lập mô hình, dự báo chất lượng nước sông đồng nai đoạn chảy qua làng cá bè tân mai– thành phố biên hòa – tỉnh đồng nai

LỜI CAM ĐOAN Tôi tên: Lê Đức Anh Là học viên lớp 11HMT01 khóa 2011 - 2013, chuyên ngành Kỹ thuật Môi Trường, Tr ường Đại học Kỹ thuật Công nghệ TP. HCM. Tôi xin cam đoan đề tài luận văn: “Lập mô hình, dự báo chất lượng nước sông Đồng Nai đoạn chảy qua làng cá bè Tân Mai – Thành phố Biên Hòa – Tỉnh Đồng Nai” là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào khác. Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc. Sinh viên thực hiện Lê Đức Anh LỜI CÁM ƠN Luận văn được hoàn thành dưới sự giúp đỡ và động viên của các thầy, đồng nghiệp và bạn bè. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy Lâm Vĩnh Sơn, người đã định hướng và chỉ dẫn, tận tình giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện. Xin chân thành cảm: • Các anh, chị, em đồng nghiệp tại phòng PT-TN, Tung tâm Quan Trắc và KTM T Đồng Nai đã nhiệt tình giúp đỡ và động viên tôi trong quá trình làm luận văn. • Thầy cô Khoa Môi Trường và Công Nghệ Sinh Học; Học viên lớp 11HMT12 đã quan tâm giúp đỡ để tôi hoàn tất bài luận văn. Sau cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến cha, mẹ, anh, chị và gia đình tôi đã luôn hỗ trợ giúp đỡ trong suốt quá trình học tập, thực hiện luận văn. Sinh viên thực hiện Lê Đức Anh Đồ án tốt nghiệp i MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CÁM ƠN ii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT iii DANH MỤC BẢNG iv DANH MỤC HÌNH v MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 5 1.2 Hiện trạng các khu công nhiệp trên địa bàn tỉnh Đồng Nai 6 1.3. Điều kiện địa lý tự nhiên TP. Biên Hòa 6 1.4. Thực trạng môi trường nước sông Đồng Nai 7 1.4.1. Các nguồn gây ô nhiễm nước 8 1.4.2. Các khu vực bị ô nhiễm trên sông Đồng Nai 9 1.5.1. Giới thiệu chung 9 1.5.2 Chuỗi thời gian 12 1.5.3. Mô hình ARIMA 13 CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN 21 2.1. Mục tiêu – phạm vi nghiên cứu 21 2.1.3. Thời gian khảo sát 22 2.1.4. Các yếu tố môi trường nghiên cứu, đánh giá 23 2.2. Phương pháp thực hiện 23 2.2.1. Thu thập số liệu quan trắc 23 2.2.2. Tóm t ắt các thống kê cơ bản 23 Đồ án tốt nghiệp ii 2.2.3. Kiểm định tính dừng 24 2.2.4. Kiểm định đồng liên kết Johansen 26 2.2.5. Phương pháp lập mô hình ARIMA 27 2.2.6. Phương pháp luận Box-Jenkins. 29 2.2.7. Các công cụ chính để đánh giá mô hình 31 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ - THẢO LUẬN 33 3.1.Đánh giá chất lượng môi trường nước sông Đồng Nai đoạn chảy qua làng cá bè Tân Mai. 33 3.1.1. Tiêu chí đánh giá 33 3.1.2. Quy trình đánh giá và sử dụng WQI trong đánh giá chất lượng nước lục địa 33 3.2. Kết quả đánh giá 37 3.2.1. Đánh giá chất lượng nước sông Đồng Nai đoạn chảy qua làng cá bè Tân Mai tháng 01/2013 37 3.2.2. Đánh giá chất lượng nước sông Đồng Nai đoạn chảy qua làng cá bè Tân Mai từ năm 2008 đến năm 2012 39 3.2.3. Lập mô hình ARIMA 47 KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO 57 PHỤ LỤC 1 Đồ án tốt nghiệp iii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ACF (Autocorrelation Function): tự tương quan. ADF: Augumented Dickey – Fuller ARIMA (AutoRegressive Intergate Moving Avarage): Trung bình trượt kết hợp tự hồi quy. KCN: Khu công nghiệp KDD (Knowledge Discovery and Data Mining): Kỹ thuật phát hiện tri thức và khai phá dữ liệu. N-SĐN: Nước Sông Đồng Nai PACF (Partial Autocorrelation Function) Tự tương quan từng phần. TCMT: Tổng cục môi trường WQI (The Water Quality Index): Chỉ số chất lượng nước Đồ án tốt nghiệp iv DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1. Vị trí