TỔ NG QUAN
Sơ lượ c v ề khu v ự c nghiên c ứ u
1.1.1 V ị 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 1.1)
Hình 1.1 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 lẫn đồi núi thấp, thuộc vùng bán sơn địa với cao độ trung bình là +2,50 mét Cao trình mặt đất thay đổi từ +0,30 đến +2,50 mét trong các đồng lúa, và từ +2,00 đến +4,00 mét trong khu dân cư và đường xá Địa mạo của khu vực này có độ dốc thoải dần từ phía đất liền ra biển.
1.1.2 Đặc điểm khí tượng, thuỷ văn
Khí hậu vùng đồng bằng ven biển tỉnh Thanh Hóa đặc trưng bởi sự ảnh hưởng của khí hậu nhiệt đới gió mùa, với đặc điểm nóng ẩm và lượng mưa dồi dào.
Nhiệt độ không khí trung bình trong năm đạt khoảng 25°C, với mức cao nhất từ 38°C đến 39°C và thấp nhất là 4,1°C vào tháng 12 Độ ẩm tương đối dao động từ 85% đến 87%, trong khi độ ẩm tuyệt đối trung bình nằm trong khoảng 24 đến 25,4 g/m³, với sự chênh lệch độ ẩm giữa các vùng không đáng kể Tuy nhiên, độ ẩm có xu hướng giảm rõ rệt trong những tháng đầu mùa hè.
Từ tháng 11 đến tháng 3 năm sau, gió đông bắc chiếm ưu thế, trong khi gió Tây Nam khô nóng từ tháng 4 đến tháng 7 gây mất cân bằng nước trong đất và thực vật, dẫn đến tình trạng hạn hán nghiêm trọng Hướng gió chủ yếu từ tháng 3 đến tháng 7 là Đông Nam đến Tây Nam, còn từ tháng 8 đến tháng 10 là Tây và Tây Bắc Từ tháng 11 đến tháng 2 năm sau, gió chủ yếu đến từ Bắc và Đông Bắc Tốc độ gió trung bình khoảng 1,8 m/s, nhưng gió mạnh nhất thường do bão gây ra có thể đạt tới 40 m/s.
Mùa mưa bão tại Thanh Hóa thường diễn ra từ tháng 5 đến tháng 11, với trung bình từ 3 đến 5 cơn bão có khả năng đổ bộ mỗi năm, trong đó Tĩnh Gia là khu vực chịu ảnh hưởng trực tiếp.
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 và xuống trung bình đạt khoảng 10 km/h Kênh Than không bị ảnh hưởng bởi thủy triều nhờ vào việc tiêu nước ra sông Yên và sông Bạng qua hai cửa tiêu, cống Bến Ngao và cống Đò Bè, có nhiệm vụ ngăn mặn và giữ ngọt.
1.1.3 Đặc điểm kinh tế xã hội
Khu vực này đóng vai trò là Trung tâm Hành chính, chính trị, kinh tế và văn hóa - xã hội của huyện Tĩnh Gia, trước khi huyện này hình thành đô thị Hiện tại, dân số khu vực khoảng 69.557 người, trong đó xã Hải Thanh có mật độ và quy mô dân số cao nhất, vượt trội hơn cả thị trấn Tĩnh Gia.
Huyện Tĩnh Gia nổi bật với tỷ trọng công nghiệp và xây dựng cao hơn so với toàn tỉnh, trong khi tỷ trọng nông, lâm, thủy sản lại thấp hơn Điều này cho thấy sự chuyển dịch cơ cấu kinh tế tại địa phương, với nông, lâm, thủy sản chỉ chiếm một phần nhỏ trong tổng thể.
7,5 %; công nghiệp - xây dựng chiếm 82,5 %; dịch vụ chiếm 10 %
Khu vực này có một trung tâm thương mại và nhiều chợ lớn như chợ Hải Bình, chợ Thượng Hải (xã Hải Thanh) và chợ Thị trấn Tính đến cuối năm 2014, đã có 37 khách sạn và nhà nghỉ phục vụ nhu cầu du lịch và giải trí của du khách, đặc biệt trong mùa du lịch từ tháng 5 đến tháng 9 hàng năm.
