Nghiên Cứu Mô Hình Sinh Thái và Chất Lượng Nước Sông Hồng và Sông Thái Bình

Nghiên cứu mô hình sinh thái và chất lượng nước sông Hồng và sông Thái Bình là một nhiệm vụ cấp thiết. 230 trang · Trường Đại Học Xây Dựng Hà Nội · 2000.

• Tác giả: Dang Xuan Hien
• Người hướng dẫn: GS. Trần Hiếu Nhuệ
• Trường học: Trường Đại Học Xây Dựng Hà Nội
• Chuyên ngành: Cấp Thoát Nước
• Đề tài: Nghiên Cứu Mô Hình Sinh Thái và Chất Lượng Nước Sông Hồng và Sông Thái Bình
• Loại tài liệu: Luận Án Tiến Sĩ
• Năm xuất bản: 2000
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• CÁC ĐỊNH NGHĨA VÀ KÝ HIỆU
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: ĐẶC ĐIỂM SINH THÁI-CHẤT LƯỢNG NƯỚC SÔNG HỒNG- THÁI BÌNH VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA VIỆC NGHIÊN CỨU MÔ HÌNH SINH THÁI- CHẤT LƯỢNG NƯỚC
• 1.1. Tổng quan sơ lược một số nghiên cứu về dòng chảy sông
• 1.2. Đặc điểm sinh thái-chất lượng nước của dòng chảy sông Hồng và Thái bình
• 1.2.1. Đặc điểm sinh thái của dòng chảy sông
• 1.2.1.1. Ảnh hưởng của dòng chảy đến sinh thái sông
• 1.2.1.2. Sự trao đổi vật chất và năng lượng của sông với môi trường hai bên bờ
• 1.2.1.3. Tính chất của các quần xã trong dòng chảy sông
• 1.2.2. Đặc điểm thuỷ sinh của dòng chảy sông Hồng và sông Thái bình
• 1.2.2.1. Thực vật nổi
• 1.2.2.2. Động vật nổi
• 1.2.3. Đặc điểm chất lượng nước sông, các yếu tố chi phối và ảnh hưởng đến chất lượng nước sông
• 1.2.3.1. Các yếu tố chi phối và ảnh hưởng đến chất lượng nước sông
• 1.2.3.2. Đặc điểm chất lượng nước sông Hồng và sông Thái bình
• 1.3. Các vấn đề cơ bản trong nghiên cứu mô hình chất lượng nước
• 1.3.1. Một số mô hình toán được ứng dụng trong nghiên cứu chất lượng nước của dòng chảy sông
• 1.3.2. Một số nhận xét về phương pháp số trong nghiên cứu mô hình thuỷ động lực học một chiều
• 1.3.2.1. Phương pháp giải tích
• 1.3.2.2. Phương pháp đặc trưng
• 1.3.2.3. Phương pháp sai phân hữu hạn
• 1.3.3. Một số nhận xét về phương pháp số giải bài toán vận chuyển vật chất trong dòng chảy sông (bài toán tải-khuếch tán chất)
• 1.3.3.1. Phương pháp số giải phương trình tải-khuếch tán
• 1.3.3.2. Phương pháp số giải phương trình tải
• 1.3.3.3. Phương pháp số giải phương trình khuếch tán
• 1.3.4. Các quá trình cần xét khi mô hình hoá sinh thái-chất lượng nước sông
• 1.4. Kết luận chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH ĐỘNG HỌC MỘT SỐ QUÁ TRÌNH SINH THÁI VÀ SINH HỌC-CHẤT LƯỢNG NƯỚC TRONG DÒNG CHẢY SÔNG
• 2.1. Mô hình hoá một số quá trình sinh thái trong dòng chảy sông
• 2.1.1. Hệ sinh thái dòng chảy sông và các quá trình sinh thái
• 2.1.2. Các tương quan của các quá trình hoá học, sinh học và sinh thái trong hệ sinh thái sông
• 2.1.3. Các thành phần chủ yếu trong hệ sinh thái sông và mô hình sinh thái
• 2.1.4. Mô hình hoá một số quá trình sinh thái trong sông
• 2.1.4.1. Sản xuất bậc một trong dòng chảy sông
• 2.1.4.2. Tốc độ ăn mồi của động vật nổi
• 2.1.4.3. Quá trình khử các chất trong nước do lắng
• 2.1.4.4. Tốc độ khoáng hoá chất vẩn
• 2.1.4.5. Quá trình khử nitrat hoá
• 2.1.4.6. Các quá trình phân huỷ sinh hoá trong sông
• 2.1.4.7. Quá trình hoà tan ôxy từ không khí
• 2.1.4.8. Sự phân huỷ trong lớp bùn đáy
• 2.1.4.9. Quá trình giải phóng các chất dinh dưỡng từ bùn đáy vào nước
• 2.1.4.10. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ sinh học
• 2.1.4.11. Ảnh hưởng gây chết của các chất độc đến thành phần sinh học
• 2.2. Mô hình hoá một số quá trình sinh học-chất lượng nước trong dòng chảy sông
• 2.2.1. Mô hình hoá quá trình nitrat hoá trong dòng chảy sông
• 2.2.1.1. Quá trình nitrat hoá trong dòng chảy và chu trình ni tơ
• 2.2.1.2. Mô hình toán học quá trình nitrat hoá trong dòng chảy sông
• 2.2.1.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nitrat hoá trong dòng chảy sông
• 2.2.1.3.1. Ảnh hưởng của pH
• 2.2.1.3.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ đối với quá trình nitrat
• 2.2.1.3.3. Ảnh hưởng của ôxy hoà tan đối với quá trình nitrat
• 2.2.1.3.4. Ảnh hưởng của BOD5 đối với quá trình nitrat
• 2.2.1.3.5. Ảnh hưởng của các chất độc kìm hãm, các chất hữu cơ có khả năng phân huỷ và ánh sáng
• 2.2.1.3.6. Ảnh hưởng của hình thái sông và vận tốc dòng chảy
• 2.2.1.4. Mô hình hoá sự phát triển của vi sinh vật nitrat trong sông
• 2.2.1.5. Mô hình hoá quá trình khử nitrat trong dòng chảy sông
• 2.2.2. Mô hình hoá sự phát triển của tảo trong dòng chảy sông
• 2.2.2.1. Sự phát triển của tảo trong dòng chảy sông
• 2.2.2.2. Các phương trình cơ bản
• 2.2.2.3. Động học sự phát triển của tảo
• 2.2.2.4. Sự hô hấp của tảo
• 2.2.2.5. Tốc độ chết của tảo
• 2.2.2.6. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự phát triển của tảo trong sông
• 2.2.2.6.1. Ảnh hưởng của các chất dinh dưỡng
• 2.2.2.6.2. Ảnh hưởng của ánh sáng
• 2.2.2.6.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ
• 2.2.2.6.4. Ảnh hưởng của sự kìm hãm quang hợp
• 2.2.2.6.5. Tốc độ mất đi của tảo do lắng
• 2.2.2.6.6. Sự ăn tảo của động vật nổi
• 2.2.3. Động học sự phát triển của động vật nổi
• 2.2.3.1. Tốc độ sinh trưởng của động vật nổi
• 2.2.3.2. Tốc độ chết của động vật nổi
• 2.2.4. Động học sự phát triển của động vật đáy
• 2.2.4.1. Tốc độ phát triển của động vật đáy
• 2.2.4.2. Tốc độ hô hấp của động vật đáy
• 2.2.4.3. Tốc độ chết của động vật đáy
• 2.2.5. Động học sự phát triển của cá
• 2.2.6. Động học sự phát triển của vi khuẩn dị dưỡng
• 2.3. Kết luận chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH SINH THÁI-CHẤT LƯỢNG NƯỚC DÒNG CHẢY SÔNG
• 3.1. Mô hình thuỷ động lực một chiều
• 3.1.1. Phương trình cơ bản và các điều kiện ràng buộc
• 3.1.2. Khảo sát điều kiện biên
• 3.1.3. Mô hình vùng mở rộng
• 3.2. Mô hình sinh thái-chất lượng nước của dòng chảy sông
• 3.2.1. Các điều kiện ban đầu và điều kiện biên
• 3.2.2. Quá trình tải-khuếch tán và các phản ứng
• 3.2.3. Vùng nước lặng hay vùng nước chết trong sông
• 3.3. Phương pháp số của mô hình
• 3.3.1. Bài toán tính dòng chảy không dừng một chiều
• 3.3.2. Phương pháp số giải bài toán vận chuyển-chuyển hoá vật chất trong sông
• 3.3.2.1. Phương pháp số giải bài toán tải
• 3.3.2.2. Phương pháp số giải phương trình khuếch tán
• 3.4. Xác định các hệ số của mô hình sinh thái-chất lượng nước
• 3.5. Hiệu chỉnh, kiểm nghiệm và phân tích độ nhạy của mô hình
• 3.6. Kết luận chương 3
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MÔ HÌNH SINH THÁI CHẤT LƯỢNG NƯỚC VÀO HỆ THỐNG SÔNG HỒNG VÀ SÔNG THÁI BÌNH, KIẾN NGHỊ CÁC GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHẰM BẢO VỆ CHẤT LƯỢNG NƯỚC SÔNG
• 4.1. Cơ sở dữ liệu
• 4.1.1. Số liệu địa hình
• 4.1.2. Số liệu điều kiện biên
• 4.1.3. Số liệu ban đầu
• 4.1.4. Các hệ số của mô hình sinh thái chất lượng nước sông
• 4.1.5. Các số liệu dùng để kiểm nghiệm mô hình
• 4.2. Áp dụng để mô phỏng chất lượng nước trong hệ thống sông Hồng
• 4.2.1. Hiệu chỉnh và kiểm nghiệm mô hình thuỷ động lực
• 4.2.2. Hiệu chỉnh và kiểm nghiệm mô hình sinh thái-chất lượng nước sông
• 4.3. Áp dụng để mô phỏng sinh thái-chất lượng nước trong sông Thương thuộc hệ thống sông Thái bình
• 4.3.1. Hiệu chỉnh và kiểm nghiệm mô hình thuỷ động lực và mô hình sinh thái-chất lượng nước sông
• 4.4. Nghiên cứu khả năng tiếp nhận tải lượng ô nhiễm do nước thải trên cơ sở mô hình sinh thái-chất lượng nước sông
• 4.5. Kiến nghị công nghệ xử lý nước thải hợp lý cho các nhà máy thuộc khu vực nghiên cứu trước khi xả vào sông để bảo vệ chất lượng nước sông
• 4.6. Kiến nghị các biện pháp bảo vệ chất lượng nước sông khu vực nghiên cứu
• 4.7. Kết luận chương 4
• KẾT LUẬN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC

