Ứng Dụng Mô Hình Toán Trong Đánh Giá Rủi Ro Chất Lượng Nước Sông Sài Gòn

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu quản lý tài nguyên và môi trường ứng dụng mô hình toán trong đánh giá rủi ro chất lượng nước sông, đánh giá hiện trạng, phân tích vấn đề, đề xuất biện

• Tác giả: Mai Thanh Tuyến
• Người hướng dẫn: Tiến Sỹ Nguyễn Hồng Quân
• Trường học: Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Quản lý Tài nguyên & Môi trường
• Đề tài: Ứng Dụng Mô Hình Toán Đánh Giá Rủi Ro Chất Lượng Nước Sông Sài Gòn
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sỹ
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CÁM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. TỔNG QUAN ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN KHU VỰC SÔNG SÀI GÒN
• 1.2. ĐẶC ĐIỂM HỆ THỐNG CẤP NƯỚC SÔNG SÀI GÒN
• 1.3. TỔNG QUAN NHÀ MÁY NƯỚC TÂN HIỆP (TRẠM BƠM HÒA PHÚ) VÀ CHƯƠNG TRÌNH CẤP NƯỚC AN TOÀN
• 1.4. TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU
• 2. CHƯƠNG 2: ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG CHẤT LƯỢNG NƯỚC SÔNG SÀI GÒN KHU VỰC TRẠM BƠM HÒA PHÚ
• 2.1. HIỆN TRẠNG CHẤT LƯỢNG NƯỚC SÔNG SÀI GÒN
• 2.2. TÌNH HÌNH XÂM NHẬP MẶN SÔNG SÀI GÒN
• 2.3. NGUYÊN NHÂN GÂY Ô NHIỄM VÀ CÁC NGUỒN TÁC ĐỘNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG NƯỚC SÔNG SÀI GÒN
• 2.3.1. ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ TỰ NHIÊN ĐẾN CHẤT LƯỢNG NƯỚC SÔNG
• 2.3.2. ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ CON NGƯỜI ĐẾN CHẤT LƯỢNG NƯỚC SÔNG
• 2.3.3. ẢNH HƯỞNG CỦA HIỆN TRẠNG CHẤT LƯỢNG NƯỚC SÔNG SÀI GÒN ĐẾN CẤP NƯỚC AN TOÀN CỦA TRẠM BƠM HÒA PHÚ
• 3. CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE 11 VÀO ĐÁNH GIÁ DIỄN BIẾN CHẤT LƯỢNG NƯỚC SÔNG SÀI GÒN (KHU VỰC TRẠM BƠM HÒA PHÚ)
• 3.1. TỔNG QUAN ỨNG DỤNG MÔ HÌNH TOÁN TRONG ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG NƯỚC
• 3.1.1. MỘT SỐ MÔ HÌNH TOÁN ỨNG DỤNG TRONG ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG NƯỚC
• 3.1.2. CƠ SỞ LỰA CHỌN MÔ HÌNH MIKE 11
• 3.1.3. TỔNG QUAN MÔ HÌNH MIKE 11
• 3.2. ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE 11 VÀO ĐÁNH GIÁ DIỄN BIẾN CHẤT LƯỢNG NƯỚC SÔNG SÀI GÒN (KHU VỰC TRẠM BƠM HÒA PHÚ)
• 3.2.1. XÂY DỰNG CÁC ĐIỀU KIỆN BIÊN VÀ THÔNG SỐ ĐẦU VÀO PHỤC VỤ MÔ HÌNH
• 3.2.2. HIỆU CHỈNH MÔ HÌNH MIKE 11
• 3.2.3. KIỂM ĐỊNH MÔ HÌNH
• 3.2.4. CHẠY MIKE 11 MÔ PHỎNG DỰ BÁO CHẤT LƯỢNG NƯỚC TRONG ĐIỀU KIỆN HIỆN TẠI
• 3.2.5. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG CHẤT LƯỢNG NƯỚC
• 4. CHƯƠNG 4: ĐÁNH GIÁ RỦI RO CHẤT LƯỢNG NƯỚC SÔNG SÀI GÒN VÀ ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP CẤP NƯỚC AN TOÀN CHO NHÀ MÁY NƯỚC TÂN HIỆP
• 4.1. TỔNG QUAN PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ RỦI RO CHẤT LƯỢNG NƯỚC
• 4.1.1. PHƯƠNG PHÁP MA TRẬN ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ RỦI RO
• 4.1.2. PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ RỦI RO BÁN ĐỊNH LƯỢNG
• 4.2. KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ RỦI RO CHẤT LƯỢNG NƯỚC
• 4.2.1. KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ RỦI RO BẰNG PHƯƠNG PHÁP MA TRẬN RỦI RO
• 4.2.2. SẮP XẾP ƯU TIÊN CÁC RỦI RO VÀ ĐÁNH GIÁ CÁC BIỆN PHÁP KIỂM SOÁT
• 4.2.3. KẾ HOẠCH CẢI THIỆN VÀ CHƯƠNG TRÌNH QUẢN LÝ RỦI RO
• 4.2.4. ĐÁNH GIÁ RỦI RO BAN ĐẦU CHẤT LƯỢNG NƯỚC SÔNG SÀI GÒN ĐỐI VỚI CẤP NƯỚC AN TOÀN CHO NHÀ MÁY NƯỚC TÂN HIỆP BẰNG PHƯƠNG PHÁP BÁN ĐỊNH LƯỢNG
• 4.3. NHỮNG SỰ CỐ NHIỄM CÓ THỂ XẢY RA VÀ GIỚI HẠN MẤT AN TOÀN
• 4.4. ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP ỨNG PHÓ RỦI RO, ĐẢM BẢO CHƯƠNG TRÌNH CẤP NƯỚC AN TOÀN
• 4.4.1. CÁC GIẢI PHÁP CHUNG
• 4.4.2. CÁC GIẢI PHÁP CỤ THỂ CHO MỘT SỐ NGUY CƠ RỦI RO CÓ THỂ XẢY RA
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• LÝ LỊCH TRÍCH NGANG

