bao gồm việc thu thập dữ liệu, xây dựng mô hình, và phân tích kết quả. Các bước này giúp đưa ra các giải pháp cải thiện chất lượng nước hiệu quả.

3.1. Quy trình thu thập và phân tích dữ liệu

Quy trình này bao gồm việc thu thập dữ liệu từ các trạm quan trắc, phân tích chất lượng nước, và xác định các nguồn ô nhiễm. Dữ liệu này là cơ sở để xây dựng mô hình MIKE 11 và dự đoán diễn biến chất lượng nước.

3.2. Xây dựng mô hình MIKE 11 cho sông Nhuệ

Xây dựng mô hình MIKE 11 bao gồm việc xác định các thông số đầu vào, cấu trúc mô hình, và các điều kiện biên. Mô hình này sẽ giúp mô phỏng các quá trình thủy động lực và chất lượng nước trong sông Nhuệ.

IV. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn của mô hình MIKE 11

Kết quả từ mô hình MIKE 11 cho thấy diễn biến chất lượng nước sông Nhuệ trong các năm tới. Mô hình đã chỉ ra các khu vực có nguy cơ ô nhiễm cao và đề xuất các giải pháp cải thiện chất lượng nước. Những kết quả này có thể được áp dụng trong thực tiễn để quản lý tài nguyên nước hiệu quả hơn.

4.1. Dự báo chất lượng nước sông Nhuệ đến năm 2025

Mô hình dự báo chất lượng nước sông Nhuệ sẽ tiếp tục xấu đi nếu không có biện pháp can thiệp kịp thời. Các chỉ số như nồng độ BOD và COD sẽ vượt mức cho phép, ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng và hệ sinh thái.

4.2. Đề xuất giải pháp cải thiện chất lượng nước

Các giải pháp cải thiện chất lượng nước bao gồm tăng cường quản lý nguồn thải, nâng cao ý thức cộng đồng về bảo vệ môi trường, và áp dụng công nghệ xử lý nước thải hiện đại. Những biện pháp này sẽ giúp cải thiện tình hình ô nhiễm nước sông Nhuệ.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của mô hình MIKE 11

Mô hình MIKE 11 đã chứng minh được hiệu quả trong việc quản lý nước sông Nhuệ. Tuy nhiên, để đạt được kết quả tốt hơn, cần có sự phối hợp chặt chẽ giữa các cơ quan quản lý và cộng đồng. Tương lai của mô hình này hứa hẹn sẽ mang lại nhiều giá trị cho công tác quản lý tài nguyên nước.

5.1. Tầm quan trọng của mô hình MIKE 11 trong quản lý nước

Mô hình MIKE 11 không chỉ giúp dự đoán chất lượng nước mà còn hỗ trợ trong việc lập kế hoạch quản lý tài nguyên nước bền vững. Việc áp dụng mô hình này sẽ giúp cải thiện chất lượng nước sông Nhuệ và bảo vệ môi trường.

5.2. Triển vọng phát triển mô hình MIKE 11 trong tương lai

Trong tương lai, mô hình MIKE 11 có thể được cải tiến với các công nghệ mới, giúp nâng cao độ chính xác và hiệu quả trong việc quản lý nước. Sự phát triển này sẽ góp phần quan trọng vào việc bảo vệ tài nguyên nước và môi trường sống.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Sông Nhuệ có tổng chiều dài 74 km, trong đó đoạn chảy qua địa phận thành phố Hà Nội dài 61,5 km với diện tích lưu vực tự nhiên khoảng 1.075 km2, giữ vai trò huyết mạch trong việc cấp nước tưới tiêu nông nghiệp và tiêu thoát nước cho hơn 6 triệu dân vùng hữu ngạn sông Hồng. Tuy nhiên, tốc độ đô thị hóa nhanh chóng cùng áp lực phát triển kinh tế đã khiến dòng sông phải tiếp nhận lưu lượng nước thải khổng lồ trung bình khoảng 5,4 m3/s từ 99.927 cơ sở sản xuất kinh doanh cùng các khu dân cư tập trung chưa qua xử lý đồng bộ. Dữ liệu quan trắc môi trường cho thấy chất lượng nước suy thoái nghiêm trọng: nồng độ oxy hòa tan (DO) xuống rất thấp, dao động trong khoảng từ 2,6 đến 3,1 mg/l, trong khi nồng độ COD và BOD5 vượt quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 08:2008/BTNMT loại B1 lần lượt tới 37,1 lần và 54,1 lần. Chỉ số chất lượng nước WQI tại nhiều đoạn sông giảm sâu xuống mức 25 đến 50, đe dọa trực tiếp đến an ninh nguồn nước và hệ sinh thái thủy vực.

