Nghiên Cứu Mô Hình Toán Mô Phỏng Quá Trình Phú Dưỡng Tại Hồ Cự Chính Hà Nội

Luận án tiến sĩ nghiên cứu kỹ thuật chuyên ngành môi trường đất và nước nghiên cứu phát triển mô hình toán mô phỏng quá trình, phát triển phương pháp mới, đánh giá hiệu quả ứng

• Tác giả: Tạ Đăng Thuần
• Người hướng dẫn: PGS.TS Bùi Quốc Lập
• Trường học: Trường Đại Học Thủy Lợi
• Chuyên ngành: Môi Trường Đất Và Nước
• Đề tài: Mô Hình Toán Mô Phỏng Quá Trình Phú Dưỡng Ở Hồ Cự Chính Hà Nội
• Loại tài liệu: luận án
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
• 1.1. Tổng quan về phú dưỡng. Khái niệm, cơ chế hình thành phú dưỡng
• 1.2. Nguyên nhân gây phú dưỡng
• 1.3. Phương pháp đánh giá phú dưỡng hồ
• 1.4. Tình hình nghiên cứu, phát triển mô hình phú dưỡng hồ
• 1.4.1. Tình hình nghiên cứu, phát triển mô hình phú dưỡng hồ trên thế giới
• 1.4.2. Tình hình nghiên cứu, phát triển mô hình phú dưỡng hồ ở Việt Nam
• 1.5. Những vấn đề cần giải quyết
• 1.6. Điều kiện khu vực nghiên cứu
• 1.6.1. Điều kiện hồ Hà Nội
• 1.6.2. Hiện tượng phú dưỡng hồ Hà Nội
• 1.6.3. Điều kiện khu vực nghiên cứu hồ Cự Chính
• 1.7. Kết luận chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: PHÁT TRIỂN MÔ HÌNH TOÁN MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH PHÚ DƯỠNG TRONG HỒ TĨNH NÔNG
• 2.1. Các bước phát triển mô hình toán mô phỏng phú dưỡng hồ
• 2.2. Cơ sở lý thuyết phát triển mô hình phú dưỡng
• 2.2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến phú dưỡng
• 2.2.2. Các giả thiết trong phát triển mô hình phú dưỡng hồ
• 2.2.3. Các quá trình mô phỏng trong phát triển mô hình phú dưỡng
• 2.2.4. Phương trình mô phỏng phú dưỡng hồ cải tiến
• 2.3. Phương pháp giải phương trình
• 2.3.1. Phương pháp Runge-Kutta giải PTVPT
• 2.3.2. Phương pháp đánh giá mô hình
• 2.3.3. Phần mềm Matlab
• 2.4. Lấy mẫu, đo đạc thực nghiệm
• 2.4.1. Đo đạc, nhập toán dữ liệu biến ngoại sinh
• 2.4.2. Đo đạc, phân tích chất lượng nước
• 2.5. Ứng dụng mô hình phú dưỡng phát triển ở hồ Cự Chính - Hà Nội
• 2.5.1. Sơ đồ khối của chương trình lập trình mô hình
• 2.5.2. Thiết lập mô hình
• 2.5.3. Số liệu hiệu chỉnh mô hình
• 2.5.4. Số liệu kiểm định mô hình
• 2.5.5. Các kịch bản mô phỏng của mô hình
• 2.6. Kết luận chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Kết quả phân tích chất lượng nước và đánh giá phú dưỡng
• 3.1.1. Giá trị thông số chất lượng nước và mối quan hệ giữa chúng
• 3.1.2. Đánh giá mức độ phú dưỡng
• 3.1.3. Quần xã thực vật
• 3.2. Kết quả phát triển mô hình mô phỏng quá trình phú dưỡng
• 3.2.1. Giá trị, khoảng giá trị các tham số của mô hình
• 3.2.2. Phân tích độ nhạy
• 3.2.3. Hiệu chỉnh mô hình
• 3.2.4. Kết quả kiểm định mô hình
• 3.2.5. Kết quả mô phỏng sự phát triển của thực vật nổi sử dụng các hàm giới hạn
• 3.2.6. Nhận xét mô hình phát triển
• 3.3. Kết quả tính toán mô hình theo các kịch bản mô phỏng
• 3.4. Kết luận chương 3
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• DANH MỤC CÁC BÀI BÁO ĐÃ CÔNG BỐ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC

Tóm tắt

I. Giới thiệu về mô hình toán

Mô hình toán mô phỏng quá trình phú dưỡng ở hồ Cự Chính, Hà Nội, được phát triển nhằm đánh giá và dự đoán sự biến đổi chất lượng nước trong bối cảnh phú dưỡng. Mô hình toán này không chỉ giúp hiểu rõ hơn về quá trình phú dưỡng mà còn cung cấp công cụ hữu ích cho việc quản lý tài nguyên nước. Việc áp dụng mô phỏng cho phép các nhà nghiên cứu và quản lý có cái nhìn tổng quan về tác động của các yếu tố môi trường như nhiệt độ, lượng mưa và cường độ ánh sáng mặt trời đến sự phát triển của thực vật nổi và chất lượng nước. Theo nghiên cứu, các hồ nông thường dễ bị ảnh hưởng bởi phú dưỡng do sự tích tụ chất dinh dưỡng từ các nguồn xung quanh. Điều này dẫn đến sự phát triển quá mức của tảo và rong, gây ra hiện tượng ô nhiễm nước nghiêm trọng.

1.1. Tính cấp thiết của đề tài

Việc nghiên cứu và phát triển mô hình sinh thái cho hồ Cự Chính là rất cần thiết trong bối cảnh hiện nay. Hồ Cự Chính, nằm trong nội thành Hà Nội, đang phải đối mặt với nhiều vấn đề về chất lượng nước do phú dưỡng nước. Các nghiên cứu trước đây cho thấy rằng, hiện tượng này không chỉ ảnh hưởng đến chất lượng nước mà còn tác động đến hệ sinh thái và sức khỏe cộng đồng. Do đó, việc xây dựng một mô hình toán có khả năng mô phỏng và dự đoán các biến đổi trong hồ là rất quan trọng. Mô hình này sẽ giúp các nhà quản lý đưa ra các biện pháp can thiệp kịp thời nhằm cải thiện chất lượng nước và bảo vệ môi trường sống xung quanh.

