Nghiên cứu ứng dụng mô hình MIKE 21 Mô đun Ecolab đánh giá khả năng tiếp nhận nước thải của vùng cửa sông Vu Gia – Hàn

1. Lý do chọn đề tài

Công tác cấp phép xả nước thải vào nguồn nước đã và đang được Bộ Tài nguyên và Môi trường và các Sở Tài nguyên và Môi trường quan tâm, tuy nhiên để thực hiện được công tác cấp phép đó, cần phải có những phương pháp và những công cụ thích hợp để đánh giá được khả năng tiếp nhận nước thải của nguồn nước trong các điều kiện thực tế về nguồn lực và khả năng quản lý ở các địa phương. Cho đến nay, ở nước ta hầu như còn rất ít các nghiên cứu thuộc lĩnh vực này.

Đà Nẵng đang trong quá trình đô thị hóa và công nghiệp hóa mạnh mẽ, một mặt góp phần đáng kể vào công cuộc phát triển chung của thành phố, mặt khác cũng như những đô thị phát triển khác, Đà Nẵng phải đối mặt với nhiều vấn đề môi trường, trong đó có các vấn đề liên quan đến tài nguyên nước mà cụ thể là vấn đề xả nước thải vào nguồn nước sông. Sông Vu Gia – Hàn có giá trị hết sức quan trọng đối với hoạt động du lịch, dịch vụ, cung cấp nước sinh hoạt và tưới tiêu cho nông nghiệp cũng như các hoạt động sản xuất khác ở thành phố.

Khả năng tiếp nhận của nguồn nước đối với chất ô nhiễm

Tải lượng ô nhiễm
tối đa của chất ô nhiễm

Tải lượng ô nhiễm sẵn có trong nguồn nước của chất ô nhiễm

Tuy nhiên, vùng cửa sông Vu Gia – Hàn cũng là nơi tiếp nhận nước thải từ các nguồn sinh hoạt của người dân sống dọc hai bên bờ sông, số lượng cơ sở kinh doanh, dịch vụ quy mô nhỏ và trung bình khá nhiều, nước thải chưa được kiểm soát chặt chẽ. Tất cả những nguồn này đều có khả năng gây ô nhiễm nguồn nước, tác hại đến các sinh vật sống dưới nước, đồng thời ảnh hưởng đến việc lấy nước sông dùng cho các mục đích sử dụng khác nhau. Hiện nay, chưa có công trình nghiên cứu đánh giá khả năng tiếp nhận nước thải trên lưu vực sông này nên việc nghiên cứu xây dựng phần mềm đánh giá khả năng tiếp nhận nước thải của nguồn nước, hỗ trợ công tác cấp phép làm cơ sở cho việc quy hoạch các điểm xả thải là rất cần thiết và có ý nghĩa thực tiễn. Xuất phát từ những lý do trên, tôi thực hiện đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng mô hình MIKE 21 Mô đun Ecolab đánh giá khả năng tiếp nhận nước thải của vùng cửa sông Vu Gia – Hàn”.

2. Mục tiêu nghiên cứu

Đánh giá khả năng tiếp nhận nước thải và dự báo xu thế biến đổi chất lượng nước trong tương lai từ các hoạt động phát triển vùng cửa sông Vu Gia – Hàn hỗ trợ công tác cấp phép và kiểm tra lại quy hoạch các điểm xả thải.

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3.1. Đối tượng nghiên cứu

Nguồn nước, chất lượng nguồn nước và xu thế biến đổi chất lượng nước làm cơ sở cho đánh giá khả năng tiếp nhận nước thải của vùng cửa sông Vu Gia – Hàn.

3.2. Phạm vi nghiên cứu

+ Phạm vi không gian: Khu vực nghiên cứu được lựa chọn là vùng cửa sông Vu Gia – Hàn trong phạm vi thành phố Đà Nẵng.

+ Phạm vi thời gian: Xem xét đánh giá chất lượng nguồn nước và khả năng tiếp nhận nước thải vào mùa kiệt (mùa khô).

4. Phương pháp nghiên cứu

– Phương pháp thống kê: thống kê các số liệu đầu vào về thủy lực và chất lượng nước cho mô hình…

– Phương pháp quan trắc và phân tích: sử dụng để đánh giá chất lượng nước vùng cửa sông Vu Gia – Hàn qua các chỉ tiêu môi trường.

– Phương pháp hiệu chỉnh, kiểm định: thay đổi các thông số của mô hình (hệ số khuếch tán, hệ số nhám…), tiến hành chạy và đánh giá thông qua chỉ số Nash.