Mục tiêu then chốt của luận văn là ứng dụng bộ công cụ mô hình toán MIKE 11 để mô phỏng động lực dòng chảy, đánh giá khả năng lan truyền ô nhiễm và dự báo diễn biến các thông số chất lượng nước cốt lõi gồm DO, BOD5 và tổng Nitơ (T-N) trên 6 phân đoạn sông Nhuệ đến năm 2015 và 2020. Nghiên cứu thực hiện trong phạm vi không gian từ cống Liên Mạc đến cống Phủ Lý, sử dụng chuỗi số liệu thủy văn và nguồn thải năm 2008 làm nền tảng kiểm định, kết hợp định hướng Quy hoạch tổng thể phát triển kinh tế - xã hội Thủ đô Hà Nội. Kết quả đạt được cung cấp cơ sở khoa học định lượng với mức hiệu quả mô phỏng từ 88% đến 97%, hỗ trợ đắc lực cho các nhà quản lý trong việc kiểm soát tải lượng xả thải và bảo vệ môi trường nước mặt.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng thủy động lực học dòng chảy một chiều không ổn định trong lòng dẫn hở thông qua hệ phương trình Saint-Venant, bao gồm phương trình liên tục và phương trình động lượng. Hệ phương trình này mô tả chính xác sự biến thiên của lưu lượng dòng chảy Q và mực nước h theo thời gian t và chiều dài lòng dẫn x dưới tác động của trọng trường, độ dốc đáy và lực ma sát thành lòng dẫn. Bên cạnh đó, quá trình lan truyền và biến đổi chất hòa tan trong nước tuân theo phương trình truyền tải - khuếch tán một chiều và định luật Fick, mô tả hai cơ chế chuyển vận chính là chuyển động đối lưu do vận tốc dòng chảy và khuếch tán rối do gradient chênh lệch nồng độ chất ô nhiễm.

Hệ thống mô hình toán tích hợp MIKE 11 do Viện Thủy lực Đan Mạch (DHI) phát triển được lựa chọn làm công cụ tính toán chủ đạo. Mô hình vận hành đồng bộ 3 mô đun chuyên sâu: mô đun thủy động lực (HD) giải hệ phương trình vi phân bằng sơ đồ sai phân ẩn 6 điểm Abbott-Ionescu; mô đun truyền tải - khuếch tán (AD) mô phỏng động thái dịch chuyển của các chất ô nhiễm; và mô đun sinh thái (Ecolab) tính toán tới 13 thông số chất lượng nước ở 6 cấp độ sinh thái. Khung lý thuyết này gắn liền với các khái niệm cốt lõi: Oxy hòa tan (DO), Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD5), Tổng Nitơ (T-N), Chỉ số chất lượng nước (WQI) và Cơ chế tự làm sạch của thủy vực tiếp nhận.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu đầu vào của mô hình được thu thập toàn diện với cỡ mẫu gồm 43 mặt cắt ngang chi tiết dọc theo 74 km dòng chính sông Nhuệ, kết hợp 60 mặt cắt mở rộng trên hệ thống sông Đáy liên kết. Dữ liệu biên thủy lực được thiết lập từ chuỗi số liệu quan trắc mực nước và lưu lượng tại 12 trạm thủy văn cùng 7 trạm khí tượng trên lưu vực. Nguồn thải được thống kê chi tiết theo từng đoạn sông từ tài liệu hiện trạng của 8 quận, huyện thuộc thành phố Hà Nội.