II. Phát triển mô hình toán mô phỏng

Quá trình phát triển mô hình toán mô phỏng phú dưỡng ở hồ Cự Chính bao gồm nhiều bước quan trọng. Đầu tiên, cần xác định các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sinh học trong hồ, bao gồm nhiệt độ nước, nồng độ chất dinh dưỡng và các yếu tố môi trường khác. Các phương trình động học được thiết lập để mô tả mối quan hệ giữa các yếu tố này. Việc sử dụng phần mềm Matlab trong việc lập trình và mô phỏng giúp tối ưu hóa quá trình tính toán và phân tích dữ liệu. Kết quả từ mô hình sẽ được so sánh với dữ liệu thực tế để kiểm định tính chính xác và hiệu quả của mô hình. Điều này không chỉ giúp cải thiện độ tin cậy của mô hình mà còn cung cấp thông tin quý giá cho việc quản lý và bảo vệ hồ Cự Chính.

2.1. Các bước phát triển mô hình

Các bước phát triển mô hình toán bao gồm việc thu thập dữ liệu thực địa, phân tích chất lượng nước và xác định các thông số cần thiết cho mô hình. Đầu tiên, cần tiến hành khảo sát thực địa để thu thập dữ liệu về chất lượng nước, bao gồm nồng độ các chất dinh dưỡng như nitrat, photphat và oxy hòa tan. Sau đó, các dữ liệu này sẽ được sử dụng để xây dựng các phương trình mô tả quá trình sinh học trong hồ. Việc áp dụng các phương pháp giải số như Runge-Kutta giúp giải quyết các phương trình vi phân thường, từ đó mô phỏng chính xác hơn các biến đổi trong hồ. Cuối cùng, mô hình sẽ được kiểm định và hiệu chỉnh dựa trên dữ liệu thực tế để đảm bảo tính chính xác và khả năng dự đoán của nó.

III. Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng mô hình toán mô phỏng phú dưỡng ở hồ Cự Chính đã đạt được những thành công nhất định trong việc dự đoán các biến đổi chất lượng nước. Các thông số như nồng độ oxy hòa tan, nồng độ chất dinh dưỡng và sự phát triển của thực vật nổi đã được mô phỏng một cách chính xác. Đặc biệt, mô hình đã chỉ ra rằng sự gia tăng nồng độ chất dinh dưỡng trong nước có mối liên hệ chặt chẽ với sự phát triển của tảo và rong, dẫn đến hiện tượng phú dưỡng. Những kết quả này không chỉ có giá trị trong việc hiểu rõ hơn về quá trình sinh học trong hồ mà còn cung cấp cơ sở khoa học cho việc quản lý và bảo vệ chất lượng nước.

3.1. Đánh giá mức độ phú dưỡng

Đánh giá mức độ phú dưỡng của hồ Cự Chính được thực hiện thông qua các chỉ số như TSI (Trophic State Index). Kết quả cho thấy hồ Cự Chính đang ở mức độ phú dưỡng cao, với sự phát triển mạnh mẽ của tảo và rong. Điều này không chỉ ảnh hưởng đến chất lượng nước mà còn tác động đến hệ sinh thái và sức khỏe cộng đồng. Việc áp dụng mô hình sinh thái giúp các nhà quản lý có cái nhìn tổng quan về tình trạng hồ và đưa ra các biện pháp can thiệp kịp thời nhằm cải thiện chất lượng nước. Các kịch bản mô phỏng cũng cho thấy rằng, nếu không có biện pháp can thiệp, tình trạng phú dưỡng sẽ tiếp tục gia tăng, gây ra những hậu quả nghiêm trọng cho môi trường và sức khỏe con người.

Nội dung chính

Tổng quan luận án

Hiện tượng phú dưỡng tại các vùng nước tĩnh nông (độ sâu trung bình dưới 5 mét) là một trong những nguyên nhân chính gây suy giảm chất lượng nước mặt. Do đặc tính ít trao đổi nước với bên ngoài và chịu tác động của quá trình tích tụ các chất dinh dưỡng (nitơ và phốt pho) từ lưu vực xung quanh qua dòng chảy tràn và lắng đọng khí quyển, các hồ nông nội đô thường xuyên xảy ra tình trạng bùng phát rong tảo, phát sinh vi khuẩn lam và tảo độc. Khi sinh khối thủy sinh chết đi, quá trình phân hủy làm suy giảm nồng độ oxy hòa tan (DO), tích tụ bùn đáy, sinh ra các khí độc hại ($H_2S$, $NH_3$) và làm giảm dung tích trữ nước.

Khoảng trống nghiên cứu được xác định: Các mô hình phú dưỡng trên thế giới chủ yếu được xây dựng cho các hồ tự nhiên có diện tích và độ sâu lớn tại vùng khí hậu ôn đới, chưa chú trọng đến các hồ nhỏ, nông ở vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới. Tại Việt Nam, việc nghiên cứu mô hình hóa chất lượng nước hồ còn phụ thuộc vào các phần mềm thương mại ngoại nhập đóng vai trò như "hộp đen", đòi hỏi nguồn dữ liệu phức tạp và chi phí cao. Các nghiên cứu trong nước trước đây chủ yếu dừng lại ở mô hình cân bằng khối lượng đơn giản đối với phốt pho tổng số hoặc mô hình 3D phức tạp nhưng thiếu quy trình hiệu chỉnh, tối ưu tham số phù hợp với điều kiện hồ tĩnh nông tiếp nhận nguồn thải phân tán từ nước mưa và dòng chảy tràn đô thị.

Mục tiêu nghiên cứu của luận án (đánh số theo văn bản):

1. Phát triển công cụ mô hình toán mô phỏng quá trình phú dưỡng ở các vùng nước tĩnh nông.
2. Ứng dụng mô hình phú dưỡng phát triển vào một hồ tự nhiên nông đang bị ảnh hưởng bởi phú dưỡng ở nội thành Hà Nội.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

• Đối tượng nghiên cứu: Quá trình phú dưỡng và các thông số sinh khối thực vật nổi (tảo lục, vi khuẩn lam, tảo silic), động vật phù du và chất lượng nước (chất dinh dưỡng của nitơ, phốt pho, carbon và nồng độ oxy hòa tan) ở vùng nước tĩnh nông.
• Phạm vi không gian: Hồ Cự Chính (quận Thanh Xuân, Hà Nội) – một hồ tự nhiên nông, diện tích mặt thoáng khoảng $4.000\text{ m}^2$, độ sâu trung bình $1,6\text{ m}$ (trong mô hình thiết lập $h_0 = 1,65\text{ m}$), không có nguồn thải điểm tập trung trực tiếp đổ vào, chịu ảnh hưởng bởi hiện tượng phú dưỡng nội đô.
• Phạm vi thời gian: Chuỗi dữ liệu khí tượng thủy văn trạm Láng giai đoạn 2002–2018 và số liệu quan trắc thực địa, phân tích chất lượng nước hồ Cự Chính cùng chất lượng nước mưa trong hai năm 2017–2018.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Luận án đã tổng quan và phân loại các mô hình phú dưỡng vùng nước tĩnh trên thế giới thành ba nhóm chính:

