Luận văn thạc sĩ nghiên cứu mô phỏng thủy lực và đánh giá diễn biến chất lượng nước sông nhuệ đáy trong bối cảnh biến đổi khí hậu

Luận văn thạc sĩ phân tích nghiên cứu mô phỏng thủy lực và đánh giá diễn biến chất lượng nước sông nhuệ đáy trong bối cảnh, đánh giá thực trạng, chỉ ra hạn chế, đề xuất giải pháp

• Tác giả: Phạm Thị Đức
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Kiên Dũng
• Trường học: Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội
• Chuyên ngành: Thủy văn học
• Đề tài: Nghiên Cứu Mô Phỏng Thủy Lực Và Đánh Giá Diễn Biến Chất Lượng Nước Sông Nhuệ - Đáy Trong Bối Cảnh Biến Đổi Khí Hậu
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN LƯU VỰC SÔNG NHUỆ - ĐÁY VÀ PHƯƠNG PHÁP MÔ HÌNH TOÁN
• 1.1. Điều kiện tự nhiên lưu vực
• 1.2. Đặc điểm địa hình
• 1.3. Đặc điểm khí tượng thủy văn
• 1.4. Điều kiện kinh tế, xã hội
• 1.5. Công nghiệp – Tiểu thủ công nghiệp
• 1.6. Thương mại, du lịch, dịch vụ
• 1.7. Hiện trạng khai thác và sử dụng tài nguyên nước trên lưu vực sông
• 1.8. Tổng quan về phương pháp mô hình toán
• 1.9. Cơ sở lí thuyết mô hình MIKE NAM, MIKE 11 HD và MIKE 11 Ecolab
• 1.9.1. Cơ sở lý thuyết mô hình mưa - dòng chảy (MIKE NAM)
• 1.9.2. Cơ sở lý thuyết mô hình diễn toán thủy lực (MIKE 11 HD)
• 1.9.3. Cơ sở lý thuyết mô hình chất lượng nước (MIKE 11 Ecolab)
• 1.10. Tổng quan các nghiên cứu liên quan
• 2. CHƯƠNG 2: THIẾT LẬP CÁC MÔ HÌNH TOÁN MÔ PHỎNG THỦY LỰC VÀ CHẤT LƯỢNG NƯỚC LƯU VỰC SÔNG NHUỆ - ĐÁY
• 2.1. Thu thập, phân tích và đánh giá hiện trạng số liệu
• 2.2. Thiết lập, hiệu chỉnh và kiểm định mô hình MIKE NAM
• 2.3. Thiết lập, hiệu chỉnh và kiểm định mô hình MIKE 11 HD
• 2.4. Thiết lập, hiệu chỉnh và kiểm định mô hình MIKE 11 Ecolab
• 3. CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG THỦY LỰC VÀ ĐÁNH GIÁ DIỄN BIẾN CHẤT LƯỢNG NƯỚC SÔNG NHUỆ - ĐÁY TRONG BỐI CẢNH BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU
• 3.1. Mô phỏng các kịch bản biến đổi khí hậu
• 3.2. Đánh giá diễn biến dòng chảy có xét đến ảnh hưởng của biến đổi khí hậu
• 3.3. Đánh giá diễn biến chất lượng nước có xét đến ảnh hưởng của BĐKH
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Cơ sở khoa học và tính thực tiễn của đề tài

Lưu vực sông Nhuệ - Đáy có diện tích khoảng 7.665 km2 và dân số gần 12 triệu người, đóng vai trò quan trọng trong phát triển kinh tế - xã hội. Sông Nhuệ - Đáy là thủy vực duy nhất tiếp nhận toàn bộ lượng nước thải từ các khu vực nội, ngoại thành của thành phố Hà Nội. Tổng lượng nước thải đổ vào lưu vực sông khoảng hơn 600.000 m3 mỗi ngày, phần lớn chưa được xử lý, gây ô nhiễm nghiêm trọng. Ngày 31/8/2009, Thủ tướng Chính phủ đã thành lập Ủy ban Bảo vệ môi trường lưu vực sông Nhuệ - Đáy nhằm quản lý và cải thiện chất lượng nước. Tuy nhiên, chất lượng nước vẫn chưa được cải thiện nhiều do thiếu các công trình thu gom và xử lý nước thải. Việc đánh giá chất lượng nước trong bối cảnh biến đổi khí hậu sẽ cung cấp cơ sở khoa học cho các hoạt động quản lý và quy hoạch nguồn nước thải vào thủy vực sông.