Phương pháp chọn mẫu phân tầng theo không gian địa lý được áp dụng để chia sông Nhuệ thành 6 phân đoạn đặc thù dựa trên điều kiện thủy lực, vị trí tiếp nhận nước thải và công năng sử dụng nước. Nhu cầu sử dụng nước và lưu lượng nước thải phát sinh được ước tính dựa trên tiêu chuẩn TCXDVN 33:2006 với định mức cấp nước sinh hoạt từ 120 đến 180 lít/người/ngày đêm và tỷ lệ phát thải bằng 80% lượng nước cấp. Phương pháp mô hình hóa số trị MIKE 11 được lựa chọn nhờ khả năng mô phỏng vượt trội đối với mạng lưới sông ngòi phân nhánh phức tạp, đảm bảo độ ổn định tính toán và độ chính xác cao. Toàn bộ chuỗi số liệu năm 2008 được sử dụng để hiệu chỉnh, kiểm định mô hình trước khi tiến hành chạy dự báo chất lượng nước cho các mốc thời gian năm 2015 và năm 2020.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, mô hình MIKE 11 thể hiện mức độ tương thích vượt trội trong việc tái hiện chế độ thủy lực và chất lượng nước sông Nhuệ. Kết quả kiểm định mô hình thủy lực với dữ liệu thực đo cho thấy sai số tuyệt đối về mực nước chỉ dao động từ 0,15 m đến 0,35 m. Mức hiệu quả mô phỏng chất lượng nước đạt độ tin cậy từ 88% đến 97% đối với thông số oxy hòa tan DO và nhu cầu oxy sinh hóa BOD5 trong đợt quan trắc tháng 3/2008.

Thứ hai, nghiên cứu phát hiện sự phân hóa ô nhiễm nghiêm trọng giữa các phân đoạn sông. Đoạn 2 (từ Cầu Hà Đông đến Cầu Tó dài 4,34 km) và Đoạn 3 (từ Cầu Tó đến Cầu Chiếc dài 17,14 km) là hai khu vực ô nhiễm nặng nề nhất. Nồng độ BOD5 tại đây luôn vượt tiêu chuẩn quy định từ 4 đến 6 lần do tiếp nhận trực tiếp toàn bộ nước thải sinh hoạt chưa qua xử lý từ sông Tô Lịch và các đô thị trung tâm.

Thứ ba, kịch bản dự báo đến năm 2015 và 2020 chỉ ra xu hướng suy thoái nước mặt gia tăng mạnh mẽ. Do tốc độ tăng dân số cơ học đạt 1% đến 2%/năm (dân số dự kiến đạt 9,1 triệu người vào năm 2030), lưu lượng nước thải sinh hoạt tăng từ 15% đến 25%. Nồng độ DO tại trung lưu sông Nhuệ tiếp tục giảm sâu dưới ngưỡng 2,0 mg/l, trong khi hàm lượng T-N và BOD5 dự báo tăng từ 20% đến 35% so với năm 2008 nếu không có biện pháp xử lý bổ sung.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân cốt lõi dẫn đến tình trạng ô nhiễm nghiêm trọng trên sông Nhuệ là do sự mất cân đối gay gắt giữa lưu lượng xả thải khổng lồ khoảng 5,4 m3/s và lưu lượng dòng chảy tự nhiên trong mùa kiệt. Khả năng tự làm sạch của dòng sông gần như bị tê liệt hoàn toàn khi hàm lượng chất hữu cơ vượt quá ngưỡng tự phân hủy sinh học. Các kết quả mô phỏng của luận văn hoàn toàn tương đồng với nghiên cứu của Nguyễn Thanh Sơn năm 2011 (nồng độ DO đạt 2,89 mg/l, BOD5 vượt chuẩn loại A từ 4 đến 6 lần) và nghiên cứu của Nguyễn Thị Nga năm 2012 (DO dao động từ 2,6 đến 3,1 mg/l). Độ chính xác mô phỏng của mô hình (88% đến 97%) cũng tương đương với các nghiên cứu ứng dụng MIKE 11 trên lưu vực sông Cầu (96,4% đến 99,1%) và sông Sài Gòn - Đồng Nai (90% đến 94%) của nhóm tác giả Trần Hồng Thái.

