Luận văn thạc sĩ nghiên cứu ứng dụng mô hình toán đánh giá ô nhiễm nước sông nậm rốm và đề xuất giải pháp quản lý bảo vệ

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu nghiên cứu ứng dụng mô hình toán đánh giá ô nhiễm nước sông nậm rốm và đề xuất giải pháp quản lý, đánh giá hiện trạng, phân tích vấn đề, đề xuất biện

• Tác giả: Hoàng Thị Thảo
• Người hướng dẫn: Pgs.Ts. Nguyễn Văn Thắng
• Trường học: Trường Đại học Thủy lợi
• Chuyên ngành: Khoa học Môi trường
• Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng mô hình toán đánh giá ô nhiễm nước sông Nậm Rốm và đề xuất giải pháp quản lý bảo vệ
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ỨNG DỤNG CÁC MÔ HÌNH CHẤT LƯỢNG NƯỚC ĐỂ NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ Ô NHIỄM NƯỚC TRÊN CÁC THỦY VỰC SÔNG
• 1.1. Tình hình ứng dụng các mô hình chất lượng nước để nghiên cứu, đánh giá ô nhiễm nước
• 1.1.1. Trên thế giới
• 1.1.2. Tình hình nghiên cứu chất lượng nước trên sông Nậm Rốm
• 1.1.2.1. Tình hình chung
• 1.1.2.2. Quy hoạch phát triển thành phố Điện Biên Phủ và yêu cầu về bảo vệ chất lượng nước sông Nậm Rốm
• 2. CHƯƠNG II: TÌNH HÌNH Ô NHIỄM NƯỚC SÔNG NẬM RỐM VÀ YÊU CẦU QUẢN LÝ, BẢO VỆ CHẤT LƯỢNG NƯỚC
• 2.1. Tìm hiểu tổng quan sông Nậm Rốm chảy qua thành phố Điện Biên Phủ
• 2.1.1. Điều kiện tự nhiên tỉnh Điện Biên
• 2.1.2. Điều kiện kinh tế - xã hội tỉnh Điện Biên
• 2.2. Tình hình ô nhiễm nước sông Nậm Rốm
• 2.2.1. Đánh giá hiện trạng ô nhiễm nước trong hệ thống sông
• 2.2.2. Đánh giá về thể chế chính sách và tổ chức quản lý chất lượng nước
• 2.2.2.1. Chính sách về quản lý, bảo vệ chất lượng nước
• 2.2.2.2. Tổ chức - quản lý
• 2.2.3. Yêu cầu trong quản lý, bảo vệ chất lượng nước sông Nậm Rốm
• 3. CHƯƠNG III: ỨNG DỤNG MÔ HÌNH CHẤT LƯỢNG NƯỚC NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ BIẾN ĐỔI CHẤT LƯỢNG NƯỚC SÔNG NẬM RỐM VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP QUẢN LÝ, KIỂM SOÁT
• 3.1. Giới thiệu và lựa chọn sử dụng mô hình chất lượng nước Qual2K
• 3.2. Phân đoạn và thủy lực
• 3.3. Thành phần mô hình và phương trình cân bằng của các thành phần chất lượng nước
• 3.4. Cơ sở của các phản ứng
• 3.5. Số liệu đầu vào của mô hình
• 3.6. Kết quả đầu ra của mô hình
• 3.7. Phương pháp hiệu chỉnh xác định bộ thông số mô hình
• 3.8. Ứng dụng mô hình chất lượng nước Qual2K đánh giá ô nhiễm nước sông Nậm Rốm
• 3.8.1. Tình hình số liệu thủy văn, thủy lực và chất lượng nước sông Nậm Rốm
• 3.8.2. Tính toán tải lượng BOD 5 của các nguồn nước thải cho từng đoạn sông
• 3.8.3. Hiệu chỉnh xác định thông số mô hình
• 3.8.4. Kiểm định bộ thông số của mô hình và phân tích kết quả
• 3.8.5. Dự báo biến đổi chất lượng nước đến năm 2020
• 3.8.5.1. Giới thiệu quy hoạch phát triển kinh tế xã hội đến năm 2020
• 3.8.5.2. Ứng dụng mô hình Qual2K dự báo chất lượng nước theo một số kịch bản quản lý
• 3.8.6. Nhận xét mô hình Q2K
• 3.9. Nghiên cứu đề xuất giải pháp quản lý, bảo vệ chất lượng nước sông Nậm Rốm
• 3.9.1. Giới thiệu chung
• 3.9.2. Nghiên cứu giải pháp công trình
• 3.9.3. Nghiên cứu các giải pháp phi công trình
• KẾT LUẬN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Mô hình toán đánh giá ô nhiễm nước sông Nậm Rốm