– Phương pháp so sánh, đánh giá: So sánh các chỉ tiêu chất lượng nước với các quy chuẩn Việt Nam hiện hành

5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

5.1. Ý nghĩa khoa học

Kết quả nghiên cứu đề tài có thể góp phần hỗ trợ xây dựng cơ sở lý luận cho công tác quản lý về tài nguyên nước cụ thể là vấn đề cấp giấy phép xả thải.

5.2. Ý nghĩa thực tiễn

Kết quả nghiên cứu của đề tài là nguồn tư liệu tham khảo, góp phần cung cấp bộ thông số để chạy mô hình chất lượng nước. Kết quả của đề tài sẽ cung cấp cho địa phương một công cụ có thể giám sát, đánh giá theo dõi sự thay đổi của nguồn xả thải có tác động như thế nào đến chất lượng nguồn nước; để từ đó có thể đề xuất các giải pháp quy hoạch thích ứng trong điều kiện BĐKH hiện nay, góp phần phục vụ sự phát triển bền vững kinh tế-xã hội trên lưu vực.

6. Cấu trúc của luận văn

Mở đầu

Chương 1: Tổng quan về mô hình chất lượng nước

Chương 2: Đối tượng, nội dung và phương pháp nghiên cứu

Chương 3: Kết quả và thảo luận

Kết luận và kiến nghị

Tài liệu tham khảo

Phụ lục

PHẦN NỘI DUNG

Chương 1- TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH CHẤT LƯỢNG NƯỚC

1.1. Nguồn nước và đánh giá chất lượng nước

1.1.1. Nguồn nước và phân loại nguồn nước

a) Nguồn nước

Là các dạng tích tụ nước tự nhiên hoặc nhân tạo có thể khai thác, sử dụng bao gồm sông, suối, kênh, rạch, hồ, ao, đầm, phá, biển, các tầng chứa nước dưới đất; mưa, băng, tuyết và các dạng tích tụ nước khác.

b) Phân loại nguồn nước

c) Mục đích sử dụng nguồn nước và tiêu chuẩn chất lượng nước mặt

1.1.2. Chất lượng nguồn nước (CLNN) và đánh giá CLNN

a) Chất lượng nguồn nước

Chất lượng nước được đánh giá thông qua nồng độ (hàm lượng) các tác nhân hóa – lý, sinh học có trong nước với các tiêu chuẩn quy định cho từng mục đích sử dụng.

b) Đánh giá chất lượng nguồn nước

Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng nguồn nước

* Các chỉ tiêu vật lý: Độ màu, Mùi, vị, độ đục, nhiệt độ…

* Các chỉ tiêu hóa học: Khí hoà tan, độ oxy hoá, các chất nitơ, phốt pho (PO₄^3-)…

* Các chỉ tiêu sinh học: Coliform phân, Escherichia Coli…

1.1.3. Đánh giá KNTN nước thải của nguồn nước

a) Sự xáo trộn và biến đổi của nước thải trong sông

b) Đánh giá khả năng tiếp nhận

c) Phương pháp đánh giá chất lượng nước và KNTN

1.2. Mô hình chất lượng nước

1.2.1. Mô hình chất lượng nước

1.2.2. Các mô hình chất lượng nước

a) Mô hình chất lượng nước trên thế giới

b) Nghiên cứu mô hình chất lượng nước ở Việt Nam

1.2.3. Mô hình MIKE 21

Trong nghiên cứu này, với mục tiêu mô phỏng và tính toán chế độ thủy lực và chất lượng nước để làm cơ sở đánh giá khả năng tiếp nhận của vùng cửa sông Vu Gia-Hàn, lựa chọn áp dụng bộ phần mềm MIKE 21.

a) Mô đun thủy động lực MIKE 21 HD

b) MIKE 21 Mô đun Ecolab

* Cơ sở lý thuyết

Động lực học của bình lưu các biến trạng thái trong ECO Lab có thể được mô tả bằng các phương trình truyền tải của vật chất không bảo toàn, có dạng:

Trong đó: D_x, D_y, D_z: Hệ số khuếch tán m²/s

u, v, w: vận tốc dòng chảy theo các phương tương ứng, m/s

P_c: Các quá trình trong ECO Lab như quá trình phân hủy các chất hữu cơ, quá trình Nitrat hóa…