• Mô hình thực nghiệm: Tiếp cận bằng tương quan thống kê và đồ thị tải lượng, điển hình là mô hình Vollenweider (phát triển từ thập niên 1970 với bộ dữ liệu hơn 200 hồ tại châu Âu và Bắc Mỹ), mô hình của Larsen, O'Melia, Lorenzen. Hạn chế của nhóm này là giả thiết hồ xáo trộn hoàn toàn, chỉ xem xét phốt pho là yếu tố hạn chế duy nhất và sử dụng giá trị nồng độ trung bình mùa hoặc năm.
• Mô hình cân bằng vật chất: Các nghiên cứu của Chapra và Canale mô tả hệ thống hai lớp (cột nước và trầm tích) có xét đến khuếch tán phốt pho từ đáy; Lorenzen, Ruley và Rusch làm rõ vai trò tái giải phóng dinh dưỡng do vi khuẩn và biến đổi oxy hóa khử; Malmaeus và Hakanson mô tả dòng chảy gia nhập, bồi lắng và khuếch tán trầm tích theo mùa. Nhóm mô hình này chủ yếu hỗ trợ khi thiếu số liệu nhưng chưa mô tả chi tiết tương tác sinh hóa nhiều cấu tử.
• Mô hình sinh thái và động học chuỗi thức ăn: Phân chia chi tiết các dạng dinh dưỡng và mắt xích sinh thái, tiêu biểu như Thomann, Di Toro, Jorgensen, CE-QUAL-ICM, SALMO (Recknagel và cộng sự, 2008; Cao và cộng sự, 2008), CAEDYM. James mô tả chu trình N, P, Si, DO và 3 nhóm tảo tại hồ Okeechobee; Zhang và cộng sự (2008) phát triển mô hình phú dưỡng 2D tại hồ Erie; Fragoso và cộng sự kết hợp thủy động lực học và sinh thái; Đỗ Thùy Nguyễn và cộng sự (2010) thiết lập mô hình 14 biến trạng thái cho hồ nông nghiệp nhưng giả thiết đóng, không có nguồn dinh dưỡng ngoại sinh.

Tại Việt Nam, các hướng nghiên cứu mô hình phú dưỡng gồm:

• Mô hình cân bằng khối lượng TP của Nguyễn Thanh Hùng (2010) áp dụng cho hồ Tây, hồ Đại Lải, hồ Tuyên Quang sử dụng hệ 2 phương trình vi phân giải bằng Runge-Kutta bậc 4, chỉ tập trung vào tổng phốt pho ở các hồ chứa sâu, diện tích lớn.
• Các ứng dụng mô hình thực nghiệm Vollenweider và Jorgensen tại hồ Bảy Mẫu và Hồ Tây để tính tải lượng phốt pho và chỉ số TSI Carlson.
• Ứng dụng mô hình thủy động lực học và chất lượng nước 3D EFDC (Nguyễn Xuân Tình và cộng sự) tại Hồ Tây. Mô hình này giải hệ Navier-Stokes ba chiều, đòi hỏi khối lượng dữ liệu biên rất lớn và chưa tối ưu hóa tham số sinh học cho hồ nhỏ.

Khoảng trống luận án lựa chọn giải quyết: Xây dựng một mô hình sinh thái động học dạng hộp mở (0 chiều) chuyên biệt cho hồ tĩnh nông nhiệt đới, trong đó bổ sung tường minh thành phần dinh dưỡng từ khí quyển và nước mưa chảy tràn đô thị vào hệ phương trình vi phân thường; phân tách thực vật nổi thành 3 nhóm chức năng (tảo lục, vi khuẩn lam, tảo silic); đồng thời ứng dụng thuật giải di truyền (GA) trên nền Matlab để tự động hóa tối ưu bộ tham số động học phức tạp.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Luận án xây dựng khung mô hình hóa động học sinh thái mô phỏng đồng thời 14 biến trạng thái trong cột nước hồ tĩnh nông, bao gồm:

1. $y_1$: Nồng độ sinh khối Tảo lục ($\text{mgC/l}$)
2. $y_2$: Nồng độ sinh khối Vi khuẩn lam ($\text{mgC/l}$)
3. $y_3$: Nồng độ sinh khối Tảo silic ($\text{mgC/l}$)
4. $y_4$: Nồng độ sinh khối Động vật phù du ($\text{mgC/l}$)
5. $y_5$: Carbon hữu cơ dạng hạt - POC ($\text{mg/l}$)
6. $y_6$: Carbon hữu cơ hòa tan - DOC ($\text{mg/l}$)
7. $y_7$: Tổng carbon hữu cơ - TOC ($\text{mg/l}$)
8. $y_8$: Nồng độ oxy hòa tan - DO ($\text{mg/l}$)
9. $y_9$: Phốt pho vô cơ hòa tan - DIP ($\text{mg/l}$)
10. $y_{10}$: Amoni - $\text{NH}_4\text{-N}$ ($\text{mg/l}$)
11. $y_{11}$: Nitrit - $\text{NO}_2\text{-N}$ ($\text{mg/l}$)
12. $y_{12}$: Nitrat - $\text{NO}_3\text{-N}$ ($\text{mg/l}$)
13. $y_{13}$: Tổng nitơ - TN ($\text{mg/l}$)
14. $y_{14}$: Tổng phốt pho - TP ($\text{mg/l}$)

Động học sinh trưởng của từng nhóm thực vật nổi được mô tả thông qua tốc độ sinh trưởng cực đại nhân với tích của ba hàm giới hạn:

• Hàm giới hạn dinh dưỡng $f_1(N, P)$: Xác định theo nguyên lý giá trị nhỏ nhất của Liebig kết hợp hàm Michaelis-Menten cho tổng nitơ vô cơ hòa tan (DIN = $\text{NH}_4\text{-N} + \text{NO}_2\text{-N} + \text{NO}_3\text{-N}$) và phốt pho vô cơ hòa tan (DIP).
• Hàm giới hạn bức xạ ánh sáng $f_2(I)$: Tích phân theo độ sâu cột nước $h_0$ kết hợp hệ số tắt ánh sáng $K_{ess}$ phụ thuộc vào nồng độ Chlorophyll-a.
• Hàm giới hạn nhiệt độ nước $f_3(T)$: Hàm phi tuyến dạng số mũ phản ánh độ lệch so với nhiệt độ sinh trưởng tối ưu ($T_k$).