khảo sát 21 Bảng 2.2. Các dạng hàm lý thuyết ACF và PACF 30 Bảng 3.1. Bảng quy định các giá trị q i , BP i 34 Bảng 3.2. Bảng quy định các giá trị BP i và qi đối với DO % bão hòa 35 Bảng 3.3. Bảng quy định các giá trị BP i và q i đối với thông số pH 36 Bảng 3.4. Bảng đánh giá chất lượng nước 36 Bảng 3.5 Số liệu thu được qua 2 đợt thu và phân tích mẫu tại vị trí Làng cá bè Tân Mai 37 Bảng 3.6. Giá trị WQI thông số tháng 02/2013 38 Bảng 3.7. Số liệu chất lượng nước sông Đồng Nai đoạn chảy quan làng cá bè Tân Mai (WQI) từ năm 2008 đến năm 2012 40 Bảng 3.8. Tóm tắt các thống kê mô tả của giá trị WQI 41 Bảng 3.9. Tóm tắt các thống kê mô tả của r WQI 42 Bảng 3.10. Kết quả kiểm định ADF chuỗi WQI theo tính chặn 44 Bảng 3.11. Kết quả kiểm định ADF chuỗi WQI theo xu thế và tính chặn 45 Bảng 3.12. Kiểm định đồng liên kết Johansen 46 Bảng 3.13. Tự tương quan (ACF) và tự tương quan riêng phần (PACF) của WQI 47 Bảng 3.14. Kết quả MSE cho các mô hình ARIMA tốt nhất 49 Bảng 3.15. Ước lượng các hệ số trong mô hình ARIMA (1,0,1) 50 Bảng 3.16. Tự tương quan phần dư (ACF) và tự tương quan riêng phần phần dư (PACF) 51 Bảng 3.17. Các giá trị dự báo WQI từ mô hình ARIMA(1,0,1) 53 Đồ án tốt nghiệp v DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Ví dụ về chiều hướng giảm đều khác nhau 17 Hình 2.1. Bản đồ vị trí thu mẫu 22 Hình 3.2. Biểu đồ thống kê mô tả WQI 41 Hình 3.3. Biểu đồ thống kê mô tả r WQI 42 Hình 3.4. Diễn biến chỉ số WQI từ tháng 01/2008 đến tháng 12/2012 43 Hình 3.6. Tự tương quan riêng phần của WQI 49 Hình 3.7. Tự tương quan phần dư của WQI 52 Hình 3.8. Tự tương quan riêng phần phần dư của WQI 53 Đồ án tốt nghiệp 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Trong giai đoạn hiện nay, tình hình kinh tế của đất nước đang từng bước phát triển. Kéo theo đó là sự phát triển của các khu công nghiệp, khu đô thị mới, các khu du lịch ven sông… Tuy nhiên, bên cạnh việc phát triển kinh tế lại phát sinh vấn đề ô nhiễm môi trường, sự cố môi trường, khai thác các nguồn khoáng sản tự nhiên, khai thác thủy sản cạn kiệt…kéo theo việc biến đổi khí hậu toàn cầu. Tất cả những vấn đề đó đã và đang để lại cho chúng ta những hậu quả hết sức nặng nề, tác động đến cuộc sống, sự tồn tại của chúng ta và cả thế hệ mai sau. Và Tỉnh Đồng Nai cũng không nằm ngoài xu thế đó. Tỉnh Đồng Nai với vị trí địa lý thuận lợi, với số lượng lớn các sông suối, đặc biệt là hệ thống sông hồ với trữ lượng nước dồi dào. Vì thế, Đồng Nai rất thuận lợi để phát triển mọi mặt về kinh tế - xã hội. Trong số các sông lớn chảy qua địa bản Tỉnh thì sông Đồng Nai là con sông lớn thứ hai của các tỉnh Nam Bộ chảy qua, trải dài từ cực Bắc huyện Tân Phú, Định Quán về đến cửa biển Xoài Rạp. Dọc theo tuyến sông chính của sông Đồng Nai còn có một số khu công nghiệp đang hoạt động và một số làng cá bè truyền thống, chính điều này đã làm cho vấn đề ô nhiễm môi trường đang dần trở nên nghiêm trọng, ảnh hưởng tiêu cực đến việc khai thác các nguồn thủy sản, đồng thời cũng rất nguy hiểm khi nguồn nước được sử dụng để làm nguồn nước cấp cho sinh hoạt và các hoạt động sản xuất khác. Đặc biệt đáng lưu ý là khu vực làng cá bè Tân Mai lại nằm trong đoạn sông Đồng Nai mà nhà máy nước Biên Hòa sử dụng nguồn nước mặt để xử lý và cấp nước sinh hoạt cho người dân. Vì vậy, việc quan tâm đến vấn đề chất lượng môi trường nước sông Đồng Nai nói chung và đoạn sông chảy qua làng cá bè Tân Mai nói riêng, là điều hết sức cần thiết nhằm phát hiện ra những diễn biến bất thường, từ đó có biện pháp xử lý kịp thời để ngăn chặn ô nhiễm, góp phần bảo vệ và cải thiện môi trường nước sông. Đồng thời việc dự báo diễn biến chất