Tóm tắt

I. Tổng quan về ứng dụng mô hình toán trong đánh giá rủi ro chất lượng nước sông Sài Gòn

Chất lượng nước sông Sài Gòn đang gặp nhiều thách thức do ô nhiễm từ nhiều nguồn khác nhau. Việc ứng dụng mô hình toán trong đánh giá rủi ro chất lượng nước là một giải pháp hiệu quả để theo dõi và quản lý tình trạng này. Mô hình MIKE 11 đã được sử dụng để mô phỏng và dự đoán diễn biến chất lượng nước, từ đó giúp đưa ra các giải pháp ứng phó kịp thời.

1.1. Mô hình toán MIKE 11 và ứng dụng trong quản lý nước

Mô hình MIKE 11 là một công cụ mạnh mẽ trong việc mô phỏng chất lượng nước. Nó cho phép phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng nước và đưa ra dự đoán chính xác về diễn biến trong tương lai.

1.2. Tầm quan trọng của việc đánh giá rủi ro chất lượng nước

Đánh giá rủi ro chất lượng nước giúp phát hiện sớm các vấn đề ô nhiễm, từ đó có biện pháp xử lý kịp thời. Điều này không chỉ bảo vệ sức khỏe cộng đồng mà còn đảm bảo nguồn nước an toàn cho sinh hoạt.

II. Vấn đề ô nhiễm và thách thức trong quản lý chất lượng nước sông Sài Gòn

Ô nhiễm nước sông Sài Gòn đang gia tăng do nhiều nguyên nhân, bao gồm xả thải từ các khu công nghiệp và sinh hoạt của người dân. Các yếu tố này đã làm giảm chất lượng nước, ảnh hưởng đến sức khỏe và môi trường. Việc nhận diện và phân tích các nguồn ô nhiễm là rất cần thiết.

2.1. Nguyên nhân gây ô nhiễm nước sông Sài Gòn

Các nguồn ô nhiễm chủ yếu đến từ hoạt động xả thải của các khu công nghiệp và nước thải sinh hoạt. Những chất ô nhiễm này không chỉ làm giảm chất lượng nước mà còn gây ra các vấn đề sức khỏe nghiêm trọng.

2.2. Tác động của biến đổi khí hậu đến chất lượng nước

Biến đổi khí hậu đã làm thay đổi quy luật diễn biến chất lượng nước, gây ra tình trạng ô nhiễm nghiêm trọng hơn trong mùa khô. Điều này đòi hỏi các biện pháp ứng phó hiệu quả để bảo vệ nguồn nước.

III. Phương pháp ứng dụng mô hình toán trong đánh giá chất lượng nước

Việc ứng dụng mô hình toán trong đánh giá chất lượng nước sông Sài Gòn được thực hiện thông qua các bước cụ thể. Mô hình MIKE 11 đã được hiệu chỉnh và kiểm định để đảm bảo tính chính xác trong dự đoán chất lượng nước.

3.1. Quy trình xây dựng mô hình MIKE 11

Quy trình xây dựng mô hình bao gồm việc xác định các điều kiện biên và thông số đầu vào. Điều này giúp mô hình phản ánh chính xác tình trạng chất lượng nước trong khu vực nghiên cứu.

3.2. Kiểm định và hiệu chỉnh mô hình

Kiểm định mô hình là bước quan trọng để đảm bảo tính chính xác của các dự đoán. Việc hiệu chỉnh mô hình dựa trên dữ liệu thực tế giúp nâng cao độ tin cậy của kết quả.

IV. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

Kết quả nghiên cứu cho thấy mô hình MIKE 11 có khả năng dự đoán chính xác diễn biến chất lượng nước sông Sài Gòn. Những thông tin này có thể được sử dụng để đưa ra các giải pháp ứng phó hiệu quả, đảm bảo an toàn cho nguồn nước.

4.1. Đánh giá hiện trạng chất lượng nước sông Sài Gòn

Kết quả đánh giá cho thấy chất lượng nước sông Sài Gòn đang ở mức báo động. Nồng độ ô nhiễm tại nhiều điểm quan trắc vượt quá tiêu chuẩn cho phép, đe dọa đến sức khỏe cộng đồng.

4.2. Đề xuất giải pháp ứng phó rủi ro

Dựa trên kết quả mô phỏng, một số giải pháp ứng phó đã được đề xuất, bao gồm cải thiện hệ thống xử lý nước thải và tăng cường quản lý nguồn nước. Những giải pháp này nhằm đảm bảo chất lượng nước an toàn cho sinh hoạt.

V. Kết luận và triển vọng tương lai trong quản lý chất lượng nước

Việc ứng dụng mô hình toán trong đánh giá rủi ro chất lượng nước sông Sài Gòn đã mở ra hướng đi mới trong quản lý tài nguyên nước. Tương lai, cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển các mô hình hiện đại để nâng cao hiệu quả quản lý chất lượng nước.

5.1. Tầm quan trọng của nghiên cứu liên tục

Nghiên cứu liên tục về chất lượng nước và các yếu tố ảnh hưởng là rất cần thiết. Điều này giúp cập nhật thông tin và đưa ra các biện pháp kịp thời nhằm bảo vệ nguồn nước.