II. Mục tiêu của đề tài

Mục tiêu của đề tài là ứng dụng các mô hình MIKE NAM, MIKE 11 HD và MIKE 11 Ecolab để mô phỏng và đánh giá diễn biến chất lượng nước lưu vực sông Nhuệ - Đáy trong bối cảnh biến đổi khí hậu. Đề tài sẽ đề xuất một số giải pháp nhằm giảm thiểu mức độ gia tăng ô nhiễm, phục vụ khai thác và sử dụng hợp lý tài nguyên nước mặt. Việc áp dụng các mô hình này sẽ giúp xác định các kịch bản biến đổi khí hậu và ảnh hưởng của chúng đến chất lượng nước, từ đó đưa ra các biện pháp quản lý hiệu quả hơn.

III. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là mô hình MIKE, dòng chảy và chất lượng nước sông Nhuệ - Đáy. Phạm vi nghiên cứu bao gồm vùng thượng lưu sông Nhuệ - Đáy, tập trung vào các trạm Ba Thá, Hưng Thi, Phủ Lý, Ninh Bình và Như Tân. Nghiên cứu sẽ sử dụng các phương pháp tổng hợp, thống kê, phân tích dữ liệu khí tượng thủy văn, chất lượng nước và địa hình để hiệu chỉnh và kiểm định các mô hình thủy văn, thủy lực và chất lượng nước.

IV. Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu bao gồm tổng hợp, thống kê và phân tích dữ liệu từ nhiều nguồn khác nhau. Đề tài sẽ kế thừa các nghiên cứu đã có về đánh giá chất lượng nước, đặc biệt là các đề tài liên quan đến lưu vực sông Nhuệ - Đáy. Phương pháp mô hình toán sẽ được áp dụng để mô phỏng các quá trình thủy văn, thủy lực và chất lượng nước, sử dụng các mô hình MIKE NAM, MIKE 11 HD và MIKE 11 Ecolab nhằm đánh giá diễn biến chất lượng nước theo kịch bản biến đổi khí hậu.

V. Tổng quan lưu vực sông Nhuệ Đáy và phương pháp mô hình toán

Lưu vực sông Nhuệ - Đáy là một tiểu lưu vực của sông Hồng, có địa hình đa dạng với các vùng núi, đồi và đồng bằng. Địa hình thấp dần từ Tây Bắc đến Đông Nam, tạo điều kiện thuận lợi cho phát triển kinh tế. Các mô hình toán như MIKE NAM, MIKE 11 HD và MIKE 11 Ecolab sẽ được sử dụng để mô phỏng các quá trình thủy văn và chất lượng nước, giúp đánh giá tác động của biến đổi khí hậu đến chất lượng nước sông Nhuệ - Đáy.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Lưu vực sông Nhuệ - Đáy có diện tích khoảng 7.665 km² với dân số gần 12 triệu người, đóng vai trò quan trọng trong phát triển kinh tế - xã hội và quốc phòng an ninh của các tỉnh Hòa Bình, Hà Nội, Hà Nam, Nam Định và Ninh Bình. Trung bình mỗi ngày, lưu vực này tiếp nhận hơn 600.000 m³ nước thải, phần lớn chưa được xử lý, gây ô nhiễm nghiêm trọng nguồn nước. Mặc dù đã có nhiều chương trình và đề án bảo vệ môi trường được triển khai, chất lượng nước sông Nhuệ - Đáy vẫn chưa được cải thiện đáng kể do thiếu các công trình thu gom và xử lý nước thải hiệu quả.

Trong bối cảnh biến đổi khí hậu và phát triển kinh tế - xã hội, việc đánh giá diễn biến chất lượng nước sông Nhuệ - Đáy là cấp thiết để cung cấp cơ sở khoa học cho quản lý và kiểm soát nguồn thải. Mục tiêu nghiên cứu là ứng dụng các mô hình thủy văn, thủy lực và chất lượng nước hiện đại (MIKE NAM, MIKE 11 HD, MIKE 11 Ecolab) để mô phỏng và đánh giá diễn biến chất lượng nước lưu vực sông Nhuệ - Đáy, từ đó đề xuất giải pháp giảm thiểu ô nhiễm, bảo vệ tài nguyên nước và môi trường. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào vùng thượng lưu lưu vực sông Nhuệ - Đáy, bao gồm các trạm Ba Thá, Hưng Thi, Phủ Lý, Ninh Bình và Như Tân, trong giai đoạn từ năm 2012 đến 2015.

Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc hỗ trợ các cơ quan quản lý tài nguyên nước và môi trường xây dựng chính sách, quy hoạch phát triển bền vững, đồng thời góp phần nâng cao nhận thức cộng đồng về bảo vệ nguồn nước trong bối cảnh biến đổi khí hậu.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên ba mô hình toán hiện đại:

• Mô hình MIKE NAM: Mô hình mưa - dòng chảy được phát triển tại Đan Mạch, mô phỏng quá trình mưa-dòng chảy liên tục dựa trên cấu trúc các bể chứa nước mặt, tầng dưới và nước ngầm. Mô hình này giúp tính toán lưu lượng nước tại cửa ra lưu vực từ số liệu mưa, phục vụ làm điều kiện biên cho mô hình thủy lực.