Nghiên cứu ứng dụng mô hình toán để đánh giá ô nhiễm nước trên sông Nậm Rốm là một phương pháp khoa học hiệu quả. Mô hình toán học được sử dụng để mô phỏng và dự báo sự biến đổi chất lượng nước dọc theo dòng chảy. Các mô hình như Qual2K và MIKE 11 đã được áp dụng rộng rãi trên thế giới để nghiên cứu ô nhiễm nước và quản lý tài nguyên nước. Trong nghiên cứu này, mô hình toán được sử dụng để phân tích các thông số chất lượng nước như BOD, COD, DO và TSS, từ đó đánh giá mức độ ô nhiễm nước trên sông Nậm Rốm.

1.1. Giới thiệu mô hình Qual2K

Mô hình Qual2K là một công cụ mạnh mẽ để đánh giá ô nhiễm nước trong các hệ thống sông. Mô hình này cho phép phân tích các thành phần chất lượng nước và dự báo sự biến đổi của chúng dọc theo dòng chảy. Qual2K sử dụng các phương trình cân bằng vật chất và các phản ứng sinh hóa để mô phỏng quá trình lan truyền chất ô nhiễm. Trong nghiên cứu này, mô hình Qual2K được hiệu chỉnh và kiểm định dựa trên các số liệu thực đo từ sông Nậm Rốm, đảm bảo độ chính xác và tin cậy của kết quả.

1.2. Phương pháp hiệu chỉnh và kiểm định mô hình

Quá trình hiệu chỉnh và kiểm định mô hình toán là bước quan trọng để đảm bảo độ chính xác của kết quả. Các thông số mô hình được điều chỉnh dựa trên số liệu thực đo từ sông Nậm Rốm, bao gồm lưu lượng, chất lượng nước và các yếu tố thủy lực. Kết quả hiệu chỉnh cho thấy mô hình Qual2K có khả năng mô phỏng chính xác sự biến đổi của các thông số chất lượng nước như DO, BOD, COD và TSS. Điều này khẳng định tính ứng dụng của mô hình toán trong việc đánh giá ô nhiễm nước và quản lý tài nguyên nước.

II. Đánh giá hiện trạng ô nhiễm nước sông Nậm Rốm

Sông Nậm Rốm là một trong những nguồn nước quan trọng tại tỉnh Điện Biên, nhưng hiện đang phải đối mặt với tình trạng ô nhiễm nước nghiêm trọng. Các nguồn gây ô nhiễm chính bao gồm nước thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp và nước thải nông nghiệp. Nghiên cứu đã tiến hành phân tích các thông số chất lượng nước như BOD, COD, DO và TSS tại các điểm quan trắc dọc theo sông Nậm Rốm. Kết quả cho thấy mức độ ô nhiễm nước tăng cao tại các khu vực đô thị và khu công nghiệp, đặc biệt là đoạn sông chảy qua thành phố Điện Biên Phủ.

2.1. Nguồn gây ô nhiễm chính

Các nguồn gây ô nhiễm nước trên sông Nậm Rốm chủ yếu đến từ hoạt động sinh hoạt, công nghiệp và nông nghiệp. Nước thải sinh hoạt từ các khu dân cư đô thị chứa nhiều chất hữu cơ và vi sinh vật gây hại. Nước thải công nghiệp từ các cơ sở sản xuất chứa các chất độc hại như dầu mỡ, kim loại nặng và hóa chất. Nước thải nông nghiệp chứa dư lượng thuốc bảo vệ thực vật và phân bón hóa học. Các nguồn thải này đều góp phần làm gia tăng mức độ ô nhiễm nước trên sông Nậm Rốm.

2.2. Kết quả phân tích chất lượng nước

Kết quả phân tích chất lượng nước tại các điểm quan trắc trên sông Nậm Rốm cho thấy các thông số BOD, COD và TSS đều vượt quá giới hạn cho phép. Đặc biệt, tại các khu vực đô thị, nồng độ BOD và COD cao hơn nhiều so với tiêu chuẩn quy định. Điều này cho thấy mức độ ô nhiễm nước nghiêm trọng tại các khu vực này. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng, nếu không có các biện pháp quản lý và bảo vệ kịp thời, tình trạng ô nhiễm nước trên sông Nậm Rốm sẽ tiếp tục gia tăng, ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường và sức khỏe cộng đồng.