Tóm tắt

I. Tổng Quan Nghiên Cứu Mô Hình Sinh Thái Sông Hồng 55 ký tự

Nghiên cứu mô hình sinh thái và chất lượng nước sông Hồng và sông Thái Bình là một nhiệm vụ cấp thiết. Các hệ sinh thái sông đang chịu áp lực lớn từ ô nhiễm, biến đổi khí hậu và khai thác quá mức. Việc xây dựng mô hình sinh thái giúp chúng ta hiểu rõ hơn về các quá trình tự nhiên trong sông, từ đó đưa ra các giải pháp quản lý và bảo vệ hiệu quả. Mô hình này sẽ xem xét các yếu tố như dòng chảy, chất dinh dưỡng, sinh vật phù du, động vật đáy và các chất ô nhiễm. Phân tích mối tương quan giữa các yếu tố này là chìa khóa để dự đoán và kiểm soát chất lượng nước. Nghiên cứu này đặc biệt quan trọng trong bối cảnh Việt Nam có nhiều sông, hồ, kênh rạch đang đối mặt với nguy cơ ô nhiễm nghiêm trọng. Việc áp dụng các mô hình sinh thái sẽ giúp các nhà quản lý đưa ra quyết định dựa trên cơ sở khoa học, đảm bảo sử dụng bền vững nguồn tài nguyên nước quý giá. Các nghiên cứu dòng chảy sông cũng cần được tổng quan để có cái nhìn toàn diện.

1.1. Nghiên Cứu Dòng Chảy Sông Hồng và Thái Bình

Dòng chảy của sông Hồng và sông Thái Bình đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì hệ sinh thái và chất lượng nước. Nghiên cứu dòng chảy bao gồm phân tích lưu lượng, vận tốc, độ sâu và các yếu tố thủy lực khác. Thông tin này cần thiết để xây dựng mô hình sinh thái, vì nó ảnh hưởng đến sự phân bố của các chất dinh dưỡng, chất ô nhiễm và sinh vật sống trong sông. Các nghiên cứu trước đây đã tập trung vào việc mô phỏng dòng chảy bằng các mô hình toán học, sử dụng các phương pháp số để giải các phương trình thủy động lực. Tuy nhiên, việc tích hợp các yếu tố sinh thái vào mô hình dòng chảy vẫn còn hạn chế. Cần có những nghiên cứu sâu hơn để hiểu rõ hơn về mối quan hệ giữa dòng chảy và các quá trình sinh học trong sông. Các đặc điểm sinh thái của dòng chảy sông cần được chú trọng.

1.2. Ảnh Hưởng Dòng Chảy Đến Hệ Sinh Thái Sông Ngòi

Dòng chảy có ảnh hưởng trực tiếp đến sự sống của các sinh vật trong sông. Ví dụ, dòng chảy mạnh có thể cuốn trôi sinh vật phù du và ngăn cản sự phát triển của tảo. Dòng chảy yếu có thể dẫn đến sự tích tụ chất ô nhiễm và thiếu oxy, gây hại cho các loài cá và động vật đáy. Ngoài ra, dòng chảy còn ảnh hưởng đến sự phân bố của các loài sinh vật khác nhau trong sông. Một số loài thích nghi với dòng chảy mạnh, trong khi những loài khác thích dòng chảy yếu hơn. Việc hiểu rõ những ảnh hưởng này là rất quan trọng để bảo vệ hệ sinh thái sông. Cần nghiên cứu sự đổi chất năng lượng của sông và môi trường xung quanh bờ sông.

II. Thách Thức Nghiên Cứu Chất Lượng Nước Sông Hồng 58 ký tự

Nghiên cứu chất lượng nước sông Hồng và sông Thái Bình đối mặt với nhiều thách thức. Các nguồn ô nhiễm đa dạng, từ nước thải sinh hoạt, công nghiệp đến nông nghiệp, gây ra sự suy giảm chất lượng nước. Việc xác định nguồn gốc và mức độ ô nhiễm là một nhiệm vụ phức tạp. Ngoài ra, sự biến đổi khí hậu cũng ảnh hưởng đến chất lượng nước, gây ra các hiện tượng như hạn hán, lũ lụt, xâm nhập mặn. Các phương pháp phân tích truyền thống thường chỉ tập trung vào các chỉ tiêu hóa học, bỏ qua các yếu tố sinh học quan trọng. Cần có các phương pháp tiếp cận toàn diện hơn, kết hợp cả hóa học, sinh học và vật lý để đánh giá chất lượng nước một cách chính xác. Bên cạnh đó, việc thu thập dữ liệu đầy đủ và đáng tin cậy cũng là một thách thức lớn. Đặc điểm chất lượng nước sông và các yếu tố ảnh hưởng cần được xác định rõ ràng.

2.1. Các Yếu Tố Ảnh Hưởng Đến Chất Lượng Nước Sông

Chất lượng nước sông bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, bao gồm: lưu lượng dòng chảy, nhiệt độ nước, độ pH, hàm lượng oxy hòa tan (DO), nồng độ các chất dinh dưỡng (nitrat, phosphat), nồng độ các chất ô nhiễm (kim loại nặng, thuốc trừ sâu), và sự hiện diện của các vi sinh vật gây bệnh. Các yếu tố này có thể tương tác với nhau một cách phức tạp, gây ra những ảnh hưởng khó lường đến chất lượng nước. Ví dụ, nhiệt độ nước cao có thể làm giảm hàm lượng DO, gây hại cho các loài cá. Nồng độ các chất dinh dưỡng cao có thể gây ra hiện tượng phú dưỡng, dẫn đến sự bùng nổ của tảo và suy giảm chất lượng nước. Việc xác định các yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến chất lượng nước là bước đầu tiên để xây dựng mô hình sinh thái. Cần có một mô hình toán được ứng dụng trong nghiên cứu chất lượng nước.

2.2. Đặc Điểm Chất Lượng Nước Sông Hồng Sông Thái Bình

Sông Hồng và sông Thái Bình có những đặc điểm chất lượng nước khác nhau, do sự khác biệt về địa hình, khí hậu, và các hoạt động kinh tế - xã hội trong khu vực. Sông Hồng thường có hàm lượng phù sa cao hơn, do xói mòn đất ở thượng nguồn. Sông Thái Bình có thể bị ảnh hưởng nhiều hơn bởi ô nhiễm từ các khu công nghiệp và khu dân cư ven sông. Cả hai sông đều đối mặt với vấn đề ô nhiễm từ nước thải nông nghiệp, chứa các chất dinh dưỡng và thuốc trừ sâu. Việc đánh giá đặc điểm chất lượng nước của từng sông là rất quan trọng để đưa ra các giải pháp quản lý phù hợp. Nghiên cứu một số nhận xét về phương pháp số trong nghiên cứu mô hình thủy động lực cũng rất quan trọng.

III. Phương Pháp Mô Hình Hóa Sinh Thái Sông 54 ký tự

Mô hình hóa sinh thái là một công cụ mạnh mẽ để nghiên cứu và quản lý chất lượng nước sông. Các mô hình này sử dụng các phương trình toán học để mô tả các quá trình vật lý, hóa học và sinh học xảy ra trong sông. Có nhiều loại mô hình khác nhau, từ các mô hình đơn giản chỉ tập trung vào một vài yếu tố chính, đến các mô hình phức tạp tích hợp nhiều yếu tố và quá trình. Việc lựa chọn mô hình phù hợp phụ thuộc vào mục tiêu nghiên cứu và nguồn dữ liệu sẵn có. Quá trình xây dựng mô hình bao gồm: thu thập dữ liệu, xác định các tham số mô hình, hiệu chỉnh và kiểm định mô hình. Mô hình đã được kiểm định có thể được sử dụng để dự đoán chất lượng nước trong tương lai và đánh giá hiệu quả của các biện pháp quản lý. Cần hiểu rõ các quá trình cần mô hình hoá sinh thái.

3.1. Phương Pháp Toán Vận Chuyển Chuyển Hóa Chất Trong Sông

Phương pháp toán vận chuyển-chuyển hóa chất là nền tảng của nhiều mô hình sinh thái sông. Phương pháp này mô tả sự di chuyển và biến đổi của các chất trong sông, do các quá trình như: vận chuyển dòng chảy, khuếch tán, hấp phụ, phân hủy, và các phản ứng hóa học. Các phương trình toán học được sử dụng để mô tả các quá trình này, thường là các phương trình vi phân hoặc tích phân. Việc giải các phương trình này đòi hỏi các phương pháp số, như phương pháp sai phân hữu hạn, phương pháp phần tử hữu hạn, hoặc phương pháp thể tích hữu hạn. Kết quả của phương pháp này là sự phân bố nồng độ của các chất trong sông theo thời gian và không gian. Cần so sánh phương pháp toán và phương pháp phương trình khuếch.