Các quá trình tiêu hao và chuyển hóa sinh hóa bao gồm: hô hấp ($B_2$), bài tiết ($B_3$), chết tự nhiên không do ăn mồi ($B_5$), động vật phù du ăn thực vật nổi ($B_4$, sử dụng ngưỡng nồng độ tảo $B_{th}$), tốc độ lắng trọng lực ($B_6$), khoáng hóa POC thành dạng dễ hấp thụ ($B_{10}$), thủy phân POC thành DOC ($B_{11}$), lắng POC ($B_{12}$), khoáng hóa DOC ($B_{13}$), trao đổi DIP và $\text{NH}4\text{-N}$ tại ranh giới bùn đáy ($B{14}, B_{15}$), quá trình nitrat hóa hai giai đoạn ($B_{16}: \text{NH}4 \to \text{NO}2; B{17}: \text{NO}2 \to \text{NO}3$), quá trình khử nitrat ($B{18}$), tiêu thụ oxy của trầm tích đáy ($B{19}$), khuếch tán oxy tái sục khí từ khí quyển ($B{20}$) và tiêu thụ oxy cho nitrat hóa ($B_{21}, B_{22}$).

Phương pháp giải và công cụ:

• Hệ phương trình vi phân thường (PTVPT) phi tuyến được giải bằng phương pháp Runge-Kutta bậc 4 và 5 thông qua hàm ode45 lập trình trên phần mềm Matlab.
• Tối ưu hóa tham số: Sử dụng thuật giải di truyền (Genetic Algorithm - GA) trong Matlab để tìm cực tiểu hàm mục tiêu sai số tổng hợp ($Fitness = \frac{1}{14}\sum RMSE$).
• Các chỉ số đánh giá độ tin cậy mô hình: Sai số quân phương (RMSE), Hệ số hiệu quả Nash-Sutcliffe (NSE), Tỷ số giữa RMSE và độ lệch chuẩn số liệu thực đo (RSR), Phần trăm sai số (PBIAS).
• Đánh giá trạng thái dinh dưỡng: Sử dụng đồng thời phương pháp phân loại của Hakanson và cộng sự (2007) cùng Chỉ số trạng thái dinh dưỡng Carlson (TSI) đối với TP, TN và Chlorophyll-a (có tích hợp công thức TSI(TN) của Kratzer và Brezonik, 1981).

Dữ liệu thực nghiệm:

• Đo đạc thực địa và phân tích phòng thí nghiệm 9 đợt trong năm 2017–2018 tại hồ Cự Chính cho các thông số: nhiệt độ, pH, DO, EC, $\text{BOD}_5$, TN, TP, các dạng nitơ vô cơ, $\text{PO}_4\text{-P}$, TOC, DOC, Chlorophyll-a và mật độ định lượng các nhóm tảo.
• Dữ liệu khí tượng thu thập từ trạm Láng: nhiệt độ nước ngày, cường độ bức xạ mặt trời ngày, lượng mưa ngày. Dữ liệu chất lượng nước mưa thu thập tại trạm môi trường Hà Nội kết hợp nghiên cứu nước mưa chảy tràn đô thị.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1. Tổng quan vấn đề nghiên cứu

Chương 1 hệ thống hóa cơ sở khoa học về hiện tượng phú dưỡng, cơ chế hình thành, các nguyên nhân tự nhiên và nhân tạo. Tác giả phân tích chi tiết hai phương pháp đánh giá dinh dưỡng phổ biến (Hakanson và Carlson TSI).

Chương này tổng kết bức tranh mạng lưới 112 ao hồ nội thành Hà Nội (theo số liệu năm 2015): 86 hồ đã kè toàn phần (chiếm 77%), 13 hồ kè một phần (11,5%) và 13 hồ chưa kè (11,5%). Khí hậu khu vực nghiên cứu được lượng hóa qua chuỗi số liệu trạm Láng giai đoạn 2002–2018: nhiệt độ trung bình tháng dao động từ $16,4^\circ\text{C}$ (tháng 1) đến $29,9^\circ\text{C}$ (tháng 6, 7); lượng mưa trung bình năm đạt trên $1.600\text{ mm}$, tập trung chủ yếu từ tháng 5 đến tháng 10. Hồ Cự Chính được lựa chọn làm đối tượng nghiên cứu điển hình cho hồ tĩnh nông, diện tích $4.000\text{ m}^2$, sâu $1,6\text{ m}$, không có hệ thống cống xả thải sinh hoạt trực tiếp mà nguồn ô nhiễm chủ yếu tích tụ từ khí quyển và dòng chảy tràn bề mặt.

Chương 2. Phát triển mô hình toán mô phỏng quá trình phú dưỡng trong hồ tĩnh nông

Chương 2 trình bày chi tiết các bước thiết lập mô hình toán. Điểm cải tiến trung tâm của luận án là tích hợp trực tiếp lượng dinh dưỡng gia nhập từ nước mưa và nước mưa chảy tràn bề mặt lưu vực vào các phương trình vi phân thường:

• Phương trình vi phân hàm lượng POC ($dy_5$): Bổ sung lượng gia nhập $\frac{0,5}{A \cdot h_0} + \frac{X \cdot A}{1000} + \frac{0,75 \cdot X}{1000} \cdot 1500$.
• Phương trình vi phân hàm lượng DIP ($dy_9$): Bổ sung tải lượng từ nước mưa chảy tràn $\frac{0,15 \cdot X}{1000} \cdot 1500$.
• Phương trình vi phân hàm lượng $\text{NH}4\text{-N}$ ($dy{10}$) và $\text{NO}3\text{-N}$ ($dy{12}$): Bổ sung tải lượng phân tán $\frac{0,75 \cdot X}{1000} \cdot 1500$.

Bảng: Cấu trúc các biến trạng thái chính trong mô hình toán phát triển

Ký hiệu biến	Biến trạng thái mô phỏng	Đơn vị tính	Nguồn gia nhập / Quá trình tương tác chính
$y_1, y_2, y_3$	Sinh khối Tảo lục, Vi khuẩn lam, Tảo silic	$\text{mgC/l}$	Quang hợp ($B_1$), hô hấp ($B_2$), bài tiết ($B_3$), ăn mồi ($B_4$), chết ($B_5$), lắng ($B_6$)
$y_4$	Sinh khối Động vật phù du	$\text{mgC/l}$	Tiêu thụ tảo ($B_4$), bài tiết ($B_7$), hô hấp ($B_8$), chết ($B_9$)
$y_5, y_6, y_7$	POC, DOC, TOC	$\text{mg/l}$	Chết sinh khối, thủy phân ($B_{11}$), khoáng hóa ($B_{10}, B_{13}$), nước mưa chảy tràn
$y_8$	Oxy hòa tan (DO)	$\text{mg/l}$	Quang hợp ($B_1$), tái sục khí ($B_{20}$), hô hấp, khoáng hóa, tiêu thụ đáy ($B_{19}$), nitrat hóa
$y_9$	Phốt pho vô cơ hòa tan (DIP)	$\text{mg/l}$	Bài tiết, khoáng hóa, trao đổi bùn đáy ($B_{14}$), nước mưa chảy tràn, hấp thụ tảo
$y_{10}, y_{11}, y_{12}$	$\text{NH}_4\text{-N}, \text{NO}_2\text{-N}, \text{NO}_3\text{-N}$	$\text{mg/l}$	Bài tiết, khoáng hóa, nitrat hóa ($B_{16}, B_{17}$), khử nitrat ($B_{18}$), nước mưa chảy tràn
$y_{13}, y_{14}$	Tổng nitơ (TN), Tổng phốt pho (TP)	$\text{mg/l}$	Tổng hợp từ các thành phần hữu cơ và vô cơ tương ứng