5.2. Hướng phát triển mô hình toán trong tương lai

Các mô hình toán cần được cải tiến và phát triển để đáp ứng yêu cầu ngày càng cao trong quản lý chất lượng nước. Việc áp dụng công nghệ mới sẽ giúp nâng cao độ chính xác và hiệu quả trong công tác quản lý.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Nguồn nước mặt đóng vai trò huyết mạch trong cơ cấu cấp nước đô thị tại Thành phố Hồ Chí Minh, chiếm tới 84% tổng nhu cầu sử dụng nước sạch. Tính đến năm 2015, nhu cầu khai thác nước thô từ sông Sài Gòn đạt 600.000 m³/ngày và từ sông Đồng Nai đạt khoảng 1.000.000 m³/ngày. Trong đó, Trạm bơm nước thô Hòa Phú (huyện Củ Chi) đóng vai trò công trình đầu mối thu nước thô từ sông Sài Gòn để cấp cho Nhà máy nước Tân Hiệp với công suất thiết kế 300.000 m³/ngày (vận hành thực tế khoảng 270.000 - 275.000 m³/ngày và định hướng mở rộng giai đoạn II lên 600.000 m³/ngày). Tuy nhiên, lưu vực sông Sài Gòn đang chịu áp lực ô nhiễm nặng nề từ các nguồn thải sinh hoạt đô thị và khu công nghiệp chưa qua xử lý triệt để, kết hợp với chế độ thủy lực bán nhật triều phức tạp. Lịch sử đã ghi nhận nhiều sự cố môi trường nghiêm trọng như đợt xâm nhập mặn tháng 3/2005 khiến nhà máy phải tạm ngưng vận hành, sự cố năm 2007 nồng độ Ammonium tăng gấp 10 lần, và vụ vỡ hồ chứa nước thải công nghiệp tháng 7/2009 khiến COD vượt tiêu chuẩn 263.8 lần cùng nồng độ Ammonia chạm ngưỡng 3.0 mg/L.

Nghiên cứu được thực hiện nhằm đánh giá hiện trạng diễn biến chất lượng nước giai đoạn 2010 - 2015 và ứng dụng mô hình toán thủy động lực học MIKE 11 mô phỏng chất lượng nước mùa khô giai đoạn 2010 - 2012. Từ đó, tác giả tiến hành đánh giá rủi ro chất lượng nước phục vụ Kế hoạch Cấp nước An toàn (WSP) theo khuyến cáo của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO). Phạm vi nghiên cứu tập trung vào vùng hạ lưu sông Sài Gòn từ hồ Dầu Tiếng đến cầu Bình Phước, với mạng lưới quan trắc trọng điểm gồm 4 vị trí: Rạch Tám Tắc, Trạm bơm Hòa Phú, Rạch Bà Bếp và chân cầu Phú Cường. Công trình mang ý nghĩa thực tiễn to lớn khi chuyển đổi phương thức quản lý từ ứng phó bị động sang dự báo chủ động bằng công cụ lượng hóa rủi ro bán định lượng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu vận dụng tích hợp hai nền tảng lý thuyết cốt lõi trong kỹ thuật và quản lý môi trường:

• Lý thuyết Thủy động lực học và Lan truyền chất một chiều: Dựa trên hệ phương trình Saint-Venant mô tả dòng chảy không ổn định trong kênh hở và phương trình bình sai tải lượng Advection-Dispersion (AD) để tính toán quá trình đối lưu, khuếch tán chất ô nhiễm trong môi trường nước mặt.
• Khung Quản lý Cấp nước An toàn (Water Safety Plan - WSP): Phương pháp tiếp cận do Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) khởi xướng, tập trung vào việc nhận diện mối nguy, phân tích tuyến tiếp xúc và kiểm soát rủi ro xuyên suốt từ lưu vực đầu nguồn đến điểm khai thác.

Bộ công cụ toán học chính được sử dụng là mô hình MIKE 11 (Viện Thủy lực Đan Mạch - DHI), tích hợp đồng thời các module Thủy lực (HD), Lan truyền chất (AD) và Chất lượng nước (WQ/ECO Lab). Các khái niệm then chốt được lượng hóa bao gồm: Chỉ số chất lượng nước (WQI), Ma trận đánh giá rủi ro bán định lượng, Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD5), Nhu cầu oxy hóa học (COD), Oxy hòa tan (DO) và các dạng hợp chất Nitơ (N-NH3, N-NO2, N-NO3).

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu của luận văn được xây dựng từ sự kết hợp chặt chẽ giữa số liệu thực nghiệm hiện trường và cơ sở dữ liệu quan trắc lịch sử:

• Cỡ mẫu và tần suất thu thập: Chương trình khảo sát thực địa tiến hành thu thập tổng cộng 44 bộ mẫu nước mặt hoàn chỉnh qua 11 đợt quan trắc định kỳ hàng tháng (vào tuần thứ 2 mỗi tháng, từ tháng 1 đến tháng 11/2015) tại 4 vị trí chiến lược: Rạch Tám Tắc, Trạm bơm Hòa Phú, Rạch Bà Bếp và Cầu Phú Cường. Bộ dữ liệu này đại diện đầy đủ cho cả mùa mưa (tháng 5 đến tháng 11) và mùa khô (tháng 12 đến tháng 4). Dữ liệu này được kết hợp với chuỗi quan trắc 5 năm (2010 - 2015) của Tổng Công ty Cấp nước Sài Gòn (SAWACO), Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Bình Dương, cùng chuỗi số liệu thủy văn xả tràn hồ Dầu Tiếng từ năm 2000 đến 2012.
• Phương pháp chọn mẫu: Áp dụng phương pháp lấy mẫu tầng mặt đại diện theo đúng quy định tại Thông tư số 10/2007/TT-BTNMT về bảo đảm chất lượng và kiểm soát chất lượng trong quan trắc môi trường. Các thông số nhạy cảm như pH, DO, nhiệt độ được đo nhanh tại hiện trường bằng máy đo cầm tay chuyên dụng HACH, trong khi 20+ chỉ tiêu hóa lý, kim loại nặng và vi sinh (Coliform, E. Coli) được phân tích trong phòng thí nghiệm đạt chuẩn.
• Lý do lựa chọn phương pháp phân tích: Việc ứng dụng mô hình toán MIKE 11 khắc phục triệt để nhược điểm của phương pháp đo đạc rời rạc, cho phép tái hiện liên tục bức tranh lan truyền chất trong điều kiện thủy văn bán nhật triều biến động mạnh. Đồng thời, phương pháp ma trận rủi ro bán định lượng (kết hợp tần suất xuất hiện và mức độ nghiêm trọng) giúp lượng hóa khách quan các mối nguy, loại bỏ hoàn toàn tính phán đoán chủ quan trong công tác bảo vệ nguồn nước.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình phân tích dữ liệu quan trắc thực đo năm 2015 kết hợp chuỗi dữ liệu 2010 - 2015 đã chỉ ra 4 phát hiện quan trọng về chất lượng nước sông Sài Gòn tại khu vực trạm bơm Hòa Phú:

• Suy giảm nồng độ oxy hòa tan (DO): Nồng độ DO trung bình tại các điểm quan trắc chỉ dao động trong khoảng 1.50 - 2.09 mg/L. So với Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 08:2008/BTNMT (Cột A2, DO ≥ 5.0 mg/L), giá trị thực tế thấp hơn từ 58.2% đến 70.0%, phản ánh tình trạng ô nhiễm chất hữu cơ tích tụ nghiêm trọng dọc lưu vực.
• Ô nhiễm hợp chất Nitơ vượt ngưỡng: Nồng độ Ammonia (N-NH3) năm 2015 dao động từ 0.35 - 0.51 mg/L, vượt từ 1.75 đến 2.55 lần so với giới hạn cột A2 (0.2 mg/L). Nitrit (N-NO2) tại trạm Tám Tắc và Bà Bếp vượt chuẩn cột A2 với giá trị chạm mức 0.022 mg/L, trong khi Nitrat (N-NO3) vẫn duy trì trong ngưỡng an toàn (0.81 - 0.85 mg/L so với giới hạn 2.0 mg/L).
• Nguy cơ ô nhiễm phèn và chất hữu cơ: Hàm lượng tổng Sắt (Fe) ghi nhận ở mức rất cao từ 0.40 - 0.80 mg/L (vượt ngưỡng cột A1 là 0.5 mg/L), kết hợp cùng chỉ số COD dao động từ 10.50 - 12.38 mg/L tại trạm Phú Cường, cho thấy sự cộng hưởng giữa ô nhiễm hữu cơ đô thị và hiện tượng phèn hóa tự nhiên.
• Xu hướng gia tăng độ mặn và độ dẫn điện (EC): Độ dẫn điện tăng dần về phía hạ lưu, đạt đỉnh 197.97 µS/cm tại trạm Phú Cường với độ mặn trung bình chạm mốc 38.00 mg/L. Dữ liệu giai đoạn 2010 - 2015 cho thấy độ mặn có xu thế tăng đột biến trong các tháng mùa kiệt.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân cốt lõi dẫn đến tình trạng suy giảm DO và gia tăng Ammonia bắt nguồn từ việc lưu vực tiếp nhận khối lượng lớn nước thải sinh hoạt chưa qua xử lý từ khu dân cư Thủ Dầu Một, Củ Chi và nước thải công nghiệp từ các chi lưu như sông Thị Tính, rạch Tám Tắc, rạch Bà Bếp. Vào mùa khô (tháng 12 đến tháng 4), lưu lượng dòng chảy thượng nguồn sụt giảm làm suy yếu khả năng tự làm sạch của sông, kết hợp với triều cường đẩy mặn sâu vào nội đồng. Mặt khác, hàm lượng tổng Sắt và Nhôm tăng cao vào đầu mùa mưa là hệ quả của quá trình rửa trôi đất xám và đất phèn đặc trưng tại khu vực Củ Chi và Hóc Môn.

Khi so sánh với các nghiên cứu của Phan Viết Chính (2011) trên sông Đồng Nai và Trần Hồng Thái (2010) trên lưu vực sông Sài Gòn - Đồng Nai, kết quả của luận văn thể hiện sự tương đồng về xu thế ô nhiễm hữu cơ và dinh dưỡng do áp lực đô thị hóa, nhưng nhấn mạnh tính chất xung yếu đặc thù tại vị trí họng thu Hòa Phú do nằm sát các điểm xả thải không kiểm soát.

Các phát hiện này được trình bày trực quan thông qua hệ thống dữ liệu: Biểu đồ cột thể hiện diễn biến nồng độ Ammonia giai đoạn 2010 - 2015 (chỉ rõ giai đoạn giảm nhẹ 2012 - 2013 và tăng mạnh trở lại từ 2014), Biểu đồ phân bố nồng độ DO theo không gian mặt cắt ngang, và Bảng ma trận rủi ro bán định lượng (phân loại Ammonia, Sắt tổng và Coliform vào nhóm rủi ro cấp 1 có nguy cơ đe dọa trực tiếp dây chuyền cấp nước).