Trong cấu trúc báo cáo, diễn biến ô nhiễm được trực quan hóa rõ nét qua các biểu đồ phân bố nồng độ chất theo chiều dài dòng sông và bảng thống kê sai số tại các trạm then chốt như Cống Liên Mạc, Cầu Hà Đông, Cầu Tó, Cầu Chiếc, Đồng Quan và Cống Thần, giúp phân định rõ ranh giới các điểm nóng ô nhiễm phục vụ công tác điều hành thực địa.

Đề xuất và khuyến nghị

Thứ nhất, đầu tư xây dựng và hoàn thiện hệ thống thu gom, xử lý nước thải sinh hoạt đô thị tập trung. Ủy ban nhân dân thành phố Hà Nội phối hợp với Sở Xây dựng khẩn trương đẩy nhanh tiến độ các nhà máy xử lý nước thải quy mô lớn dọc lưu vực, hướng tới mục tiêu thu gom và xử lý đạt quy chuẩn từ 70% đến 80% tổng lượng nước thải đô thị (tương đương khoảng 4,0 m3/s đến 4,5 m3/s), kiểm soát nồng độ BOD5 đầu ra dưới 30 mg/l trong giai đoạn 2015 đến 2020.

Thứ hai, điều tiết thủy lực chủ động và bổ cập nguồn nước sạch thau rửa dòng chảy. Công ty TNHH MTV Đầu tư phát triển thủy lợi Sông Nhuệ cần phối hợp vận hành tối ưu cống Liên Mạc để tiếp dẫn nguồn nước từ sông Hồng với lưu lượng duy trì từ 25 m3/s đến 30 m3/s trong suốt mùa kiệt. Giải pháp này giúp tăng cường khả năng pha loãng, nâng nồng độ DO toàn tuyến lên trên 4,0 mg/l, đáp ứng tiêu chuẩn QCVN 08:2008/BTNMT cột B1 phục vụ tưới tiêu nông nghiệp.

Thứ ba, thanh tra và bắt buộc kiểm soát triệt để các nguồn thải công nghiệp, làng nghề. Sở Tài nguyên và Môi trường thành phố Hà Nội cùng Cảnh sát Môi trường triển khai kiểm tra liên ngành, yêu cầu 100% các khu, cụm công nghiệp và bệnh viện tại 8 quận, huyện ven sông phải vận hành hệ thống xử lý nước thải đạt chuẩn trước khi xả thải, phấn đấu giảm 90% lượng tải lượng ô nhiễm hữu cơ và hóa chất độc hại từ 99.927 cơ sở sản xuất kinh doanh trước năm 2020.

Thứ tư, thiết lập hệ thống quan trắc tự động và ứng dụng mô hình MIKE 11 trong cảnh báo sớm. Chi cục Bảo vệ Môi trường Hà Nội cần tích hợp mô hình số MIKE 11 với hệ thống bản đồ số GIS và mạng lưới trạm quan trắc tự động liên tục, rút ngắn thời gian cảnh báo sự cố ô nhiễm nước xuống dưới 2 giờ và nâng cao độ chính xác dự báo lan truyền chất ô nhiễm đạt trên 90% từ năm 2020.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nhóm cơ quan quản lý nhà nước về tài nguyên và môi trường (Bộ Tài nguyên và Môi trường, Sở Tài nguyên và Môi trường Hà Nội và Hà Nam): Sử dụng cơ sở dữ liệu định lượng và kết quả phân vùng tải lượng ô nhiễm để hoạch định chính sách cấp phép xả thải, đánh giá sức chịu tải của sông Nhuệ và ban hành các quy định bảo vệ môi trường lưu vực sông liên tỉnh.

Nhóm đơn vị khai thác công trình thủy lợi và nông nghiệp (Công ty Khai thác công trình thủy lợi Sông Nhuệ): Ứng dụng các kịch bản thủy lực từ 43 mặt cắt thực đo để tối ưu hóa quy trình đóng mở cống Liên Mạc, cống Lương Cổ, chủ động điều tiết nguồn nước tưới an toàn cho hơn 50.000 ha đất canh tác nông nghiệp, hạn chế tối đa rủi ro đưa nước ô nhiễm vào đồng ruộng.