• Mô hình MIKE 11 HD: Mô hình thủy lực một chiều giải hệ phương trình Saint Venant, mô phỏng dòng chảy không ổn định trong hệ thống sông phức tạp. Mô hình này cung cấp các thông số thủy lực như lưu lượng, mực nước, vận tốc dòng chảy phục vụ cho mô hình chất lượng nước.

• Mô hình MIKE 11 Ecolab: Mô hình chất lượng nước tích hợp mô đun tải-khuếch tán (AD) và mô đun sinh thái (Ecolab), mô phỏng các quá trình sinh hóa trong nước như oxy hòa tan (DO), nhu cầu oxy sinh hóa (BOD), amoni (N-NH4+), phốt pho và coliform. Mô hình này cho phép đánh giá diễn biến chất lượng nước theo các kịch bản biến đổi khí hậu.

Các khái niệm chính bao gồm: dòng chảy không ổn định, quá trình tự làm sạch nước, phản ứng sinh hóa trong môi trường nước, hệ số Nash-Sutcliffe đánh giá độ phù hợp mô hình, và các chỉ tiêu chất lượng nước như DO, BOD, N-NH4+.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu sử dụng gồm số liệu khí tượng thủy văn (mưa, bốc hơi, lưu lượng, mực nước), số liệu địa hình, số liệu quan trắc chất lượng nước (DO, BOD, N-NH4+, tổng nitơ, tổng photpho, coliform) thu thập từ các trạm thủy văn và môi trường trong giai đoạn 2012-2015. Ngoài ra, dữ liệu biến đổi khí hậu được sử dụng để xây dựng các kịch bản mô phỏng.

Phương pháp phân tích gồm:

• Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình MIKE NAM dựa trên số liệu lưu lượng thực đo tại các trạm Ba Thá và Hưng Thi, sử dụng chỉ số Nash-Sutcliffe để đánh giá độ chính xác.

• Thiết lập mô hình MIKE 11 HD mô phỏng thủy lực trên hệ thống sông Nhuệ - Đáy với 333 mặt cắt, hiệu chỉnh hệ số Manning và các thông số thủy lực dựa trên số liệu mực nước thực đo tại các trạm Hà Nội, Hưng Yên, Phủ Lý, Ninh Bình.

• Thiết lập mô hình MIKE 11 Ecolab mô phỏng chất lượng nước, hiệu chỉnh dựa trên số liệu quan trắc DO, BOD, N-NH4+ tại các điểm quan trắc trên sông Nhuệ và sông Đáy.

• Mô phỏng các kịch bản biến đổi khí hậu theo RCP4.5 và RCP8.5 để đánh giá ảnh hưởng đến dòng chảy và chất lượng nước.

Thời gian nghiên cứu kéo dài từ năm 2012 đến 2015, với các bước thu thập, xử lý số liệu, thiết lập mô hình, hiệu chỉnh, kiểm định và mô phỏng diễn biến chất lượng nước.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình mưa - dòng chảy MIKE NAM: Chỉ số Nash-Sutcliffe đạt từ 0,68 đến 0,90 tại các trạm Ba Thá và Hưng Thi, cho thấy mô hình mô phỏng tốt diễn biến lưu lượng dòng chảy. Sai số giữa lưu lượng tính toán và thực đo trong mùa lũ và mùa kiệt nằm trong giới hạn cho phép, đảm bảo độ tin cậy cho các bước mô phỏng tiếp theo.

2. Mô phỏng thủy lực bằng MIKE 11 HD: Kết quả mô phỏng mực nước tại các trạm Hà Nội, Hưng Yên, Phủ Lý và Ninh Bình trong các năm 2012-2014 có sự trùng khớp cao với số liệu thực đo, sai số nhỏ và hệ số tương quan cao. Điều này chứng tỏ mô hình thủy lực được hiệu chỉnh phù hợp, phản ánh chính xác điều kiện dòng chảy trong lưu vực.

3. Đánh giá chất lượng nước bằng MIKE 11 Ecolab: Mô hình mô phỏng thành công diễn biến các chỉ tiêu DO, BOD và N-NH4+ tại các vị trí quan trắc trên sông Nhuệ và sông Đáy trong giai đoạn 2012-2015. Nồng độ BOD5 tại một số điểm vượt ngưỡng cho phép, đặc biệt trong mùa khô, phản ánh tình trạng ô nhiễm hữu cơ nghiêm trọng. Nồng độ DO giảm thấp vào mùa khô, ảnh hưởng đến khả năng tự làm sạch của dòng sông.

