Luận văn thạc sĩ hus ứng dụng mô hình mike 11 mô phỏng chất lượng nước lưu vực kênh than và đề xuất xây dựng trạm thu gom xử lý nước thải cho đô thị trung tâm vùng huyện tĩnh gia tỉnh thanh hóa

Luận văn thạc sĩ HUS ứng dụng mô hình Mike 11 để mô phỏng chất lượng nước và đề xuất trạm xử lý nước thải tại Tĩnh Gia, Thanh Hóa.

• Tác giả: Nguyễn Quốc Trung
• Người hướng dẫn: PGS. Trần Văn Quy
• Trường học: Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên
• Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường
• Đề tài: Ứng Dụng Mô Hình Mike 11 Mô Phỏng Chất Lượng Nước Lưu Vực Kênh Than Và Đề Xuất Xây Dựng Trạm Thu Gom, Xử Lý Nước Thải Cho Đô Thị Trung Tâm Vùng Huyện Tĩnh Gia, Tỉnh Thanh Hóa
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• MỞ ĐẦU
• 0.1. Sơ lược về khu vực nghiên cứu
• 0.2. Vị trí địa lý, địa hình, địa mạo
• 0.3. Đặc điểm khí tượng, thuỷ văn
• 0.4. Đặc điểm kinh tế xã hội
• 0.5. Sơ lược về chỉ số chất lượng nước WQI
• 0.5.1. Giới thiệu chung về WQI
• 0.5.2. Quy trình xây dựng WQI
• 0.5.3. Kinh nghiệm xây dựng WQI của một số quốc gia trên Thế giới và ở Việt Nam
• 1. CHƯƠNG 1: Sơ lược về khu vực nghiên cứu
• 1.1. Vị trí địa lý, địa hình, địa mạo
• 1.2. Đặc điểm khí tượng, thuỷ văn
• 1.3. Đặc điểm kinh tế xã hội
• 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 2.2. Phương pháp nghiên cứu
• 2.3. Phương pháp thu thập số liệu, tài liệu thứ cấp
• 2.4. Phương pháp điều tra, khảo sát thực địa
• 2.5. Phương pháp lấy mẫu, bảo quản và phân tích mẫu
• 2.6. Phương pháp đánh giá nhanh
• 2.7. Phương pháp phân tích, so sánh và đánh giá tổng hợp
• 2.8. Phương pháp mô hình toán
• 2.9. Phương pháp tần suất thống kê
• 2.10. Phương pháp tính toán
• 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Hiện trạng thoát nước và chất lượng nước khu vực nghiên cứu
• 3.2. Hiện trạng thoát nước. Hiện trạng chất lượng nước lưu vực kênh Than. Áp dụng mô hình và kết quả
• 3.3. Các thông tin đầu vào cho mô hình thủy lực
• 3.4. Kết quả hiệu chỉnh và kiểm định mô hình thủy lực
• 3.5. Kết quả hiệu chỉnh và kiểm định mô hình chất lượng nước kênh Than
• 3.6. Đánh giá hiện trạng chất lượng nước lưu vực kênh Than
• 3.7. Đề xuất hệ thống công nghệ thu gom và xử lý nước thải cho trung tâm thị trấn Tĩnh Gia. Sơ đồ công nghệ, thiết bị
• 3.8. Đặc tính nước thải đầu vào và hiệu quả xử lý
• 3.9. Đề xuất, lựa chọn vị trí công nghệ thu gom xử lý nước thải
• 3.10. Tính toán các thiết bị và công trình liên quan
• 3.11. Khái toán đầu tư cho dây chuyền công nghệ lựa chọn
• 3.12. Chi phí vận hành, giá thành
• 4. KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Ứng Dụng Mô Hình MIKE 11 Trong Mô Phỏng Chất Lượng Nước

Mô hình MIKE 11 là một công cụ mạnh mẽ trong việc mô phỏng chất lượng nước, đặc biệt là trong các lưu vực sông và kênh. Tại khu vực Tĩnh Gia, Thanh Hóa, mô hình này được áp dụng để đánh giá và dự báo chất lượng nước tại kênh Than. Việc sử dụng mô hình này không chỉ giúp hiểu rõ hơn về tình trạng ô nhiễm mà còn hỗ trợ trong việc đưa ra các giải pháp quản lý nước hiệu quả.