Nhóm nghiên cứu, giảng viên và học viên cao học chuyên ngành Môi trường, Thủy văn: Tham khảo khung phương pháp luận kết hợp 3 mô đun HD, AD và Ecolab của MIKE 11 với độ tin cậy từ 88% đến 97%. Đây là tài liệu học thuật mẫu mực cho các đề tài nghiên cứu mô hình hóa chất lượng nước mặt và tính toán lan truyền chất ô nhiễm trên mạng lưới sông ngòi phức tạp.

Nhóm doanh nghiệp, ban quản lý khu công nghiệp và đơn vị tư vấn môi trường: Nắm rõ hiện trạng và giới hạn tiếp nhận nồng độ BOD5, T-N trên 6 phân đoạn sông, từ đó thiết kế quy chuẩn công nghệ trạm xử lý nước thải cục bộ đạt tiêu chuẩn xả thải loại A hoặc B theo quy định pháp luật.

Câu hỏi thường gặp

Ưu điểm nổi bật của mô hình MIKE 11 trong việc đánh giá chất lượng nước sông Nhuệ là gì? Mô hình MIKE 11 tích hợp đồng bộ 3 mô đun HD, AD và Ecolab, sử dụng sơ đồ sai phân ẩn 6 điểm Abbott-Ionescu giúp mô phỏng chính xác chế độ thủy lực trên mạng sông phân nhánh phức tạp dài 74 km với 43 mặt cắt. Độ chính xác kiểm định đạt từ 88% đến 97%, vượt trội so với các mô hình một chiều truyền thống.

Phân đoạn nào trên sông Nhuệ bị ô nhiễm nghiêm trọng nhất và nguyên nhân do đâu? Đoạn sông từ Cầu Hà Đông đến Cầu Chiếc dài hơn 21 km (thuộc đoạn 2 và đoạn 3) ô nhiễm nặng nhất. Nguyên nhân do tiếp nhận trực tiếp nước thải sinh hoạt chưa qua xử lý từ sông Tô Lịch và khu vực nội thành với lưu lượng khoảng 5,4 m3/s, khiến DO giảm sâu dưới 2,0 mg/l và BOD5 vượt chuẩn hơn 50 lần.

Nước sông Nhuệ hiện tại có đủ điều kiện phục vụ tưới tiêu nông nghiệp hay không? Nước sông Nhuệ không đáp ứng tiêu chuẩn QCVN 08:2008/BTNMT cột B1 dùng cho tưới tiêu. Các thông số COD và BOD5 vượt quy chuẩn từ 37,1 đến 54,1 lần, hàm lượng hợp chất Nitơ (Amoni, Nitrat) rất cao, tiềm ẩn nguy cơ tích tụ độc chất trong đất và ảnh hưởng nghiêm trọng đến cây trồng.

Dữ liệu đầu vào phục vụ dự báo chất lượng nước đến năm 2015 và 2020 dựa trên cơ sở nào? Dự báo dựa trên Quyết định số 1878/QĐ-TTg phê duyệt Quy hoạch chung xây dựng Thủ đô Hà Nội đến năm 2030, kết hợp định mức tiêu chuẩn cấp nước TCXDVN 33:2006 (120 đến 180 lít/người/ngày) và số liệu quy hoạch phát triển kinh tế - xã hội của 8 quận, huyện ven sông để tính toán tải lượng xả thải.

Biện pháp kỹ thuật nào giúp cải thiện nhanh chóng chất lượng nước sông Nhuệ trong mùa khô? Biện pháp cấp bách là điều tiết cống Liên Mạc để lấy nước từ sông Hồng bổ cập vào sông Nhuệ với lưu lượng từ 25 m3/s đến 30 m3/s trong mùa kiệt nhằm tăng cường pha loãng chất ô nhiễm, kết hợp nạo vét bùn lắng và vận hành các trạm xử lý nước thải cục bộ.