Chương này cũng xác lập sơ đồ thuật toán GA với cấu trúc nhiễm sắc thể mã hóa 53 tham số mô hình, thiết lập tiêu chí đánh giá mô hình theo hướng dẫn Moriasi và cộng sự (2007) cho các chỉ số NSE, RSR, PBIAS.

Chương 3. Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Chương 3 trình bày các kết quả thực nghiệm và tính toán mô hình:

• Đánh giá hiện trạng chất lượng nước hồ Cự Chính: Nồng độ chất dinh dưỡng và diệp lục trong hồ rất cao. Giá trị chỉ số trạng thái dinh dưỡng Carlson tại các thời điểm quan trắc năm 2017–2018 cho thấy: $TSI(TP)$ dao động từ 58,5 đến 95,6; $TSI(TN)$ từ 58,0 đến 61,2; $TSI(Chla)$ từ 55,1 đến 74,3. Theo phân loại Carlson và Hakanson, hồ Cự Chính nằm trong trạng thái siêu phú dưỡng. Tỷ lệ $TN/TP$ biến động từ dưới 4,5 đến trên 6, cho thấy sự thay đổi luân phiên giữa nitơ và phốt pho trong vai trò chất dinh dưỡng hạn chế theo mùa.
• Thành phần quần xã thực vật nổi: Xác định 4 nhóm chính gồm Vi khuẩn lam (chiếm ưu thế mật độ với các chi Microcystis, Anabaena, Oscillatoria), Tảo lục (chi Scenedesmus, Pediastrum), Tảo silic (Synedra, Navicula) và Tảo mắt.
• Kết quả phân tích độ nhạy: Từ 53 tham số ban đầu, phân tích độ nhạy đã sàng lọc 15 tham số có ảnh hưởng lớn nhất đến các biến trạng thái, bao gồm: tốc độ sinh trưởng cực đại của 3 nhóm tảo ($\alpha_{1_1}, \alpha_{1_2}, \alpha_{1_3}$), cường độ ánh sáng bão hòa ($I_{k_1}, I_{k_2}, I_{k_3}$), nhiệt độ tối ưu ($T_{k_1}, T_{k_2}, T_{k_3}$), hằng số nửa bão hòa nitơ và phốt pho ($K_{HN}, K_{HP}$), tốc độ lắng ($WS$) và tỷ lệ Chlorophyll-a/Carbon ($Chla_C$).

Bảng: Kết quả hiệu chỉnh một số tham số nhạy nhất của mô hình bằng thuật giải GA

Ký hiệu tham số	Diễn giải ý nghĩa tham số	Đơn vị	Khoảng tìm kiếm	Giá trị tối ưu GA
$\alpha_{1_1}$	Tốc độ tăng trưởng cực đại Tảo lục ở $20^\circ\text{C}$	$\text{ngày}^{-1}$	1,5 – 3,5	2,400
$\alpha_{1_2}$	Tốc độ tăng trưởng cực đại Vi khuẩn lam ở $20^\circ\text{C}$	$\text{ngày}^{-1}$	1,0 – 3,0	2,150
$\alpha_{1_3}$	Tốc độ tăng trưởng cực đại Tảo silic ở $20^\circ\text{C}$	$\text{ngày}^{-1}$	1,0 – 3,5	1,850
$T_{k_1}$	Nhiệt độ tối ưu cho Tảo lục phát triển	$^\circ\text{C}$	25,0 – 35,0	28,50
$T_{k_2}$	Nhiệt độ tối ưu cho Vi khuẩn lam phát triển	$^\circ\text{C}$	28,0 – 38,0	32,00
$T_{k_3}$	Nhiệt độ tối ưu cho Tảo silic phát triển	$^\circ\text{C}$	18,0 – 28,0	22,50
$K_{HN_1}$	Hằng số bán bão hòa nitơ của Tảo lục	$\text{mg/l}$	0,01 – 0,90	0,315
$K_{HP_1}$	Hằng số bán bão hòa phốt pho của Tảo lục	$\text{mg/l}$	0,001 – 0,10	0,093
$Chla_C_1$	Tỷ lệ Chlorophyll-a / Carbon ở Tảo lục	-	0,01 – 0,05	0,028
$Chla_C_2$	Tỷ lệ Chlorophyll-a / Carbon ở Vi khuẩn lam	-	0,01 – 0,05	0,012
$K_a$	Hệ số khuếch tán oxy qua bề mặt nước	$\text{ngày}^{-1}$	0,05 – 0,95	0,469

• Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình: Sau 38 lần chạy GA, mô hình đạt độ khớp cao giữa chuỗi số liệu mô phỏng và thực đo 9 đợt. Hệ số hiệu quả Nash-Sutcliffe ($NSE$) đạt từ mức đạt yêu cầu đến rất tốt trên các biến trạng thái chính ($NSE$ của Tảo lục đạt 0,72; Vi khuẩn lam đạt 0,81; DO đạt 0,78; TP đạt 0,69).
• Mô phỏng các hàm giới hạn sinh thái: Kết quả chỉ ra trong các tháng mùa hè và đầu thu, nhiệt độ nước cao ($>30^\circ\text{C}$) và bức xạ mạnh làm hàm $f_3(T)$ và $f_2(I)$ của vi khuẩn lam đạt cực đại, kết hợp với nguồn dinh dưỡng dồi dào dẫn đến hiện tượng vi khuẩn lam bùng phát áp đảo hai nhóm tảo còn lại.
• Đánh giá các kịch bản: Luận án tính toán các kịch bản giảm thiểu tải lượng dinh dưỡng từ nước mưa chảy tràn kết hợp nạo vét bùn đáy định kỳ, chứng minh nồng độ DO trung bình được cải thiện đáng kể và sinh khối thực vật nổi giảm rõ rệt.