Sơ lượ c v ề ch ỉ s ố ch ất lượng nướ c WQI
Giới thiệu chung về WQI
Chỉ số chất lượng nước WQI (Water Quality Index) là một chỉ số tổng hợp, được tính toán từ các thông số chất lượng nước thông qua công thức toán học WQI giúp định lượng chất lượng nước và được biểu diễn trên một thang điểm Các ứng dụng chính của WQI bao gồm việc đánh giá và giám sát chất lượng nước.
- 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
Bước 1: Lựa chọn thông số
Việc chọn lựa các thông số để tính toán chỉ số chất lượng nước (WQI) phụ thuộc vào mục đích sử dụng nguồn nước và các tiêu chí cụ thể của WQI Dựa trên mục đích này, WQI có thể được phân loại thành hai loại: chỉ số chất lượng nước thông thường và chỉ số chất lượng nước dành cho các mục đích sử dụng đặc biệt.
Việc lựa chọn các thông số môi trường có thể sử dụng phương pháp Delphi hoặc phân tích nhân tố quan trọng Các thông số cần được xác định dựa trên năm chỉ thị chính: hàm lượng ôxy hòa tan (DO), mức độ phú dưỡng (bao gồm NH4+, NO3-, tổng N, PO4^3-, tổng P, BOD5, COD, TOC), các yếu tố ảnh hưởng đến sức khỏe (như tổng Coliform, Fecal Coliform, dư lượng thuốc bảo vệ thực vật, kim loại nặng), đặc tính vật lý (nhiệt độ, pH, màu sắc) và chất rắn lơ lửng (TSS), độ đục.
Bước 2: Để tính toán chỉ số phụ, cần chuyển đổi các thông số về cùng một thang đo, vì các thông số thường có đơn vị và khoảng giá trị khác nhau.
Để so sánh các thông số một cách hiệu quả, cần chuyển chúng về cùng một thang đo và xây dựng chỉ số phụ cho từng thông số Chỉ số phụ này được xác định bằng tỷ lệ giữa giá trị của thông số và giá trị chuẩn trong quy chuẩn.
Bước 3: Trọng số của các thông số
Các thông số chất lượng nước có tầm quan trọng khác nhau, có thể xác định trọng số thông qua phương pháp Delphi và đánh giá dựa vào mục đích sử dụng Tầm quan trọng của các thông số này không chỉ ảnh hưởng đến đời sống thủy sinh mà còn cần tính toán trọng số dựa trên các tiêu chuẩn hiện hành Ngoài ra, việc xác định trọng số còn dựa trên đặc điểm của nguồn thải vào lưu vực và áp dụng các phương pháp thống kê.
Bước 4 : Tính toán chỉ số WQI cuối cùng
Một số bất cập trong việc tính toán chỉ số WQI bao gồm việc chỉ số cuối cùng có thể phản ánh chất lượng nước tốt mặc dù WQ xấu (tính che khuất), hoặc khi WQ đạt yêu cầu nhưng chỉ số WQI lại cho kết quả ngược lại (tính mơ hồ) Thêm vào đó, một thông số có thể hỗ trợ đánh giá WQ nhưng không được đưa vào WQI do phương pháp cố định (tính không mềm dẻo) Các phương pháp thường được sử dụng đã được thống kê trong Bảng 1.1.
B ảng 1.1 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 trọng số
8 Giá trị nhỏ nhất I = Min(q1,q2, qn)
9 Giá trị lớn nhất I = Max(q1,q2, qn)
Nguồn: Tổng cục Môi trường, 2010 trong đó: qi - chỉ số phụ; n - sốlượng 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, hàng trăm nghiên cứu đã phát triển và áp dụng mô hình Chỉ số Chất lượng Nước (WQI) trên toàn cầu, theo ba hướng chính: sử dụng mô hình WQI có sẵn, cải tiến mô hình nước ngoài, hoặc phát triển mô hình mới Tại Hoa Kỳ, mỗi Bang đều có chỉ số WQI riêng, chủ yếu dựa trên phương pháp của Quỹ Vệ sinh Quốc gia Mỹ (National Sanitation Foundation).