Kết luận

• Luận văn đã ứng dụng thành công hệ thống mô hình MIKE 11 (tích hợp các mô đun HD, AD, Ecolab) để mô phỏng động lực dòng chảy và diễn biến chất lượng nước trên 74 km sông Nhuệ với độ tin cậy đạt từ 88% đến 97%.
• Nghiên cứu đã phân đoạn chi tiết 6 khúc sông và định lượng chính xác áp lực từ các nguồn thải với lưu lượng khoảng 5,4 m3/s, xác định rõ đoạn Cầu Hà Đông - Cầu Chiếc là điểm nóng ô nhiễm hữu cơ vượt quy chuẩn trên 50 lần.
• Thiết lập thành công kịch bản dự báo các thông số DO, BOD5 và T-N đến năm 2015 và năm 2020 dựa trên dữ liệu quy hoạch phát triển kinh tế - xã hội và tỷ lệ phát sinh nước thải sinh hoạt chiếm 80% nước cấp.
• Đóng góp hệ thống giải pháp đồng bộ kết hợp giữa công trình (xây dựng nhà máy xử lý nước thải, bổ cập 25 đến 30 m3/s nước sông Hồng) và phi công trình (quan trắc tự động, kiểm soát nguồn thải công nghiệp) nhằm phục hồi chất lượng nước trước năm 2025.
• Đề xuất các cơ quan chức năng khẩn trương số hóa công tác quản lý nguồn nước trong giai đoạn 2016 đến 2020 và khuyến nghị các nhà nghiên cứu tiếp tục mở rộng mô hình thủy động lực 2 chiều tại các điểm hợp lưu sông Đáy - Nhuệ.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU Dân số gia tăng nhanh chóng cùng với quá trình công nghiệp hóa hiện đại hóa đã làm gia tăng vấn đề ô nhiễm môi trường không khí, đất, nước trong đó đặc biệt có môi trường nước sông quanh đô thị. Các sông đô thị chịu tác động từ rất nhiều nguồn gây ô nhiễm như: khu công nghiệp, rác thải sinh hoạt, bệnh viện,…sông Nhuệ là một con sông như vậy. Theo số liệu quan trắc trong nhiều năm gần đây, chất lượng nước sông Nhuệ ngày càng xuống cấp nghiêm trọng tại nhiều điểm quan trắc, nồng độ oxy hòa tan khá thấp không đạt quy chuẩn B1, nồng độ COD và BOD5 vượt tiêu chuẩn tới 37,1 và 54,1 lần, các hợp chất chứa Nitơ (NH4+, NO2-, NO3-) khá cao đều vượt quy chuẩn chất lượng nước mặt QCVN 08/2008 BTNMT với mục đích sử dụng cho tưới tiêu B1. Xuất phát từ thực tế trên đã đặt ra nhu cầu cấp thiết cần những nghiên cứu dự báo chất lượng nước là cơ sở phục vụ công tác quản lý môi trường tổng thể, giúp cân bằng giữa quá trình phát triển kinh tế xã hội và môi trường nước sông.

Cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ và tin học ngày càng nhiều ứng dụng mô hình được sử dụng trong nghiên cứu mô phỏng, dự báo chất lượng nước. Một ưu điểm không thể phủ nhận của việc sử dụng mô hình một cách phù hợp là tiết kiệm kinh phí, hiệu quả cao, chính xác nhất là các nghiên cứu trong một khu vực rộng lớn như lưu vực sông. Mô hình MIKE 11 với rất nhiều ưu điểm như: là một bộ phần mềm tích hợp đa tính năng, đã được kiểm nghiệm thực tế, cho phép tính toán thủy lực và chất lượng nước với độ chính xác cao, giao diện thân thiện, dễ sử dụng, có ứng dụng kỹ thuật GIS, có một kỹ thuật mới với độ chính xác cao, đang ngày càng trở nên hiệu quả trong nghiên cứu dự báo.Vì vậy đề tài “ Ứng dụng mô hình MIKE 11 trong quản lý nước sông Nhuệ, đoạn chảy qua địa phận thành phố Hà Nội”, là cấp thiết. 1 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] TỔNG QUAN 1.

Giới thiệu mô hình MIKE 11 Mô hình MIKE 11 là bộ mô hình một chiều được phát triển bởi Viện thủy lực Đan Mạch (DHI) từ mô hình gốc đầu tiên ra đời năm 1972 dùng để mô phỏng thủy lực nước trong sông. Hiện nay MIKE 11 có thể tích hợp nhiều mô đun như mô đun truyền tải–khuyếch tán (AD), mô đun chất lượng nước (WQ), mô đun vận chuyển bùn cát (ST) và mô đun mưa rào–dòng chảy(RR). Mô hình MIKE 11 được sử dụng rộng rãi ở các nước châu âu và trên thế giới. Mô đun thủy lực trong MIKE11 mô phỏng động lực cả ở trong sông và cửa sông, có thể áp dụng cho mạng sông phân nhánh và mạng sông phức tạp.