Kết quả và những đóng góp mới

Các đóng góp mới về lý luận và khoa học của luận án:

1. Phát triển thành công mô hình toán sinh thái mô phỏng quá trình phú dưỡng phù hợp cho vùng nước tĩnh nông ở điều kiện khí hậu nhiệt đới, trong đó đưa thành phần tải lượng dinh dưỡng từ khí quyển và nước mưa chảy tràn bề mặt đô thị vào hệ phương trình vi phân mô tả biến thiên nồng độ các chất.
2. Tích hợp cấu trúc phân chia thực vật nổi thành 3 nhóm chức năng (tảo lục, vi khuẩn lam, tảo silic) và thiết lập thuật toán tự động hiệu chỉnh tối ưu 53 tham số mô hình thông qua Thuật giải di truyền (GA) kết hợp bộ giải Runge-Kutta trên nền tảng Matlab.

Các đóng góp mới về thực tiễn:

1. Cung cấp bộ cơ sở dữ liệu quan trắc đồng bộ về diễn biến các hợp chất nitơ, phốt pho, carbon, nồng độ oxy hòa tan và mật độ các nhóm tảo chỉ thị tại hồ Cự Chính (Hà Nội).
2. Mô hình được kiểm chứng đạt độ chính xác cao tại hồ Cự Chính, đóng vai trò công cụ khoa học phục vụ dự báo chất lượng nước, đánh giá nguy cơ tảo nở hoa và hỗ trợ các nhà quản lý môi trường đề xuất giải pháp kiểm soát phú dưỡng hồ đô thị.

Kiến nghị và giải pháp:

• Áp dụng các giải pháp kiểm soát dòng chảy tràn đô thị xung quanh hồ, xây dựng hệ thống rãnh thu gom hoặc hố lắng lọc sơ bộ trước khi nước mưa chảy vào hồ.
• Thực hiện nạo vét định kỳ lớp bùn trầm tích đáy nhằm ngăn chặn quá trình giải phóng nội sinh của amoni và phốt phát hòa tan trong điều kiện yếm khí.
• Duy trì và mở rộng hệ thống quan trắc tự động các chỉ tiêu cơ bản (DO, nhiệt độ, diệp lục a) để cập nhật dữ liệu đầu vào cho mô hình dự báo.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của luận án:

• Mô hình được xây dựng trên giả thiết hồ xáo trộn hoàn toàn (mô hình 0 chiều / 1 ngăn), chưa mô tả được sự phân bố không gian theo phương ngang và phương thẳng đứng đối với các hồ có diện tích lớn hoặc hình thái lòng hồ phức tạp.
• Bộ số liệu thực nghiệm dùng để hiệu chỉnh và kiểm định mô hình mới được thực hiện trong 2 năm (2017–2018) với 9 đợt quan trắc, chưa có chuỗi số liệu đo liên tục theo thời gian thực hàng ngày.

Hướng nghiên cứu tiếp theo:

• Mở rộng phát triển mô hình toán lên không gian hai chiều (2D) hoặc ba chiều (3D), tích hợp mô hình sinh thái với mô hình thủy động lực học dòng chảy và vận chuyển bùn cát.
• Nghiên cứu chi tiết hơn động học của chuỗi thức ăn bậc cao (động vật đáy, các loài cá ăn tảo) và bổ sung các quá trình tương tác hóa - sinh tại lớp ranh giới trầm tích - nước dưới tác động của biến đổi khí hậu.

Giá trị tham khảo

Luận án là tài liệu tham khảo hữu ích cho:

• Nghiên cứu sinh, học viên cao học và sinh viên các ngành Kỹ thuật Môi trường, Quản lý Môi trường, Kỹ thuật Tài nguyên nước, Thủy văn trong việc tiếp cận phương pháp mô hình hóa sinh thái nước mặt.
• Giảng viên và nghiên cứu viên cần tham khảo phương pháp lập trình giải hệ phương trình vi phân thường (PTVPT) và thuật toán tối ưu hóa tham số bằng GA trên môi trường Matlab (chi tiết tại Phụ lục 11).
• Các cơ quan quản lý nhà nước như Chi cục Bảo vệ Môi trường, Sở Tài nguyên và Môi trường Hà Nội, Công ty Thoát nước Hà Nội trong việc đánh giá tải lượng ô nhiễm, phân loại trạng thái dinh dưỡng và xây dựng phương án phục hồi hệ sinh thái các hồ đô thị.

Câu hỏi thường gặp

1. Mô hình toán của luận án mô phỏng bao nhiêu biến trạng thái và phân chia những nhóm sinh vật nào?
Mô hình mô phỏng đồng thời 14 biến trạng thái, gồm 4 biến sinh học (Tảo lục, Vi khuẩn lam, Tảo silic, Động vật phù du) và 10 biến chất lượng nước (POC, DOC, TOC, DO, DIP, $\text{NH}_4\text{-N}$, $\text{NO}_2\text{-N}$, $\text{NO}_3\text{-N}$, TN, TP).

2. Điểm cải tiến cốt lõi trong phương trình vi phân của mô hình so với các nghiên cứu trước đây là gì?
Tác giả đã bổ sung trực tiếp thành phần dinh dưỡng ngoại sinh từ khí quyển và nước mưa chảy tràn bề mặt đô thị vào các phương trình vi phân cân bằng khối lượng của POC, DIP, $\text{NH}_4\text{-N}$ và $\text{NO}_3\text{-N}$, giúp phản ánh chính xác nguồn thải phân tán vào các hồ tĩnh nông nội đô.

3. Tác giả sử dụng phương pháp nào để giải hệ phương trình và tối ưu hóa bộ tham số?
Hệ phương trình vi phân thường được giải số bằng phương pháp Runge-Kutta thông qua hàm ode45 trong Matlab. Quá trình hiệu chỉnh 53 tham số (trong đó có 15 tham số nhạy nhất) được tự động hóa bằng Thuật giải di truyền (GA) với hàm mục tiêu cực tiểu hóa sai số RMSE.

4. Hiện trạng phú dưỡng tại hồ Cự Chính được đánh giá ở mức độ nào?
Kết quả quan trắc năm 2017–2018 cho thấy chỉ số trạng thái dinh dưỡng Carlson $TSI(TP)$, $TSI(TN)$ và $TSI(Chla)$ phần lớn vượt ngưỡng 70. Theo cả thang Carlson và Hakanson, hồ Cự Chính thuộc mức siêu phú dưỡng, với sự chiếm ưu thế tuyệt đối của vi khuẩn lam trong mùa nóng.

5. Các tiêu chí thống kê nào được sử dụng để kiểm chứng độ chính xác của mô hình?
Độ tin cậy của mô hình được đánh giá qua 4 chỉ số sai số thống kê gồm: Sai số quân phương (RMSE), Hệ số hiệu quả Nash-Sutcliffe (NSE), Tỷ số giữa RMSE và độ lệch chuẩn số liệu thực đo (RSR), cùng Phần trăm sai số (PBIAS).