3.2. Xác Định Các Hệ Số Mô Hình Sinh Thái

Các hệ số mô hình sinh thái là các tham số định lượng mô tả tốc độ hoặc cường độ của các quá trình sinh học, hóa học và vật lý trong sông. Ví dụ, hệ số phân hủy mô tả tốc độ phân hủy của chất hữu cơ. Hệ số khuếch tán mô tả tốc độ khuếch tán của các chất trong nước. Việc xác định chính xác các hệ số này là rất quan trọng để mô hình có thể dự đoán chất lượng nước một cách chính xác. Các hệ số có thể được xác định bằng các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm hoặc trên hiện trường, hoặc bằng cách tham khảo các nghiên cứu trước đây. Tuy nhiên, việc xác định các hệ số này thường rất khó khăn, do sự phức tạp của các quá trình tự nhiên và sự thiếu hụt dữ liệu. Cần tập trung vào hiệu chỉnh, kiểm nghiệm phân độ nhạy của mô hình.

IV. Ứng Dụng Mô Hình Chất Lượng Nước Sông Hồng 59 ký tự

Việc ứng dụng mô hình chất lượng nước vào hệ thống sông Hồng và sông Thái Bình mang lại nhiều lợi ích thiết thực. Mô hình giúp đánh giá hiện trạng chất lượng nước, xác định các nguồn ô nhiễm chính, và dự đoán chất lượng nước trong tương lai. Dựa trên kết quả mô phỏng, các nhà quản lý có thể đưa ra các quyết định quản lý phù hợp, như: xây dựng các trạm xử lý nước thải, kiểm soát hoạt động sản xuất, và thực hiện các biện pháp bảo vệ nguồn nước. Mô hình cũng có thể được sử dụng để đánh giá hiệu quả của các biện pháp quản lý đã được thực hiện, và điều chỉnh chúng nếu cần thiết. Việc ứng dụng mô hình đòi hỏi sự hợp tác giữa các nhà khoa học, các nhà quản lý, và cộng đồng địa phương. Cơ sở dữ liệu cần phải đầy đủ và chính xác.

4.1. Mô Phỏng Chất Lượng Nước Sông Hồng Hiệu Chỉnh Kiểm Nghiệm

Quá trình mô phỏng chất lượng nước sông Hồng bao gồm hai bước chính: hiệu chỉnh và kiểm nghiệm. Hiệu chỉnh là quá trình điều chỉnh các tham số của mô hình sao cho kết quả mô phỏng phù hợp với các dữ liệu quan trắc thực tế. Kiểm nghiệm là quá trình đánh giá khả năng dự đoán của mô hình bằng cách so sánh kết quả mô phỏng với các dữ liệu quan trắc khác, không được sử dụng trong quá trình hiệu chỉnh. Cả hai bước này đều rất quan trọng để đảm bảo rằng mô hình có thể dự đoán chất lượng nước một cách chính xác. Việc hiệu chỉnh và kiểm nghiệm đòi hỏi sự hiểu biết sâu sắc về các quá trình sinh thái và thủy động lực trong sông, cũng như các kỹ năng sử dụng phần mềm mô phỏng. Cần xem xét số liệu và điều kiện biên một cách cẩn thận.

4.2. Nghiên Cứu Khả Năng Tiếp Nhận Ô Nhiễm Giải Pháp Bảo Vệ

Nghiên cứu khả năng tiếp nhận ô nhiễm của sông là rất quan trọng để quản lý chất lượng nước một cách bền vững. Khả năng tiếp nhận ô nhiễm là lượng chất ô nhiễm tối đa mà sông có thể tiếp nhận mà không gây ra những tác động tiêu cực đến hệ sinh thái và sức khỏe con người. Việc xác định khả năng tiếp nhận ô nhiễm đòi hỏi sự hiểu biết sâu sắc về các quá trình tự làm sạch của sông, như: pha loãng, phân hủy, và lắng đọng. Dựa trên kết quả nghiên cứu, các nhà quản lý có thể thiết lập các tiêu chuẩn xả thải phù hợp, và thực hiện các biện pháp kiểm soát ô nhiễm hiệu quả. Cần có kiến nghị công nghệ xử lý nước phù hợp.

V. Đề Xuất Giải Pháp Công Nghệ Xử Lý Nước Thải 56 ký tự

Bảo vệ chất lượng nước sông đòi hỏi việc áp dụng các giải pháp công nghệ xử lý nước thải hiệu quả. Các công nghệ xử lý nước thải có thể được chia thành ba loại chính: xử lý sơ cấp, xử lý thứ cấp, và xử lý bậc ba. Xử lý sơ cấp loại bỏ các chất rắn lơ lửng và các chất dầu mỡ. Xử lý thứ cấp loại bỏ các chất hữu cơ hòa tan và các chất dinh dưỡng. Xử lý bậc ba loại bỏ các chất ô nhiễm đặc biệt, như kim loại nặng và các chất hóa học độc hại. Việc lựa chọn công nghệ xử lý phù hợp phụ thuộc vào đặc điểm của nước thải và các yêu cầu về chất lượng nước sau xử lý. Việc đầu tư vào các công nghệ xử lý nước thải hiện đại là rất quan trọng để bảo vệ nguồn tài nguyên nước quý giá. Hiệu chỉnh kiểm nghiệm mô hình thủy động.

5.1. Kiến Nghị Công Nghệ Xử Lý Nước Thải Cho Khu Vực Nghiên Cứu

Dựa trên kết quả nghiên cứu, có thể đưa ra các kiến nghị về công nghệ xử lý nước thải phù hợp cho khu vực nghiên cứu. Các kiến nghị này cần xem xét đến đặc điểm của nước thải, khả năng tiếp nhận ô nhiễm của sông, và các yếu tố kinh tế - xã hội. Ví dụ, đối với khu vực có nhiều hoạt động nông nghiệp, cần áp dụng các công nghệ xử lý nước thải có thể loại bỏ các chất dinh dưỡng và thuốc trừ sâu. Đối với khu vực có nhiều khu công nghiệp, cần áp dụng các công nghệ xử lý nước thải có thể loại bỏ kim loại nặng và các chất hóa học độc hại. Các kiến nghị này cần được thực hiện một cách nghiêm túc để bảo vệ chất lượng nước sông và sức khỏe cộng đồng. Cần chú ý hiệu chỉnh kiểm nghiệm mô hình sinh thái.

5.2. Biện Pháp Bảo Vệ Chất Lượng Nước Sông Trong Tương Lai

Để bảo vệ chất lượng nước sông trong tương lai, cần thực hiện một loạt các biện pháp, bao gồm: kiểm soát nguồn ô nhiễm, cải thiện hệ thống thoát nước, bảo vệ rừng đầu nguồn, và nâng cao nhận thức cộng đồng. Kiểm soát nguồn ô nhiễm đòi hỏi việc áp dụng các tiêu chuẩn xả thải nghiêm ngặt và kiểm tra thường xuyên. Cải thiện hệ thống thoát nước giúp giảm thiểu lượng nước thải chưa qua xử lý đổ vào sông. Bảo vệ rừng đầu nguồn giúp giảm xói mòn đất và hạn chế sự xâm nhập của các chất ô nhiễm vào sông. Nâng cao nhận thức cộng đồng giúp người dân hiểu rõ hơn về tầm quan trọng của việc bảo vệ nguồn nước và tham gia vào các hoạt động bảo vệ môi trường. Quan trọng là phải nghiên cứu khả năng nhận lượng nhiễm.

VI. Kết Luận và Hướng Nghiên Cứu Mô Hình Sông 51 ký tự

Nghiên cứu mô hình sinh thái và chất lượng nước sông Hồng và sông Thái Bình là một nhiệm vụ quan trọng và phức tạp. Các mô hình này cung cấp một công cụ mạnh mẽ để đánh giá hiện trạng chất lượng nước, dự đoán chất lượng nước trong tương lai, và đánh giá hiệu quả của các biện pháp quản lý. Tuy nhiên, việc xây dựng và ứng dụng các mô hình này đòi hỏi sự hiểu biết sâu sắc về các quá trình tự nhiên trong sông, cũng như các kỹ năng sử dụng phần mềm mô phỏng. Trong tương lai, cần có những nghiên cứu sâu hơn để hoàn thiện các mô hình sinh thái, và mở rộng phạm vi ứng dụng của chúng. Cần kiến nghị các biện pháp bảo vệ chất lượng nước sông.

6.1. Tóm Tắt Kết Quả Nghiên Cứu và Bài Học Kinh Nghiệm

Nghiên cứu đã đạt được những kết quả quan trọng trong việc xây dựng và ứng dụng mô hình sinh thái và chất lượng nước sông Hồng và sông Thái Bình. Các kết quả này cung cấp một cơ sở khoa học để quản lý chất lượng nước một cách bền vững. Tuy nhiên, quá trình nghiên cứu cũng cho thấy một số thách thức và hạn chế, như sự thiếu hụt dữ liệu, sự phức tạp của các quá trình tự nhiên, và sự khó khăn trong việc xác định các hệ số mô hình. Từ những bài học kinh nghiệm này, có thể rút ra những kiến nghị để cải thiện công tác nghiên cứu và quản lý chất lượng nước trong tương lai. Cần chú trọng đến kết luận chương.

6.2. Hướng Nghiên Cứu Tiếp Theo Về Mô Hình Sinh Thái

Trong tương lai, cần có những nghiên cứu sâu hơn để hoàn thiện các mô hình sinh thái và chất lượng nước sông. Các hướng nghiên cứu tiếp theo có thể bao gồm: tích hợp các yếu tố biến đổi khí hậu vào mô hình, phát triển các mô hình ba chiều để mô tả dòng chảy phức tạp, nghiên cứu ảnh hưởng của các chất ô nhiễm mới nổi, và ứng dụng các kỹ thuật trí tuệ nhân tạo để cải thiện độ chính xác của mô hình. Ngoài ra, cần có sự hợp tác chặt chẽ hơn giữa các nhà khoa học, các nhà quản lý, và cộng đồng địa phương để đảm bảo rằng các mô hình được sử dụng một cách hiệu quả và mang lại lợi ích thiết thực cho xã hội. Nên tập trung kết luận và đề xuất tài liệu tham khảo.