WQI - NSF, hay chỉ số chất lượng nước theo tiêu chuẩn NSF, đã được xây dựng tại Canada từ năm 2001 dựa trên phương pháp của Cơ quan Bảo vệ môi trường Canada (CCME) Các quốc gia châu Âu cũng áp dụng các tiêu chuẩn tương tự để đảm bảo chất lượng nước.
Malaysia và Ấn Độ chủ yếu sử dụng chỉ số chất lượng nước WQI - NSF của Hoa Kỳ, nhưng các thông số và phương pháp tính toán chỉ số phụ được lựa chọn riêng biệt phù hợp với mục đích sử dụng cụ thể.
Tại Việt Nam, chỉ số chất lượng nước (WQI) đã được áp dụng chính thức, với nghiên cứu của Tôn Thất Lãng và các cộng sự vào năm 2008 Họ đã sử dụng phương pháp Delphi để lựa chọn các thông số quan trọng như BOD, tổng N, DO, SS, pH và Coliform để tính WQI cho sông Đồng Nai Ngoài ra, họ còn kết hợp phương pháp đường cong tỷ lệ để tính toán chỉ số phụ Kết quả nghiên cứu đã xác định được các thông số chất lượng nước quan trọng, xây dựng chỉ số phụ và hàm chất lượng nước, từ đó đánh giá và phân loại chất lượng nước của hệ thống sông Đồng Nai theo chỉ số WQI.
Lê Trình và các cộng sự (2008) đã sử dụng hai mô hình WQI cơ bản từ Hoa Kỳ (NSF) và Ấn Độ (Bhargava) để phân vùng chất lượng nước tại thành phố Hồ Chí Minh Nghiên cứu này đã đánh giá khả năng sử dụng các nguồn nước sông và kênh rạch trong khu vực.
Từ năm 2011, Tổng cục Môi trường thuộc Bộ Tài nguyên và Môi trường đã phát hành “Sổ tay hướng dẫn tính toán chỉ số chất lượng nước”, nhằm hướng dẫn quy trình tính toán chỉ số chất lượng nước dựa trên dữ liệu quan trắc môi trường nước mặt lục địa.
Các h ệ th ố ng thu gom và các công ngh ệ x ử lý nướ c th ải đô thị
Hệ thống thoát nước chung
Hệ thống thoát nước hỗn hợp thu gom tất cả các loại nước thải và nước mưa trong cùng một mạng lưới, có chi phí đầu tư thấp nhất so với các hệ thống khác Tuy nhiên, hệ thống này gặp khó khăn về chế độ thủy lực, khi mùa mưa dễ gây ngập do lưu lượng nước lớn, trong khi mùa khô lại chỉ có nước thải sinh hoạt với lưu lượng nhỏ, dẫn đến tình trạng lắng đọng cặn Điều này làm giảm khả năng vận chuyển nước và gây phức tạp trong việc điều phối giữa trạm bơm và trạm xử lý do sự không đồng nhất về lưu lượng và chất lượng nước thải.
Hệ thống thoát nước chung với giếng tách dòng
Hệ thống thoát nước chung với giếng tách dòng (CSO) là một mạng lưới cống thoát nước chung, trong đó tại điểm cuối của cống, trước khi xả ra nguồn tiếp nhận, có xây dựng giếng tràn để tách nước mưa và nước thải Sơ đồ của hệ thống này được minh họa trong Hình 1.2.
Hình 1.2 Sơ đồ hệ thống thoát nước chung với giếng tách dòng
Hệ thống cống chung yêu cầu hành lang lắp đặt ít hơn so với hệ thống riêng hoàn toàn, cho phép phân đoạn đầu tư xây dựng và đưa vào sử dụng theo thứ tự ưu tiên Điều này bao gồm việc xây dựng mạng lưới cống dọc theo các trục đường phố, các giếng tách nước mưa và nước thải ở cuối các tuyến cống chung, cũng như các tuyến cống bao, trạm bơm thu gom nước thải và nhà máy xử lý nước thải.
Hệ thống này yêu cầu một khoản đầu tư ban đầu lớn do cần xây dựng đồng thời hai mạng lưới Tại các điểm giao nhau của hai mạng lưới, việc xây dựng giếng tách nước mưa thường không đạt hiệu quả vệ sinh như mong đợi.