1.3. Hiện trạng chất lượng nước vùng cửa sông vu gia – hàn

1.3.1. Vùng cửa sông Vu Gia – Hàn

1.3.2. Các nguồn gây ô nhiễm vùng cửa sông Vu Gia – Hàn

a) Nước thải sinh hoạt từ các khu dân cư

b) Hệ thống thủy điện

c) Nước thải từ các khu công nghiệp

d) Chất thải từ hoạt động tàu thuyền

1.3.3. Hiện trạng CLN vùng cửa sông Vu Gia – Hàn

Giai đoạn từ năm 2008 đến nay, qua quá trình thu thập số liệu quan trắc về hệ thống sông Vu Gia-Hàn, có được kết quả của 05 vị trí quan trắc bao gồm: cầu Thuận Phước, cầu Tuyên Sơn, cầu Đỏ, Cầu Cẩm Lệ và Cầu Quảng Huế (Thời gian và kết quả quan trắc xem phụ lục 1.1 và 1.2). Đồng thời, tiến hành đo đạc, quan trắc vào ngày 02/6/2016 tại 03 vị trí cầu Thuận Phước, cầu Đỏ và Cầu Cẩm Lệ (Thời gian và kết quả quan trắc xem phụ lục 1.3)

Chất lượng nước vùng cửa sông Vu Gia- Hàn chưa có dấu hiệu ô nhiễm nghiêm trọng, phần lớn các chỉ tiêu đều nằm trong giới hạn cho phép, mức độ nhiễm bẩn ở các sông trên thành phố Đà Nẵng là ở mức độ thấp, tuy nhiên vẫn có những nguy cơ về thành phần ô nhiễm chất hữu cơ, vi sinh vật và đặc biệt là nguy cơ xâm nhập mặn vùng hạ lưu. Đồng thời, trong quy hoạch phát triển thành phố Đà Nẵng đến năm 2040, sẽ có thêm nhiều các vùng dân cư mới ở phía Tây Nam thành phố cũng như các hoạt động phát triển kèm theo, do vậy lượng nước thải đổ vào lưu vực vùng cửa sông Vu Gia – Hàn sẽ tăng lên đáng kể cùng với những nguy cơ về suy giảm chất lượng nước. Do vậy, cần thiết phải nghiên cứu áp dụng mô hình để dự báo chất lượng nước tại lưu vực này để có những giải pháp quản lý cho phù hợp.

Chương 2 – ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. Đối tượng

2.1.1. Lưu vực nghiên cứu

Hình 2.1: Lưu vực vùng cửa sông Vu Gia-Hàn nghiên cứu

2.1.2. Phạm vi nghiên cứu

a) Phạm vi không gian

Khu vực nghiên cứu được lựa chọn là vùng cửa sông Vu Gia – Hàn. Với giới hạn trên các điểm lựa chọn làm biên tính toán:

– Ái Nghĩa, Thanh Quýt, Vĩnh Điện: Biên thượng lưu – lưu lượng Q(t);

– Túy Loan: Biên bên – lưu lượng Q(t);

– Cửa Hàn: Biên hạ lưu – mực nước H(t);

b) Phạm vi thời gian

Xem xét đánh giá chất lượng nguồn nước và khả năng tiếp nhận nước thải của nguồn nước vào mùa khô.

2.2. Nội dung nghiên cứu

2.2.1. Thu thập số liệu liên quan

a) Số liệu thủy văn

Thu thập từ Đài khí tượng Thủy văn Trung Trung Bộ

– Số liệu thủy văn dùng để hiệu chỉnh thủy lực

+ Chuỗi số liệu lưu lượng (Q) tại Ái Nghĩa, Túy Loan, Vĩnh Điện, Thanh Quýt, mực nước tại Cửa Hàn từ ngày 01/03/2005 đến 10/4/2005 với bước thời gian là 01 giờ;

+ Mực nước tại Cầu Cẩm Lệ từ ngày 01/03/2005 đến ngày 10/04/2005 dùng để hiệu chỉnh mô hình

– Số liệu thủy văn dùng để kiểm định thủy lực

+ Chuỗi số liệu lưu lượng (Q) tại Ái Nghĩa, Túy Loan, Vĩnh Điện, Thanh Quýt, mực nước tại Cửa Hàn từ ngày 01/03/2009 đến ngày 10/4/2009 với bước thời gian là 01 giờ;

+ Mực nước thực đo tại Cầu Cẩm Lệ từ ngày 01/03/2009 đến ngày 10/04/2009 dùng để kiểm định mô hình

Thời gian chạy hiệu chỉnh từ ngày 01/3 đến ngày 10/4/2005 và thời gian chạy kiểm định từ ngày 01/3-10/4/2009.

b) Dữ liệu nguồn thải và CL nước thải tại các nguồn thải

Bảng 2.1: Lưu lượng nước thải tại các nguồn thải

Nguồn: [1], [2], [7]