1.1. Mô Hình MIKE 11 Là Gì

MIKE 11 là một mô hình thủy động lực và chất lượng nước, được phát triển bởi DHI Water & Environment. Mô hình này cho phép mô phỏng các quá trình vật lý và hóa học trong nước, từ đó đánh giá chất lượng nước một cách chính xác.

1.2. Tại Sao Nên Ứng Dụng MIKE 11 Tại Kênh Than

Kênh Than là một trong những nguồn nước chính tại huyện Tĩnh Gia. Việc ứng dụng MIKE 11 giúp phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng nước, từ đó đưa ra các biện pháp cải thiện và bảo vệ môi trường nước.

II. Vấn Đề Ô Nhiễm Chất Lượng Nước Tại Kênh Than Tĩnh Gia

Chất lượng nước tại kênh Than đang bị ảnh hưởng nghiêm trọng bởi các hoạt động kinh tế xã hội. Nước thải sinh hoạt và công nghiệp chưa được xử lý đúng cách, dẫn đến tình trạng ô nhiễm. Việc đánh giá hiện trạng chất lượng nước là rất cần thiết để có những biện pháp khắc phục kịp thời.

2.1. Nguyên Nhân Gây Ô Nhiễm

Các nguồn ô nhiễm chủ yếu đến từ nước thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp và các hoạt động nông nghiệp. Hệ thống thoát nước chưa được đầu tư đồng bộ, dẫn đến tình trạng nước thải đổ trực tiếp vào kênh.

2.2. Tác Động Của Ô Nhiễm Đến Môi Trường

Ô nhiễm chất lượng nước không chỉ ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng mà còn tác động tiêu cực đến hệ sinh thái và nguồn tài nguyên nước. Điều này đòi hỏi sự can thiệp kịp thời từ các cơ quan chức năng.

III. Phương Pháp Mô Phỏng Chất Lượng Nước Bằng MIKE 11

Phương pháp mô phỏng chất lượng nước bằng MIKE 11 bao gồm nhiều bước từ thu thập dữ liệu đến phân tích kết quả. Việc áp dụng mô hình này giúp dự đoán diễn biến chất lượng nước trong tương lai, từ đó đưa ra các giải pháp quản lý hiệu quả.

3.1. Quy Trình Mô Phỏng Chất Lượng Nước

Quy trình mô phỏng bao gồm các bước như thu thập dữ liệu đầu vào, thiết lập mô hình, chạy mô phỏng và phân tích kết quả. Mỗi bước đều cần sự chính xác và cẩn thận để đảm bảo độ tin cậy của mô hình.

3.2. Các Thông Số Cần Thiết Trong Mô Hình

Các thông số như lưu lượng, nồng độ ô nhiễm, và các yếu tố môi trường khác cần được xác định rõ ràng để mô hình hoạt động hiệu quả. Việc lựa chọn thông số phù hợp là rất quan trọng trong quá trình mô phỏng.

IV. Kết Quả Nghiên Cứu Chất Lượng Nước Tại Kênh Than

Kết quả nghiên cứu cho thấy chất lượng nước tại kênh Than đang ở mức báo động. Các chỉ số như BOD, COD, và nồng độ các chất ô nhiễm vượt quá quy chuẩn cho phép. Điều này cho thấy sự cần thiết phải có các biện pháp xử lý nước thải hiệu quả.

4.1. Đánh Giá Hiện Trạng Chất Lượng Nước

Đánh giá hiện trạng chất lượng nước cho thấy nhiều vị trí có nồng độ ô nhiễm cao, ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng và hệ sinh thái. Cần có các biện pháp khắc phục kịp thời.

4.2. Đề Xuất Giải Pháp Cải Thiện

Đề xuất xây dựng hệ thống thu gom và xử lý nước thải cho khu đô thị trung tâm vùng huyện Tĩnh Gia. Giải pháp này không chỉ giúp cải thiện chất lượng nước mà còn bảo vệ môi trường sống cho người dân.

V. Kết Luận Và Tương Lai Của Chất Lượng Nước Tại Kênh Than

Việc ứng dụng mô hình MIKE 11 trong mô phỏng chất lượng nước tại kênh Than là một bước tiến quan trọng trong công tác quản lý tài nguyên nước. Tương lai của chất lượng nước tại khu vực này phụ thuộc vào các biện pháp quản lý và xử lý nước thải hiệu quả.