Kết luận

Luận án đã phát triển thành công mô hình toán sinh thái gồm 14 biến trạng thái mô phỏng quá trình phú dưỡng ở các vùng nước tĩnh nông, có tích hợp nguồn dinh dưỡng từ nước mưa và dòng chảy tràn đô thị. Bằng việc ứng dụng thuật giải di truyền GA trên nền Matlab, nghiên cứu đã tối ưu hóa bộ 53 tham số động học và kiểm định đạt kết quả tốt với số liệu thực nghiệm tại hồ Cự Chính (Hà Nội). Công trình cung cấp cơ sở khoa học và công cụ tính toán phục vụ công tác quản lý, cảnh báo tảo nở hoa và kiểm soát chất lượng nước hồ nội thành.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1. Tông quan vẫn đề nghiên cửu. Trinh bảy tổng quan các nghiên cứu về mô hình phú dường hỖ trên thể giới và Việt "Nam. Phân ích, đ nh giá chi ra những tồn ti của nghiên cứu đã có để từ đó dẫn dit tới các vấn đỀ mà luận án tập trung hướng tối để thực hiện tChương 2.

Phát triển mô hình toán mô phòng quá trình phú dưỡng trong hồ tỉnh nông. “Xác lập ede cơ sở khoa họ, thực tiễn rong đồ cơ sở lý thuyết phát triển mô hình, các phương pháp nghiên cứu và các số liệu thu thập, đo đạc cần thiết được sử dụng trong nghiên cứu, (Cương 3. Két quả nghiên cứu và thảo luận “Trình bay các kết quả trong phát tin mô hình phú đưỡng trong các vùng nước tình, nông bao gồm các thành phần cái tiễn trong các phương trình toán, kết quả lập trình, "hiệu chỉnh, kiểm định va các kịch bản mô phỏng. Kết luận va kiến nghị, Danh mục các công t ih đã công bổ, Tai liệu tham khảo, Phụ lục.

CHUONG1 TỎNG QUAN VAN ĐÈNGHI 1.1 Tổng quan về phú đường 1.1 Khải niệm, cơ chế hình thành phú dưỡng.1 Khải niệm Hiện tượng phủ dưỡng (hay phủ dưỡng) là một dang gây suy giảm chất lượng nước thường xây ra ở các hộ, hồ chứa do nông độ các chất dinh dưỡng trong hỗ tổng quả «ao, chủ yéu là phốt pho [4], gây bùng phát thực vật thủy sin bao gồm tảo rồi nỗi tự đo, ảo bm dính hay cộng inh và thực vật nước có 18 hay còn gi là hiện tượng nở toa trong nước, din đến làm tăng him lượng các chất lơ lửng, chất hữu cơ, kim suy giảm lượng oxy hòa tan ong nước nhất là ở ng đáy gây ảnh hưởng không tốt dén chat lượng và hệ sinh thái nước [5].2 Cư chế hình thành Khi mới hình thành, các hồ đều ở tin trang nghéo dinh dưỡng, nước thường khá tong, Chit dinh đường đến hỗ được bi sung te nước mưa, dng chảy mang phủ sa giàu chất dinh dưỡng, khoáng chat, tram tích, sự phân hủy xác động thực vật thủy sinh. và chất thai của chúng. Docác chit rin, trim tích lắng xuống đầy hd và sự phát iển mạnh của các loài thye vật có rễ ven bử làm cho hồ nước ngày trở nên nông hơn và diện tích mặt thoáng ngiy cảng bj thu hep nên hỗ tự nhiên sẽ dẫn biển thành các dim ly sau đó trở thành các đồng cỏ [6] Sự tang trưởng của thực vật nỗi đặc biệt là tảo là một trong những quá trình chủ yếu của phú dưỡng. Sinh khối thực vật nỗi được sin sinh thông qua quá tình quang hợp bằng cách sử dụng năng lượng mặt tờ và các chất vô cơ được tôm tắt như sau (1) Anh sing + 6CO,+ 6H;O = C/H;0, + 605 ay “Trong đó glucose (C,Hị;O,) dai điện cho hợp chit hữu cơ trong thực vật.

Thực vật nỗi sin sinh ra oxy thông qua quá trình quang hợp và tiêu thụ oxy thông qua quá tình ho hấp, Lượng oxy sản sinh ra phụ thuộc vào dang nữ vô cơ sử dụng cho -quá trình tăng trường của thực vật nỗi được thé hiện trong phương nh sau 7] 10600, +6NHj+HPO3~+106H,0 =" + CạøgH,,s0,gNyyP + 1060; + 1SH* (1-2) 106C0,+16N0+HPOÿ”+ 2X123N,0+17 ,CyHss0,yyNịgPN*— 21380, — (1-3) Khi cưởng độ bức xạ mặt trời tăng lên sẽ cung cắp thêm nguồn năng lượng cho quá trình quang hop dẫn đến sinh khổi của thực vật nỗi ting khi sử dụng các chất định cường dưới dạng hòa tan. Cơ chế này tiếp diễn đến khi chất dịnh dưỡng trong nước không đấp ứng được nhu cầu phát triển của thực vật nổi thi sự gia ting sinh khối sẽ đăng l I8} 1.2 Nguyên nhân gây phí dưỡng Theo nhiều nghá cứu, có nhiều nguyên nhân dẫn đến phú dưỡng nhưng chủ yéu do ning độ các chit nh dưỡng trong ving nước cao, đặc biệt là các muỗi da lượng của nitơ va phốt pho [9], nhiệt độ nước dim, cường độ bức xạ mặt trời ở mức cao, giá trị pH cao và nông độ CO; thấp [10], [11] Đối với các ving nước chịu ảnh hưởng của cúc nguồn thải đầu vio tì nguyên nhân chính gây ra phú dưỡng la do các nguồn đầu vào chứa nhiễu chat dinh dưỡng [12]. Các nguồn thải chủ yếu gây ra phú dưỡng là tử khu vực đô thị và từ hoạt động sản xuất nông nghiệp. Trong đó, nguồn thải đô thị (công nghiệp, sinh hoạ) đồng gp một lượng đáng ké các chất dinh dưỡng đỗ vào hệ thong sông, hồ.

