Bài viết Ứng dụng mô hình MIKE 21 dự báo chất lượng nước cho hồ Đại Lải, Tp Vĩnh Yên, tỉnh Vĩnh Phúc giới thiệu ứng dụng của mô hình MIKE 21 FM để mô phỏng dự báo sự thay đổi chất lượng nước mặt của hồ Đại Lải có chức năng phục vụ đa mục tiêu cho tưới, sinh hoạt và du lịch. Phạm vi quan trắc và tính toán dự báo chất lượng nước là hệ thống thủy lợi hồ Đại Lải, thành phố Vĩnh Yên tỉnh Vĩnh Phúc.
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019 ISBN: 978-604-82-2981-8 ỨNG DỤNG MƠ HÌNH MIKE 21 DỰ BÁO CHẤT LƯỢNG NƯỚC CHO HỒ ĐẠI LẢI, TP VĨNH YÊN, TỈNH VĨNH PHÚC Trần Tuấn Thạch1, Lê Văn Chín1, Nguyễn Thị Hằng Nga1 Trường Đại học Thủy lợi, email: thachtt@tlu.edu.vn GIỚI THIỆU CHUNG Tài nguyên nước mặt gồm: sông, suối, ao, hồ,… nguồn cung cấp nước chủ yếu cho hoạt động người Tuy nhiên, nguồn nước đối mặt với nguy ô nhiễm chất hữu nước thải từ hoạt động canh tác, nước thải sinh hoạt, nước thải chăn ni Dịng nước thải đổ vào hồ thủy lợi phục vụ cho tưới có chứa nhiều chất dinh dưỡng gồm hợp chất Ni tơ (N) Phốt (P) hịa tan gây tình trạng phú dưỡng hồ Hiện tượng xảy tác động xuất đến môi trường sống vi sinh vật hệ sinh thái lòng hồ mà gây suy giảm chất lượng nước sinh hoạt nước tưới Vì vậy, cơng tác giám sát dự báo chất lượng nước đóng vai trị đặc biệt quan trọng mặt đánh giá khôi phục môi trường chất lượng nước Phân tích đánh giá thay đổi chất lượng nước hồ tiến hành thông qua quan trắc trường ứng dụng mơ hình dự báo chất lượng nước Hiện nay, có nhiều mơ hình sinh thái hai chiều (Ecolab) xây dựng để dự báo chất lượng nước hồ mô hình CEQUAL-W2I, mơ hình MIKE 21 FM,… Các mơ hình ứng dụng rộng rãi kiểm chứng để mơ chất lượng nước với độ xác cao Ở Việt Nam, mơ hình tốn ứng dụng rộng rãi thực tiễn nhằm dự báo dòng chảy đặc biệt chất lượng nước hệ thống sông lớn, vùng ven biển 1 Tuy nhiên, chưa có nhiều nghiên cứu dự báo thay đổi chất lượng nước hồ chứa Trong nghiên cứu này, tác giả giới thiệu ứng dụng mơ hình MIKE 21 FM để mơ dự báo thay đổi chất lượng nước mặt hồ Đại Lải có chức phục vụ đa mục tiêu cho tưới, sinh hoạt du lịch Phạm vi quan trắc tính tốn dự báo chất lượng nước hệ thống thủy lợi hồ Đại Lải, thành phố Vĩnh Yên tỉnh Vĩnh Phúc PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Trong nghiên cứu này, mơ hình MIKE 21 ứng dụng để mô chất lượng nước hồ Đại Lải Mơ hình MIKE 21 tích hợp mơ đun bao gồm: mô đun thủy lực, khuyếch tán (AD), chất lượng nước (Ecolab), mô đun vận chuyển bùn cát (sediment transportation Mô đun thủy lực MIKE 21 xây dựng dự phương trình tổng hợp theo phương dịng chảy để đảm bảo tính liên tục bảo tồn động lượng (hệ phương trình Saint Venant) Hệ phương trình mơ đun thủy động lực mơ hình mơ 1 a) Mơ đun thủy lực HD Mơ đun thủy lực Phương trình liên tục: h hu hv hS t x y (3.1) b) Mô đun chất lượng nước