Bảng 2.2: Chất lượng nước thải sau xử lý tại các nguồn thải

Nguồn: [1], [2], [7]

c) Dữ liệu chất lượng nước mặt tại các biên

Bảng 2.3: Chất lượng nước mặt (DO, BOD₅) tại các biên

Nguồn: [8], [17], [19]

+ Số liệu chất lượng nước thực đo tại Cầu Tuyên Sơn và Cầu để hiệu chỉnh và kiểm định

Bảng 2.4: Số liệu thực đo để hiệu chỉnh và kiểm định

Nguồn: [17], [19]

2.2.2. Quan trắc hiện trạng chất lượng nước mặt

Tiến hành khảo sát 03 mặt cắt tại Cầu Thuận Phước (M1), Cầu Cẩm Lệ (M2), Cầu Đỏ (M3); tiến hành đo nhanh tại hiện trường các thông số pH, DO và nhiệt độ. Các thông số TSS, COD, BOD₅, N-NH₄⁺, coliform được tiến hành lấy mẫu theo tiêu chuẩn và phân tích tại phòng thí nghiệm EPRC

2.2.3. Thiết lập mô hình thủy động lực MIKE 21 HD vùng cửa sông Vu Gia – Hàn

* Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình MIKE 21 HD

Vị trí để hiệu chỉnh mô hình thủy lực, Mực nước (H) tại: Cầu Cẩm Lệ.

Các bước thực hiện hiệu chỉnh mô hình thể hiện:

* Cơ sở và phương pháp hiệu chỉnh kiểm tra mô hình

Để hiệu chỉnh mô hình, trong nghiên cứu sử dụng hệ số Nash – Sutcliffe và hệ số tương quan R² để đánh giá kết quả tính toán. [12]

– Hệ số Nash – Sutcliffe (NSE)

– Hệ số tương quan R²

Trong đó:

Q_sim,i: lưu lượng mô phỏng tại thời gian i

Q_obs,i: lưu lượng thực đo tại thời gian i

: lưu lượng trung bình thực đo

: lưu lượng trung bình mô phỏng [12]

2.2.4. Thiết lập mô hình chất lượng nước cho vùng cửa sông Vu Gia – Hàn

2.2.5. Dự báo chất lượng nước theo các kịch bản bằng mô hình MIKE 21 mô đun Ecolab

Đề xuất các kịch bản mô phỏng với những nguồn thải có lưu lượng và chất lượng nước thải khác nhau để dự báo chất lượng nước vùng cửa sông Vu Gia – Hàn theo quy hoạch phát triển KTXH và kịch bản nước biển dâng của Ban Liên Chính phủ về biến đổi khí hậu.

2.3. Phương pháp nghiên cứu

2.3.1. Phương pháp thống kê

Thống kê, thu thập các số liệu, các kết quả nghiên cứu của các chương trình, dự án đã được thực hiện có liên quan và kết hợp với thống kê, thu thập các số liệu thủy văn đã được đo đạc, khảo sát ngoài thực địa để sử dụng trong mô hình.

2.3.2. Phương pháp quan trắc và phân tích

Lấy mẫu quan trắc và phân tích tại phòng thí nghiệm EPRC của Trung tâm Nghiên cứu Bảo vệ môi trường, các chỉ tiêu phân tích được thực hiện theo các tiêu chuẩn Việt Nam hiện hành.

2.3.3. Phương pháp hiệu chỉnh, kiểm định

Sau khi chạy mô hình, xuất kết quả mô phỏng và so sánh kết quả mô phỏng với kết quả thực đo, tính toán hệ số Nash so sánh với tiêu chuẩn đánh giá hệ số NSE và hệ số tương quan so sánh với tiêu chuẩn đánh giá hệ số tương quan, nếu đạt yêu cầu thì dừng, nếu không đạt thì tiếp tục hiệu chỉnh.

2.3.4. Phương pháp so sánh, đánh giá

Dựa trên kết quả quan trắc hàng năm, so sánh kết quả này với các quy chuẩn kỹ thuật quốc gia như QCVN 08:2008 về chất lượng nước mặt để đánh giá chất lượng nước tại lưu vực nghiên cứu, cũng như sử dụng phương pháp so sánh giữa kết quả mô phỏng với kết quả thực đo, tính toán hệ số Nash để hiệu chỉnh mô hình.

Chương 3 – KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

3.1. Thiết lập mô hình thủy lực MIKE 21 HD vùng Cửa sông Vu Gia – Hàn

3.1.1. Thiết lập mô hình thủy lực MIKE 21 HD vùng cửa sông Vu Gia – Hàn

Để phục vụ cho luận văn, tác giả đã kế thừa dữ liệu địa hình của đề tài “Mô hình thủy văn – thủy lực mô phỏng phát triển đô thị thành phố Đà Nẵng” của Viện Công nghệ Môi trường, tiến hành gắn dữ liệu địa hình.