Thoát nước riêng hoàn toàn
Hệ thống thoát nước mưa và nước thải riêng biệt chủ yếu được áp dụng tại các khu công nghiệp tập trung và khu dân cư mới Sơ đồ chi tiết của hệ thống này được minh họa trong Hình 1.3, cho thấy cách thức thoát nước hiệu quả.
Tuyến nước mưa, nước thải
Nhà máy xử lý nước thải
Tu y ế n c ố ng ba o Đối tượng thoát
Hình 1.3 Sơ đồ hệ thống thoát nước riêng hoàn toàn
Hệ thống này yêu cầu vốn đầu tư ban đầu thấp và có chế độ thủy lực ổn định, cùng với công tác quản lý đơn giản Tuy nhiên, nó sẽ tồn tại nhiều hệ thống công trình và mạng lưới trong đô thị, dẫn đến cảm quan vệ sinh kém hơn so với các hệ thống khác do nước mưa không được xử lý và xả thẳng vào nguồn tiếp nhận Tổng chi phí xây dựng và quản lý toàn bộ hệ thống khá cao.
1.3.2 Các phương pháp xử lý
Hiện nay, cả trên thế giới và tại Việt Nam, có nhiều phương pháp xử lý nước thải đô thị được áp dụng, bao gồm các phương pháp cơ học, hóa lý và sinh học.
Phương pháp xử lý cơ học là kỹ thuật được áp dụng để tách các chất không hòa tan và một phần các chất keo ra khỏi nước thải Đây là bước xử lý sơ bộ quan trọng trước khi nước thải được chuyển sang các giai đoạn xử lý tiếp theo Các công trình xử lý cơ học đóng vai trò thiết yếu trong quy trình xử lý nước thải.
- Song chắn rác, lưới lọc dùng để chắn giữ các cặn bẩn có kích thước lớn hoặc ở dạng sợi như giấy, rau cỏ, rác…
Bể lắng cát là thiết bị quan trọng trong quá trình xử lý nước thải, giúp loại bỏ cát, sỏi, đá dăm và các loại xỉ Thông thường, bể lắng cát được lắp đặt sau song chắn rác và trước bể lắng sơ cấp, điều này giúp tối ưu hóa việc quản lý chất thải Mặc dù có thể đặt bể lắng cát trước song chắn rác, nhưng việc lắp đặt sau sẽ mang lại nhiều lợi ích hơn trong việc kiểm soát đối tượng thoát nước.
Nhà máy xử lý nước thải
Nguồn tiếp nhận bể lắng cát hơn Trong bể lắng cát các thành phần cần loại bỏ lắng xuống nhờ trọng lượng bản thân của chúng
Sân phơi cát được đặt gần bể lắng cát nhằm mục đích làm khô cặn xả ra từ bể Kích thước của sân phơi cát được xác định dựa trên điều kiện tổng chiều cao lớp cát chọn phải đạt từ 3 đến 5 mét mỗi năm.
Bể điều hòa là thiết bị quan trọng trong hệ thống xử lý nước thải, giúp duy trì dòng thải và nồng độ các chất ô nhiễm, từ đó đảm bảo hoạt động ổn định cho công trình Thiết bị này khắc phục sự cố vận hành do biến động về nồng độ và lưu lượng, nâng cao hiệu suất của quá trình xử lý sinh học Bể điều hòa được phân loại thành ba loại chính: điều hòa về lưu lượng, điều hòa về nồng độ, và điều hòa cả lưu lượng lẫn nồng độ.
- Bể tách dầu mỡ thường được ứng dụng khi xử lý nước thải công nghiệp, nhằm loại bỏ các tạp chất có khối lượng riêng nhỏhơn nước
Bể lắng là thiết bị dùng để tách các chất không tan ở dạng lơ lửng trong nước thải dựa trên nguyên tắc trọng lực, có thể được bố trí nối tiếp nhau Quá trình lắng hiệu quả có khả năng loại bỏ từ 90-95% lượng cặn trong nước thải, thường được sử dụng trong giai đoạn xử lý ban đầu hoặc sau xử lý sinh học Để nâng cao hiệu quả lắng, có thể thêm chất đông tụ sinh học vào quy trình Các phương pháp lắng phổ biến bao gồm lắng ngang, lắng đứng và lắng ly tâm.