ECOlab: Sự thay đổi chất lượng nước mơ đun ECOlab mơ tả phương trình truyền tải vật chất khơng bảo tồn, có dạng c c c 2c 2c u v Dx 2 Dy 2 Sc Pc (3.2) t x y z z 311 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019 ISBN: 978-604-82-2981-8 Phương trình truyền tải viết lại theo công thức c ADC PC t (3.3) - Mô đun truyền tải khuếch tán (AD) ADC c* c tt (t t ) ctt (t ) t (3.4) - Mô đun sinh thái (Ecolab): Trong dự báo chất lượng nước hồ Đại Lải, tác giả chọn cụ thể mơ hình sinh thái WQ with nutrients (21/3, mơ hình mơ diễn biến trình thay đổi hàm lượng theo thời gian phản ứng sinh hóa thơng số chất dinh dưỡng gồm (NO3-; NH4+), nhiệt độ (Temperature), Oxy hòa tan (DO) nhu cầu Oxy sinh hóa (BOD) c) Dữ liệu mơ hình Đơng Câu), ĐL 14 (Nhà nghỉ lão thành cách mạng), ĐL13 (khu vực sân golf) Các vị trí quan trắc chất lượng nước dùng để hiệu chỉnh kiểm định mơ hình ĐL11 (vị trí lấy nước vào nhà máy nước sạch), ĐL12 (Đảo Ngọc) Điều kiện biên dòng chảy vào hồ Đại Lải từ hồ Thanh Cao Và Hồ Đơng Câu tính từ mơ hình MIKE Nam 11 Điều kiện ban đầu thủy lực cho mơ hình cách chạy trước mơ hình khoảng thời gian định để ổn định mô hình lấy giá trị mực nước ban đầu theo kết tính tốn [1] Vị trí kiểm tra mực nước đo trước cống Số (ĐL1) (Hình 1) Điều kiện ban đầu nồng độ chất xác định từ số liệu quan trắc đợt nguồn thải đổ vào hồ (ĐL9, ĐL10, ĐL13, ĐL14) Số liệu đầu vào mơ hình tính tốn bao gồm số liệu khí tượng (lượng mưa), thủy văn theo dự báo thời tiết thời đoạn ngắn (7 ngày), chất lượng nước quan trắc Số liệu độ sâu đường bờ khu vực nghiên cứu số hóa từ đồ DEM tải từ ảnh vệ tinh Hồ Thanh Cao Hồ Đơng Câu Hồ Đại Lải ĐL10 Hình Sơ đồ mạng mô KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ĐL14 Quan trắc dự báo chất lượng nước thực năm (2019) cho hệ thống thủy lợi hồ Đại Lải, tài liệu quan trắc dự báo chưa đủ dài để đánh giá cách xác mơ hình ĐL12 ĐL13 ĐL9 ĐL11 a) Kết hiệu chỉnh mơ hình ĐL1 Hình Vị trí nguồn thải vị trí đo đạc kiểm định, hiệu chỉnh mơ hình Khu vực Hồ Đại Lải có nguồn thải đổ vào gồm: ĐL9 (Hồ Thanh Cao), ĐL10 (Hồ Trong nghiên cứu, tác giả sử dụng kết quan trắc điểm đo ĐL11 (Điểm lấy nước vào nhà máy nước sạch) ĐL 12 (Vị trí gần đảo Ngọc) đợt từ (15/2/2019) đến đợt (26/3/2019) để hiệu chỉnh cho mơ hình chất lượng nước 312 Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019 ISBN: 978-604-82-2981-8 tương quan R2 cao, độ lệch bình quân RMSE tương đối thấp Tuy nhiên, số thời điểm mơ hình dự báo có độ lệch tương đối so với kết thực đo ĐL11 đặc biệt vào tháng đến tháng nhiệt độ bắt đầu tăng lên Quá trình tăng nhiệt dẫn đến phát triển mạnh tảo xanh, làm cho q trình sinh hóa thay đổi theo phytoplankton tiêu thụ mạnh Nitơ để xây dựng sinh khối Tuy nhiêu điều chưa đề cập nghiên cứu Bảng So sánh kết quan trắc mô từ mơ hình vị trí ĐL11 