* Điều kiện ban đầu:

Điều kiện ban đầu là lưu lượng, mực nước ban đầu đều được lấy giả định, trong quá trình chạy, điều kiện ban đầu chỉ ảnh hưởng đến một số bước tính ban đầu.

3.1.2. Kết quả hiệu chỉnh mô hình thủy lực MIKE 21 HD

Kết quả mô phỏng sẽ được hiệu chỉnh theo số liệu thực đo bằng cách hiệu chỉnh thông số hệ số nhám. So sánh đường mực nước mô phỏng và đường thực đo mực nước tại trạm Cẩm Lệ.

Hình 3.4: So sánh đường mực nước thực đo và đường mực nước sau hiệu chỉnh tại Cẩm Lệ năm 2005

Dựa vào số liệu thực đo và số liệu mô phỏng, tính được hệ số Nash và hệ số tương quan năm 2005 (Phụ lục 3.1), cho kết quả:

Bảng 3.1: Kết quả hệ số Nash và hệ số tương quan năm 2005

3.1.3. Kết quả kiểm định mô hình thủy lực MIKE 21 HD

Sử dụng bộ thông số thủy lực hệ số nhám ứng với từng đoạn sông đã hiệu chỉnh năm 2005 và nhập các biên lưu lượng, mực nước của năm 2009 để kiểm định.

Dựa vào số liệu thực đo và số liệu mô phỏng tại Cẩm Lệ, tính được hệ số Nash và hệ số tương quan năm 2009, cho kết quả:

Bảng 3.2: Kết quả hệ số Nash và hệ số tương quan năm 2009

* Nhận xét:

Kết quả kiểm định mực nước tại Trạm Cẩm Lệ cho kết quả giữa mô phỏng năm 2005 và thực đo năm 2009 khá phù hợp. Vậy, có thể kết luận rằng bộ thông số mô hình có thể sử dụng để phục vụ mô phỏng cho các kịch bản sau này dưới ảnh hưởng của sự phát triển kinh tế xã hội và nước biển dâng trong tương lai.

Bảng 3.3: Bộ thông số mô hình thủy động lực sau khi hiệu chỉnh

3.2. Thiết lập mô hình chất lượng nước vùng Cửa sông Vu Gia – Hàn

3.2.1. Thiết lập mô hình MIKE 21 Ecolab mô phỏng chất lượng nước vùng cửa sông Vu Gia – Hàn

Sau khi đã hiệu chỉnh và kiểm định thủy lực đưa ra được bộ thông số thủy lực tương đối phù hợp, sử dụng bộ thông số này để mô phỏng chất lượng nước cho vùng cửa sông Vu Gia – Hàn.

Nhập các thông số như chất lượng nước (BOD₅, DO) ở các biên, lưu lượng và chất lượng nước, hệ số tự phân hủy … để tiến hành chạy mô phỏng.

3.2.2. Kết quả hiệu chỉnh mô hình MIKE 21 Ecolab mô phỏng chất lượng nước cho vùng cửa sông Vu Gia – Hàn

Tiến hành hiệu chỉnh kết quả mô phỏng theo số liệu thực đo bằng cách thay đổi thông số hệ số phân hủy chất hữu cơ k_d và hệ số phân tán.

So sánh giữa kết quả thực đo của Trung tâm quan trắc môi trường thuộc Tổng Cục môi trường “Số liệu quan trắc môi trường lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn năm 2005” và kết quả mô phỏng, cho thấy kết quả mặc dù có những sai số nhưng không lớn có thể chấp nhận được.

Bảng 3.4: So sánh kết quả thực đo và kết quả mô phỏng năm 2005

Như vậy, sau khi hiệu chỉnh các thông số hệ số phân hủy k_d = 0,11 và hệ số phân tán nhận thấy các thông số này là phù hợp và tiến hành chạy mô phỏng kết quả chất lượng nước năm 2009 theo hệ số phân hủy chất hữu cơ cùng với hệ số khuếch tán, hệ số nhám đã được kiểm định trong mô hình thủy động lực HD để kiểm định mô hình chất lượng nước năm 2009.