5.1. Tầm Quan Trọng Của Quản Lý Nước

Quản lý nước hiệu quả không chỉ giúp cải thiện chất lượng nước mà còn bảo vệ sức khỏe cộng đồng và môi trường. Cần có sự phối hợp chặt chẽ giữa các cơ quan chức năng và cộng đồng.

5.2. Hướng Đi Tương Lai

Hướng tới một đô thị bền vững, việc đầu tư vào công nghệ xử lý nước thải và nâng cao nhận thức cộng đồng về bảo vệ môi trường là rất cần thiết. Các nghiên cứu tiếp theo cần tập trung vào việc cải thiện mô hình và áp dụng các công nghệ mới.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. Sơ lược về khu vực nghiên cứu 1. Vị trí địa lý, địa hình, địa mạo Đô thị trung tâm Vùng huyện Tĩnh Gia bao gồm thị trấn Tĩnh Gia và các xã Bình Minh, Hải Thanh, Hải Hòa, Nguyên Bình, Hải Nhân, Ninh Hải, Xuân Lâm; phía Bắc giáp xã Định Hải (khu vực Cầu Hang); phía Nam giáp sông Bạng; phía Đông giáp biển Đông và phía Tây giáp xã Phú Lâm (Hình 1. Sơ đồ vị trí đô thị trung tâm vùng huyện Tĩnh Gia Nguồn: Báo cáo Quy hoạch chung xây dựng Đô thị Trung tâm vùng huyện Tĩnh Gia, tỉnh Thanh Hóa đến năm 2030 tầm nhìn đến 2050, Thanh Hóa, 2015 Khu vực này có địa hình đồng bằng xen đồi núi thấp, là vùng bán sơn - địa với cao độ trung bình (+2,50), cao trình mặt đất thay đổi từ (+0,30) đến (+2,50) 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] trong đồng lúa và từ (+2,00) đến (+4,00) trong khu dân cư và đường xá.

Địa mạo có độ dốc thoải dần từ phía đất liền ra biển [4]. Đặc điểm khí tượng, thuỷ văn Khí hậu mang tính đặc trưng của khí hậu vùng đồng bằng ven biển tỉnh Thanh Hóa, chịu ảnh hưởng của khí hậu nhiệt đới gió mùa, nóng ẩm và mưa nhiều. Nhiệt độ không khí trong năm trung bình 250C, cao nhất 380C - 390C, thấp nhất 4,10C vào tháng 12. Độ ẩm tương đối của không khí từ 85 - 87 % và độ ẩm tuyệt đối trung bình từ 24 - 25,4 g/m3, sự chênh lệch độ ẩm giữa các vùng không lớn.

Độ ẩm thấp đi rõ rệt vào các tháng đầu mùa hạ [4]. Gió đông bắc từ tháng 11 đến tháng 3 năm sau. Gió Tây Nam khô nóng từ tháng 4 đến tháng 7 làm mất thế cân bằng nước trong đất và thực vật, gây ra hạn hán có khi rất trầm trọng. Hướng gió thịnh hành từ tháng 3 đến tháng 7 chủ yếu Đông Nam đến Tây Nam, từ tháng 8 đến tháng 10 hướng chính là Tây và Tây Bắc, từ tháng 11 đến tháng 2 năm sau gió hướng Bắc và Đông Bắc.

Tốc độ gió trung bình khoảng 1,8 m/s, gió mạnh nhất thường là do bão gây ra đạt tới 40 m/s [4]. Mùa mưa bão thường bắt đầu từ tháng 5 và tháng 6, kết thúc vào tháng 10 và tháng 11 trong năm. Bình quân mỗi năm có từ 3 đến 5 trận bão có nguy cơ đổ bộ vào Thanh Hóa mà Tĩnh Gia là vùng chịu ảnh hưởng trực tiếp [4]. Lượng bốc hơi trung bình nhiều năm trong khu vực khoảng 870 mm.

Mùa nóng bốc hơi nhiều hơn mùa lạnh [4]. Lượng mưa trung bình: 1920 mm, lớn nhất: 3024 mm (1994) và nhỏ nhất: 1100 mm (1957). Lượng mưa này phân bổ không đều theo tháng. Số ngày mưa trong năm từ 125 - 135 ngày [4].

Khu vực này chịu ảnh hưởng trực tiếp của thuỷ triều, biên độ thuỷ triều lớn. Tốc độ truyền sóng triều khi triều lên trung bình khoảng 10 km/h và khi thuỷ triều xuống đạt hơn 10 km/h. Kênh Than không bị ảnh hưởng của thủy triều, do kênh Than tiêu ra sông Yên và sông Bạng qua 2 cửa tiêu có nhiệm vụ ngăn mặn và giữ ngọt là cống Bến Ngao và cống Đò Bè [4]. 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.

