ỨNG DỤNG MÔ HÌNH HEC – RAS TRONG MÔ PHỎNG CHẤT LƯỢNG NƯỚC SÔNG THỊ TÍNH, TỈNH BÌNH DƯƠNG VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP QUẢN LÝ

• Tác giả: Võ Trần Hoàng
• Người hướng dẫn: PGS. Lương Văn Việt
• Trường học: Trường Đại học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Quản lý Tài nguyên và Môi trường
• Đề tài: Ứng dụng mô hình HEC - RAS trong mô phỏng chất lượng nước s ông Thị Tính, tỉnh Bình Dương và đề xuất giải pháp quản lý
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN

Tóm tắt

I. Tổng quan Ứng dụng HEC RAS sông Thị Tính Bình Dương

Tình trạng ô nhiễm môi trường nước mặt tại các sông, suối chính ở Bình Dương đang là một vấn đề cấp bách, đe dọa trực tiếp đến môi trường và sức khỏe cộng đồng. Nguyên nhân chính bao gồm nước thải công nghiệp chưa qua xử lý, nước thải sinh hoạt từ các khu dân cư ven sông, và phân bón từ hoạt động nông nghiệp. Các loại chất thải không được thu gom đúng quy định cũng góp phần làm ô nhiễm nguồn nước khi trời mưa. Ủy ban nhân dân tỉnh Bình Dương đã ban hành các quyết định về danh mục các ngành nghề, vùng, địa điểm có nguy cơ ô nhiễm môi trường, trong đó có sông Thị Tính. Sông Thị Tính hiện đang tiếp nhận nước thải sinh hoạt, chăn nuôi, và công nghiệp, làm gia tăng mức độ ô nhiễm. Các nghiên cứu ứng dụng mô hình như HEC-RAS để mô phỏng chất lượng nước và đánh giá diễn biến chất lượng nước trên lưu vực sông Thị Tính còn hạn chế. Xuất phát từ thực tế này, đề tài "Ứng dụng mô hình HEC-RAS trong mô phỏng chất lượng nước sông Thị Tính, tỉnh Bình Dương và đề xuất giải pháp quản lý" có ý nghĩa khoa học và thực tiễn quan trọng.

1.1. Mục tiêu nghiên cứu và phạm vi ứng dụng HEC RAS

Mục tiêu chung của nghiên cứu là mô phỏng chất lượng nước sông Thị Tính, tỉnh Bình Dương, nhằm đề xuất các giải pháp giảm thiểu ô nhiễm. Cụ thể, nghiên cứu sẽ ứng dụng mô hình HEC-HMS để mô phỏng mưa - dòng chảy trên lưu vực sông Thị Tính, tạo biên trên cho mô hình thủy lực HEC-RAS. Sau đó, ứng dụng mô hình HEC-RAS trong mô phỏng chất lượng nước sông Thị Tính. Từ đó, đề xuất các nhiệm vụ và giải pháp nhằm kiểm soát các nguồn thải, giảm thiểu ô nhiễm và cải thiện chất lượng nước sông Thị Tính. Nghiên cứu tập trung vào các nguồn thải diện, bao gồm nước ô nhiễm từ hoạt động sinh hoạt, chăn nuôi, khu công nghiệp và nước mưa chảy tràn. Thời gian nghiên cứu từ năm 2018 đến năm 2020, trên lưu vực sông Thị Tính thuộc tỉnh Bình Dương.

1.2. Cách tiếp cận nghiên cứu và ý nghĩa thực tiễn của HEC RAS

Nghiên cứu sử dụng cách tiếp cận thực tiễn, hệ thống, toàn diện và tổng hợp, kết hợp với việc kế thừa tri thức và kinh nghiệm đã có. Ứng dụng mô hình hóa để quản lý tài nguyên nước, đánh giá hiện trạng, dự đoán chất lượng nước, và đưa ra bức tranh toàn diện về hiện trạng chất lượng nước. Tiếp cận đa mục tiêu nhằm phục vụ cấp nước, tưới tiêu, thoát nước, giao thông. Tiếp cận phát triển bền vững, cung cấp cơ sở khoa học và thực tiễn cho các nhà quản lý địa phương triển khai các giải pháp kiểm soát nguồn thải, đảm bảo phát triển bền vững kinh tế xã hội. Kết quả mô phỏng chất lượng nước sông Thị Tính bằng mô hình HEC-RAS sẽ đóng góp vào việc nghiên cứu và đưa ra các dự báo nhằm giám sát và giảm thiểu các nguồn gây tác động ảnh hưởng đến nước mặt ở lưu vực sông Thị Tính.