Nội dung chính

Tổng quan luận án

Luận án tiến sĩ kỹ thuật chuyên ngành Cấp thoát nước (mã số 2.12) của nghiên cứu sinh Đặng Xuân Hiển, được thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của GS. Trần Hiếu Nhuệ tại Trường Đại học Xây dựng Hà Nội (năm 2000), với tiêu đề: "Nghiên cứu phân tích, mô phỏng sinh thái - chất lượng nước phục vụ việc sử dụng hợp lý nguồn nước sông".

Tính cấp thiết của đề tài xuất phát từ thực trạng mạng lưới sông ngòi Việt Nam (với 2.260 con sông dài trên 10 km) đang chịu áp lực khai thác lớn và suy thoái do tiếp nhận nước thải sinh hoạt, công nghiệp chưa qua xử lý, cùng hiện tượng rửa trôi phân bón, hóa chất nông nghiệp và xói mòn do mất rừng đầu nguồn. Tác giả chỉ ra rằng việc đánh giá chất lượng nước sông theo quan điểm hiện đại không thể dừng lại ở các chỉ tiêu hóa lý đơn thuần mà phải gắn liền với các thành phần sinh học và năng suất sơ cấp. Khoảng trống nghiên cứu được xác định là: các dữ liệu quan trắc trước đây còn rời rạc, thiếu tính hệ thống; các mô hình vận chuyển chất truyền thống chủ yếu áp dụng cho chất bền vững, xem nhẹ sự trao đổi giữa nước và bùn đáy, đồng thời chưa tích hợp đầy đủ động học của hệ sinh thái dòng chảy mở.

Mục tiêu nghiên cứu của luận án là phát triển mô hình toán sinh thái - chất lượng nước một chiều (1D) trên cơ sở ghép nối phương trình thủy động lực học và phương trình cân bằng chất sinh học, có xét đến các quá trình sinh học, sinh thái, tương tác nước - bùn đáy và các vùng thủy lực đặc biệt. Các nhiệm vụ cụ thể được đánh số trong văn bản gồm:

1. Phân tích đặc điểm sinh thái - chất lượng nước sông và các ảnh hưởng tương hỗ để xây dựng sơ đồ cấu trúc tổng quát của mô hình.
2. Nghiên cứu phát triển mô hình động học các quá trình sinh thái và sinh học chủ yếu (sản xuất bậc một, động vật nổi ăn mồi, giải phóng chất từ bùn đáy, nitrat hóa, vi sinh vật nitrat, sự phát triển của tảo và động vật nổi), đồng thời xác định các hệ số của mô hình.
3. Thiết lập mô hình toán sinh thái - chất lượng nước sông kết hợp bài toán thủy động lực Saint-Venant và bài toán cân bằng chất, có tính đến vùng mở rộng và vùng nước lặng.
4. Ứng dụng mô hình vào các đoạn sông thuộc hệ thống sông Hồng và sông Thái Bình để xác định phạm vi ảnh hưởng của nguồn thải và vị trí khai thác nước mặt.
5. Xác định khả năng chịu tải ô nhiễm của sông và kiến nghị sơ đồ công nghệ xử lý nước thải hợp lý cho khu vực nghiên cứu nhằm bảo vệ nguồn nước.

Đối tượng nghiên cứu là các tham số và biến trạng thái của mô hình mô phỏng sinh thái - chất lượng nước dòng chảy sông (dưới dạng hệ phương trình phi tuyến một chiều trung bình mặt cắt ngang). Phạm vi nghiên cứu về thủy lực giới hạn ở dòng chảy một chiều không ổn định, biến đổi chậm, giả thiết vận tốc chuyển động của chất và dòng nước là đồng nhất theo lý thuyết khuếch tán cổ điển. Phạm vi không gian tập trung vào lưu vực sông Hồng (đoạn từ Yên Bái đến Sơn Tây, bao gồm các hợp lưu sông Đà, sông Lô), sông Thương thuộc hệ thống sông Thái Bình, và vùng công nghiệp trọng điểm Bãi Bằng - Lâm Thao - Việt Trì. Các giải pháp công nghệ xử lý nước thải đề xuất dừng ở mức sơ đồ nguyên lý định tính.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Luận án điểm lại lịch sử phát triển của các nghiên cứu dòng chảy và mô hình hóa chất lượng nước trên thế giới và tại Việt Nam:

• Trên thế giới, tác giả ghi nhận các công trình nền tảng về dòng chảy và mô hình hóa của Saint-Venant, V. Stocker, R. Baca, Nyholm, S.E. Jørgensen tại Hoa Kỳ, Pháp, Anh, Đức, Nga, Hà Lan, Đan Mạch. Về mô hình chất lượng nước sông, các mô hình kinh điển được điểm lại gồm mô hình của Streeter-Phelps, Nemerow, M. Beck, Dresnack, Dobbin và A. James, với trọng tâm ban đầu là tính toán độ mặn, bùn cát lơ lửng, nhu cầu ôxy sinh hóa (BOD) và ôxy hòa tan (DO).
• Tại Việt Nam, các nghiên cứu thủy văn dòng chảy và tài nguyên nước được thực hiện bởi PGS. Hoàng Niêm và GS. Nguyễn Viết Phổ (1984); PGS. Hoàng Niêm (1990) đánh giá nguồn nước sông Hồng trước và sau khi có hồ Hòa Bình; PGS. Hoàng Niêm và cộng sự (1992) nghiên cứu tài nguyên nước trên quan điểm sinh thái bền vững; GS. Nguyễn Viết Phổ, Trần Tuất và PGS. Trần Thanh Xuân (1987) nghiên cứu địa lý thủy văn sông ngòi Việt Nam. Về lĩnh vực sinh thái và thủy sinh học, các công trình dẫn liệu tiêu biểu gồm nghiên cứu của GS. Dương Đức Tiến về khu hệ vi tảo nước ngọt, vi khuẩn lam và tảo chỉ thị ô nhiễm; GS. Mai Đình Yên về sinh thái thủy vực, phân loại học và nguồn lợi cá sông Hồng - sông Thái Bình; PGS. Vũ Trung Tạng về cấu trúc sinh học và hệ sinh thái vùng cửa sông nhiệt đới.

Vị trí của luận án được xác lập thông qua việc giải quyết khoảng trống tồn tại: khắc phục tình trạng số liệu sinh thái - thủy hóa bị phân tán, thiếu liên kết; chuyển dịch từ các mô hình chất lượng nước truyền thống (chỉ mô phỏng chất bảo toàn hoặc suy giảm bậc nhất) sang mô hình sinh thái tích hợp đa biến số, phản ánh mối tương tác giữa các chu trình sinh địa hóa trong khối nước, lớp bùn đáy và hoạt động của các quần xã thủy sinh.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Luận án xây dựng khung phân tích dựa trên sự kết hợp giữa thủy lực học sông ngòi và động học sinh thái học thủy vực:

• Khung lý thuyết: Mô hình thủy động lực sử dụng hệ phương trình Saint-Venant một chiều mô tả dòng chảy không ổn định. Mô hình chất lượng nước dựa trên phương trình vi phân tải - khuếch tán rối một chiều kết hợp các số hạng nguồn/chìm sinh - hóa học nội tại ($S_i$). Các phản ứng sinh học tuân theo động học Monod và Michaelis-Menten, mô tả sự phụ thuộc của tốc độ sinh trưởng của tảo và vi sinh vật vào các chất dinh dưỡng hạn chế (N, P, Si), ánh sáng, nhiệt độ và các yếu tố kìm hãm. Tác giả cũng đưa vào cấu trúc toán học khái niệm "vùng nước lặng" (dead zone) và "vùng mở rộng" để mô tả sự lưu giữ và trao đổi chất giữa dòng chảy chính và các vùng nước tù đọng ven bờ.

Ký hiệu	Ý nghĩa thông số	Đơn vị
$A(x,t); B(x,t); R(x,t)$	Diện tích mặt cắt, chiều rộng mặt nước, bán kính thủy lực	$\text{m}^2$; $\text{m}$; $\text{m}$
$Q(x,t); h(x,t); v(x,t)$	Lưu lượng, mực nước, vận tốc dòng chảy trung bình	$\text{m}^3/\text{s}$; $\text{m}$; $\text{m/s}$
$C(x,t); C_q(x,t)$	Nồng độ chất trong dòng chảy và trong nguồn bổ sung dọc đường	$\text{mg/l}$
$E$ hoặc $D_L$	Hệ số khuếch tán rối dọc dòng chảy	$\text{m}^2/\text{s}$
$P_u; P_{u,\max}$	Tốc độ sản xuất bậc một của tảo (thực tế và cực đại)	$\text{mg/(l}\cdot\text{ngày)}$
$\mu_A; \mu_{A,\max}$	Hệ số tốc độ phát triển của tảo (thực tế và cực đại)	$\text{ngày}^{-1}$
$K_N; K_P; K_{Si}$	Hằng số Michaelis của nitơ, phốt pho và silic	$\text{mg/l}$
$I; I_{opt}; I_{phot}$	Cường độ ánh sáng (thực tế, tối ưu và ngưỡng ức chế quang hợp)	$\mu\text{E/(m}^2\cdot\text{s)}$
$m_A; r_A; v_s$	Hệ số tốc độ chết tự nhiên, hô hấp và vận tốc lắng của tảo	$\text{ngày}^{-1}$; $\text{m/ngày}$
$g_Z; \mu_Z; m_Z$	Tốc độ ăn mồi, tốc độ phát triển và tốc độ chết của động vật nổi	$\text{ngày}^{-1}$
$k_{denit}; k_{bd}$	Hệ số khử nitrat hóa và hệ số giải phóng chất dinh dưỡng từ bùn đáy	$\text{ngày}^{-1}$
$k_{phn}; k_{phc}$	Hệ số phân hủy hiếu khí của phần BOD nhanh và BOD chậm	$\text{ngày}^{-1}$