4. Ảnh hưởng của biến đổi khí hậu: Mô phỏng các kịch bản biến đổi khí hậu cho thấy lượng mưa trung bình lưu vực có xu hướng tăng khoảng 5-10% đến năm 2030 theo kịch bản RCP4.5, dẫn đến tăng lưu lượng dòng chảy mùa mưa. Tuy nhiên, mùa khô có thể kéo dài và lưu lượng giảm, làm gia tăng nguy cơ ô nhiễm do giảm khả năng pha loãng chất thải. Nồng độ các chất ô nhiễm như BOD và N-NH4+ có xu hướng tăng nhẹ trong mùa khô dưới tác động của biến đổi khí hậu.

Thảo luận kết quả

Kết quả mô hình cho thấy sự phù hợp cao giữa số liệu mô phỏng và thực đo, minh chứng cho tính khả thi của việc ứng dụng mô hình toán hiện đại trong đánh giá diễn biến chất lượng nước lưu vực sông Nhuệ - Đáy. Việc sử dụng đồng thời ba mô hình MIKE NAM, MIKE 11 HD và MIKE 11 Ecolab giúp mô phỏng toàn diện các quá trình thủy văn, thủy lực và sinh hóa trong lưu vực.

So sánh với các nghiên cứu trước đây tại Việt Nam và quốc tế, kết quả tương đồng về xu hướng biến đổi dòng chảy và chất lượng nước trong bối cảnh biến đổi khí hậu. Tuy nhiên, điểm mới của nghiên cứu là đánh giá chi tiết diễn biến chất lượng nước theo từng đoạn sông và kịch bản khí hậu cụ thể, cung cấp cơ sở khoa học cho quản lý nguồn nước hiệu quả hơn.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ so sánh lưu lượng thực đo và mô phỏng, biểu đồ diễn biến nồng độ DO, BOD, N-NH4+ theo thời gian và không gian, cũng như bản đồ phân bố chất lượng nước trên lưu vực. Bảng tổng hợp chỉ số Nash-Sutcliffe và hệ số tương quan cũng minh chứng độ chính xác mô hình.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tăng cường xây dựng và nâng cấp hệ thống xử lý nước thải: Đẩy nhanh tiến độ xây dựng các công trình thu gom và xử lý nước thải sinh hoạt, công nghiệp trên lưu vực nhằm giảm thiểu lượng nước thải chưa xử lý đổ trực tiếp vào sông. Mục tiêu giảm 30% lượng nước thải chưa xử lý trong vòng 5 năm, do UBND các tỉnh phối hợp thực hiện.

2. Xây dựng hệ thống giám sát chất lượng nước liên tục: Thiết lập mạng lưới quan trắc tự động tại các điểm trọng yếu trên sông Nhuệ - Đáy để theo dõi diễn biến chất lượng nước theo thời gian thực, phục vụ cảnh báo sớm và quản lý nguồn nước hiệu quả. Thời gian triển khai trong 3 năm, do Bộ Tài nguyên và Môi trường chủ trì.

3. Quản lý và kiểm soát nguồn thải theo quy hoạch: Rà soát, cập nhật quy hoạch phát triển công nghiệp, làng nghề và đô thị trên lưu vực, kiểm soát chặt chẽ các nguồn thải công nghiệp, làng nghề, đặc biệt là các nguồn thải nguy hại. Áp dụng các biện pháp kiểm tra, xử lý vi phạm nhằm giảm thiểu ô nhiễm. Thực hiện liên tục, do các Sở Tài nguyên và Môi trường địa phương đảm nhiệm.

4. Tăng cường hợp tác liên vùng, liên tỉnh: Thiết lập cơ chế phối hợp quản lý lưu vực sông Nhuệ - Đáy giữa các tỉnh, thành phố nhằm chia sẻ thông tin, phối hợp xử lý các vấn đề môi trường liên quan đến nguồn nước. Xây dựng kế hoạch hợp tác trong vòng 2 năm tới, do Ủy ban Bảo vệ môi trường lưu vực sông chủ trì.

5. Nâng cao nhận thức cộng đồng và đào tạo chuyên môn: Tổ chức các chương trình tuyên truyền, đào tạo về bảo vệ môi trường nước, sử dụng tiết kiệm và hiệu quả tài nguyên nước cho người dân, doanh nghiệp và cán bộ quản lý. Thời gian thực hiện liên tục, do các tổ chức xã hội và cơ quan quản lý phối hợp thực hiện.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Cơ quan quản lý tài nguyên nước và môi trường: Sở Tài nguyên và Môi trường các tỉnh, Bộ Tài nguyên và Môi trường có thể sử dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng chính sách, quy hoạch và kế hoạch quản lý chất lượng nước lưu vực sông Nhuệ - Đáy.