II. Thực trạng Ô nhiễm sông Thị Tính Bình Dương Thách thức

Sông Thị Tính hiện đang phải đối mặt với nhiều thách thức lớn về ô nhiễm môi trường nước. Tình trạng này xuất phát từ sự gia tăng dân số, phát triển công nghiệp và nông nghiệp thiếu kiểm soát. Nước thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp và hoạt động chăn nuôi là những nguồn gây ô nhiễm chính. Theo báo cáo của tỉnh Bình Dương, có nhiều khu vực trên sông Thị Tính vượt quá tiêu chuẩn cho phép về các thông số chất lượng nước như BOD5 và COD. Điều này ảnh hưởng nghiêm trọng đến hệ sinh thái sông, sức khỏe cộng đồng và các hoạt động kinh tế liên quan đến nguồn nước. Do đó, việc đánh giá chính xác mức độ ô nhiễm và tìm ra các giải pháp quản lý hiệu quả là vô cùng cần thiết. Báo cáo nêu rõ sự cần thiết phải có những nghiên cứu chuyên sâu, ứng dụng công nghệ hiện đại để giám sát và dự báo chất lượng nước, từ đó đưa ra các quyết định phù hợp.

2.1. Các nguồn ô nhiễm chính tác động sông Thị Tính

Các nguồn ô nhiễm chính tác động đến chất lượng nước sông Thị Tính bao gồm nước thải sinh hoạt chưa qua xử lý hoặc xử lý chưa đạt chuẩn, nước thải công nghiệp từ các khu công nghiệp và cơ sở sản xuất, và nước thải chăn nuôi từ các trang trại và hộ gia đình. Nước thải sinh hoạt thường chứa các chất hữu cơ, vi khuẩn gây bệnh và các chất dinh dưỡng (nitơ, phốt pho) gây phú dưỡng hóa nguồn nước. Nước thải công nghiệp có thể chứa các chất độc hại như kim loại nặng, hóa chất và các chất ô nhiễm khó phân hủy. Nước thải chăn nuôi chứa lượng lớn chất hữu cơ, vi khuẩn và các chất dinh dưỡng. Theo thống kê, lượng nước thải từ các nguồn này ngày càng gia tăng, gây áp lực lớn lên khả năng tự làm sạch của sông Thị Tính.

2.2. Tác động của ô nhiễm đến chất lượng nước và đời sống

Ô nhiễm sông Thị Tính gây ra nhiều tác động tiêu cực đến chất lượng nước và đời sống của người dân địa phương. Chất lượng nước suy giảm ảnh hưởng đến khả năng sử dụng nước cho sinh hoạt, sản xuất nông nghiệp và các hoạt động kinh tế khác. Nguồn nước ô nhiễm có thể gây ra các bệnh tật liên quan đến đường tiêu hóa, da liễu và các bệnh truyền nhiễm khác. Ngoài ra, ô nhiễm còn ảnh hưởng đến hệ sinh thái sông, làm suy giảm đa dạng sinh học và ảnh hưởng đến các loài thủy sinh. Tình trạng này gây ra thiệt hại kinh tế cho các hộ gia đình và doanh nghiệp phụ thuộc vào nguồn nước sông Thị Tính.

III. Phương pháp Ứng dụng HEC RAS mô phỏng chất lượng nước

Để giải quyết vấn đề ô nhiễm sông Thị Tính, việc ứng dụng mô hình HEC-RAS là một phương pháp hiệu quả. HEC-RAS là một phần mềm mô hình hóa thủy lực và chất lượng nước được phát triển bởi Trung tâm Kỹ thuật Thủy lực của Quân đội Hoa Kỳ. Mô hình này cho phép mô phỏng dòng chảy, lan truyền chất ô nhiễm và các quá trình sinh hóa trong sông. Bằng cách sử dụng HEC-RAS, các nhà nghiên cứu và quản lý có thể đánh giá tác động của các nguồn ô nhiễm khác nhau, dự đoán chất lượng nước trong tương lai và đưa ra các giải pháp quản lý phù hợp. Việc xây dựng một mô hình HEC-RAS chính xác đòi hỏi phải có dữ liệu đầu vào đầy đủ và chính xác, bao gồm thông tin về địa hình, thủy văn, khí tượng, các nguồn ô nhiễm và các thông số chất lượng nước.

3.1. Giới thiệu về mô hình HEC RAS và ứng dụng

HEC-RAS (Hydrologic Engineering Center's River Analysis System) là một phần mềm được sử dụng rộng rãi trong mô hình hóa thủy lực và chất lượng nước sông. Mô hình này có khả năng mô phỏng dòng chảy ổn định và không ổn định, tính toán mực nước, vận tốc dòng chảy, và phân tích lan truyền chất ô nhiễm. HEC-RAS cũng cho phép mô phỏng các công trình thủy lợi như đập, cống và các công trình điều tiết dòng chảy khác. Ứng dụng của HEC-RAS trong quản lý chất lượng nước sông bao gồm đánh giá tác động của các nguồn ô nhiễm, dự đoán chất lượng nước trong tương lai, và thiết kế các biện pháp giảm thiểu ô nhiễm.