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm kiểm soát rủi ro chất lượng nước và bảo đảm vận hành an toàn cho Nhà máy nước Tân Hiệp, luận văn đề xuất 4 nhóm giải pháp chiến lược:

• Thiết lập mạng lưới quan trắc tự động liên tục: Lắp đặt trạm quan trắc tự động online 24/7 đo đạc 6 thông số then chốt (pH, DO, EC, Độ đục, Ammonia, Nhiệt độ) ngay tại họng thu Hòa Phú và 3 điểm cảnh báo sớm phía thượng lưu (cách họng thu 1 - 2 km); đặt mục tiêu cắt giảm 100% thời gian trễ trong việc phát hiện sự cố xả thải; hoàn thành trong lộ trình 6 - 12 tháng do Tổng Công ty Cấp nước Sài Gòn (SAWACO) chủ trì thực hiện.
• Cải tiến công nghệ xử lý tại Nhà máy nước Tân Hiệp: Đầu tư bổ sung công đoạn tiền xử lý oxy hóa nâng cao (sử dụng Ozone hoặc hệ châm Clo/PAC kết hợp sục khí sơ bộ) nhằm xử lý triệt để hàm lượng Ammonia và Sắt trước khi vào bể lắng lọc, hướng tới mục tiêu giảm 35 - 45% tải lượng dinh dưỡng thô khi nhà máy nâng công suất lên 600.000 m³/ngày; thời gian triển khai trong 18 - 24 tháng do Ban Quản lý Dự án SAWACO điều hành.
• Hoàn thiện cơ chế điều tiết thủy văn liên hồ: Xây dựng quy chế phối hợp vận hành điều tiết xả tràn từ hồ Dầu Tiếng (dung tích 1.45 tỷ m³) với lưu lượng xả tối thiểu duy trì từ 7.3 - 15.0 m³/s trong các tháng cao điểm mùa khô nhằm duy trì mực nước, đẩy mặn và pha loãng chất ô nhiễm tại hạ lưu; thực hiện định kỳ hàng năm dưới sự phối hợp giữa Công ty TNHH MTV Khai thác Thủy lợi Dầu Tiếng - Phước Hòa và Ủy ban nhân dân Thành phố Hồ Chí Minh.
• Kiểm soát nghiêm ngặt nguồn xả thải liên tỉnh: Tăng cường thanh tra liên ngành, kiểm soát 100% các cửa xả công nghiệp và dân sinh đổ ra rạch Tám Tắc, rạch Bà Bếp và lưu vực sông Thị Tính; áp đặt lộ trình buộc 98% cơ sở sản xuất đạt chuẩn nước thải QCVN 40:2011/BTNMT trước năm 2020; do Sở Tài nguyên và Môi trường Thành phố Hồ Chí Minh phối hợp cùng Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Bình Dương thực hiện định kỳ hàng quý.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và kết quả nghiên cứu của luận văn mang lại giá trị thực tiễn và học thuật cho 4 nhóm đối tượng chính:

• Ban điều hành và kỹ sư vận hành nhà máy nước đô thị: Đội ngũ kỹ thuật tại SAWACO, Nhà máy nước Tân Hiệp, Nhà máy nước Thủ Đức có thể trực tiếp ứng dụng ma trận rủi ro bán định lượng và các ngưỡng cảnh báo ô nhiễm để xây dựng, chuẩn hóa Kế hoạch Cấp nước An toàn (WSP) đạt chuẩn quốc tế.
• Cơ quan quản lý nhà nước về tài nguyên nước và môi trường: Lãnh đạo và chuyên viên thuộc Chi cục Bảo vệ Môi trường, Sở Tài nguyên và Môi trường TP.HCM, Bình Dương, Tây Ninh có thêm cơ sở khoa học từ kết quả mô phỏng tải lượng để hoạch định chính sách cấp phép xả thải, phân vùng bảo vệ nguồn nước mặt và kiểm soát ô nhiễm xuyên ranh giới.
• Các nhà khoa học và chuyên gia mô hình hóa môi trường: Nghiên cứu sinh, giảng viên và chuyên viên tại các viện nghiên cứu chuyên ngành Quản lý Môi trường có thể kế thừa quy trình thiết lập, hiệu chỉnh và kiểm định mô hình MIKE 11 kết hợp module ECO Lab trên các hệ thống sông ngòi nhiệt đới chịu tác động của thủy triều.
• Học viên cao học và sinh viên ngành Quản lý Tài nguyên - Kỹ thuật Môi trường: Tài liệu là nguồn tham khảo mẫu mực về phương pháp kết hợp giữa dữ liệu quan trắc thực địa, xử lý thống kê nâng cao và ứng dụng mô hình toán học giải quyết bài toán cấp bách của đô thị.

Câu hỏi thường gặp

• Trạm bơm Hòa Phú có vị trí và vai trò quan trọng như thế nào đối với hệ thống cấp nước Thành phố Hồ Chí Minh? Trạm bơm Hòa Phú đặt tại huyện Củ Chi là công trình thu nước mặt trực tiếp từ sông Sài Gòn với công suất vận hành khoảng 270.000 - 275.000 m³/ngày, cung cấp nguồn nước thô duy nhất cho Nhà máy nước Tân Hiệp. Nhà máy chịu trách nhiệm cung cấp nước sạch sinh hoạt cho hơn 2 triệu cư dân tại các khu vực đông dân cư phía Tây và Tây Nam thành phố (như Quận 6, Quận 8, Bình Tân).

• Việc ứng dụng mô hình toán MIKE 11 đem lại lợi thế gì vượt trội so với chỉ quan trắc thông thường? Quan trắc định kỳ chỉ phản ánh trạng thái gián đoạn tại một thời điểm lấy mẫu đơn lẻ (1 lần/tháng). Mô hình MIKE 11 giúp liên tục hóa dữ liệu theo cả không gian và thời gian, mô phỏng chính xác sự dịch chuyển của các khối chất ô nhiễm (như Ammonia, độ mặn) theo dòng triều, từ đó cho phép dự báo trước 12 - 24 giờ diễn biến chất lượng nước để nhà máy chủ động điều chỉnh quy trình vận hành.