Vì mô hình là một chiều nên nó tuân theo các giả thiết rằng điều kiện dòng chảy trên toàn dòng sông là đồng nhất, tuy nhiên những dòng chảy qua đập là vẫn có thể được mô phỏng. Sự vận chuyển chất hòa tan trong mô hình cũng được giải quyết bằng phương trình cân bằng khối lượng như Qual2K nhưng MIKE 11 có thêm cả phương trình thủy lực xem xét các yếu tố động lực. MIKE 11 cung cấp cho người dùng chuỗi thời gian của dòng chảy, độ sâu và nồng độ của mỗi yếu tố ở từng đoạn sông, đồng thời mô hình cũng cung cấp cho người dùng biểu đồ số và các lựa chọn thống kê để hiển thị kết quả. MIKE 11 là một bước tiến trong mô hình hóa dòng chảy cũng như chất lượng nước, tuy nhiên nó cũng gặp phải vấn đề cho các mô hình phức tạp là cần nhiều số liệu.

MIKE 11 đã cố gắng khắc phục vấn đề này bằng cách cho phép người dùng chạy với những mức độ khác nhau nếu quá trình phức tạp[2, 3]. 2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Môđun thủyđộng lực(HD) Mô đun thủy động lực (HD) là phần trung tâm của hệ thống mô hình MIKE 11 và hình thành cơ sở cho hầu hết các mô đun khác bao gồm: dự báo lũ, tải khuyếch tán, chất lượng nước và mô đun vận chuyển bùn cát. Mô đun thủy lực trong MIKE 11 giải các phương trình tổng hợp theo phương dòng chảy để đảm bảo tính liên tục và bảo toàn của động lượng (hệ phương trình Saint Venant).

Đặc trưng cơ bản của hệ thống mô hình MIKE11 là cấu trúc mô đun tổng hợp với nhiều loại mô đun được thêm vào để mô phỏng các hiện tượng liên quan đến hệ thống sông. Ngoài các mô đun thủy lực MIKE 11 còn có các mô đun bổ sung đối với - Thủy văn - Tải-khuyếch tán -Các mô hình chất lượng nước -Vận chuyển bùn cát dính -Vận chuyển bùn cát không dính a.Hệ phương trình Saint Venant Phương trình cơ bản của mô hình để tính toán cho trường hợp dòng không ổn định là hệ phương trình bao gồm phương trình liên tục và phương trình động lượng (hệ phương trình Saint Venant) với các giả thiết : -Dòng chảy là dòng một chiều, độ sâu và vận tốc chỉ thay đổi theo chiều dọc của lòng dẫn. -Dòng chảy thay đổi từ từ dọc theo lòng dẫn để áp suất thủy tĩnh chiếm ưu thế, gia tốc theo chiều thẳng đứng được bỏ qua. -Trục của lòng dẫn được coi như một lòng thẳng.

-Độ dốc đáy lòng dẫn nhỏ và đáy lòng dẫn cố định, bỏ qua hiện tượng xói và bồi. -Có thể áp dụng hệ số sức cản của dòng chảy rối đều, ổn định cho dòng không ổn định để mô tả các tác động của lực cản. 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] -Chất lỏng không nén được và có khối lượng không đổi trong toàn dòng chảy. Phương trình liên tục + =q Phương trình động lượng ( / | | = + gA + + =0 Trong đó: t : là thời gian(s) g : là gia tốc trọng trường( m/s2) x: quãng đường di chuyển trong thời gian t(m) h: độ cao cột nước( m) Q: Lưu lượng (m3/s) A: Diện tích mặt cắt ngang(m2) q: Lưu lượng nhập lưu trên một đơn vị chiều dài dọc sông (m2/s) C: Hệ số Chezy α : Hệ số sửa chữa động lượng R : Bán kính thủy lực (m) b.Phương pháp giải hệ phương trình Saint Venant Hệ phương trình Saint Venant là một hệ gồm hai phương trình vi phân đạo hàm riêng phi tuyến tính bậc nhất.