III. Giải pháp quản lý và bảo vệ môi trường

Để giải quyết tình trạng ô nhiễm nước trên sông Nậm Rốm, nghiên cứu đã đề xuất các giải pháp quản lý và bảo vệ môi trường hiệu quả. Các giải pháp bao gồm việc xây dựng hệ thống xử lý nước thải, tăng cường quản lý và giám sát các nguồn thải, cũng như nâng cao nhận thức cộng đồng về bảo vệ môi trường. Các giải pháp bảo vệ này không chỉ giúp cải thiện chất lượng nước trên sông Nậm Rốm mà còn góp phần phát triển bền vững tài nguyên nước tại khu vực.

3.1. Giải pháp công trình

Các giải pháp công trình được đề xuất bao gồm việc xây dựng và nâng cấp hệ thống xử lý nước thải tại các khu đô thị và khu công nghiệp. Hệ thống này sẽ giúp giảm thiểu lượng chất thải đổ vào sông Nậm Rốm, từ đó cải thiện chất lượng nước. Ngoài ra, nghiên cứu cũng đề xuất xây dựng các hồ chứa và đập điều tiết để kiểm soát lưu lượng và chất lượng nước trên sông.

3.2. Giải pháp phi công trình

Các giải pháp phi công trình tập trung vào việc tăng cường quản lý và giám sát các nguồn thải, cũng như nâng cao nhận thức cộng đồng về bảo vệ môi trường. Các biện pháp bao gồm việc ban hành và thực thi các quy định về xả thải, tổ chức các chương trình giáo dục môi trường, và khuyến khích sự tham gia của cộng đồng trong các hoạt động bảo vệ sông Nậm Rốm. Những giải pháp quản lý này sẽ góp phần duy trì và cải thiện chất lượng nước trên sông một cách bền vững.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Nước là nguồn tài nguyên thiết yếu cho sự sống và phát triển kinh tế xã hội. Theo ước tính của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO), khoảng 80% các bệnh tật của nhân loại xuất phát từ ô nhiễm nguồn nước. Tình trạng ô nhiễm nước ngày càng nghiêm trọng do sự gia tăng dân số, phát triển công nghiệp và đô thị hóa, đặc biệt tại các lưu vực sông quan trọng. Sông Nậm Rốm, chảy qua thành phố Điện Biên Phủ, là nguồn cung cấp nước chính cho khu vực này nhưng đang chịu áp lực ô nhiễm ngày càng tăng. Lượng chất thải rắn sinh hoạt tại thành phố khoảng 30 tấn/ngày, nước thải sinh hoạt ước tính hơn 8.500 m³/ngày chưa qua xử lý, cùng với nước thải công nghiệp và nông nghiệp đã làm suy giảm chất lượng nước sông.

Mục tiêu nghiên cứu là ứng dụng mô hình toán để đánh giá hiện trạng và diễn biến ô nhiễm nước sông Nậm Rốm, từ đó đề xuất các giải pháp quản lý, bảo vệ nguồn nước hiệu quả. Phạm vi nghiên cứu tập trung trên đoạn sông Nậm Rốm dài 45 km chảy qua thành phố Điện Biên Phủ, với số liệu quan trắc chất lượng nước trong các năm 2012-2013. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc cung cấp cơ sở khoa học cho công tác quản lý tài nguyên nước, góp phần bảo vệ môi trường và phát triển bền vững khu vực Tây Bắc.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn vận dụng các lý thuyết và mô hình chuyên ngành về thủy văn môi trường và quản lý tài nguyên nước, bao gồm:

• Mô hình chất lượng nước Qual2K: Mô hình toán một chiều, mô phỏng dòng chảy ổn định và biến đổi chất lượng nước theo chiều dài sông, bao gồm các thành phần như BOD, DO, COD, các chất dinh dưỡng và kim loại nặng. Mô hình sử dụng phương trình cân bằng khối lượng và phương trình Saint-Venant cho dòng chảy thủy lực.

• Lý thuyết thủy văn và thủy lực: Phân tích đặc trưng dòng chảy, lưu lượng, độ dốc, và các yếu tố ảnh hưởng đến sự phân bố chất ô nhiễm trong sông.