Đặc điểm kinh tế xã hội Khu vực này là Trung tâm Hành chính - chính trị, kinh tế, văn hóa - xã hội của huyện Tĩnh Gia (trong giai đoạn toàn huyện Tĩnh Gia chưa hình thành một đô thị). Dân số hiện tại khoảng 69. Trong đó Hải Thanh là xã có mật độ dân số và quy mô dân số tập trung cao nhất, cao hơn cả thị trấn Tĩnh Gia. Huyện Tĩnh Gia có tỷ trọng công nghiệp - xây dựng cao hơn hẳn và tỷ trọng nông, lâm, thủy sản thấp hơn so với toàn tỉnh.

Cơ cấu nông, lâm, thuỷ sản chiếm 7,5 %; công nghiệp - xây dựng chiếm 82,5 %; dịch vụ chiếm 10 %. Trên địa bàn có 01 trung tâm thương mại và các chợ lớn, như chợ Hải Bình, chợ Thượng Hải - xã Hải Thanh và chợ Thị trấn. Tính đến cuối năm 2014, trên địa bàn đã có 37 khách sạn, nhà nghỉ, đáp ứng được nhu cầu du lịch, giải trí của các du khách thập phương, đặc biệt vào mùa du lịch (từ tháng 5 đến tháng 9 hàng năm) [5]. Sơ lược về chỉ số chất lượng nước WQI  Giới thiệu chung về WQI Chỉ số chất lượng nước WQI (Water Quality Index) là một chỉ số tổ hợp được tính toán từ các thông số chất lượng nuớc xác định thông qua một công thức toán học.

WQI dùng để mô tả định lượng về chất lượng nước và được biểu diễn qua một thang điểm. Các ứng dụng chủ yếu của WQI bao gồm: - Phục vụ quá trình ra quyết định phân bổ tài chính và xác định các vấn đề ưu tiên; - Phân vùng chất lượng nước; - Thực thi tiêu chuẩn qua việc đánh giá mức độ đáp ứng/không đáp ứng của chất lượng nước đối với tiêu chuẩn hiện hành; - Phân tích diễn biến chất lượng nước theo không gian và thời gian; - Công bố thông tin cho cộng đồng; - Nghiên cứu khoa học (đánh giá tác động của quá trình đô thị hóa đến chất lượng nước khu vực, đánh giá hiệu quả kiểm soát phát thải,…)  Quy trình xây dựng WQI Hầu hết các mô hình WQI hiện nay đều được xây dựng theo 4 bước. 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Bước 1: Lựa chọn thông số Sự lựa chọn các thông số để tính toán WQI phụ thuộc vào mục đích sử dụng nguồn nước và mục tiêu của WQI. Dựa vào mục đích sử dụng WQI có thể được phân loại thành chỉ số chất lượng nước thông thường và chỉ số chất lượng nước cho mục đích sử dụng đặc biệt.

Việc lựa chọn thông số có thể dùng phương pháp Delphi hoặc phân tích nhân tố quan trọng. Các thông số nên được lựa chọn theo 5 chỉ thị: Hàm lượng ôxy hòa tan (DO); phú dưỡng (NH4+, NO3-, tổng N, PO43-, tổng P, BOD5, COD, TOC); các yếu tố ảnh hưởng tới sức khỏe (tổng Coliform, Fecal Coliform, dư lượng thuốc bảo vệ thực vật, các kim loại nặng); đặc tính vật lý (nhiệt độ, pH, màu sắc) và chất rắn lơ lửng (TSS), độ đục [15]. Bước 2: Chuyển đổi thông số về cùng một thang đo (tính toán chỉ số phụ) Các thông số thường có đơn vị khác nhau và có các khoảng giá trị khác nhau. Vì vậy cần phải chuyển các thông số về cùng một thang đo, và tạo ra một chỉ số phụ cho mỗi thông số.