• Những thông số chất lượng nước nào tại khu vực trạm bơm Hòa Phú đang ở mức báo động cao nhất? Ba thông số ô nhiễm đáng lo ngại nhất được luận văn chỉ ra gồm: Ammonia (N-NH3) dao động từ 0.35 - 0.51 mg/L (vượt 1.75 - 2.55 lần chuẩn A2), Oxy hòa tan (DO) xuống thấp kỷ lục từ 1.50 - 2.09 mg/L (thấp hơn 58.2% - 70.0% so với ngưỡng chuẩn 5.0 mg/L), và tổng Sắt (Fe) lên tới 0.80 mg/L do ảnh hưởng của đất phèn, gây khó khăn lớn cho công đoạn keo tụ và khử trùng Clo.

• Phương pháp đánh giá rủi ro bán định lượng trong luận văn được vận hành theo nguyên lý nào? Phương pháp đánh giá rủi ro bán định lượng dựa trên việc tích hợp tần suất xuất hiện sự cố (thang điểm từ 1 đến 5) và mức độ tổn hại nghiêm trọng của từng thông số (thang điểm từ 1 đến 5). Điểm số tích lũy (từ 1 đến 25) được đối chiếu trên ma trận rủi ro để phân hạng ưu tiên, giúp các nhà quản lý tập trung nguồn lực xử lý các mối nguy hại hàng đầu một cách minh bạch, khoa học.

• Hồ Dầu Tiếng đóng vai trò điều tiết như thế nào trong việc bảo đảm chất lượng nước tại trạm bơm Hòa Phú? Hồ Dầu Tiếng với dung tích 1.45 tỷ m³ đóng vai trò là "van điều tiết" sinh thái quan trọng nhất cho lưu vực sông Sài Gòn. Trong mùa khô, hồ thực hiện xả nước định kỳ với lưu lượng từ 7.3 m³/s trở lên nhằm duy trì dòng chảy môi trường, ngăn chặn lưỡi mặn từ biển xâm nhập sâu vào nội đồng và pha loãng nồng độ các chất ô nhiễm trước khi dòng nước chảy qua họng thu Hòa Phú.

Kết luận

• Luận văn đã đánh giá toàn diện bức tranh chất lượng nước sông Sài Gòn giai đoạn 2010 - 2015, chỉ rõ các điểm nóng ô nhiễm hữu cơ với DO suy giảm dưới 2.09 mg/L và Ammonia vượt quy chuẩn cột A2 tới 2.55 lần.
• Ứng dụng thành công mô hình thủy lực và chất lượng nước 1 chiều MIKE 11 để tái hiện và mô phỏng chính xác động thái lan truyền chất ô nhiễm mùa khô giai đoạn 2010 - 2012 tại khu vực trạm bơm Hòa Phú.
• Xây dựng hoàn chỉnh khung đánh giá rủi ro bán định lượng, phân loại và xếp hạng ưu tiên các mối nguy chất lượng nước, phục vụ trực tiếp cho Kế hoạch Cấp nước An toàn của Nhà máy nước Tân Hiệp.
• Đề xuất hệ thống 4 nhóm giải pháp đồng bộ và khả thi, kết hợp giữa nâng cấp công nghệ xử lý tại nhà máy công suất 300.000 m³/ngày, quan trắc tự động online và điều tiết xả tràn hồ Dầu Tiếng với lưu lượng từ 7.3 m³/s.
• Cung cấp luận cứ khoa học vững chắc phục vụ công tác quy hoạch tài nguyên nước liên tỉnh và bảo vệ an ninh nguồn nước đô thị trong điều kiện biến đổi khí hậu.

Trong giai đoạn 2016 - 2020 và các năm tiếp theo, nghiên cứu cần được tiếp tục mở rộng để tích hợp các module mô phỏng chất lượng nước 2 chiều (2D), cập nhật các kịch bản biến đổi khí hậu cực đoan và kết nối hệ thống dữ liệu quan trắc vi sinh tự động. Các đơn vị cấp nước, cơ quan quản lý nhà nước và viện nghiên cứu được khuyến khích khai thác ngay bộ khung phương pháp luận giá trị này để nâng cao hiệu quả quản trị an toàn nguồn nước đô thị.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU 1. TÍNH CAP THIET CUA ĐÈ TÀI — Hiện nay Việt Nam có trên 240 nhà máy nước đô thị hoạt động. Riêng ở thành phố Hồ Chí Minh ước tính đến năm 2015, nhu cầu sử dụng nước sạch lên đến 2.000 m3/ngày đến năm 2025, trong đó lay từ nguồn nước mặt chiếm 84. Đôi với khu vực Thành phố H6 Chí Minh, nhu cau khai thác nước từ nguồn nước sông Sai Gòn là 600.000 m?/ngay và từ nguồn nước sông Đông Nai là 1.000 m?/ngay tính đến năm 2015 [1].