2. Các nhà nghiên cứu và học thuật trong lĩnh vực thủy văn, môi trường: Luận văn cung cấp phương pháp mô hình hóa hiện đại, dữ liệu thực tế và phân tích sâu sắc về diễn biến chất lượng nước, hỗ trợ nghiên cứu tiếp theo và đào tạo chuyên môn.

3. Doanh nghiệp và nhà đầu tư trong lĩnh vực công nghiệp, xử lý nước thải: Thông tin về hiện trạng ô nhiễm và dự báo diễn biến chất lượng nước giúp doanh nghiệp đánh giá tác động môi trường, thiết kế hệ thống xử lý phù hợp và tuân thủ quy định pháp luật.

4. Cộng đồng dân cư và tổ chức xã hội: Nâng cao nhận thức về tình trạng ô nhiễm nguồn nước, tác động của biến đổi khí hậu và vai trò của cộng đồng trong bảo vệ môi trường nước, từ đó thúc đẩy hành động bảo vệ nguồn nước bền vững.

Câu hỏi thường gặp

1. Mô hình MIKE NAM có ưu điểm gì trong mô phỏng lưu lượng dòng chảy?
   Mô hình MIKE NAM mô phỏng quá trình mưa-dòng chảy liên tục dựa trên cấu trúc các bể chứa nước mặt và ngầm, phù hợp với nhiều vùng khí hậu khác nhau. Ưu điểm là khả năng hiệu chỉnh chính xác lưu lượng tại cửa ra lưu vực, làm cơ sở cho các mô hình thủy lực và chất lượng nước tiếp theo.

2. Chỉ số Nash-Sutcliffe thể hiện điều gì trong hiệu chỉnh mô hình?
   Chỉ số Nash-Sutcliffe đánh giá độ phù hợp giữa kết quả mô phỏng và số liệu thực đo, giá trị gần 1 cho thấy mô hình mô phỏng chính xác. Trong nghiên cứu này, chỉ số đạt từ 0,68 đến 0,90, chứng tỏ mô hình có độ tin cậy cao.

3. Biến đổi khí hậu ảnh hưởng thế nào đến chất lượng nước sông Nhuệ - Đáy?
   Biến đổi khí hậu làm tăng lượng mưa mùa mưa và kéo dài mùa khô, dẫn đến lưu lượng dòng chảy biến động, ảnh hưởng đến khả năng pha loãng chất thải. Kết quả mô phỏng cho thấy nồng độ các chất ô nhiễm như BOD và N-NH4+ có xu hướng tăng trong mùa khô, làm gia tăng nguy cơ ô nhiễm.

4. Tại sao cần kết hợp nhiều mô hình trong nghiên cứu này?
   Việc kết hợp mô hình mưa - dòng chảy, thủy lực và chất lượng nước giúp mô phỏng toàn diện các quá trình thủy văn, thủy lực và sinh hóa trong lưu vực, từ đó đánh giá chính xác diễn biến chất lượng nước và tác động của biến đổi khí hậu.

5. Giải pháp nào ưu tiên để cải thiện chất lượng nước sông Nhuệ - Đáy?
   Ưu tiên là xây dựng và nâng cấp hệ thống xử lý nước thải, tăng cường giám sát chất lượng nước, kiểm soát nguồn thải theo quy hoạch, hợp tác liên vùng và nâng cao nhận thức cộng đồng. Các giải pháp này cần được thực hiện đồng bộ và liên tục để đạt hiệu quả bền vững.

Kết luận

• Lưu vực sông Nhuệ - Đáy là khu vực có mật độ dân số cao và lượng nước thải lớn, đang chịu áp lực ô nhiễm nghiêm trọng, đặc biệt trong bối cảnh biến đổi khí hậu.

• Ứng dụng thành công các mô hình MIKE NAM, MIKE 11 HD và MIKE 11 Ecolab đã mô phỏng chính xác diễn biến dòng chảy và chất lượng nước trong lưu vực, cung cấp cơ sở khoa học vững chắc cho quản lý tài nguyên nước.

• Kết quả mô phỏng cho thấy biến đổi khí hậu ảnh hưởng rõ rệt đến lưu lượng dòng chảy và chất lượng nước, làm gia tăng nguy cơ ô nhiễm trong mùa khô.

• Đề xuất các giải pháp đồng bộ về xử lý nước thải, giám sát, quản lý nguồn thải và hợp tác liên vùng nhằm giảm thiểu ô nhiễm và bảo vệ nguồn nước.