Bể lọc là thiết bị dùng để tách các chất lơ lửng kích thước nhỏ trong nước thải bằng cách cho nước đi qua lớp vật liệu lọc, hoạt động chủ yếu với hai chế độ là lọc và rửa lọc Quá trình này thường được áp dụng trong công nghệ xử lý nước thải tái sử dụng, nhằm thu hồi các thành phần quý hiếm có trong nước thải Các loại bể lọc phổ biến bao gồm lọc qua vách lọc, lọc với vật liệu dạng hạt, lọc chậm, lọc nhanh và cột lọc áp lực.
Phương pháp xử lý hóa lý
Trong dây chuyền công nghệ xử lý nước thải, công đoạn xử lý hóa lý thường diễn ra sau xử lý cơ học, nhằm loại bỏ hạt lơ lửng và các chất hữu cơ, vô cơ hòa tan Đặc biệt, trong xử lý nước thải sinh hoạt, phương pháp đông tụ và keo tụ được áp dụng để làm trong và khử màu nước thải Quá trình này sử dụng các chất keo tụ như phèn và chất trợ keo tụ để liên kết các chất rắn lơ lửng và keo, tạo thành các bông lớn hơn, giúp nâng cao hiệu quả xử lý.
Phương pháp xử lý sinh học
Phương pháp xử lý nước thải sinh học dựa vào khả năng sống và hoạt động của vi sinh vật để phân huỷ và oxy hoá các chất hữu cơ có trong nước thải Vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ như carbon, nitơ, photpho và kali làm nguồn dinh dưỡng, từ đó tạo ra tế bào và tích luỹ năng lượng cho quá trình sinh trưởng và phát triển Do đó, sinh khối vi sinh vật không ngừng gia tăng Phương pháp này thường được áp dụng sau khi nước thải đã qua xử lý sơ bộ bằng các công trình cơ học, hóa học và hóa lý Các công trình xử lý sinh học đóng vai trò quan trọng trong quá trình này.
Các công trình trong đó quá trình xử lý thực hiện trong điều kiện tự nhiên
Các mô hình tính toán ch ất lượng nướ c
Mô hình toán chất lượng nước là phần mềm tính toán các chỉ tiêu phản ánh chất lượng nguồn nước, bao gồm vật lý, hóa học và thành phần sinh học, dựa trên các phương trình toán học mô tả mối quan hệ giữa các chỉ tiêu này và các quá trình liên quan Trong những năm gần đây, mô hình này đã được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như dự báo ô nhiễm, đánh giá xu thế biến đổi chất lượng nước, khai thác và sử dụng hợp lý nguồn nước, cũng như làm cơ sở khoa học cho quản lý tổng hợp tài nguyên nước.
1.4.1 Gi ới thiệu các mô hình trên thế giới và ứng dụng, nghiên cứu ở Việt Nam
Các mô hình chất lượng nước rất phong phú và đa dạng, phục vụ cho mục đích nghiên cứu và mô phỏng trên nhiều đối tượng khác nhau Một số mô hình phổ biến hiện nay thường được sử dụng để tính toán và mô phỏng chất lượng nước bao gồm:
Là mô hình chất lượng nước sông tổng hợp và toàn diện được phát triển bởi
Cục Môi trường Mỹ đã phát triển một mô hình phổ biến để dự đoán hàm lượng chất thải cho phép thải vào sông, bao gồm 15 thành phần chất lượng nước như nhiệt độ, BOD 5, DO, chlorophyll, nitơ hữu cơ, nitrit (NO2 -), nitrat (NO3 -), phốt pho hữu cơ, phốt pho hòa tan, coliform và ba thông số khác ít biến động Mô hình này được ưa chuộng do yêu cầu về dữ liệu đầu vào thấp, giúp dễ dàng áp dụng trong việc quản lý chất lượng nước.
Bài viết chỉ ra rằng có những hạn chế trong việc không xem xét sự lan truyền của kim loại nặng và các chất phần tán như dầu, mỡ, đồng thời thiếu ứng dụng GIS Hơn nữa, quá trình tự động hóa tính toán theo kịch bản cũng gặp nhiều khó khăn.