Bảng 3.5: Hệ số phân tán dọc E_x tại các đoạn sông

3.2.3. Kết quả kiểm định mô hình MIKE 21 Ecolab mô phỏng chất lượng nước cho vùng cửa sông Vu Gia – Hàn

Sử dụng bộ thông số thủy lực hệ số nhám, hệ số phân tán và hệ số phân hủy chất hữu cơ đã hiệu chỉnh năm 2005 và nhập các biên lưu lượng, mực nước và nguồn thải của năm 2009 để kiểm định:

Bảng 3.6: So sánh kết quả thực đo và kết quả mô phỏng năm 2009

So sánh giữa kết quả thực đo của Trung tâm quan trắc môi trường thuộc Tổng Cục môi năm 2009 và kết quả mô phỏng, cho thấy kết quả khá tương đồng nhau. Vậy có thể sử dụng thông số hệ số phân hủy chất hữu cơ k_d= 0,11 và hệ số phân tán dọc E_x tại bảng 3.5 để mô phỏng chất lượng nước tương lai.

3.3. Mô phỏng chất lượng nước theo các kịch bản

3.3.1. Các kịch bản chạy mô phỏng

a) Đánh giá mức độ ảnh hưởng hiệu suất xử lý của các trạm xử lý nước thải đến chất lượng nước sông

b) Đánh giá mức độ ảnh hưởng của sự phát triển KTXH đến chất lượng nước sông và hiệu suất xử lý của các TXL nước thải

c) Đánh giá ảnh hưởng mực nước biển dâng và sự phát triển kinh tế xã hội vào năm 2040

3.3.2. Kết quả mô phỏng các kịch bản

a) Đánh giá mức độ ảnh hưởng hiệu suất xử lý của các trạm xử lý nước thải đến chất lượng nước vùng cửa sông Vu Gia-Hàn

* Xuất kết quả tại vị trí t1

Sự biến đổi nồng độ BOD₅ ứng với kịch bản 1, 2, 3; xuất kết quả trong thời gian từ ngày 18/03-19/3

Hình 3.18: Nồng độ BOD₅ tại vị trí t1 ứng với KB 1, 2, 3 từ ngày 18-19/3

* Xuất kết quả tại vị trí t2

Hình 3.19: Nồng độ BOD₅ tại vị trí t2 ứng với KB 1, 2, 3 từ ngày 18-19/03

* Xuất kết quả nồng độ BOD₅ tại vị trí t3 (Cầu Đỏ)

Hình 3.20: Nồng độ BOD₅ tại vị trí Cầu Đỏ ứng với mỗi kịch bản

* Nhận xét:

Như vậy, mỗi kịch bản ứng với nguồn thải có tải lượng BOD5 khác nhau thì nồng độ BOD₅ cực đại tại các vị trí trên lưu vực nghiên cứu ứng với mỗi kịch bản là khác nhau cụ thể kịch bản 1 là 2,93mg/l, kịch bản 2 là 5,82 mg/l, kịch bản là 3,30 mg/l đồng thời diện tích lan truyền và vùng chịu tác động bởi nguồn thải của mỗi kịch bản cũng khác nhau, kịch bản 2 có diện tích lan truyền và vùng chịu tác động bởi nguồn thải là lớn nhất. Nồng độ BOD₅ tại vị trí t1 và t2 lớn nhất ứng với kịch bản 2 có nồng độ BOD₅ thải ra cao nhất, sau đó đến kịch bản 3 và cuối cùng là kịch bản 1.

Nhìn vào hình 3.20, nhận thấy 03 đường biểu diễn nồng độ BOD₅ tại vị trí Cầu Đỏ ứng với 03 kịch bản khác nhau đều trùng nhau. Mặc dù tăng nồng độ BOD₅ của nguồn thải tức là tăng tải lượng thải BOD₅ vào lưu vực nghiên cứu nhưng nồng độ BOD₅ tại cầu Đỏ không thay đổi ứng với từng kịch bản, điều đó cho thấy nguồn thải tại trạm xử lý nước thải Hòa Cường không ảnh hưởng nhiều đến chất lượng nước tại Cầu Đỏ, sở dĩ như vậy là do vị trí Cầu Đỏ xa điểm xả thải của Trạm Hòa Cường đồng thời quá trình khuếch tán ngược dòng chảy xảy ra không đáng kể so với quá trình pha loãng, phân hủy và khuếch tán theo dòng chảy. Nồng độ BOD₅ tại Cầu Đỏ vẫn nằm trong quy chuẩn QCVN 08:2015 đối với nguồn nước dùng cho mục đích sinh hoạt.