Chỉ số phụ có thể được tạo ra bằng tỉ số giữa giá trị thông số và giá trị trong quy chuẩn [15]. Bước 3: Trọng số của các thông số Các thông số có tầm quan trọng khác nhau đối với chất lượng nước. Trọng số có thể xác định bằng phương pháp Delphi; Phương pháp đánh giá tầm quan trọng dựa vào mục đích sử dụng; Tầm quan trọng của các thông số đối với đời sống thủy sinh; Tính toán trọng số dựa trên các tiêu chuẩn hiện hành; Dựa trên đặc điểm của nguồn thải vào lưu vực và bằng các phương pháp thống kê, …[15] Bước 4 : Tính toán chỉ số WQI cuối cùng Một số bất cập khi tính toán chỉ số WQI cuối cùng là một chỉ số phụ thể hiện WQ xấu nhưng có thể chỉ số cuối cùng lại thể hiện chất lượng tốt (tính che khuất); hoặc khi WQ chấp nhận được nhưng chỉ số WQI lại thể hiện ngược lại (tính mơ hồ); ngoài ra, một thông số có thể bổ sung vào việc đánh giá WQ nhưng lại không được tính vào WQI do phương pháp đã được cố định (tính không mềm dẻo). Các phương pháp thường sử dụng được thống kê trong Bảng 1.

6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Các phương pháp tính chỉ số WQI TT Phương pháp Công thức 1 Trung bình cộng không trọng số 2 Trung bình cộng có trọng số 3 Trung bình nhân không trọng số 4 Trung bình nhân có trọng số 5 Tổng không trọng số dạng Solway 6 Tổng có trọng số dạng Solway Trung bình bình phương điều hòa không 7 trọng số 8 Giá trị nhỏ nhất I = Min(q 1,q2, .qn) 9 Giá trị lớn nhất I = Max(q 1,q2, .qn) Nguồn: Tổng cục Môi trường, 2010 trong đó: qi - chỉ số phụ; n - số lượng thông số chất lượng nước ; wi - trọng số  Kinh nghiệm xây dựng WQI của một số quốc gia trên Thế giới và ở Việt Nam Từ những năm 70 đến nay, trên thế giới đã có hàng trăm công trình nghiên cứu phát triển và áp dụng mô hình WQI cho quốc gia hay địa phương theo một trong 3 hướng: Áp dụng một mô hình WQI có sẵn hoặc cải tiến của nước ngoài vào quốc gia/ địa phương hoặc nghiên cứu phát triển một mô hình mới. Ở Hoa Kỳ, WQI được xây dựng cho mỗi Bang, đa số các Bang tiếp cận theo phương pháp của Quỹ Vệ sinh Quốc gia Mỹ (National Sanitation Foundation - NSF), sau đây gọi tắt là WQI - NSF. Tại Canada, từ năm 2001 đã xây dựng WQI theo phương pháp của Cơ quan Bảo vệ môi trường Canada (The Canadian Council of Ministers of the Environment - CCME).

Các quốc gia ở châu Âu cũng như 7 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Malaysia và Ấn Độ chủ yếu áp dụng WQI - NSF (của Hoa Kỳ), tuy nhiên các thông số và phương pháp tính chỉ số phụ được lựa chọn riêng tùy theo mục đích sử dụng. Tại Việt Nam WQI cũng đã được triển khai chính thức. Tôn Thất Lãng và các cộng sự (năm 2008) đã sử dụng phương pháp Delphi để lựa chọn các thông số (BOD, tổng N, DO, SS, pH, Coliform) để tính WQI cho sông Đồng Nai và kết hợp với phương pháp đường cong tỉ lệ để tính toán chỉ số phụ. Trên cơ sở đó đã xác định được các thông số chất lượng nước quan trọng, xây dựng chỉ số phụ và hàm chất lượng nước để đánh giá, phân loại chất lượng nước hệ thống sông Đồng Nai theo chỉ số WQI cuối cùng [15].

Lê Trình và các cộng sự (năm 2008) đã áp dụng theo 2 mô hình WQI cơ bản của Hoa Kỳ (NSF) và Ấn Độ (Bhargava) đã phân vùng được chất lượng nước theo các chỉ số và đánh giá được khả năng sử dụng các nguồn nước sông, kênh rạch ở vùng thành phố Hồ Chí Minh [15]. Từ năm 2011, Tổng cục môi trường, Bộ Tài nguyên và Môi trường đã ban hành “Sổ tay hướng dẫn tính toán chỉ số chất lượng nước” để hướng dẫn việc tính toán chỉ số chất lượng nước từ số liệu quan trắc môi trường nước mặt lục địa. Các hệ thống thu gom và các công nghệ xử lý nước thải đô thị 1.