Since 1983, the U.S Environmental Protection Agency (EPA) has developed the Water Quality Analysis Simulation Program (WASP), with subsequent versions released in 1988 (WASP4), 1993 (WASP5), 2001 (WASP6), and 2006 (WASP7).
WASP7 bao gồm hai mô hình động lực con, EUTRO và TOXI, để mô phỏng các vấn đề chất lượng nước như ô nhiễm thông thường và ô nhiễm chất độc Phần mềm này cho phép người dùng mô phỏng trong không gian một chiều, cũng như hai chiều và ba chiều, với khả năng ứng dụng cho nhiều nguồn nước khác nhau như ao, hồ, sông, suối và vùng ven biển Giao diện đơn giản, dễ sử dụng giúp người dùng dễ dàng chạy trên máy tính cá nhân WASP7 có khả năng mô phỏng chất lượng nước trong khoảng thời gian ngắn, từ ngày đến giờ, và có thể tích hợp với GIS Ngoài ra, phần mềm sử dụng các hệ số tỷ lệ trong trình đơn “Loads” để nâng cao tính chính xác của mô hình.
"Exchanges", "Flows" và "Boundarys" mang đến sự thuận tiện và nhanh chóng cho người dùng trong việc hiệu chỉnh mô hình, tìm hiểu các quá trình và xây dựng các kịch bản mô phỏng.
WASP7 yêu cầu nhiều số liệu và tách riêng 2 modul EUTRO và TOXI, dẫn đến việc mô phỏng quá trình phú dưỡng của EUTRO không xem xét ảnh hưởng của kim loại, hóa chất dạng vết hay bùn cát Hơn nữa, EUTRO không xử lý được các biến số và quá trình của chất lỏng không đồng nhất như nước trong trường hợp tràn dầu, hoặc các phân đoạn khô như đầm lầy và đồng bằng cửa sông do nước lũ Quá trình tính toán chất lượng nước bằng phần mềm WASP7 rất tốn thời gian và công sức, bao gồm 6 bước: chia phân đoạn, xác định chiều sâu phân đoạn, tính thể tích phân đoạn, tính lưu lượng vào - ra tại mỗi phân đoạn, tính tải lượng dinh dưỡng, và tính toán nồng độ ban đầu và nồng độ biên.
Mô hình DELFT 3D cho phép kết hợp giữa mô hình thủy lực 3 chiều và mô hình chất lượng nước, với khả năng tích hợp các module tính toán phức tạp để mô phỏng nhiều chất và quá trình khác nhau Mô hình này có nhiều thông số, giúp việc hiệu chỉnh và kiểm định trở nên dễ dàng và chính xác hơn Tuy nhiên, việc chia lưới cho mô phỏng chất lượng nước 2 chiều hoặc 3 chiều là rất phức tạp do sử dụng lưới cong trực giao, tốn nhiều thời gian và khó bao trùm toàn bộ vùng nghiên cứu Do đó, cần có những người có kinh nghiệm trong việc sử dụng mô hình này để đảm bảo hiệu quả.
Công cụ mô hình hóa dòng chảy mặt thoáng cho sông và biển rất mạnh mẽ, cho phép chi tiết hóa miền tính toán, đặc biệt ở những khu vực có địa hình phức tạp Nhiều mô hình mã nguồn mở như Telemac2D, Telemac3D, Mascret và Artemis có sẵn để giải quyết các bài toán thủy động lực Tuy nhiên, giao diện phần mềm hiện tại chưa thực sự trực quan, yêu cầu người dùng có kiến thức về thuật toán và lập trình, đồng thời chưa tích hợp tốt với các công cụ hỗ trợ khác như GIS.
Mô hình thương mại MIKE, được phát triển bởi Viện Thuỷ lực Đan Mạch, là một trong những mô hình thuỷ lực và chất lượng nước hàng đầu, có khả năng hoạt động một chiều và hai chiều với độ tin cậy cao Mô hình này đã được ứng dụng rộng rãi trong việc tính toán và dự báo lũ, chất lượng nước cũng như xâm nhập mặn Tùy thuộc vào đối tượng nghiên cứu và yêu cầu tính toán các thông số chất lượng nước trong các môi trường như sông, cửa sông, hồ hay biển, có thể áp dụng các phiên bản khác nhau của MIKE để đạt hiệu quả tối ưu.