Qua 03 kịch bản nhận thấy, khi hiệu suất xử lý giảm, tải lượng BOD₅ thải vào lưu vực tăng, thì mức độ lan truyền BOD₅ vào lưu vực càng lớn, tuy nhiên do lưu lượng thải ở thời điểm hiện tại nhỏ nên nồng độ BOD₅ chưa vượt quá quy chuẩn QCVN 08:2015 (cột B1).

b) Đánh giá mức độ ảnh hưởng của sự phát triển kinh tế xã hội và hiệu suất xử lý của các trạm xử lý nước thải đến chất lượng nước vùng cửa sông Vu Gia-Hàn

* Xuất kết quả tại vị trí t2

Hình 3.23: Nồng độ BOD₅ tại vị trí t2 ứng với kịch bản 4, 5, 6

Nhận xét:

Như vậy, nhận thấy quy luật biến đổi của 03 kịch bản 4,5,6 là giống nhau chỉ khác nhau về giá trị ở từng thời điểm. Mỗi kịch bản ứng với nguồn thải có tải lượng BOD₅ khác nhau thì nồng độ BOD₅ trong nước có sự dao động khác nhau và nồng độ BOD₅ cực đại của kịch bản 4 là 3,09mg/l, kịch bản 5 là 18,64mg/l, kịch bản 6 là 10,15mg/l đồng thời diện tích lan truyền và vùng chịu tác động bởi nguồn thải của mỗi kịch bản cũng khác nhau, kịch bản 5 có diện tích lan truyền và vùng chịu tác động bởi nguồn thải là lớn nhất.

Nếu xảy ra kịch bản 5 thì nguồn nước ở những vị trí gần nguồn thải (trong khoảng 300m) sẽ bị ô nhiễm và vượt quá quy chuẩn QCVN 08:2015 (cột B1), còn các kịch bản 4 và 6 thì mọi vị trí vẫn đảm bảo nằm trong quy chuẩn QCVN 08:2015 (cột B1) cho phép.

Như vậy, so sánh kịch bản 2 và kịch bản 5, cả 2 kịch bản đều có chung đặc điểm là trạm xử lý nước thải Hòa Xuân bị sự cố không xử lý được mà xả thẳng nước thải ra lưu vực tuy nhiên do lượng nước thải ở kịch bản 5 là 0,75m³/s > 0,27m³/s nên những vị trí gần nguồn thải (trong khoảng 300m) sẽ bị ô nhiễm và vượt quá quy chuẩn cho phép, điều này cho thấy sự phát triển KTXH ảnh hưởng rất lớn đến lượng nước thải phát sinh cần xử lý và thải vào lưu vực nghiên cứu.

c) Đánh giá ảnh hưởng mực nước biển dâng và sự phát triển kinh tế xã hội vào năm 2040 đến chất lượng nước vùng cửa sông Vu Gia-Hàn

* Xuất kết quả tại vị trí t2

Sự biến đổi nồng độ BOD₅ ứng với kịch bản 7, 8, 9; xuất kết quả trong thời gian từ ngày 18/03-19/3

Hình 3.29: Nồng độ BOD₅ tại vị trí t2 ứng với KB 7,8,9 ngày 18-19/03

* Nhận xét:

Nồng độ BOD₅ cực đại của kịch bản 7 là 5,94mg/l, kịch bản 8 là 72,17mg/l, kịch bản 9 là 76,67mg/l đồng thời diện tích lan truyền và vùng chịu tác động bởi nguồn thải của mỗi kịch bản cũng khác nhau, kịch bản 9 có diện tích lan truyền và vùng chịu tác động bởi tải lượng thải là lớn nhất. Đối với kịch bản 7 thì mọi vị trí vẫn đảm bảo nằm trong quy chuẩn QCVN 08:2015 (cột B1) cho phép, nhưng nếu xảy ra kịch bản 8, 9 thì nguồn nước ở những vị trí gần nguồn thải (khoảng 2km) sẽ bị ô nhiễm và vượt quá quy chuẩn QCVN 08:2015 (cột B1), kịch bản 9 thì vùng bị ảnh hưởng và mức độ ô nhiễm cũng lớn hơn so với kịch bản 8- kịch bản nước biển dâng. Như vậy, có thể thấy yếu tố nước biển dâng có tác động tích cực đến sự biến đổi chất lượng nước vùng Cửa sông Vu Gia – Hàn, tuy nhiên kết quả mới chỉ xét đến yếu tố nước biển dâng ở biên hạ lưu còn theo kịch bản biến đổi khí hậu ảnh hưởng đến lượng mưa cũng như lưu lượng ở các biên thượng lưu lúc đó kết quả biến đổi BOD₅ đối với KB biến đổi khí hậu và nước biển dâng sẽ khác rất nhiều khi xem xét một yếu tố NBD.KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

KẾT LUẬN

1. Với điều kiện phát triển kinh tế xã hội hiện nay (dân số, sự phân bố các khu dân cư và các nguồn thải…), theo số liệu quan trắc từ năm 2008-2016, chất lượng nước vùng cửa sông Vu Gia- Hàn chưa có dấu hiệu ô nhiễm nghiêm trọng.