• Phương pháp thực tế:
  • Phương pháp ma trận: Dùng để phân tích mối quan hệ tương hỗ đa chiều giữa các biến quá trình vật lý, hóa học, sinh học và thủy động lực học dòng sông.
  • Phương pháp số: Luận án áp dụng phương pháp tách bước (operator splitting) cho phương trình vận chuyển chất. Bài toán tải thuần túy được giải bằng phương pháp đường đặc trưng (Method of Characteristics - MOC), sử dụng hàm nội suy bậc ba Hermite cho độ chính xác bậc 4. Bài toán khuếch tán và phản ứng được giải bằng sơ đồ sai phân ẩn ba đường chéo (tridiagonal matrix). Phương trình Saint-Venant được rời rạc hóa bằng sơ đồ sai phân ẩn giải theo phương pháp truy toán cho mạng lưới sông phân nhánh và hợp lưu.
  • Thực nghiệm và phân tích thống kê: Các hệ số động học sinh thái được đo đạc, hiệu chuẩn trong thời gian tác giả làm việc tại Phòng thí nghiệm Vi sinh vật và Cân bằng chất sinh học thuộc Viện Liên bang Nghiên cứu Nguồn nước Đức (Bundesanstalt für Gewässerkunde). Số liệu khí tượng thủy văn do Tổng cục Khí tượng Thủy văn cung cấp. Số liệu chất lượng nước và thủy sinh dựa trên 2 đợt đo thực địa đồng bộ (tháng 6/1995 và tháng 1/1997) tại 9 mặt cắt (MC1 đến MC9) trên hệ thống sông Hồng.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Đặc điểm sinh thái - chất lượng nước sông Hồng - Thái Bình và cơ sở khoa học của việc nghiên cứu mô hình sinh thái - chất lượng nước

Chương 1 trình bày tổng quan điều kiện tự nhiên, đặc điểm sinh thái, khu hệ thủy sinh và hiện trạng chất lượng nước hệ thống sông Hồng và sông Thái Bình, đồng thời phân tích cơ sở toán học của các mô hình chất lượng nước:

• Sinh thái dòng chảy: Sông Hồng và sông Thái Bình là hệ sinh thái mở, có sự trao đổi vật chất và năng lượng lớn với lưu vực hai bên bờ. Dòng chảy biến đổi mạnh theo mùa là yếu tố giới hạn chính chi phối sự phân bố sinh vật. Hàm lượng ôxy hòa tan tự nhiên của sông tương đối cao ($> 4\text{--}6\text{ mg/l}$), khả năng tự làm sạch lớn.
• Khu hệ thủy sinh:
  • Thực vật nổi: Dao động từ 53 đến 71 loài và dưới loài, thuộc các ngành tảo Silic (Bacillariophyta), tảo lục (Chlorophyta) và tảo lam (Cyanophyta). Tảo Silic chiếm ưu thế tuyệt đối về tần suất xuất hiện và mật độ tế bào (tổng mật độ thực vật nổi dao động từ 4.453 đến 732.762 tế bào/lít, tăng dần từ thượng lưu về hạ lưu). Tảo lam chỉ xuất hiện lượng nhỏ tại một số điểm như phía trên điểm xả Bãi Bằng.
  • Động vật nổi: Gồm 31 đến 46 loài, chủ yếu thuộc hai nhóm giáp xác chân chèo (Copepoda) và giáp xác râu chẻ (Cladocera), mang đặc tính sông tự nhiên.
  • Động vật đáy: Dao động từ 19 đến 64 loài (ốc, trai, tôm, cua, ấu trùng côn trùng), thành phần nghèo nàn nhất ở các đoạn đáy cát và đáy bùn bằng phẳng.
  • Khu hệ cá: Ghi nhận từ 41 đến 96 loài, đa số thuộc họ Cá chép (Cyprinidae).
• Đặc tính hóa lý nước sông: Nhiệt độ nước dao động từ 18,3 đến 29,2 °C, độ chênh lệch tầng mặt - đáy nhỏ (0,1 đến 0,7 °C); pH mang tính kiềm yếu, dao động 6,20 đến 8,15; độ dẫn điện 132 đến 261 µS/cm; hàm lượng cặn lơ lửng mùa lũ rất cao (đạt 8.360 mg/l tại Cổ Tiết trên sông Thao), trong khi mùa khô sông Đà và sông Lô có hàm lượng cặn nhỏ ($< 25\text{ mg/l}$). Các chỉ tiêu ô nhiễm hữu cơ và dinh dưỡng trong điều kiện tự nhiên ở mức thấp: $\text{BOD}_5$ từ 0,21 đến 4,31 mg/l; COD từ 2,20 đến 21,14 mg/l; $\text{NH}_4^+$ từ 0,011 đến 0,615 mg/l; $\text{NO}_2^-$ từ 0,001 đến 0,170 mg/l; $\text{NO}_3^-$ từ 0,021 đến 2,340 mg/l.
• Tác giả tổng kết các phản ứng phong hóa tự nhiên hình thành ion trong nước ($1.1\text{--}1.6$), phương trình quang hợp tổng hợp chất nguyên sinh của tảo ($1.7$), phản ứng thủy phân hợp chất hữu cơ ($1.8$) và phân hủy hiếu khí vi sinh vật ($1.9$).

Chương 2: Mô hình động học một số quá trình sinh thái và sinh học - chất lượng nước trong dòng chảy sông

Chương 2 tập trung thiết lập biểu thức toán học cho các quá trình chuyển hóa động học sinh học và sinh thái:

• Sản xuất bậc một của tảo: Tốc độ sinh trưởng thực tế $\mu_A$ phụ thuộc vào tốc độ cực đại $\mu_{A,\max}$ nhân với các hàm suy giảm: dinh dưỡng $f(N, P, Si)$ theo dạng tích hoặc giá trị tối thiểu của các hàm Monod; ánh sáng $f(I)$ xét tới độ sâu quang hợp và ngưỡng ức chế quang hợp $I_{phot}$; nhiệt độ $f(T)$ và hệ số kìm hãm. Tốc độ mất mát sinh khối tảo bao gồm hô hấp ($r_A$), chết tự nhiên ($m_A$), lắng cơ học ($v_s$) và bị động vật nổi tiêu thụ ($g_Z$).
• Động học nitrat hóa và khử nitrat: Quá trình nitrat hóa hai bước ($\text{NH}_4^+ \rightarrow \text{NO}_2^- \rightarrow \text{NO}_3^-$) gắn liền với sự phát triển sinh khối của vi khuẩn tự dưỡng (Nitrosomonas và Nitrobacter). Mô hình lượng hóa ảnh hưởng của pH, nhiệt độ, nồng độ ôxy hòa tan, nồng độ $\text{BOD}_5$ và các chất kìm hãm đối với quá trình nitrat hóa; tốc độ khử nitrat ($\text{NO}_3^- \rightarrow \text{N}2$) được mô hình hóa theo hệ số $k{denit}$.
• Động học các bậc dinh dưỡng tiêu thụ: Thiết lập phương trình cho động vật nổi (tốc độ lọc thức ăn, hiệu suất đồng hóa, hô hấp, tử vong và bị cá ăn mồi); động vật đáy (thu nhận thức ăn, hô hấp cơ sở, hô hấp phụ thuộc dinh dưỡng và tử vong gia tăng khi DO giảm dưới ngưỡng $DO_{th}$); vi khuẩn dị dưỡng phân hủy hợp chất hữu cơ.
• Phân chia cơ chất hữu cơ: Luận án phân tách BOD thành hai cấu phần động học độc lập: phần phân hủy nhanh (hệ số $k_{phn}$) và phần phân hủy chậm (hệ số $k_{phc}$), kết hợp mô hình hóa tốc độ giải phóng chất dinh dưỡng từ lớp bùn đáy vào khối nước mặt ($S_{bd}$).

Chương 3: Mô hình sinh thái - chất lượng nước dòng chảy sông

Chương 3 trình bày cấu trúc liên kết hoàn chỉnh của hệ thống mô hình toán và các thuật toán giải số:

• Hệ phương trình thủy động lực 1D Saint-Venant: Gồm phương trình liên tục và phương trình động lượng có xét đến lưu lượng gia nhập hoặc rút ra dọc đường ($q$), hình học mặt cắt lòng dẫn phức tạp ($A, B, R$).
• Hệ phương trình chất lượng nước: Phương trình vi phân đạo hàm riêng dạng parabol - hyperbolic cho từng cấu phần nồng độ chất $C_i$: $$\frac{\partial (A C_i)}{\partial t} + \frac{\partial (Q C_i)}{\partial x} = \frac{\partial}{\partial x} \left( A E \frac{\partial C_i}{\partial x} \right) + A \cdot S_i + q C_{q,i}$$ trong đó $S_i$ đại diện cho tổng tốc độ các phản ứng sinh học, sinh thái, trao đổi nước - bùn đáy đã thiết lập tại Chương 2. Vùng nước lặng được mô hình hóa thông qua phương trình trao đổi khối lượng giữa dòng chảy chính và thể tích nước tĩnh bên bờ.
• Kỹ thuật tính toán số:
  • Đối với bài toán tải thuần túy ($\partial C/\partial t + v \partial C/\partial x = 0$), tác giả phân tích và so sánh các sơ đồ sai phân cổ điển (Euler, Lax, Leapfrog, Lax-Wendroff, Beam-Warming) và lựa chọn thuật toán đường đặc trưng MOC kết hợp phép nội suy hàm bậc ba Hermite. Kỹ thuật này sử dụng cả giá trị hàm và đạo hàm không gian ($\psi = \partial C/\partial x$) tại các điểm nút lưới, giúp triệt tiêu hiện tượng khuếch tán số và sóng giả mà vẫn bảo toàn độ dốc nồng độ lớn.
  • Đối với phương trình khuếch tán và phản ứng, sơ đồ sai phân ẩn được áp dụng để dẫn về hệ phương trình đại số tuyến tính ba đường chéo, giải bằng thuật toán Thomas.
  • Phương pháp hiệu chỉnh, kiểm nghiệm mô hình và phân tích độ nhạy của các tham số chính được chuẩn hóa theo quy trình tính toán số.