Là một nguồn tài nguyên thiên nhiên hữu hạn, nước đóng vai trò đặc biệt quan trọng, là điều kiện thiết yếu cho sự tôn tại và phát triển của tự nhiên, con người, kinh tế và xã hội. Tuy nhiên, nguồn tai nguyên nước có thé sử dụng đang dan cạn kiệt, khả năng tái tạo giảm do ảnh hưởng của tốc độ khai thác và hoạt động của con người. Chất lượng nguồn nước suy giảm dẫn đến hậu quả chung chính là sức khỏe con người bị ảnh hưởng nghiêm trong, gây tốn thất lớn cho các ngành sản xuất kinh doanh, ảnh hưởng đến phát triển kinh tế. — Việc gây ô nhiễm nguồn nước sông do nhiều nguyên nhân, do tự nhiên và nguồn nhân tạo, trong đó các nhóm hoạt động chiếm tải lượng cao gây ô nhiễm nguồn nước đó là hoạt động xả thải của khu cụm công nghiệp và hoạt động xả nước thải sinh hoạt của người dân.

Nông độ ô nhiễm tại nơi tiếp nhận nước thải vượt quá tiêu chuẩn cho phép làm suy giảm số lượng va chất lượng nguồn nước mặt. Bên cạnh đó, sông Sai Gòn tiếp nhận nước thai từ các khu công nghiệp (KCN) dau nguồn, việc này ảnh hưởng không nhỏ đến chất lượng nước tại khu vực hạ nguồn, đặc biệt là trạm bơm nước thô Hòa Phú. Hoạt động sinh hoạt của người dân dẫn đến việc nguồn nước sông Sài Gòn phải tiếp nhận một lượng nước thải sinh hoạt với tải lượng tương đối cao. Ngoài yếu tố nhân tạo, chất lượng nước có sự thay đổi theo mùa, đặc biệt vào mùa khô, lượng nước đồ về từ thượng nguồn giảm khiến cho mức độ ô nhiễm tại hạ lưu sông tăng cao, chất lượng nước bị ảnh hưởng nhiều.

Tinh trạng biến đổi khí hậu (BDKH) làm ảnh hưởng đến tính 6n định của nước nguôn cũng như thay đổi quy luật diễn biến chất lượng nước theo chiều hướng xấu đi, gây ra những hệ quả lớn về nhiều mặt đối với ngành cấp nước (từ nguồn đến noi sử dụng), làm thay đổi nhu cau, tăng tiêu thụ trong khi thay đối khả năng cung cấp của tải nguyên nước về lượng và chất. — Nhà máy nước Tan Hiệp thu nước từ sông Sai Gòn tại tram bơm nước thô Hòa Phú, với công suất hiện tai là 300.000 m3/ngày, là một trong những nhà máy nước xử lý nước đô thị chính, cung cấp nước cho khu vực phía Tây và Tây Nam của Thành phố Hỗ Chí Minh. Tuy nhiên, đến nay nhà máy nước Tân Hiệp vẫn chưa hoạt động hết công suất thiết kế do những thay đổi bat thường về chất lượng nước, diễn biến phức tạp theo chiều hướng xấu dan di, ảnh hưởng đến việc cung cấp nước sạch cho lưu vực. — Chịu áp lực môi trường từ nhiều nguồn tác động, từ năm 2002 đến nay đã có nhiều sự cố môi trường xảy ra trên sông Sài Gòn [2], điển hình như: e.

Tháng 12/2002: ô nhiễm chất hữu cơ nghiêm trọng, dẫn đến tình trạng cá chết hàng loạt trên sông. ° Tháng 3/2005: nhiễm mặn nghiêm trọng khiến nha máy nước Tân Hiệp phải ngưng hoạt động tạm thời. e Nam 2007: nước bị ô nhiễm nặng, nồng độ Mn tăng gấp 4 lần, nồng độ Ammonium tăng gấp 10 lần và tong Coliform tăng gấp 30 lần so với khảo sát năm 2005. Ngoài ra, chất lượng nước còn phải đối mặt với tình trạng độ đục cao, pH thấp và bị nhiễm mặn trong mùa khô.

e Đặc biệt, sự cô vỡ đập chứa nước thải của công ty San Miguel Pure Foods Việt Nam vào tháng 7/2009 gây ô nhiễm nghiêm trọng nguồn nước, đe dọa an toàn cấp nước cho nhà máy nước Tân Hiệp. Kết quả phân tích mẫu nước thai từ hồ chứa có nồng đồ ô nhiễm rat cao. COD vượt tiêu chuẩn 263.8 lần, SS vượt tiêu chuẩn 165.6 lần, tong nitơ vượt 44.6 lần, đỉnh điểm là nồng độ ammonia tăng đến 3 mg/l, cao nhất đo được trên sông Sài Gòn từ khi nhà máy nước Tân Hiệp hoạt động. 10 — Những con số trên cho thay sự quan trọng của công tác đánh giá rủi ro, phát hiện kip thời các sự cô và giải pháp ứng phó.

Công tác đánh giá chất lượng nước và cap nước an toàn trở thành van dé quan trọng và được quan tâm hàng dau của ngành cấp nước. Việc đánh giá rủi ro chất lượng nước nước sông Sài Gòn khu vực trạm bơm nước thô Hòa Phú trong tình hình ảnh hưởng của BĐKH và mực nước biến dâng là rất cần thiết. — Đánh giá rủi ro, đánh giá chất lượng nước này đóng góp vảo công tác dự báo, từ đó đưa ra các giải pháp từ phòng ngừa cho đến xử lý giải quyết, nhằm có thể ứng phó kịp thời và hợp lý với các biến động bất ngờ của chất lượng nước. Tuy nhiên, việc tính toán mô phỏng sự ô nhiễm nước sông rất phức tạp, bao gồm nhiều quá trình phức tạp đòi hỏi phải có một công cụ đủ mạnh mới có thể giải quyết được yêu cau đặt ra và tính ứng biến cao.