11, MIKE 21, MIKE 3, MIKE SHE, MIKE MOUSE và MIKE BASIN [19]
Mô hình MIKE 11 nổi bật với nhiều đặc điểm ưu việt, bao gồm khả năng tích hợp đa tính năng với các công cụ hỗ trợ như Word, Excel, Mapinfo, Google Earth, và Arc-Gis Phần mềm MIKE 11 WQ đã được kiểm nghiệm thực tế và áp dụng thành công trong nhiều dự án cả trong nước và quốc tế Giao diện của phần mềm thân thiện, dễ sử dụng, cho phép trích xuất và trình bày kết quả một cách đơn giản và trực quan, với các kết quả tính toán được hiển thị bằng thang chia giá trị phù hợp Ngoài ra, ứng dụng kỹ thuật GIS giúp hiển thị và phân tích kết quả nhanh chóng và dễ dàng Tuy nhiên, mô hình này cũng có những hạn chế như giá thành cao và khó khăn trong việc điều chỉnh cho phù hợp với điều kiện cụ thể của từng vùng Tại Việt Nam, các mô hình hiện đại đã được nghiên cứu và áp dụng rộng rãi cho các lưu vực sông bởi nhiều cơ quan khác nhau, bao gồm Viện Quy hoạch.
Thủy lợi đóng vai trò quan trọng trong việc nghiên cứu và phát triển các phần mềm tiên tiến nhằm đánh giá nguồn nước và quy hoạch thiết kế xây dựng thủy lợi Các mô hình như MIKE BASIN, REBASIN, MIKE SHE, và SSARR được sử dụng để phân tích lưu vực sông, trong khi các mô hình thủy lực như VRSAP, KOD1, MIKE11, MIKE21, MIKE FLOOD, và TELEMAC-2D giúp tối ưu hóa thiết kế công trình Đặc biệt, mô hình chất lượng nước QUALK2 và MIKE BASIN-QW hỗ trợ trong việc đánh giá và quản lý chất lượng nước Viện Khí tượng Thủy văn cũng triển khai mô hình DESERT để tính toán chất lượng nước, nghiên cứu các quá trình lan truyền chất thải trong hệ thống sông.
Hồng từ Yên Bái, Hòa Bình, Vụ Quang và Sơn Tây đã triển khai và ứng dụng các mô hình MIKE, SMS và NAM Tổng cục Môi trường đang ứng dụng mô hình DELFT để mô phỏng chất lượng nước Hồ Tây, với sự hỗ trợ của tác giả Hoàng Dương Tùng, sử dụng DELFT-3D FLOW cho tính toán thủy lực và DELFT 3D-WAQ cho mô phỏng chất lượng nước Ngoài ra, mô hình MIKE 11 cũng được áp dụng để mô phỏng chất lượng nước lưu vực sông Cầu bởi Trung tâm Tư vấn và Chuyển giao Công nghệ Môi trường Các cơ quan khác đang sử dụng hoặc tự xây dựng các mô hình này ở mức độ nghiên cứu.
1.4.2 L ựa chọn mô hình tính toán, mô phỏng chất lượng nước
Hiện nay, các mô hình toán học đang trở thành công cụ mạnh mẽ trong nhiều lĩnh vực, bao gồm quản lý tài nguyên và môi trường, nhờ vào ưu điểm tính toán nhanh, chi phí thấp và khả năng điều chỉnh kịch bản linh hoạt Việc lựa chọn mô hình là bước quan trọng đầu tiên, phụ thuộc vào yêu cầu công việc, tài liệu, tiềm năng tài chính và nguồn nhân lực Trong số các mô hình tính toán thủy lực và chất lượng nước, phần mềm MIKE 11 được đánh giá là đầy đủ và tiện ích nhất, vì vậy nó đã được chọn để nghiên cứu và dự báo chất lượng nước kênh Than, huyện Tĩnh Gia, tỉnh Thanh Hóa.