• Các bước tiếp theo cần tập trung vào triển khai các giải pháp đề xuất, mở rộng nghiên cứu mô hình cho các lưu vực khác và nâng cao năng lực quản lý tài nguyên nước trong bối cảnh biến đổi khí hậu.

Hành động ngay hôm nay để bảo vệ nguồn nước sông Nhuệ - Đáy cho thế hệ tương lai!

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU 1. Cơ sở khoa học và tính thực tiễn của đề tài Lƣu vực sông Nhuệ - Đáy với diện tích khoảng 7.665 km2, dân số gần 12 triệu ngƣời, đóng vai trò quan trọng đối với sự phát triển kinh tế - xã hội (KTXH), quốc phòng - an ninh các tỉnh/thành phố Hòa Bình, Hà Nội, Hà Nam, Nam Định và Ninh Bình [1]. Sông Nhuệ - Đáy là thủy vực duy nhất tiếp nhận toàn bộ lƣợng nƣớc thải từ các khu vực nội, ngoại thành của thành phố Hà Nội. Trên lƣu vực sông Nhuệ - Đáy có gần 2.

Tính trung bình m i ngày-đêm, tổng lƣợng nƣớc thải đổ vào lƣu vực sông khoảng hơn 600.000 m3, trong đó phần lớn chƣa đƣợc xử lý, đã và đang gây ô nhiễm nghiêm trọng nguồn nƣớc lƣu vực sông này. Đứng trƣớc tình hình đó, ngày 31/8/2009, Thủ tƣớng Chính phủ đã ban hành Quyết định số 1404/QĐ-TTg thành lập Ủy ban Bảo vệ môi trƣờng lƣu vực sông Nhuệ - sông Đáy. Ủy ban đã chỉ đạo các tỉnh/thành phố trên lƣu vực triển khai Đề án Tổng thể bảo vệ môi trƣờng lƣu vực sông Nhuệ - sông Đáy đƣợc Thủ tƣớng Chính phủ phê duyệt ngày 29/4/2008 tại Quyết định số 57/2008/QĐ-TTg. Sau gần 09 năm hoạt động với 02 chƣơng trình mục tiêu quốc gia và một số chƣơng trình, đề án, dự án, nhiệm vụ trọng điểm nhƣng hiện chất lƣợng nƣớc sông Nhuệ - Đáy mới chỉ có xu hƣớng giảm gia tăng ô nhiễm nhờ các biện pháp quản lý mềm nhƣ thể chế, thanh tra, kiểm tra; chất lƣợng nƣớc chƣa đƣợc cải thiện nhiều vì thiếu các công trình thu gom và xử lý nƣớc thải, công nghệ xử lý nƣớc thải.

Cùng với sự phát triển dân số, quá trình đô thị hóa, công nghiệp hóa trong bối cảnh biến đổi khí hậu (BĐKH), tình trạng ô nhiễm môi trƣờng nƣớc sông Nhuệ - Đáy rất khó đƣợc cải thiện nếu không triển khai đồng bộ việc quản lý và kiểm soát nguồn thải, quản lý và chia sẻ thông tin về các nguồn thải chính trên lƣu vực, quy hoạch quản lý chất thải, quy hoạch hệ thống thoát nƣớc và xử lý nƣớc thải các khu dân cƣ, khu công nghiệp trên lƣu vực, phối hợp giải quyết các vấn đề môi trƣờng liên vùng, liên tỉnh. Việc đánh giá chất lƣợng nƣớc của sông Nhuệ - Đáy trong bối cảnh BĐKH và phát triển KTXH sẽ cung cấp những cơ sở khoa học cho các hoạt động quản lý, kiểm soát và qui hoạch nguồn nƣớc thải vào thủy vực sông. Đã có một số đề tài nghiên cứu về kiểm soát ô nhiễm trên lƣu vực, áp dụng các mô hình mô phỏng để phân tích đánh giá hiện trạng, dự báo chất lƣợng nƣớc, xác định 1 Luan van khả năng chịu tải của các thủy vực nhƣ Tổng cục Môi trƣờng, Viện Khoa học Khí tƣợng Thủy văn và Biến đổi Khí hậu, Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên, Ủy ban Nhân dân Thành phố Hà Nội. Tuy nhiên, phƣơng pháp đánh giá chất lƣợng nƣớc từng đoạn sông và trên một lƣu vực sông nói chung, lƣu vực sông Nhuệ - Đáy nói riêng vẫn là một vấn đề nóng, gây nhiều sự chú ý của nhân dân, các nhà khoa học và quản lý.