• Khái niệm ô nhiễm nước: Bao gồm các chỉ tiêu vật lý (nhiệt độ, pH, độ đục), hóa học (BOD, COD, các chất dinh dưỡng, kim loại nặng), và vi sinh (coliform) để đánh giá mức độ ô nhiễm và ảnh hưởng đến hệ sinh thái.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Sử dụng số liệu quan trắc chất lượng nước tại 3 điểm trên sông Nậm Rốm trong các năm 2012 và 2013, số liệu thủy văn, thủy lực, và thông tin về các nguồn thải sinh hoạt, công nghiệp, nông nghiệp tại khu vực.

• Phương pháp phân tích: Áp dụng mô hình toán Qual2K để mô phỏng biến đổi chất lượng nước dọc theo dòng chảy, hiệu chỉnh và kiểm định mô hình dựa trên số liệu thực tế. Phân tích thống kê các chỉ tiêu ô nhiễm, so sánh với quy chuẩn Việt Nam QCVN 08:2008/BTNMT.

• Timeline nghiên cứu: Thu thập số liệu và khảo sát thực địa trong giai đoạn 2011-2013, xây dựng và hiệu chỉnh mô hình trong năm 2013-2014, dự báo và đề xuất giải pháp quản lý đến năm 2020.

• Cỡ mẫu và chọn mẫu: Lấy mẫu nước tại 3 vị trí đại diện cho đầu, giữa và cuối đoạn sông chảy qua thành phố Điện Biên Phủ, nhằm phản ánh chính xác diễn biến chất lượng nước trong khu vực nghiên cứu.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Chất lượng nước suy giảm theo chiều dòng chảy: Các chỉ tiêu BOD5 và COD tại điểm cuối đoạn sông (NM3) vượt quy chuẩn lần lượt 105% và 91% so với QCVN 08:2008/BTNMT, cao hơn đáng kể so với điểm đầu nguồn (NM1) với mức vượt 71% và 18%. Điều này cho thấy ô nhiễm tăng dần do tích tụ các nguồn thải sinh hoạt và công nghiệp.

2. Nồng độ các chất rắn lơ lửng (TSS) vượt nhẹ quy chuẩn: TSS tại điểm NM3 năm 2013 đạt 65,7 mg/l, vượt 1,3 lần so với giới hạn cho phép, ảnh hưởng đến độ trong của nước và khả năng tự làm sạch.

3. Chỉ số ôxy hòa tan (DO) giảm dần: DO tại điểm NM3 là 4,25 mg/l, thấp hơn so với điểm đầu nguồn (4,52 mg/l), phản ánh sự tiêu hao oxy do quá trình phân hủy chất hữu cơ, ảnh hưởng đến sinh vật thủy sinh.

4. Các kim loại nặng như Cr6+, Zn, Mn vượt nhẹ giới hạn cho phép: Cr6+ tại điểm NM3 đạt 0,045 mg/l, vượt 12,5% so với quy chuẩn 0,04 mg/l, tiềm ẩn nguy cơ độc hại cho hệ sinh thái và sức khỏe con người.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của ô nhiễm là do lượng nước thải sinh hoạt chưa qua xử lý, nước thải công nghiệp và nông nghiệp xả trực tiếp vào sông. Sự gia tăng dân số và phát triển đô thị tại thành phố Điện Biên Phủ làm tăng áp lực lên nguồn nước. So với các nghiên cứu tương tự trên các lưu vực sông khác, mức độ ô nhiễm tại sông Nậm Rốm tương đối nghiêm trọng, đặc biệt về chỉ tiêu BOD và COD.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ biến đổi BOD5 và COD theo vị trí lấy mẫu, bảng so sánh các chỉ tiêu vượt quy chuẩn, và bản đồ phân bố ô nhiễm dọc sông. Kết quả này nhấn mạnh sự cần thiết của việc áp dụng các biện pháp quản lý và xử lý nước thải hiệu quả để bảo vệ nguồn nước.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Xây dựng hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt tập trung: Động viên đầu tư xây dựng nhà máy xử lý nước thải tại các khu vực dân cư đông đúc, nhằm giảm tải lượng BOD5 và COD xả trực tiếp vào sông. Mục tiêu giảm 50% tải lượng ô nhiễm trong vòng 5 năm, do chính quyền thành phố phối hợp với các nhà đầu tư thực hiện.

2. Kiểm soát và xử lý nước thải công nghiệp: Áp dụng quy định nghiêm ngặt về xử lý nước thải trước khi xả ra môi trường, tăng cường giám sát và xử phạt các cơ sở vi phạm. Mục tiêu đạt 100% cơ sở công nghiệp có hệ thống xử lý đạt chuẩn trong 3 năm tới, do Sở Tài nguyên và Môi trường chủ trì.