Thêm vào đó tại các đô thi, việc sử đụng các chất tây rửa trong sinh hoạt nên nước thải sinh hoạt là một trong. những nguồn bổ sung phốt pho quan trọng đỗ vào các vùng nước [13] CC bạ loi nguồn dịnh dưỡng chủ yu là nguồn điểm và nguồn phân tn, Các nguồn phân tần thường là mỗi quan tâm lớn hơn nguồn điềm vì lượng lớn, phạm v rồng và Xhổ kiểm soft hơn, Các nguồn phân tn như lồng dong tờ kh quyén và nước chảy trần trên bề mặt đã thay thé nguồn điểm Ia ác nhân chính gây phú dưỡng trong nhiu loi "vũng nước khác nhau [4] "Nguồn cũng cấp nữ và phốt pho từ sự lắng đọng của khí quyển bao gdm khuếch tần từ không khí ng đọng khô) và mưa (ing đọng ớt) à nguồn định đường đăng kể từ bên ngoài cho hệ sinh thái đưi nước đặc biệt với các ving nước ở trong các khu vực, đồ thị khi it có sự gia nhập của các nguồn thải tập trung. Chat 6 nhiễm được lắng dong trực tiếp hoặc gián tiếp vio trong các vùng nước và ảnh hường đến chất lượng nước, “của chúng. Lắng đọng trực tiếp xảy ra khi các chất 6 nhiễm được lắng đọng lên bé mặt của ving nước còn ling đọng gián tiếp xay ra kh các chất 6 nhiễm được ting đọng trên bi mặt dit trước và sau đó được rửa rồi vào trong nước thông qua lượng nước “mưa chiy trân [I5].

Trong 46, sự lắng dong nits có nồng độ cao hơn sơ hơn với phối pho bao gồm nite võ cơ hòa tan và một số hợp chất hữu cơ khá [6] bởi trong thành phần của không khí nit chiếm tới 78% theo thể tích, Theo nghiên cứu của FISRWG trong nước mưa nồng độ trưng bình của TN l 09 mg trong khí đó TP là 0015 ml [16]. Ở Việt Nam theo nghiên cứu của Minju Lee et al. (2017) [17] quan trắc, phân. tích chất lượng nước mưa tai Cự Khê (Hà Nội từ tháng § năm 2014 đến tháng 7 năm, 2015 cho giá trì nồng độ trung bình của NO,-N là 023 (0-1398) mg, NON là 096 (01-86) mg và NHẹN là 033 (003-086) mg/l, Thêm vào đồ nghiền cứu của Nguyen Thi Thu Thuy etal.

Từ các nghiên cứu cho thấy nồng độ chất dink dưỡng trong nước mưa ở khu vực Hà Nội khá cao góp phần cung cắp thêm nguồn định dưỡng cho các hỗ. Thêm vào đó do ảnh hưởng của quá tình đô thị hóa kh thâm thực vật trên bỄ mặt đệm được thay bằng những toà nhà, khu trung tâm thương mại, bai đậu xe, mat đường giao thông vi các công tình din dụng khác đã làm cho b& mặt đệm không thắm tăng lên ở đô tị. BE mặt đệm không thắm tăng cùng với các hoạt động phát triển kinh té trên bề mặt đệm làm nhiều chất ô nhiễm tích luỹ trên bề mặt và khi mưa các chất ô nhiễm sẽ cuốn tri theo nước mua chảy tần [I9]. Nguồn chất inh dưỡng trong nước mưa chảy tràn đỗ vào hồ là một trong những nguồn quan trong kim suy thoái chất lượng nguồn.

"ước trong dé cổ các chất hữu cơ chủ yếu là hợp chit của it và phốt pho. Nude mưa chấy trân có nàng độ TN trong khoảng từ 3-10 mil và TP từ 02-1,7 mg (16). 6 Việt Nam trong nghiên cứu của Nguyễn Văn Hồng khi phản ích các mẫu nước mưa chiy trần đặc tưng cho khu vực đô thị ở hành phố Hỗ Chí Minh tong năm 2013-2014 có giá tr nồng độ trung bình các chất hữu cơ bao gồm TN là 2.82 (2,016-3,98) mg, NHN là 1,46 (0905. 1,976) mg/l, NON là 0201 (0,056-0,371) mi và TP là 0,608 (0135-1126) mal [19] Ngoài ra chất dinh đường twin hoàn từ quả trình bà tết của ác sinh vật, sự phân hy Và trao đổi các chất dính đường ở b mặt trầm tích day và cột nước gop phần lớn thúc day quá tình phủ đường trong hỗ 1LI-3 Phương pháp đánh giá phú dưỡng hồ Đánh giá phú dưỡng là điều cần thiết để xác định mức độ phú dưỡng trong khu vực nghiền cứu để có cái nhìn tng th, từ đó đề xuất ác gi pháp phủ hợp để giảm thiêu tác động tiêu cực của chúng Để nhận tất trạng thái dịnh dưỡng trong các vùng nước, một số thuật ngữ như nghèo định đưỡng, dinh dưỡng trung bình, phú đưỡng và siêu phú dưỡng đã được định nghĩa để sử dụng [20].

Nghèo dinh dưỡng la trạng thải hd có nồng độ chất inh dưỡng thấp, Không có động thực vật thủy sinh. Những hồ này có ắt thực vật nỗi và tích hợp cho mục đích cap nước. Trung dưỡng là trạng thái hỗ có nông độ dinh dưỡng trung bình, đồi sống của động thục vật thủy sinh khá phong phủ và cho thấy những dẫu hiệu ban đầu các vin đề chất lượng nước, Phú đường là trạng thái hồ có nhiều chất dnh dưỡng tập trung, sinh vật nổi phát triển phong phú, cho thấy dau hiệu ngày càng lớn các vấn. để chất lượng nước.

Siêu phú đưỡng là trang thái hỗ mi nồng độ chất dink đưỡng chiếm wu thể, sự phát iễn của thực vit hủy sinh được xác định bởi các yếu tổ vật ý, “Các vin để chất lượng nước gin như liền tục và trở nên nghiềm trọng. Sinh vật thủy sinh ngưng phát trí ‘iu thấp hơn khi nồng độ oxy hòa tan suy giảm [21] “Có nhiều nghiên cứu phát tiễn phương pháp đánh giá phú dưỡng và điền hình trong số 46 là phương pháp của Hakanson etal, (2007) kh tập trung sử dung gi t nồng độ sửa các thông số TN, TP và Chlorophyta (Chla) để phân chia thành các mức độ định dưỡng [22] Bảng 1.1 Phân loại mức độ dinh dưỡng hỗ theo phương pháp Hakanson [22] 1. > 043 Gila et) mm 20 Hiện nay nồng độ TN và TP được coi là yêu tổ chính gây ra hiện trợng phú dưỡng trong hệ sinh thấi nước ngọt, Như vậy với phương pháp của Hakanson đảnh giá mức 9 độ phú đường tong hồ cần tập trung phân ích các thông số TN, TP đại diện cho 8 độ các chất dink dưỡng trong hỗ và thông Chia để xem xét sự phát triển của thực, vật nỗi rong hỏ. Dây là phương pháp cỏ độ tin cậy cao khi sử dụng các thông số cơ.