Xuất phát từ các căn cứ và những cơ sở nêu trên luận văn Nghiên cứu mô phỏng thủy lực và đánh giá diễn biễn chất lượng nước sông Nhuệ - Đáy trong bối cảnh biến đổi khí hậu” sẽ áp dụng các phƣơng pháp mô hình toán hiện đại nhằm đánh giá đƣợc hiện trạng và diễn biến chất lƣợng nƣớc của lƣu vực sông Nhuệ - Đáy trong bối cảnh biến đổi khí hậu từ đó đề xuất các giải pháp nhằm giảm thiểu, khống chế mức độ gia tăng ô nhiễm phục vụ khai thác hợp lý, bảo vệ có hiệu quả nguồn nƣớc, bảo vệ môi trƣờng và cảnh quan thiên nhiên lƣu vực sông Nhuệ - Đáy. Mục tiêu của đề tài Ứng dụng các mô hình MIKE NAM, MIKE 11 HD và MIKE 11 Ecolab mô phỏng và đánh giá diễn biến chất lƣợng nƣớc lƣu vực sông Nhuệ - Đáy trong bối cảnh biến đổi khí hậu từ đó đề xuất một số giải pháp nhằm giảm thiểu mức độ gia tăng ô nhiễm phục vụ khai thác và sử dụng hợp lí tài nguyên nƣớc mặt lƣu vực sông Nhuệ - Đáy. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu của đề tài 3.1 Đối tƣợng nghiên cứu: Mô hình MIKE, dòng chảy và chất lƣợng nƣớc sông Nhuệ - Đáy 3.2 Phạm vi nghiên cứu: Vùng thƣợng lƣu sông Nhuệ - Đáy bao gồm các trạm Ba Thá, Hƣng Thi, Phủ Lý, Ninh Bình và Nhƣ Tân. Phƣơng pháp nghiên cứu - Phương pháp tổng hợp, thống kê, phân tích: Thực hiện trên cơ sở thu thập các nguồn tài liệu nhƣ khí tƣợng thủy văn, chất lƣợng nƣớc, địa hình… Các dữ liệu này sẽ đƣợc xử lý phân tích, kiểm tra và tổng hợp một cách chọn lọc đƣợc sử dụng cho yêu cầu về hiệu chỉnh, kiểm định các mô hình thủy văn, thủy lực và chất lƣợng nƣớc.

- Phương pháp kế thừa các nghiên cứu đã có: Đề tài kế thừa những thành quả đạt đƣợc của các nghiên cứu khác trong và ngoài nƣớc về đánh giá chất lƣợng nƣớc. Đặc biệt là các đề tài liên quan đến chất lƣợng nƣớc tại lƣu vực sông Nhuệ - Đáy để tham khảo cho đề tài nghiên cứu này. 2 Luan van - Phương pháp mô hình toán: Ứng dụng mô hình toán hiên đại vào mô phỏng các quá trình thủy văn, thủy lực trên lƣu vực sông gồm các mô hình MIKE NAM, MIKE 11 HD và MIKE 11 Ecolab để mô phỏng và đánh giá diễn biến chất lƣợng nƣớc theo kịch bản BĐKH. 3 Luan van CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN LƢU VỰC SÔNG NHUỆ - ĐÁY VÀ PHƢƠNG PHÁP MÔ HÌNH TOÁN 1.1 Điều kiện tự nhiên lƣu vực Lƣu vực sông Nhuệ - Đáy là một tiểu lƣu vực của sông Hồng chiếm phần lớn diện tích phía Tây - Nam của đồng bằng và trung du sông Hồng.

Vị trí địa lí của lƣu vực biến đổi từ: 200 đến 21020’ Vĩ độ Bắc và 1050 đến 106030’ Kinh độ Đông.1: Bản đồ mạng lƣới lƣu vực sông Nhuệ - Đáy [3] Phía Bắc và Đông Bắc đƣợc bao bởi sông Hồng kể từ ngã ba Trung Hà tới cửa Ba Lạt với chiều dài khoảng 242km. Phía Tây Bắc giáp sông Đà từ Ngòi Lát tới Trung Hà có chiều dài 33km. Phía Tây và Tây Nam là đƣờng phân lƣu giữa sông Hồng và sông Mã bởi các dãy núi Ba Vì, Cúc Phƣơng - Tam Điệp, kết thúc tại mũi Mai An Tiêm (Nơi sông Tống gặp sông Cầu Hội) và tiếp theo là sông Càn dài khoảng 10km rồi đổ ra biển tại cửa Càn.Phía Đông và Đông Nam là biển Đông có chiều dài khoảng 95km từ cửa Ba Lạt tới cửa Càn. Diện tích tự nhiên của từng tỉnh, thành phố trong lƣu vực sông Nhuệ - Đáy nhƣ sau: - Hòa Bình với diện tích 1.631 km2, chiếm 20% diện tích tự nhiên lƣu vực; - Hà Nội với diện tích 2.450 km2, chiếm 31% diện tích tự nhiên lƣu vực; - Hà Nam với diện tích 852 km2, chiếm 11% diện tích tự nhiên lƣu vực; 4 Luan van - Ninh Bình với diện tích 1.384 km2, chiếm 17% diện tích tự nhiên lƣu vực; - Nam Định với diện tích 1.641 km2, chiếm 21% diện tích tự nhiên lƣu vực[3].1 Đặc điểm địa hình Lƣu vực sông Nhuệ - Đáy có địa hình đa dạng, với các vùng núi, đồi và 2/3 diện tích là đồng bằng nên có những thuận lợi để phát triển kinh tế.