Trong trường hợp tổng quát hệ phương trình dạng này không giải được bằng phương pháp giải tích mà phải giải bằng phương pháp gần đúng (phương pháp số hóa). MIKE 11 cũng dùng phương pháp này để giải hệ phương trình Saint Venant với lược đồ sai phân hữu hạn 6 điểm bằng sơ đồ ẩn Abbott-Inoescu. 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Sơ đồ hữu hạn sai phân 6 điểm ẩn Abbott Hình 2.

Sơ đồ sai phân 6 điểm ẩn Abbott trong mặt phẳng x-t Trong phương trình liên tục, ta có A h Q h  b => b q t t x t Sai phân hóa phương trình trên tại các bước thời gian thứ (n +1/2), ta thu được các phương trình sai phân (Q nj 11  Q nj 1 ) (Q nj 11  Q nj 1 )  Q 2 2  x 2 x j n 1 n h h j  h j  t t 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Với b trong phương trình được tính theo công thức : A0 j  A0 j 1 b 2 x j trong đó: Aoj : Diện tích mặt phân cách giữa 2 điểm lưới j-1 và điểm lưới j Ao+1: Diện tích mặt phân cách giữa 2 điểm lưới j và điểm lưới j+1 Δ2xj: Khoảng cách giữa hai điểm lưới j-1và j+1 Thế vào các phương trình sai phân, rút gọn các hệ số sẽ thu được phương trình:  j Q nj 11   j hnj 1   j Qnj 11   j Với phương trình động lượng, sai phân hoá phương trình với α, β, γ là hàm của b và δ, ngoài ra nó còn phụ thuộc vào giá trị Q và h tại bước thời gian n và giá trị Q tại bước thời gian n+1/2. Với phương trình động lượng, sai phân hoá phương trình n 1 n Q Q j  Q j  t t 2 n 1/ 2 n 1/ 2  Q 2   Q   Q2      A   A   A    j 1   j 1 x 2 x j ( h nj 11  h nj 1 ) (h nj 11  h nj 1 )  h 2 2  x 2 x j Để xác định thành phần bậc 2 trong phương trình , sử dụng phương trình gần đúng: Q 2   .Q nj 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Với θ là hệ số do người sử dụng tự xác định (hệ số này của mô đun HD được mặc định từ 0 đến 1). Thế vào các phương trình sai phân và rút gọn các hệ số, thu được phương trình động lượng viết dưới dạng  j h nj 11   j Q nj 1   j h nj 11   j trong đó  j  f ( A)  j  f (Q nj , t , x, C , A, R)  j  f ( A)  j  f ( A, x , t ,  , q , v,  , h nj 1 , Q nj 11/ 2 , Q nj , h nj 1 , Q nj 11/ 2 ) Từ đó, khi viết các phương trình này với đầy đủ các bước thời gian sẽ thu được một ma trận tính toán. Để tìm nghiệm của bài toán phải sử dụng công cụ toán học để giải các ma trận này.

Tính ổn định của phương pháp sai phân hữu hạn để giải hệ phương trình Saint Venant được bảo đảm khi các điều kiện sau được thoả mãn: Số liệu địa hình phải tốt, giá trị cho phép tối đa với ∆x (dx-max) được lựa chọn trên cơ sở này. Bước thời gian ∆t cần thiết đủ nhỏ để điều kiện ổn định Courant được thoả mãn. Tuy nhiên, khi giải hệ phương trình Saint Venant với sơ đồ ẩn thì điều kiện ổn định Courant không nhất thiết phải thoả mãn[2]. Mô đun truyền tải-khuyếch tán(AD) Mô đun truyền tải-khuyếch tán (AD) được dùng để mô phỏng vận chuyển một chiều của chất huyền phù hoặc hòa tan (phân hủy) trong các lòng dẫn hở dựa trên 7 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] phương trình để tích lũy với giả thiết các chất này được hòa tan, trộn lẫn, nghĩa là không có thay đổi hay biến động trong cùng mặt cắt và dòng chảy không phân tầng.