3.2. Quy trình xây dựng mô hình HEC RAS cho sông Thị Tính

Quy trình xây dựng mô hình HEC-RAS cho sông Thị Tính bao gồm các bước sau: (1) Thu thập dữ liệu: thu thập dữ liệu về địa hình, thủy văn, khí tượng, các nguồn ô nhiễm và các thông số chất lượng nước; (2) Xây dựng mô hình thủy lực: xây dựng mô hình thủy lực dựa trên dữ liệu địa hình và thủy văn, hiệu chỉnh và kiểm định mô hình bằng cách so sánh kết quả mô phỏng với dữ liệu quan trắc thực tế; (3) Xây dựng mô hình chất lượng nước: xây dựng mô hình chất lượng nước dựa trên dữ liệu về các nguồn ô nhiễm và các thông số chất lượng nước, hiệu chỉnh và kiểm định mô hình bằng cách so sánh kết quả mô phỏng với dữ liệu quan trắc thực tế; (4) Phân tích kết quả mô phỏng: phân tích kết quả mô phỏng để đánh giá tác động của các nguồn ô nhiễm, dự đoán chất lượng nước trong tương lai và đưa ra các giải pháp quản lý phù hợp.

IV. Kết quả Mô phỏng và đánh giá chất lượng nước sông Thị Tính

Kết quả mô phỏng bằng HEC-RAS cho thấy có sự biến động về chất lượng nước sông Thị Tính theo mùa. Vào mùa khô, nồng độ các chất ô nhiễm thường cao hơn do lưu lượng dòng chảy giảm. Vào mùa mưa, nồng độ các chất ô nhiễm có thể giảm do pha loãng, nhưng tổng lượng chất ô nhiễm đổ vào sông lại tăng lên do nước mưa cuốn trôi chất thải từ các khu vực xung quanh. Mô hình cũng cho thấy khu vực bị ô nhiễm nặng nhất là đoạn sông chảy qua khu vực tập trung nhiều khu công nghiệp và khu dân cư. Kết quả này cung cấp thông tin quan trọng cho việc xác định các khu vực ưu tiên để thực hiện các biện pháp giảm thiểu ô nhiễm. Nghiên cứu này đã phân chia lưu vực sông Thị Tính thành 23 tiểu lưu vực nhỏ và sử dụng mô hình HEC-RAS để mô phỏng và đánh giá chất lượng nước.

4.1. Đánh giá độ chính xác của mô hình HEC RAS

Đánh giá độ chính xác của mô hình HEC-RAS được thực hiện bằng cách so sánh kết quả mô phỏng với dữ liệu quan trắc thực tế tại các trạm quan trắc trên sông Thị Tính. Các chỉ số thống kê như chỉ số Nash-Sutcliffe (NSI) được sử dụng để đánh giá mức độ phù hợp giữa kết quả mô phỏng và dữ liệu quan trắc. Kết quả cho thấy mô hình HEC-RAS có độ chính xác ở mức trung bình, với giá trị NSI dao động từ 0.52 đến 0.68 cho các chỉ tiêu COD và BOD5. Điều này cho thấy mô hình có thể được sử dụng để đưa ra các dự báo sơ bộ về chất lượng nước, nhưng cần được cải thiện độ chính xác bằng cách bổ sung dữ liệu và hiệu chỉnh các tham số mô hình.

4.2. Diễn biến chất lượng nước theo không gian và thời gian

Kết quả mô phỏng cho thấy có sự diễn biến về chất lượng nước theo không gian và thời gian trên sông Thị Tính. Nồng độ các chất ô nhiễm thường cao hơn ở các đoạn sông chảy qua khu vực tập trung nhiều khu công nghiệp và khu dân cư. Vào mùa khô, nồng độ các chất ô nhiễm thường cao hơn do lưu lượng dòng chảy giảm. Vào mùa mưa, nồng độ các chất ô nhiễm có thể giảm do pha loãng, nhưng tổng lượng chất ô nhiễm đổ vào sông lại tăng lên do nước mưa cuốn trôi chất thải từ các khu vực xung quanh. Nghiên cứu đã chỉ ra khu vực ô nhiễm tập trung ở đoạn sông Thị Tính chảy qua địa bàn Thị xã Bến Cát, Bình Dương.