Chương 4: Kết quả nghiên cứu ứng dụng mô hình sinh thái - chất lượng nước vào hệ thống sông Hồng và sông Thái Bình, kiến nghị các giải pháp công nghệ xử lý nước thải nhằm bảo vệ chất lượng nước sông

Chương 4 cung cấp kết quả mô phỏng thực tế, cơ sở dữ liệu nguồn thải và đề xuất giải pháp xử lý kỹ thuật:

• Cơ sở dữ liệu và hệ số mô hình: Xác lập bộ thông số hình học, điều kiện biên thủy văn và các hệ số sinh thái cho sông miền Bắc Việt Nam.
• Kết quả hiệu chỉnh và kiểm nghiệm: Mô hình được kiểm nghiệm đối chứng với tài liệu quan trắc thực tế tại 9 mặt cắt (MC1 - MC9) trên sông Hồng trong hai giai đoạn: mùa lũ (tháng 6/1995) và mùa cạn (tháng 1/1997).

Chỉ tiêu hóa lý	MC1 (Thượng lưu Bãi Bằng)	MC4 (Khu vực Lâm Thao)	MC6 (Việt Trì - sau hợp lưu)	MC9 (Sơn Tây - hạ lưu)
Đợt đo tháng 6/1995 (Mùa hè)
Nhiệt độ nước (°C)	26,2	28,8	26,5	26,8
Ôxy hòa tan - DO (mg/l)	5,80	4,40	5,81	5,77
pH	7,70	6,85	6,71	7,74
$\text{NO}_3^-$ (mg/l)	0,735	1,102	1,011	0,715
$\text{NH}_4^+$ (mg/l)	0,104	0,291	0,172	0,118
$\text{PO}_4^{3-}$ (mg/l)	0,085	0,122	0,099	0,091
Chlorophyll-a (mg/l)	0,021	0,047	0,030	0,031
$\text{BOD}_5$ (mg/l)	0,51	1,33	1,12	0,61
Đợt đo tháng 1/1997 (Mùa đông)
Nhiệt độ nước (°C)	21,3	22,2	22,61	21,9
Ôxy hòa tan - DO (mg/l)	5,80	4,40	5,81	5,77
pH	7,53	6,81	7,81	7,31
$\text{NH}_4^+$ (mg/l)	0,189	0,331	0,241	0,259
$\text{BOD}_5$ (mg/l)	0,63	1,63	1,22	0,61
Động vật nổi (cá thể/lít)	Chưa thống kê	2.440	2.120	Chưa thống kê

• Dữ liệu nguồn thải công nghiệp tại vùng trọng điểm Bãi Bằng - Lâm Thao - Việt Trì cho thấy nồng độ ô nhiễm cao vượt quy chuẩn xả thải loại A theo TCVN 5945-1995:

Đơn vị xả thải	Lưu lượng thải	Đặc trưng ô nhiễm chính	Nồng độ tiêu biểu
CT Giấy Bãi Bằng	56.160 $\text{m}^3/\text{ngày}$	Cặn lơ lửng, lignin, xút, kiềm, chất hữu cơ	Lignin, xút, COD cao
Supe Phốt phát Lâm Thao	56.100 $\text{m}^3/\text{ngày}$	Độ axit cao, cặn lơ lửng, hợp chất flo	$\text{pH } 4,97\text{--}5,04$; $\text{BOD}_5 \approx 50\text{ mg/l}$; $\text{HF } 27,4\text{--}27,8\text{ mg/l}$; cặn $374\text{--}396\text{ mg/l}$
Hóa chất Việt Trì	2.801 $\text{m}^3/\text{ngày}$	Axit, clo dư, độ kiềm, sunfua	$\text{pH } 4,25$; $\text{Cl}^- 236\text{ mg/l}$; cặn $498\text{ mg/l}$; $\text{H}_2\text{S } 1,97\text{ mg/l}$
Dệt Vĩnh Phú & Pangrim	1.940 & 3.000 $\text{m}^3/\text{ngày}$	Thuốc nhuộm hoạt tính, độ màu, hữu cơ	$\text{BOD}_5 \approx 130\text{--}148\text{ mg/l}$; $\text{COD } 180\text{--}192\text{ mg/l}$; cặn $186\text{--}228\text{ mg/l}$
Nhà máy Giấy Việt Trì	2.940 $\text{m}^3/\text{ngày}$	Độ màu, kiềm, cặn lơ lửng, hữu cơ	Độ màu 1.020 độ Co; $\text{BOD}_5 127,8\text{ mg/l}$; $\text{COD } 253,4\text{ mg/l}$; cặn $412\text{ mg/l}$
Bia Hồng Hà & Vĩnh Phú	Nước thải chế biến	Hợp chất hữu cơ đậm đặc	$\text{BOD}_5 675\text{--}855\text{ mg/l}$; $\text{COD } 827\text{--}1.500\text{ mg/l}$
Nước thải đô thị Việt Trì	Rãnh Dữu Lâu, Hạ Giáp	Hợp chất nitơ, cặn lơ lửng, vi sinh	$\text{NH}_4^+ 6,82\text{--}7,84\text{ mg/l}$; $\text{SO}_4^{2-} 88,92\text{--}92,84\text{ mg/l}$; cặn $310\text{ mg/l}$

• Kết quả mô phỏng cho thấy vùng ô nhiễm tập trung cục bộ kéo dài ven bờ hữu sông Hồng sau các điểm xả thải. Mô hình giúp xác định vị trí an toàn để đặt công trình thu nước cấp sinh hoạt và công nghiệp, đồng thời tính toán tải lượng ô nhiễm giới hạn mà sông có thể tiếp nhận.
• Kiến nghị sơ đồ công nghệ xử lý nước thải:
  • Nước thải sản xuất giấy: Keo tụ bằng phèn nhôm $\text{Al}_2(\text{SO}_4)_3$ kết hợp xử lý sinh học hiếu khí qua mương ôxy hóa sâu hoặc bể Aeroten.
  • Nước thải hóa chất và supe phốt phát: Trung hòa bằng vôi sữa $\text{Ca(OH)}_2$ (hoặc lọc qua vật liệu $\text{CaCO}_3$, dolomit) kết hợp lắng cặn và keo tụ.
  • Nước thải cơ khí: Tách dầu mỡ sơ bộ; đối với nước thải mạ crôm dùng phản ứng khử biến $\text{Cr}^{6+}$ thành $\text{Cr}^{3+}$ (bằng $\text{NaHSO}_3$, $\text{Na}_2\text{SO}_3$ hoặc $\text{FeSO}_4$) rồi kết tủa $\text{Cr(OH)}_3$ trong môi trường kiềm hóa bằng $\text{Ca(OH)}_2$; kết tủa $\text{Cu}^{2+}, \text{Ni}^{2+}$ dưới dạng hydroxit.
  • Nước thải chế biến thực phẩm, bia rượu: Xử lý kỵ khí bằng bể UASB kết hợp xử lý hiếu khí Aeroten bậc hai và khử trùng clo.
  • Nước thải dệt nhuộm: Bể điều hòa lưu lượng/nồng độ; keo tụ khử màu bằng $\text{FeSO}_4$, phèn nhôm và chất trợ keo polime (poliacrylamit, natri silicat hoạt tính); tiếp theo là xử lý sinh học hiếu khí/kỵ khí tiếp xúc.

Kết quả và những đóng góp mới

Các kết quả và đóng góp mới của luận án được tác giả tổng kết gồm:

1. Thiết lập sơ đồ cấu trúc tổng quát của mô hình sinh thái - chất lượng nước sông dựa trên phân tích ma trận tương tác đa yếu tố, xác định các tham số chi phối chính trong dòng chảy mở.
2. Xác định và kiến nghị bộ 6 hệ số thực nghiệm cho mô hình sinh thái - chất lượng nước một chiều áp dụng cho hệ thống sông miền Bắc Việt Nam gồm: hệ số khuếch tán dọc ($D_L$), tốc độ sinh trưởng cực đại của tảo ($\mu_{A,\max}$), hệ số khử nitrat ($k_{denit}$), hệ số giải phóng chất dinh dưỡng từ bùn đáy ($k_{bd}$), hệ số hô hấp của tảo ($r_A$) và hệ số tử vong của tảo ($m_A$), dựa trên các thử nghiệm phòng thí nghiệm tại Đức và thực nghiệm số.
3. Xây dựng công thức tổng quát và các mối quan hệ toán học mô tả các quá trình sinh thái - sinh học cốt lõi: sản xuất sơ cấp bậc một, động học nitrat hóa và vi khuẩn nitrat, sự sinh trưởng - tử vong của tảo và động vật nổi, quá trình giải phóng dinh dưỡng từ lớp bùn đáy; ghép nối bài toán cân bằng chất sinh học với bài toán thủy động lực Saint-Venant có xét tới vùng nước lặng và vùng mở rộng.
4. Ứng dụng mô hình vào hệ thống sông Hồng (đoạn Yên Bái - Sơn Tây) và sông Thương (hệ thống sông Thái Bình), tính toán kiểm nghiệm thành công sự phân bố các chất ô nhiễm và sinh vật; xác định phạm vi ảnh hưởng của nguồn thải, vị trí lấy nước cấp an toàn, đánh giá khả năng tiếp nhận tải lượng ô nhiễm và đề xuất dây chuyền công nghệ xử lý nước thải phù hợp cho các nhà máy tại khu vực công nghiệp Bãi Bằng - Lâm Thao - Việt Trì.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của luận án:

• Giới hạn lý thuyết: Mô hình dừng lại ở bài toán một chiều (1D) trung bình mặt cắt ngang cho dòng không ổn định biến đổi chậm; giả thiết vận tốc chuyển động của hạt chất tan và phần tử nước là đồng nhất theo lý thuyết khuếch tán cổ điển, chưa mô tả được sự phân tầng và chênh lệch nồng độ theo chiều rộng ở các đoạn sông rất lớn ngay tại cửa xả.
• Giới hạn địa lý: Khảo sát thực địa và thông số kiểm nghiệm mới chỉ thực hiện trên một số phân đoạn của lưu vực sông Hồng và sông Thương.
• Giới hạn ứng dụng kỹ thuật: Các giải pháp công nghệ xử lý nước thải đề xuất cho các nhà máy khu vực nghiên cứu dừng lại ở mức sơ đồ nguyên lý định tính, chưa có các tính toán thiết kế chi tiết về kích thước công trình, thông số vận hành và kinh phí đầu tư.