R2 0.92 0.85 0.92 0.93 Chỉ tiêu DO NO3NH4+ BOD5 NO3- DO 0.35 0.3 0.25 0.2 (mg/l) (mg/l) RMSE (mg/l) 0.11 0.06 0.08 0.91 0.15 0.1 0.05 Đợt Đợt Đợt Đợt Đợt quan trắc NH4 0.7 12 0.6 10 0.5 Đợt Đợt Đợt Đợt quan trắc 0.4 (mg/l) (mg/l) Đợt 0.3 0.2 0.1 Đợt Đợt Đợt Đợt Đợt quan trắc Đợt Đợt Đợt Đợt Đợt quan trắc Hình So sánh DO, NO3-, NH4+, BOD5 tính tốn quan trắc vị trí ĐL11 b) Kết kiểm định mơ hình Kết quan trắc từ đợt (9/4/2019) đến đợt (25/9/2019) dùng để kiểm định mơ hình chất lượng nước Bảng So sánh kết quan trắc mơ từ mơ hình vị trí ĐL11 R2 0.71 0.91 0.68 0.85 Chỉ tiêu DO NO3NH4+ BOD5 RMSE (mg/l) 0.41 0.13 0.11 5.01 NO3- DO 1.4 1.2 (mg/l) (mg/l) 0.6 TÀI LIỆU THAM KHẢO 0.2 Đợt Đợt Đợt Đợt Đợt quan trắc NH4 Đợt Đợt Đợt Đợt Đợt quan trắc BOD5 0.35 12 0.3 10 0.25 (mg/l) 0.2 0.15 0.1 0.05 Đợt Đợt Đợt Đợt Đợt quan trắc Dự báo chất lượng nước cho hồ chứa nhiệm vụ quan trọng công tác giám sát chất lượng môi trường nước Trong nghiên cứu này, tác giả ứng dụng mơ hình MIKE 21 FM để dự báo chất lượng nước cho hồ Đại Lải Kết dự báo có độ xác cao số liệu thực đo hàm lượng DO Kết dự báo BOD5 NH4+, NO3- so với số liệu thực đo xác hầu hết đợt Tuy nhiên, số đợt đo kết dự báo lệch so với quan trắc Sai số gây mơ hình chưa tính đến tác động loại tảo (được định lượng hàm lượng Chl.a) Trong tháng đến tháng (Đợt đến đợt 8), tảo phát triển mạnh 2 điều kiện nhiệt độ thích hợp tảo tiêu thụ lượng lớn NO3-, nhiên mơ hình chưa đề cập đến trình Trong nghiên cứu tiếp theo, tác giả đưa thêm hàm lượng Chl.a thơng số mơ hình 0.8 0.4 (mg/l) KẾT LUẬN BOD5 Đợt Đợt Đợt Đợt Đợt quan trắc Hình So sánh DO, NO3-, NH4+, BOD5 tính tốn quan trắc vị trí ĐL 11 Từ kết (Bảng 2, Hình 4) thấy mơ hình cho kết dự báo tốt so với số liệu quan trắc với số hệ số [1] Trần Hồng Thái (2017), Ứng dụng mơ hình MIKE 21 FM mơ chất lượng nước khu vực ven biển Đình Vũ, Science & Technology Development, Vol 20, No.T4-2017 [2] Trần Tuấn Thạch, Harada M, Hiramatsu K, Tabata T (2018) Estimation of water quality dynamics under long-term anoxic state in organically polluted reservoir by field observations and improved ecosystem model.PWE,https://doi.org/10.1007/s10333018-0 313 ... trắc Dự báo chất lượng nước cho hồ chứa nhiệm vụ quan trọng công tác giám sát chất lượng môi trường nước Trong nghiên cứu này, tác giả ứng dụng mơ hình MIKE 21 FM để dự báo chất lượng nước cho hồ. .. Cao Hồ Đơng Câu Hồ Đại Lải ĐL10 Hình Sơ đồ mạng mô KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ĐL14 Quan trắc dự báo chất lượng nước thực năm (2019) cho hệ thống thủy lợi hồ Đại Lải, tài liệu quan trắc dự báo chưa đủ dài... ĐL 11 Từ kết (Bảng 2, Hình 4) thấy mơ hình cho kết dự báo tốt so với số liệu quan trắc với số hệ số [1] Trần Hồng Thái (2017), Ứng dụng mơ hình MIKE 21 FM mơ chất lượng nước khu vực ven biển