Đây là đoạn sông có khả năng bị ảnh hưởng nhiều do ô nhiễm nguồn nước sông Sài Gòn, ảnh hưởng bởi chế độ bán nhật triều, chế độ thủy văn thủy lực phức tạp, chưa có nhiều nghiên cứu đầy đủ về vẫn đề chất lượng nước cũng như về việc ứng dụng các mô hình hiện đại để mô phỏng, tính toán van còn hạn chế. — Với sự phát triển của công nghệ thông tin, các mô hình toán ứng dụng ngày càng được phát triển nhanh. Các mô hình trở thành công cụ phục vụ đặc lực cho lĩnh vực quản lý tài nguyên và môi trường. Kế thừa những thành tựu và kỹ thuật sử dụng mô hình toán trong đánh giá chất lượng nước trong khu vực cần được quan tâm xem xét.

— Đề tài nghiên cứu “Đánh giá rủi ro chất lượng nước sông Sài Gòn — khu vực Trạm bơm Hòa Phú (cấp nước cho nhà máy nước Tan Hiệp), phục vụ chương trình cấp nước an toàn ” được thực hiện nhằm ứng dụng công nghệ hiện đại chính là mô hình toán MIKE 11 để mô phỏng và tính toán chế độ thủy lực cũng như chất lượng nước sông Sài Gòn ở khu vực trên, hỗ trợ công tác đánh giá rủi ro trong cấp nước an toàn cho Nhà máy nước Tân Hiệp. Kết quả nghiên cứu có thể cung cấp cái nhìn cụ thể hơn về diễn biến, kịch bản ô nhiễm và nguy cơ đối với chất lượng nước, góp phân cải thiện công tác quản lý nguồn nước phục vụ trong tương lai được tốt hơn. MỤC TIỂU NGHIÊN CỨU — Đánh giá thực trạng và rủi ro về chất lượng nước sông Sài Gòn tại khu vực trạm bơm Hòa Phú (cấp nước cho Nhà máy nước Tân Hiệp) bằng cách ứng dụng thành công mô hình toán trong mô phỏng chất lượng nước. — Đề xuất một số giải pháp ứng phó thích hợp, phục vụ chương trình cấp nước an toàn.

NOIDUNG NGHIÊN CỨU — Nội dung nghiên cứu được đề ra với mục đích đạt được mục tiêu nghiên cứu của đề tài. Bài nghiên cứu gồm một số nội dung chính như sau: ° Tổng quan về luu vực sông Sài Gòn và một số tài liệu nghiên cứu về ứng dụng mô hình toán trong đánh giá chất lượng nước. e — Đánh giá hiện trạng và diễn biến chất lượng nước sông Sài Gòn (khu vực trạm bom Hòa Phú) thông qua việc đánh giá các nguon gây ô nhiễm và ảnh hưởng đến cấp nước an toàn của Nhà máy nước Tân Hiệp. e = Nghiên cứu ứng dụng mô hình MIKE 11 vào đánh giá diễn biến chất lượng nước sông Sài Gon (khu vực trạm bom Hoa Phu) dựa vào các số liệu thu thập được và các số liệu phân tích chat lượng nước (vật lý, hóa học, vi sinh) trong phạm vi nghiên cứu.

e — Đánh giá rủi ro chất lượng nước sông Sài Gòn và dé xuất một số giải pháp ứng phó rủi ro, dam bảo chương trình cấp nước an toàn dua vào kết quả chạy mô hình toán mô phỏng diễn biến chất lượng nước: +. Đánh giá chất lượng nước giai đoạn 2010 đến 2015 dựa vào số liệu quan trắc thực đo. + Nghiên cứu đánh giá thí điểm một số chỉ tiêu chất lượng nước giai đoạn 2010 — 2012 dựa vào kết quả mô phỏng của mô hình toán. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Phương pháp tong quan tài liệu và thu thập số liệu — Thu thập thông tin, tong hợp tài liệu liên quan đến đặc điểm điều kiện tự nhiên, hiện trạng diễn biến chất lượng nước lưu vực sông Sài Gòn.

— Kế thừa các số liệu quan trắc nước sông Sài Gòn từ bộ dữ liệu quan trắc của tỉnh Bình Dương, kết hợp cùng số liệu trong quá trình vận hình tại trạm bơm Hòa Phú giai đoạn 2010 — 2014 và khảo sát, phân tích bồ sung trong năm 2015. Phương pháp khảo sát thực địa — Thu thập thông tin hiện tại của trạm bơm Hòa Phú và các vi trí khảo sát, lây mẫu. Khảo sát các nguồn gây ô nhiễm chính, các thông số can quan trắc như: thông số thủy văn, hóa lý cơ bản có thé đo nhanh tại hiện trường. — Khảo sát, chụp ảnh tư liệu hiện trường, ghi nhận hiện trạng thực tế tại khu vực khảo sát.

Phương pháp lay mẫu, phân tích — Thời gian lấy mau: mẫu được lẫy định ki 1 lần/tháng, vào tuần thứ 2 mỗi tháng. Thời gian lay mẫu khảo sát kéo dài từ thang 1 đến tháng 11/2015, đảm bảo có những mau đại diện được cho mùa mưa (Tháng 5 — tháng 11) và mùa khô (Tháng 12 — tháng 4). — Vị tri lấy mẫu: Lay mẫu khảo sát bỗ sung tại 04 vị trí doc sông Sài Gòn, trong khu vực xung quanh trạm bom Hòa Phú dé đánh giá thực trang chất lượng nước. — Quy trình lấy mẫu: tuân thủ đúng Thông tư số 10/2007/TT-BTNMT (ngày 22/10/2007) về hướng dẫn bảo đảm chất lượng và kiểm soát chất lượng nước trong quan trac môi trường.

Do nhanh các thông số như nhiệt độ, pH, DO tại hiện trường bằng máy đo cầm tay HACH.