V. Giải pháp Quản lý và giảm thiểu ô nhiễm sông Thị Tính

Dựa trên kết quả mô phỏng và đánh giá chất lượng nước, nghiên cứu đề xuất một số giải pháp quản lý và giảm thiểu ô nhiễm sông Thị Tính. Các giải pháp này bao gồm kiểm soát chặt chẽ các nguồn thải, nâng cấp hệ thống xử lý nước thải, tăng cường giám sát chất lượng nước, và tuyên truyền nâng cao nhận thức cộng đồng. Cần có sự phối hợp chặt chẽ giữa các cơ quan quản lý nhà nước, các doanh nghiệp và cộng đồng dân cư để thực hiện các giải pháp này một cách hiệu quả. Các giải pháp này cần được thực hiện đồng bộ và có hệ thống để đảm bảo chất lượng nước sông Thị Tính được cải thiện một cách bền vững. Dựa trên các kết quả nghiên cứu, luận văn cũng đưa ra các giải pháp nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường nước sông Thị Tính.

5.1. Kiểm soát các nguồn thải và nâng cấp hệ thống xử lý

Kiểm soát chặt chẽ các nguồn thải là một trong những giải pháp quan trọng nhất để giảm thiểu ô nhiễm sông Thị Tính. Cần có quy định nghiêm ngặt về việc xả thải nước thải, yêu cầu các doanh nghiệp và cơ sở sản xuất phải xử lý nước thải đạt tiêu chuẩn trước khi xả ra môi trường. Đồng thời, cần đầu tư nâng cấp hệ thống xử lý nước thải tập trung tại các khu công nghiệp và khu dân cư để đảm bảo nước thải được xử lý hiệu quả. Cần tăng cường kiểm tra, giám sát việc tuân thủ các quy định về xả thải và xử lý nghiêm các trường hợp vi phạm. Cần chú trọng đến việc xây dựng và vận hành hệ thống thu gom và xử lý nước thải sinh hoạt tại các khu dân cư ven sông.

5.2. Tăng cường giám sát và nâng cao nhận thức cộng đồng

Tăng cường giám sát chất lượng nước sông Thị Tính là cần thiết để theo dõi diễn biến ô nhiễm và đánh giá hiệu quả của các biện pháp quản lý. Cần thiết lập mạng lưới quan trắc tự động và định kỳ để thu thập dữ liệu về các thông số chất lượng nước quan trọng. Dữ liệu quan trắc cần được công khai minh bạch để người dân có thể theo dõi và giám sát. Đồng thời, cần tăng cường tuyên truyền, giáo dục để nâng cao nhận thức cộng đồng về bảo vệ môi trường nước. Cần khuyến khích người dân tham gia vào các hoạt động bảo vệ môi trường, như dọn dẹp vệ sinh, thu gom rác thải và báo cáo các hành vi gây ô nhiễm.

VI. Kết luận HEC RAS Giải pháp quản lý sông Thị Tính bền vững

Ứng dụng mô hình HEC-RAS trong mô phỏng chất lượng nước sông Thị Tính là một giải pháp hữu hiệu để đánh giá hiện trạng ô nhiễm, dự đoán diễn biến chất lượng nước và đề xuất các giải pháp quản lý phù hợp. Nghiên cứu này đã cung cấp những thông tin khoa học quan trọng cho việc quản lý và bảo vệ nguồn nước sông Thị Tính một cách bền vững. Tuy nhiên, cần tiếp tục nghiên cứu và hoàn thiện mô hình HEC-RAS để nâng cao độ chính xác và khả năng ứng dụng trong thực tế. Đồng thời, cần có sự phối hợp chặt chẽ giữa các bên liên quan để thực hiện các giải pháp quản lý một cách hiệu quả.

6.1. Hướng nghiên cứu tiếp theo và khuyến nghị

Hướng nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc tích hợp mô hình HEC-RAS với các mô hình khác, như mô hình kinh tế xã hội, để đánh giá tác động của các giải pháp quản lý đến kinh tế xã hội của địa phương. Cần khuyến khích các nghiên cứu ứng dụng HEC-RAS để đánh giá tác động của biến đổi khí hậu đến chất lượng nước sông Thị Tính. Nghiên cứu sâu hơn về các nguồn ô nhiễm, đặc biệt là các nguồn ô nhiễm phi điểm, như nước mưa chảy tràn từ các khu vực nông nghiệp và đô thị.

6.2. Tầm quan trọng của hợp tác trong quản lý tài nguyên nước

Quản lý tài nguyên nước là một vấn đề phức tạp, đòi hỏi sự hợp tác chặt chẽ giữa các cơ quan quản lý nhà nước, các doanh nghiệp, cộng đồng dân cư và các tổ chức phi chính phủ. Cần xây dựng cơ chế hợp tác hiệu quả để chia sẻ thông tin, phối hợp hành động và giải quyết các tranh chấp liên quan đến nguồn nước. Cần tăng cường vai trò của cộng đồng trong việc giám sát và bảo vệ nguồn nước. Cần có sự tham gia của các chuyên gia, nhà khoa học trong việc xây dựng và đánh giá các chính sách và giải pháp quản lý tài nguyên nước.