Hướng nghiên cứu tiếp:

• Mở rộng mô hình lên không gian hai chiều (2D) hoặc ba chiều (3D) đối với các đoạn sông phân nhánh, các khúc uốn uốn khúc phức tạp và các khu vực cửa xả ven bờ để mô phỏng chính xác dải xáo trộn nồng độ.
• Nghiên cứu bổ sung động học chuyển hóa và tích lũy sinh học của các chất độc hại đặc thù trong trầm tích bùn đáy như kim loại nặng và dư lượng hóa chất bảo vệ thực vật.
• Đi sâu tính toán các thông số kỹ thuật công nghệ chi tiết cho các trạm xử lý nước thải công nghiệp tập trung.

Giá trị tham khảo

Luận án có giá trị tham khảo chuyên môn đối với các nhóm đối tượng:

• Nghiên cứu sinh, học viên cao học và giảng viên chuyên ngành Cấp thoát nước, Kỹ thuật Môi trường, Thủy văn môi trường: Tài liệu cung cấp cơ sở lý thuyết chi tiết về việc toán học hóa các quá trình sinh địa hóa thủy vực (Chương 2); kỹ thuật giải số phương trình tải - khuếch tán bằng phương pháp đặc trưng MOC với hàm nội suy Hermite bậc ba tránh hiện tượng tiêu tán và dao động số (Chương 3).
• Cơ quan quản lý tài nguyên nước, các Sở Tài nguyên và Môi trường lưu vực sông Hồng - Thái Bình: Cung cấp chuỗi số liệu nền chi tiết về thủy sinh, chất lượng nước sông và nguồn thải công nghiệp giai đoạn 1995 - 1997; phương pháp luận mô hình hóa để xác định khả năng chịu tải ô nhiễm của nguồn nước phục vụ cấp phép xả thải và quy hoạch các điểm lấy nước cấp sinh hoạt.
• Kỹ sư tư vấn thiết kế môi trường: Cung cấp số liệu khảo sát thành phần tính chất nước thải thực tế của các ngành công nghiệp điển hình (sản xuất giấy, hóa chất phân bón supe phốt phát, dệt nhuộm, bia rượu, thực phẩm) cùng các sơ đồ công nghệ xử lý nước thải kết hợp hóa lý - sinh học hướng tới đạt tiêu chuẩn TCVN 5945-1995 loại A.

Câu hỏi thường gặp

1. Mô hình của luận án khác biệt gì so với các mô hình chất lượng nước truyền thống như Streeter-Phelps? Mô hình Streeter-Phelps truyền thống chỉ xem xét phản ứng phân hủy ôxy hóa chất hữu cơ (BOD) và quá trình hòa tan lại ôxy từ khí quyển. Mô hình của luận án tích hợp phương trình thủy động lực học Saint-Venant với phương trình cân bằng chất sinh học đa cấu phần, đưa vào chu trình nitơ (nitrat hóa, khử nitrat), động học phát triển và tử vong của tảo, động vật nổi, động vật đáy, vi sinh vật nitrat, quá trình trao đổi chất dinh dưỡng với lớp bùn đáy, cùng ảnh hưởng của các yếu tố thủy lực đặc thù như vùng nước lặng và vùng mở rộng.

2. Kỹ thuật số nào được tác giả sử dụng để khắc phục sai số số trị khi giải phương trình tải chất? Tác giả áp dụng phương pháp tách bước toán tử, tách riêng phương trình tải và phương trình khuếch tán. Để giải phương trình tải thuần túy, tác giả sử dụng phương pháp đường đặc trưng (MOC) kết hợp thuật toán nội suy bằng hàm bậc ba Hermite giữa hai điểm nút lưới, sử dụng đồng thời giá trị nồng độ và đạo hàm không gian ($\partial C/\partial x$). Thuật toán này đạt độ chính xác bậc 4, giúp triệt tiêu hiện tượng khuếch tán số và hạn chế dao động giả tại các vùng có biến thiên nồng độ cao.

3. Đặc điểm phân bố của thực vật nổi và động vật nổi trên hệ thống sông Hồng được ghi nhận ra sao? Thực vật nổi có từ 53 đến 71 loài/dưới loài, trong đó tảo Silic (Bacillariophyta) chiếm ưu thế tuyệt đối về mật độ và số lần xuất hiện ở tất cả các đoạn sông; mật độ thực vật nổi dao động từ 4.453 đến 732.762 tế bào/lít và có xu hướng tăng dần từ thượng lưu về hạ lưu. Động vật nổi có từ 31 đến 46 loài, chủ yếu thuộc hai nhóm giáp xác chân chèo (Copepoda) và giáp xác râu chẻ (Cladocera), phản ánh rõ nét tính chất tự nhiên của sông nhiệt đới.

4. Nước thải của Công ty Supe Phốt phát Lâm Thao có những đặc trưng ô nhiễm nguy hại nào trước khi xả ra sông Hồng? Theo kết quả khảo sát đo đạc trong luận án (tháng 6/1995 và tháng 1/1997), nước thải từ kênh thải của Công ty Supe Phốt phát Lâm Thao có tính axit rất mạnh với pH chỉ đạt từ 4,97 đến 5,04; hàm lượng hợp chất Flo rất cao ($\text{HF}$ từ 27,4 đến 27,8 mg/l); hàm lượng cặn lơ lửng dao động từ 374 đến 396 mg/l và $\text{BOD}_5$ ở mức xấp xỉ 50 mg/l, gây nguy cơ suy giảm chất lượng nước và ảnh hưởng xấu đến hệ sinh thái ven bờ sông Hồng.

5. Sơ đồ công nghệ nào được đề xuất để xử lý nước thải nhà máy sản xuất giấy và bột giấy trong khu vực nghiên cứu? Tác giả đề xuất quy trình kết hợp hóa lý và sinh học: nước thải sau khi qua song chắn rác và bể điều hòa kết hợp lắng cát được đưa vào bể trộn đông tụ/keo tụ sử dụng phèn nhôm $\text{Al}_2(\text{SO}_4)_3$, qua bể phản ứng tạo bông và bể lắng đợt I để loại bỏ cặn lơ lửng và lignin; sau đó nước thải được dẫn qua công trình xử lý sinh học hiếu khí (mương ôxy hóa sâu hoặc bể Aeroten có cấp khí và bổ sung chất dinh dưỡng N, P), lắng đợt II và trạm bơm khử trùng trước khi xả ra sông.

Kết luận

Luận án tiến sĩ của tác giả Đặng Xuân Hiển đã thiết lập thành công mô hình toán sinh thái - chất lượng nước một chiều tích hợp thủy động lực Saint-Venant và cân bằng chất sinh học đa thành phần, có tính đến sự trao đổi nước - bùn đáy và vùng nước lặng. Công trình đã xác định được bộ 6 hệ số sinh thái thực nghiệm cho sông ngòi miền Bắc và áp dụng kiểm nghiệm thực tế trên hệ thống sông Hồng và sông Thương qua các đợt đo đạc mùa khô và mùa lũ. Kết quả mô phỏng cung cấp cơ sở khoa học để đánh giá khả năng chịu tải ô nhiễm, định vị các điểm khai thác nước cấp an toàn và đề xuất các sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý nước thải phù hợp cho vùng công nghiệp tập trung Bãi Bằng - Lâm Thao - Việt Trì.

Trích đoạn nội dung tài liệu

phần mở đầu, 4 chương và phần kết luận Chương ï : Đặc điểm sinh thái-chất lượng nước sông Hồng-Thái bình và cơ sở khoa học của việc nghiên cứu mô hình sinh thai-chat lượng nước. C nương 2 : Mô hình động học một số quá trình sinh thái và sinh học-chất lượng nước trong dòng chảy sông. Chương 3 : Mô hình sinh thái-chất lượng nước dòng chảy sông. Chương 4 : Kết quả nghiên cứu ứng dụng mô hình sinh thái-chất lượng nước vào hệ thống sông Hồng và sông Thái bình, kiến nghị các biện pháp công nghệ xử lý nước thải nhằm bảo vệ chất lượng nước sông.

CHUONG 1 DAC DIEM SINH THAI-CHAT LUGNG NUOC SONG HONG- THAI BINH VA CO SO KHOA HOC CUA VIEC NGHIEN CUU MO HINH SINH THAI-CHAT LUGNG NUGC 1. Tổng quan sơ lược một số nghiên cứu về đòng chảy sông Trên thế giới từ xa xưa đã có nhiều công trình nghiên cứu về các dòng sông nhằm phục vụ lợi ích của con người, như phòng chống lũ, cấp nước, tưới tiêu, ø1ao thông thuỷ, phát điện, khai thác thuỷ sản. Phụ thuộc vào trình độ kỹ thuật của mỗi nước, việc nghiên cứu được tiến hành theo các phương pháp và quy mô khác nhau. Các công trình nghiên cứu về sông của các tác gia V.