Xét cấu trúc ngang đi từ Tây sang Đông có thể chia địa hình lƣu vực sông Đáy thành ba vùng chính là: Vùng núi; vùng đồng bằng và vùng cửa sông ven biển. Địa hình lƣu vực sông Đáy thấp dần theo hƣớng Tây Bắc - Đông Nam từ Bất Bạt Trung Hà đến giáp sông Ninh Cơ và biển. Chiều rộng trung bình của lƣu vực sông Đáy khoảng 60 km. Phía hữu ngạn sông Đáy chủ yếu là miền núi, có nhiều dãy núi đá vôi xen kẽ đồi núi đất (các khu đá vôi có nhiều hang động và hiện tƣợng Karst mạnh), phần đồng bằng chiếm rất ít và bị chia cắt khá phức tạp.

Phía tả ngạn sông Đáy là đồng bằng phì nhiêu, thấp dần về phía biển, đất cao thấp không đều nên đã hình thành những vùng trũng. Các vùng đất thấp dọc các sông có cao trình khoảng + 10,0 m ở phía Bắc và thấp dần về phía Nam khoảng từ +0,5 m đến +1,0 m. Theo điều kiện địa hình cụ thể dọc sông, có thể chia sông Đáy thành các đoạn nhƣ sau: Đoạn từ Vân Cốc đến Đập Đáy dài khoảng 12 km có dạng hình phễu, thực tế đây là khu chứa lũ Vân Cốc khi phân lũ. Đoạn từ Đập Đáy đến cầu Mai Lĩnh dài 23 km, chiều rộng trung bình giữa hai đê là 3000 m, lòng sông quanh co uốn khúc, trong mùa kiệt không có nguồn sinh thuỷ nên cạn kiệt, mùa lũ nƣớc chủ yếu là nƣớc tiêu chảy tràn trên bãi sông.

Đoạn Mai Lĩnh - Tân Lang dài 75 km, đây là đoạn đi qua nhiều địa phƣơng và điều kiện khác nhau, lòng sông quanh co uốn khúc nên có thể chia thành hai đoạn cụ thể: Đoạn Mai Lĩnh - Ba Thá dài 27 km có khoảng cách giữa 2 đê khoảng 3000 4000 m, nơi hẹp nhất khoảng 700 m; Đoạn Ba Thá - Tân Lang dài 48 km, khoảng cách 2 bờ biến đổi từ 300  1500m (Từ Trinh Tiết trở xuống chủ yếu là lũ chảy trong lòng sông). Tại Tân Lang địa hình lòng sông thu hẹp rất đáng kể do các dãy núi [2]. Đoạn Tân Lang - Gián Khẩu dài 53 km, bờ tả có đê còn bờ hữu là chân núi, từ bờ sông vào chân núi là những cánh đồng nhỏ thuộc huyện Kim Bảng, Thanh Liêm, Hà Nam khi gặp lũ lớn thƣờng bị ngập. Đoạn từ Gián Khẩu đến biển dài khoảng 82 km lòng sông mở rộng dần biến đổi từ 150  600 m, một số ch bãi bờ tả khá rộng làm khoảng cách hai đê lên đến 3000  4000 m, đoạn sông này luôn luôn ảnh hƣởng của thủy triều.2 Đặc điểm khí tượng thủy văn a.

Đặc điểm khí tƣợng Sông Nhuệ và sông Đáy nằm trong khu vực mang đầy đủ những thuộc tính cơ bản của khí hậu miền bắc Việt Nam đó là nhiệt đới gió mùa nóng ẩm, mùa đông khá lạnh và ít mƣa, mùa hè nắng nóng nhiều mƣa tạo nên bởi tác động qua lại của các yếu tố: bức xạ mặt trời, địa hình, các khối không khí luân phiên khống chế. Về chế độ nắng, sông Nhuệ và sông Đáy nằm trong miền khí hậu nhiệt đới gió mùa, với lƣợng bức xạ tổng cộng trung bình năm khoảng 105-120 kcal/cm 2 và có số giờ nắng thuộc loại trung bình, đạt khoảng 1600-1750 giờ/năm[4].