3. Quản lý sử dụng phân bón và thuốc bảo vệ thực vật trong nông nghiệp: Tuyên truyền, hướng dẫn kỹ thuật sử dụng hợp lý, hạn chế dư lượng hóa chất gây ô nhiễm nguồn nước. Mục tiêu giảm 30% lượng phân bón và thuốc bảo vệ thực vật không đúng quy định trong 4 năm, do ngành nông nghiệp phối hợp với các tổ chức nông dân thực hiện.

4. Tăng cường giám sát chất lượng nước và nâng cao nhận thức cộng đồng: Thiết lập mạng lưới quan trắc thường xuyên, công bố minh bạch kết quả, đồng thời tổ chức các chương trình giáo dục bảo vệ môi trường cho người dân. Mục tiêu nâng cao nhận thức và giảm thiểu hành vi xả thải bừa bãi trong 2 năm, do các cơ quan quản lý môi trường và địa phương phối hợp thực hiện.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Cơ quan quản lý tài nguyên nước và môi trường: Sử dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng chính sách, quy hoạch và biện pháp quản lý chất lượng nước hiệu quả tại lưu vực sông Nậm Rốm và các khu vực tương tự.

2. Các nhà nghiên cứu và học viên ngành khoa học môi trường, thủy văn: Tham khảo phương pháp ứng dụng mô hình toán Qual2K trong đánh giá ô nhiễm nước sông, cũng như các phân tích chuyên sâu về nguồn ô nhiễm và tác động môi trường.

3. Doanh nghiệp và nhà đầu tư trong lĩnh vực công nghiệp và đô thị: Hiểu rõ tác động của hoạt động sản xuất, sinh hoạt đến chất lượng nước, từ đó áp dụng các biện pháp xử lý nước thải phù hợp, đảm bảo tuân thủ quy định môi trường.

4. Cộng đồng dân cư và tổ chức phi chính phủ: Nâng cao nhận thức về bảo vệ nguồn nước, tham gia giám sát và vận động các hành động giảm thiểu ô nhiễm, góp phần bảo vệ môi trường sống bền vững.

Câu hỏi thường gặp

1. Mô hình Qual2K có ưu điểm gì trong đánh giá ô nhiễm nước sông?
   Qual2K mô phỏng dòng chảy ổn định và biến đổi chất lượng nước theo chiều dài sông, phù hợp với mạng sông đơn giản, giúp dự báo tác động của các nguồn thải và hiệu quả các giải pháp quản lý. Ví dụ, mô hình đã được hiệu chỉnh chính xác với số liệu thực tế tại sông Nậm Rốm.

2. Tại sao ô nhiễm nước sông Nậm Rốm lại tăng theo chiều dòng chảy?
   Do tích tụ các nguồn thải sinh hoạt, công nghiệp và nông nghiệp dọc theo sông, đặc biệt là tại khu vực thành phố Điện Biên Phủ, làm tăng nồng độ các chất ô nhiễm như BOD, COD và kim loại nặng.

3. Các chỉ tiêu nào vượt quy chuẩn và ảnh hưởng nghiêm trọng nhất?
   Chỉ tiêu BOD5 và COD vượt quy chuẩn từ 71% đến hơn 100%, gây tiêu hao oxy hòa tan, ảnh hưởng đến sinh vật thủy sinh. Kim loại nặng như Cr6+ cũng vượt nhẹ, tiềm ẩn nguy cơ độc hại lâu dài.

4. Giải pháp nào ưu tiên để cải thiện chất lượng nước?
   Xây dựng hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt và công nghiệp là ưu tiên hàng đầu, kết hợp với quản lý sử dụng phân bón, thuốc bảo vệ thực vật và nâng cao nhận thức cộng đồng.

5. Nghiên cứu có thể áp dụng cho các lưu vực sông khác không?
   Phương pháp và mô hình Qual2K có thể áp dụng cho các lưu vực sông có đặc điểm tương tự, giúp đánh giá ô nhiễm và đề xuất giải pháp quản lý phù hợp, góp phần bảo vệ nguồn nước trên phạm vi rộng.