Stocker, Saint-Venant, R.Baca, Nyholm, Jorgenson,.0 Hoa ky, Phap, Anh, Dutc, Nga, Ha lan, Dan mach đã đạt được nhiều tiến bộ và thành tựu to lớn, nhằm thuần phục và sử dụng tối ưu các con sông phục vụ sản xuất và cuộc sống của con người. Tại các nước này, tất cả các sông đều được nghiên cứu khảo sát khá kỹ lưỡng cả về địa hình đáy, hình thái học, sự bồi lắng và thay đối dòng chảy, nghiên cứu về thuỷ văn sông ngòi và tài nguyên nước sông, cân bằng nước và quá trình lưu lượng, nghiên cứu khảo sát các chất và các thành phần sinh học ca trong nước và trong bùn, đặc biệt việc khảo sát các chất độc hại như dư lượng thuốc trừ sâu, các thành phần kim loại nặng,. Hiện tại một số cơ sở nghiên cứu của Đức, Anh, Mỹ, Đan mạch. Hà lan, Nga đang tiếp tục phát triển và xây dựng các mô hình toán nhằm ứng dụng các công cụ này vào việc quản lý, quy hoạch và sử dụng các nguồn nước sông, bao pồm việc dự báo chất lượng nước, dự báo bồi xói, mô hình dự báo sự phân bố nồng độ các chất trong trầm tích đáy, đặc biệt là các mô hình thuỷ văn, mô hình dự báo lũ và mô hình sinh thái sông.

Tại các nước có nền khoa học kỹ thuật chậm phát triển, việc nghiên cứu khảo sát sông được tiến hành khá thô sơ và không theo một phương pháp chuẩn, trong khi Ở các nước tiên tiến, việc khảo sát được tiến hành đồng bộ và chuyên sâu, nhằm tìm ra những nguyên nhân gây lên các thay đổi về địa hình địa mạo lòng sông, các thay đổi về sinh thái, về sự biến động thành phần loài sinh vật và sự phân bố của các sinh vật trong sông, cũng như sự biến đổi và các quy luật biến đổi của môi trường nước sông theo các chỉ tiêu vật lý, thuỷ hoá và các chất độc hại. Ở nước ta, việc nghiên cứu các dòng sông cũng đã được ông cha ta nghiên cứu từ lâu đời, nhằm mục đích cải tạo, thuần phục và sử dụng các dòng sông phục vụ cuộc sống của con người. Trong vài thập kỷ trở lại đây, nhà nước đã có nhiều đầu tư để nghiên cứu các dòng sông, như các chương trình nghiên cứu phòng chống lũ, xói lở bờ, thay đổi dòng chảy, điều tra về thuỷ sinh, xâm nhập mặn và gần đây là các điều tra khảo sát về hoá nước và môi trường tổng hợp của chúng. Tuy nhiên công việc nghiên cứu được tiến hành không đồng bộ, không theo một phương pháp thống nhất và do nhiều cơ quan thực hiện.

Các số liệu khảo sát thu được còn khá rời rạc, rất khó cho việc sử dụng để đánh giá các dòng sông này. Các nghiên cứu về hình thái học sông ngòi và bồi xói lòng sông đã được nhiều nhà nghiên cứu tham gia nhằm mục đích chỉnh trị và khai thác các dòng sông phục vụ phát triển kinh tế và phòng chống lũ lụt. Nghiên cứu đánh giá dòng chảy sông ngòi Việt nam do PGS Hoang Niém và GS Nguyễn Viết Phổ (1984) thực hiện. PGS Hoàng Niêm (1990) đã nghiên cứu đánh giá khả năng nguồn nước sông Hồng trước và sau khi có hồ Hoà bình.

Nghiên cứu đánh giá tài nguyên nước và sử dụng nước Ở Việt nam, và việc nghiên cứu đánh giá hiện trạng sử dụng tài nguyên nước trên quan điểm sinh thái và phát triển lâu bền đã được PGS Hoàng Niêm và cộng sự (1992) thực hiện. Nghiên cứu đánh giá tài nguyên nước của hệ thống sông Hồng và sông Thái bình, nghiên cứu địa lý thuỷ văn sông ngòi Việt nam đã được GS Nguyễn Viết Phổ, Trần Tuất, PGS Trần Thanh Xuân (1987) thực hiện. Một số tác giả khác đã nghiên cứu đánh giá nhằm khai thác và bảo vệ tài nguyên nước sông của Việt nam. Nghiên cứu về sinh thái và thuỷ sinh trong sông là công việc rất phức tạp, đặc biệt là các nghiên cứu cơ bản về các quá trình sinh thái và sinh học, đó là công việc rất mới đối với ta.

Trên thế giới, việc nghiên cứu sinh thái của dòng chảy sông hiện đại đang đi vào các vấn đề cân bằng vật chất và năng lượng trong sông bằng các phương pháp và kỹ thuật định lượng hiện đại, vấn đề năng suất sinh học sơ cấp và thứ cấp, quan hệ quần thể và quần loại thuỷ sinh vật trong sông, mô hình hoá toán học quan hệ sinh thái học trong sông. Nghiên cứu sinh thái học sông ngòi cũng còn đặt nhiệm vụ giải quyết các vấn đề thực tiễn như hiện tượng nhiễm bẩn nước sông và khả năng tự làm sạch trong sông, độc tố học sinh thái, nâng cao năng suất sinh học trong dòng chảy song. Ở nước ta, những công trình nghiên cứu quan trọng đầu tiên về thuỷ sinh học có thể kể đến là: nghiên cứu nguồn lợi cá hệ thống sông Hồng và sông Thái bình, điều tra khảo sát thuỷ sinh trong các sông thuộc hệ thống sông Hồng và sông Thái bình, nghiên cứu thuỷ sinh học các đầm hồ tự nhiên, nghiên cứu thuỷ sinh học các hồ chứa nhân tạo. Có thể coi đây là những cơ sở dẫn liệu quan trọng đối với việc nghiên cứu thuỷ sinh học nói chung và sông ngòi nói riêng của Việt nam.

Trong thời gian gần đây, song song với các nghiên cứu điều tra về thuỷ sinh, việc khảo sát các yếu tố chất lượng nước trong sông cũng được nhiều cơ quan tiến hành theo các mức độ và quy mô khác nhau. Tuy nhiên các số liệu mang tính rời rạc, chồng chéo nhau và không đồng nhất cho nên gây khó khăn cho việc đánh giá một cách tổng hợp đặc tính môi trường sinh thái của sông. Một số tác giả khác như GS Dương Đức Tiến đã có nhiều công trình nghiên cứu về khu hệ tảo của các thuỷ vực nước ngọt của việt nam. Tác giả cũng đã tiến hành nghiên cứu vị sinh vật và phân loại trong sông Cả, sông Nhuệ; nghiên cứu vị tảo chỉ thị cho thuỷ vực bị ô nhiễm và hiện tượng nở hoa nước trong các thuỷ vực nước ngọt ở Việt nam; nghiên cứu vi khuẩn lam và đặc điểm sinh thái trong các thuỷ vực ở Việt nam; điều tra chất lượng nước và quần xã vị tảo của một số thuy vực nước ngọi.

GS Mai Đình Yên đã có nhiều nghiên cứu về sinh thái thuỷ vực, như đặc tính điều kiện tự nhiên các loại thuỷ vực, thành phần loài và đặc tính quần xã sinh vật trọng thuỷ vực, đặc tính số lượng, quan hệ thức ăn, năng suất sinh học, đặc biệt đã đi sâu nghiên cứu về cá , sự phân loại trong các thuỷ vực nước. PGS Vũ Trung Tạng cũng đã có nhiều nghiên cứu về các hệ sinh thái vùng cửa sông nhiệt đới Việt nam, các quần xã sinh vật và quy luật phân bố của chúng; phân tích cấu trúc sinh học vùng cửa sông; đánh giá tài nguyên thiên nhiên vùng cửa sông nhằm khai thác hợp lý và bền vững các tiềm năng to lớn của các vùng này. Môi trường sống trong các sông đang bị thay đổi nhanh do các tác động của tự nhiên và các hoạt động sống của con người, vì thế các chất và các thành phần thuỷ sinh cũng có sự biến đổi sâu sắc, rất khó lường được hậu quả của môi trường tác động đến các thành phần sinh học cũng như năng suất sinh học trong các dòng sông. Tuy nhiên, nghiên cứu về sông vẫn còn nhiều bất cập.

Các nghiên cứu đến nay đã có nhiều cố gắng trong việc thu thập các số liệu. Các số liệu thu thập được mang tính chất rời rạc, vì thế các đánh giá được dựa trên cơ sở dữ liệu này sẽ mang tính chất phiến diện, ví dụ về tài nguyên nước, đặc điểm dòng chảy sông, đặc tính chất lượng nước, các thành phần sinh học và sự phân bố,. Các nghiên cứu này được tiến hành một cách riêng rẽ mà không mang tính chất hệ thống, chưa có các công cu dé nghiên cứu một hệ phức tạp đó là hệ sinh thái sông mà ở đó các thành phần, các biến quá trình (các tham số quá trình) của các khối: không khí, khối nước, khối bùn và vùng phân cách bùn nước có tác động và tương tác trao đổi tương hỗ dưới ảnh hưởng của các yếu tố khí tượng, thuỷ động lực, hình thái sông, hình dạng đáy, trao đổi khí- nước, tương tác vật lý, các phản ứng thuy hoá học, các hoạt động sinh học diễn ra trong nước và trong lớp đáy, các quá trình sinh thát và sinh học-chất lượng nước, sự trao đổi của các chất trong nước và trong bùn đáy trong quá trình chảy. Việc nghiên cứu mang tính hệ thống sẽ có khả năng gắn kết các khối nghiên cứu và gắn kết các số liệu lại với nhau nhằm đưa ra một bức tranh đánh giá toàn diện và đầy đủ hơn về các dòng sông.

Đặc điểm sinh thái-chất lượng nước của sông Hồng và sông Thái bình 1. Đặc điểm sinh thái của dòng chảy sông 1. Ảnh hưởng của dòng chây đến sinh thái sông Dòng chảy có vai trò quan trọng đối với sự phát tán của các chất tan, các vi sinh vật nhỏ, các chất khí trong môi trường nước sông. Dòng chày là một yếu tố giới hạn quan trọng trong sông và là yếu tố chủ yếu quyết định sự khác nhau cơ bản về sự phân bố nồng độ các chất và sinh vật giữa các khu vực của sông do tốc độ dòng chảy trong sông biến đổi theo không gian và thời gian.