2. Qua kết quả hiệu chỉnh và kiểm định mô hình MIKE 21 HD cho thấy mô hình ổn định, cơ sở dữ liệu đầu và hệ số nhám của mô hình nằm trong khoảng từ 30-35 m^(1/3)/s ứng với từng đoạn sông phục vụ cho quá trình mô phỏng; có độ tin cậy chấp nhận được, có thể áp dụng cho mô phỏng diễn biến chất lượng nước và đánh giá khả năng tiếp nhận của lưu vực vùng cửa sông Vu Gia – Hàn.

3. Sau khi hiệu chỉnh và kiểm định mô hình MIKE 21 mô đun Ecolab cho kết quả các thông số hệ số phân hủy chất hữu cơ k_d = 0,11; hệ số phân tán dọc E_x nằm trong khoảng từ 80 – 160 m²/s ứng với từng đoạn sông phục vụ cho quá trình mô phỏng chất lượng nước tương lai. Việc mô phỏng bằng mô hình MIKE 21 mô đun Ecolab đối với thông số BOD₅ cho thấy kết quả mô phỏng phù hợp với kết quả quan trắc thực tế đồng thời mô hình được hiệu chỉnh và kiểm định bằng số liệu quan trắc thực tế nên có độ tin cậy nhất định. Tuy nhiên các số liệu hiệu chỉnh, kiểm định là số liệu gián đoạn không phải số liệu quan trắc liên tục theo thời gian do đó độ tin cậy chỉ có thể là chấp nhận được chứ không cao.

4. Các kịch bản giả định cho thấy được độ nhạy của mô hình và ảnh hưởng của các yếu tố như hiệu suất xử lý của các trạm xử lý, các yếu tố phát triển kinh tế – xã hội trong tương lai và nước biển dâng đến chất lượng nước vùng cửa sông Vu Gia – Hàn, … Kết quả chạy mô phỏng của các kịch bản giả định đã cho thấy khi trạm xử lý nước thải hoạt động bình thường không xảy ra các sự cố thì nồng độ BOD₅ của lưu vực nằm trong giới hạn cho phép (KB1, KB4, KB7), khi xảy ra sự cố (KB2, KB3, KB5, KB6, KB8, KB9) thì tùy tải lượng BOD₅ thải ra mà mức độ lan truyền và vùng bị ô nhiễm cũng khác nhau như đối với KB9 do lưu lượng và nồng độ thải BOD₅ cao dẫn đến tải lượng BOD₅ cao nên mức độ lan truyền và vùng bị ô nhiễm vượt quá quy chuẩn QCVN 08:2015 (cột B1) đến 2km kể từ cửa xả. Như vậy, kết quả chạy mô phỏng của các kịch bản giả định cho thấy xu thế biến đổi BOD₅ trên lưu vực nghiên cứu và có thể dựa vào kết quả này để đánh giá vùng nào sẽ bị ô nhiễm, làm tiền đề cho việc đánh giá khả năng tiếp nhận của lưu vực cần xem xét.

KIẾN NGHỊ

Sau khi hoàn thành luận văn, tác giả có những kiến nghị đề xuất sau:

1. Đề tài chỉ mới đề cập tới tác động của mực nước biển dâng đến biên hạ lưu Cửa Hàn chưa đề cập đến ảnh hưởng biến đổi khí hậu đến lượng mưa và lưu lượng nước ở biên thượng lưu, do đó cần phải phân tích, đánh giá, cập nhật những thông tin và triển khai nghiên cứu rộng hơn. Đồng thời cập nhật số liệu quan trắc liên tục và đồng bộ tại nhiều đoạn sông để thuận lợi cho việc hiệu chỉnh và kiểm định mô hình MIKE 21 Ecolab để tăng độ tin cậy của mô hình.

2. Các kết quả nghiên cứu trong luận văn cũng đã góp phần làm sáng tỏ thêm bức tranh thủy động lực – môi trường lưu vực vùng cửa sông Vu Gia-Hàn. Người sử dụng có thể dễ dàng thêm bất cứ nguồn thải nào vào lưu vực vùng Cửa sông Vu Gia – Hàn khi sử dụng mô hình MIKE 21 Ecolab này để đánh giá khả năng tiếp nhận của nguồn nước tại lưu vực nghiên cứu nên đề xuất nghiên cứu áp dụng vào thực tế quản lý chất lượng nước.

LIỆN HỆ:

SĐT+ZALO: 0935568275

E:\DỮ LIỆU COP CỦA CHỊ YẾN\DAI HOC DA NANG\KY THUAT MOI TRUONG\NGUYEN THI HUYEN