Kết luận

• Ứng dụng mô hình toán Qual2K đã đánh giá chính xác diễn biến ô nhiễm nước sông Nậm Rốm, đặc biệt là các chỉ tiêu BOD5, COD và kim loại nặng vượt quy chuẩn.
• Ô nhiễm nước tăng dần theo chiều dòng chảy do tác động của các nguồn thải sinh hoạt, công nghiệp và nông nghiệp chưa được kiểm soát hiệu quả.
• Nghiên cứu đề xuất các giải pháp quản lý bao gồm xây dựng hệ thống xử lý nước thải, kiểm soát nguồn thải, quản lý nông nghiệp và nâng cao nhận thức cộng đồng.
• Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học cho công tác quản lý tài nguyên nước tại tỉnh Điện Biên và các khu vực tương tự.
• Các bước tiếp theo cần triển khai thực hiện các giải pháp đề xuất, đồng thời mở rộng nghiên cứu theo dõi chất lượng nước liên tục để điều chỉnh chính sách phù hợp.

Hành động ngay hôm nay để bảo vệ nguồn nước sông Nậm Rốm – nguồn sống của cộng đồng và sự phát triển bền vững của vùng Tây Bắc!

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ỨNG DỤNG CÁC MÔ HÌNH CHẤT LƯỢNG NƯỚC ĐỂ NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ Ô NHIỄM NƯỚC TRÊN CÁC THỦY VỰC SÔNG 1. Tình hình ứng dụng các mô hình chất lượng nước để nghiên cứu, đánh giá ô nhiễm nước 1. Trên thế giới Để nghiên cứu đánh giá ô nhiễm nước cần tính toán đánh giá biến đổi chất lượng nước trong sông và các thủy vực, một trong những phương pháp hiệu quả nhất là sử dụng mô hình chất lượng nước. Hiện nay trên thế giới đã ứng dụng rộng rãi mô hình chất lượng nước để nghiên cứu đánh giá biến đổi chất lượng nước và làm cơ sở cho việc quản lý, bảo vệ chất lượng nước.

Các mô hình chất lượng nước rất đa dạng trong đó mô phỏng biến đổi chất lượng nước tại hầu hết các thủy vực như sông, hồ, trong vùng không chịu ảnh hưởng triều và khu vực cửa sông ven biển. Nhiều mô hình đã được ứng dụng rộng rãi trên thế giới như bộ mô hình MIKE, DELTA,… Những mô hình dòng chảy và chất lượng nước có tính thương mại trên thế giới phải kể đến họ mô hình MIKE, trong đó có MIKE 11. Đây là bộ phần mềm của viện DHI Đan Mạch, được ứng dụng, nghiên cứu cho dự án quy hoạch và quản lý tài nguyên nước và phòng chống thiên tai tại nhiều nước trên thế giới như Nhật Bản, Thái Lan, Bangdales,…Trong khuôn khổ của Dự án tăng cường năng lực các Viện Ngành nước ở Việt Nam, DHI đã đào tạo và chuyển giao bản quyền cho một số cơ quan ngành nước thuộc Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn. ISIS: Bộ phần mềm này của công ty Halcrow và trường Wallingford phối hợp xây dựng, được sử dụng trong chương trình sử dụng nước (WUP) của Ủy Hội sông Mê Công.

Mỗi nước thành viên có được 2 – 3 license. Tuy nhiên phần mềm này đối với Việt Nam chưa được thương mại hóa như MIKE, nhưng du nhập vào Việt Nam thông qua các dự án có thể chuyển giao công nghệ như chương trình WUP. 6 Các bộ phần mềm khác như Duflow, Sobek/Wendy, Telemax, Qual2-E, Wasp6,.là những bộ phần mềm thương mại, phải mua bản quyền nên khi sử dụng thường được cơ quan cấp phần mềm khuyến cáo rằng có thể chấp nhận một số rủi ro gây thiệt hại do không được đào tạo, tập huấn và không hiểu biết những hạn chế của mô hình nên khi áp dụng gây lỗi. SOBEK: Phần mềm này do Delft, Hà Lan phát triển, gồm phần dòng chảy và tính toán ô nhiễm 1,2 chiều, đã kết nối với công cụ GIS.

Đã sử dụng hệ phương trình Saint – Venant 1 chiều cho dòng chảy trong kênh sông. SOBEK cũng sử dụng lược đồ sai phân xen kẽ giống như MIKE 11. Các yếu tố ô nhiễm được mô phỏng bằng phương trình lan truyền chất 1 chiều có kể tới quá trình biến đổi sinh hóa của các chất ô nhiễm. Phương trình lan truyền chất một chiều được giải bằng phương pháp sai phân, mặc dù có các lựa chọn các sơ đồ, nhưng do bản chất của lược đồ sai phân, kết quả tính vẫn bị ảnh hưởng bởi hiện tượng khuếch tán số.

Qual2 – E : Phần mềm này do cơ quan bảo vệ mô trường của Mỹ (EPA) phát triển và đã được sử dụng rộng rãi ở Mỹ và một số nước châu Âu. Qual2-E đã được du nhập vào Việt Nam qua một số dự án. Qual2-E cũng sử dụng hệ phương trình Saint-Venant và lan truyền chất một chiều và giải bằng phương pháp sai phân và có thể sử dụng cho yếu tố ô nhiễm(BOD,DO, tảo, Nito, photpho,…). Nhược điểm của Qual2-E là chỉ áp dụng cho mạng sông đơn giản có dạng hình cây (không áp dụng cho mạng sông dạng mạch vòng), thiết diện sông phải đều dạng hình hình thang, hay hình chữ nhật và không chịu ảnh hưởng của thủy triều.

Giống như mô hình Q2E, mô hình Q2K được áp dụng cho trường hợp dòng chảy một chiều và hòa trộn đều theo chiều đứng và chiều ngang, trạng thái thủy lực ổn định. Q2K mô phỏng dòng chảy ổn định không đồng bộ. Q2K còn mô phỏng diễn biến nhiệt độ và chất lượng nước theo thời gian. Ngoài ra, các nguồn điểm, nguồn phân tán nhập vào hay thoát ra khỏi sông đều được mô phỏng trong mô hình Q2K này.

7 Duflow : Đây là phần mềm được phát triển bởi viện thủy lực (IHE) của Hà Lan, đại học công nghệ Deft, STOWA và trường đại học nông nghiệp Wageningen. Duflow được thiết kế để sử dụng cho nhiều mục tiêu (tính triều, lũ, sử dụng nước,…). Duflow cũng giải quyết các bài toán lan truyền chất trong kênh sông có các công trình. Mô hình SWAT Mô hình SWAT (soil and water assessment tools) được xây dựng để đánh giá tác động của việc sử dụng đất , của xói mòn và việc sử dụng hóa chất trong nông nghiệp trên một hệ thống lưu vực sông.

SWAT là mô hình thủy văn, dùng để diễn toán các quá trình vật lý liên quan đến sự chuyển động nước, sự chuyển động bùn cát, quá trình canh tác, diễn toán các yếu tố chất lượng nước như: dinh dưỡng(N,P), bùn cát, thuốc trừ sâu, kim loại nặng, coliform, fecal coliform.ở cửa ra của lưu vực. Mô hình SWAT yêu cầu số liệu đầu vào như sau: Mô hình số độ cao (DEM) với độ chính xác cao Các lớp thông tin địa hình cơ bản +Bản đồ mạng lưới sông suối +Bản đồ sử dụng đất +Bản đồ thảm phủ Bản đồ đất - Các thông tin chuyên ngành khí tượng thủy văn: lượng mưa , độ ẩm tương đối, bức xạ mặt trời, tốc độ gió, nhiệt độ trung bình(tối cao, tối thấp), số giờ nắng, lưu lượng dòng chảy, số liệu dòng chảy bùn cát. Trong nước Trong mấy thập kỷ gần đây cũng có nhiều mô hình toán chất lượng nước của nước ngoài đã được giới thiệu, ứng dụng cho các sông ngòi ở Việt Nam như các mô hình MIKE 11, MIKE 21, Qual2K, Qual2E,…; đồng thời một số mô hình chất 8 lượng nước đã được xây dựng, phát triển do các nhà khoa học ở Việt Nam như VRSAP, KOD1,… Do các yêu cầu của thực tiễn quy hoạch và sử dụng tài nguyên nước, ngoài sử dụng các công cụ phần mềm nước ngoài, nhiều chuyên gia trong nước đã tự xây dựng các bộ phần mềm, để khi cần thiết, có thể tự sửa đổi và cập nhật thuật toán, mã nguồn để có thể đáp ứng được các yêu cầu tính toán cụ thể. Các bộ phần mềm do các cán bộ trong nước xây dựng được áp dụng nhiều cho các dự án gồm: VRSAP: đây là bộ phần mềm được xem là đầu tiên cho tính toán thủy lực mạng kênh sông do cố PGS Nguyễn Như Khuê phát triển sau đợt thực tập tại Hà Lan vào năm 1978.

VRSAP đã được Phân viện Khảo sát Quy hoạch Thủy lợi Nam bộ( nay là Viện Quy hoạch Thủy lợi miền Nam) sử dụng cho nhiều dự án quy hoạch cả dự án trong nước và quốc tế. KOD1 của GS-TSKH Nguyễn Ân Niên. Đây là phần mềm dựa trên sơ đồ sai phân hiện. Phần giao diện kết nối GIS và Database đang trong giai đoạn nâng cấp và hoàn thiện.

Mặc dù thời gian tính nhanh nhưng nhiều khi gặp vấn đề cân bằng toàn cục ảnh hưởng tới độ chính xác của kết quả. Trước đây khi tốc độ xử lý của máy tính còn chậm thì thuật toán hiện còn hữu ích. KOD1 chủ yếu được một số cán bộ của Viện Khoa học Thủy lợi sử dụng. HydroGIS của TS Nguyễn Hữu Nhân: đây là phần mềm mới được xây dựng trong một số năm gần đây, phần nối công cụ GIS, demo kết quả và giao diện khá tốt.

Tuy nhiên do tác giả ít công bố về thuật toán nên khó đánh gia. HydroGIS cũng giải hệ phương Saint-Venant một chiều bằng sơ đồ sai phân Preissmann, nhưng giải trực tiếp hệ sai phân bằng phương pháp lặp nên tốc độ tính toán chưa nhanh. Gần đây TS Nhân có thêm phần tính dòng chảy xiết bằng phương pháp sóng động lực, tuy nhiên trên vùng núi có những đoạn vừa chảy xiết, vừa chảy êm thì phương pháp sóng động lực không áp dụng được. Ngoài ra còn một số phần mềm khác do một số tác giả trong nước phát triển trong khuôn khổ các luận án hoặc các nghiên cứu riêng lẻ và còn ít được áp dụng cho các bài toán thực tế hoặc áp dụng theo nghĩa thử nghiệm.

9 Hiện nay các mô hình trên vẫn đang được ứng dụng để nghiên cứu đánh giá biến đổi chất lượng nước cho một số dự án cụ thể tùy thuộc vào điều kiện của sông suối, số liệu và yêu cầu nghiên cứu, những mô hình được ứng dụng nhiều như các mô hình MIKE, Qual2K, Qual2E. Tình hình nghiên cứu chất lượng nước trên sông Nậm Rốm 1. Tình hình chung Trong những năm gần đây, Điện Biên đã có sự chuyển biến mạnh mẽ về mặt khoa học kỹ thuật, có nhiều dự án nghiên cứu khoa học đã được thực hiện. Ngoài ra, trong các lĩnh vực như xây dựng, giao thông vận tải, y tế, an ninh quốc phòng.

đã đạt được những thành tựu đáng kể và có ứng dụng hiệu quả nhưng nhận thức về vai trò của KH&CN ở một bộ phận không nhỏ nhân dân và doanh nghiệp chưa đầy đủ. Do đó, các doanh nghiệp vẫn chưa mạnh dạn đầu tư, tìm kiếm và ứng dụng thành tựu KH&CN vào sản xuất … Chất lượng môi trường tỉnh Điện Biên đang ngày càng có xu hướng suy giảm, tình trạng ô nhiễm môi trường ngày càng cao. Quá trình đô thị hóa kéo theo sự gia tăng dân số đã gây nên áp lực lớn trong công tác bảo vệ môi trường. Sự phát triển kinh tế đã làm biến đổi các thành phần, chất lượng môi trường đất, nước, không khí trong toàn tỉnh; làm ảnh hưởng đến môi trường, sinh thái cũng như tác động đến sức khỏe cộng đồng.

Tình trạng ô nhiễm môi trường đô thị nằm ở khâu xử lý nước thải, chất thải rắn, bụi, khí thải và tiếng ồn. Theo thống kê của trung tâm nước sạch và vệ sinh môi trường nông thôn, hiện nay dân số vùng nông thôn được sử dụng nước sinh hoạt hợp vệ sinh toàn tỉnh chỉ đạt 60%, phấn đấu năm 2010 đạt 80%. Nguồn tài nguyên thiên nhiên bị khai thác quá mức, đa dạng sinh học có nguy cơ giảm nhanh, tiềm ẩn xảy ra sự cố môi trường như động đất, cháy rừng, trượt lở đất, lũ bùn đá. Sông Nậm Rốm trước đây khi chưa tách tỉnh và thành lập thành phố Điện Biên Phủ thì chưa bị áp lực lớn của phát triển kinh tế xã hội, chất lượng nước nói chung tốt, nguồn nước sông có khả năng tự làm sạch cao, nước sông chưa bị ô 10 nhiễm đáng kể.