lượng nước sông là điều hết sức cần thiết để Đồ án tốt nghiệp 2 cơ quan quản lý có thể lấy đó làm căn cứ mà đề ra các giải pháp nhằm ngăn chặn kịp thời trước khi chất lượng môi trường nước xấu đi. 2. Tình hình nghiên cứu Trên thế giới, kỹ thuật dự báo đã hình thành từ thế kỉ thứ 19, tuy nhiên dự báo có ảnh hưởng mạnh mẽ khi công nghệ thông tin phát triển vì bản chất mô phỏng của các phương pháp dự báo rất cần thiết sự hỗ trợ của máy tính. Đến năm những 1950, các lý thuyết về dự báo cùng với các phương pháp luận được xây dựng và phát triển có hệ thống. Trong bối cảnh bùng nổ công nghệ thông tin, dự báo đã trở thành một nhu cầu không thể thiếu cho những hoạt động của con người. Dự báo sẽ cung cấp những cơ sở cần thiết cho các hoạch định, và có thể nói rằng nếu không có khoa học dự báo thì những dự định tương lai của con người vạch ra sẽ không có sự thuyết phục đáng kể. Trong công tác phân tích dự báo, vấn đề quan trọng hàng đầu cần đặt ra là việc nắm bắt tối đa thông tin về lĩnh vực dự báo. Thông tin ở đây có thể hiểu một cách cụ thể gồm: các số liệu quá khứ của lĩnh vực dự báo, diễn biến tình hình hiện trạng cũng như động thái phát triển của lĩnh vực dự báo và đánh giá một cách đầy đủ nhất các nhân tố ảnh hưởng cả về định lượng lẫn định tính. Ở Việt Nam, kỹ thuật này tương đối còn mới mẻ tuy nhiên cũng đang được nghiên cứu và dần đưa vào ứng dụng. Hiện nay, có nhiều mô hình dự báo ô nhiễm nguồn nước đang được sử dụng tại Việt Nam như IPC, QUAL, Q2K, MIKE11. Điển hình như: - Nghiên cứu áp dụng mô hình tính toán MIKE 11 tính toán dự báo chất lượng nước lưu vực sông Cầu của các tác giả Trần Hồng Thái, Phạm Văn Hải, Trần Thị Diệu Hằng thuộc Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Môi trường được công bố vào năm 2007. Đề tài sử dụng mô hình tính toán MIKE 11 để tính toán, đánh giá dự báo biến đổi chất lượng nước sông Cầu. - Đề tài: “Áp dụng mô hình QUAL2K đánh giá diễn biến chất lượng nước dòng chính sông Hương” cùa tác giả Nguyễn Bắc Giang, trường Đại học Khoa học, Đại học Huế được đăng trên tạp chí khoa học, Đại học Huế, số 65 năm 2011 Đồ án tốt nghiệp 3 3. Mục đích nghiên cứu Sử dụng các dữ liệu chất lượng nước sông Đồng Nai đoạn chảy quan làng cá bè Tân Mai đã được quan trắc, lập mô hình dự báo bằng mô hình ARIMA. Từ đó đưa ra những dự báo diễn biến chất lượng nước sông. 4. Nhiệm vụ nghiên cứu - Thu thập số liệu quan trắc chất lượng nước sông Đồng Nai đoạn chảy qua làng cá bè Tân Mai. Tính toán chỉ số chất lượng nước (WQI). - Sử dụng mô hình ARIMA để dự báo chất lượng nước thông qua chỉ số chất lượng nước. - Dự báo, đánh giá kết quả đạt được. 5. Phương pháp nghiên cứu - Thu thập thông tin: hiện trạng môi trường, kết quả quan trắc nước sông Đồng Nai đoạn chảy qua làng cá bè Tân Mai từ nguồn quan trắc hàng năm của Trung tâm Quan trắc và Kỹ thuật Môi trường Đồng Nai. - Khảo sát, thu mẫu thực địa tại làng cá bè trong 2 đợt ( tháng 2 và tháng 3/2013) - Phân tích mẫu: phân tích 10 thông số nhiệt độ, độ đục, pH, BOD 5 , COD, DO, TSS, N-NH 4 , P-PO 4 , Coliform. - Xử lý, phân tích số liệu: từ các giá trị của các thông số, tính toán ra chỉ số chất lượng nước. - Sử dụng phần mềm EVIEW 5.0 để tính toán. 6. Kết quả đạt được của đề tài - Xác định được các giá trị của chỉ số chất lượng nước. - Lập được mô hình ARIMA cho chỉ số chất lượng nước. [...]... - Đánh giá, dự báo chất lượng nước sông Đồng Nai đoạn chảy qua làng cá bè Tân Mai 7 Kết cấu của đề tài Đề tài tốt nghiệp gồm có 3 chương: * Chương 1: Tổng Quan - Giới thiệu về hiện trạng môi trường sông Đồng Nai - Giới thiệu về mô hình ARIMA * Chương 2: Phương pháp thực hiện - Các phương pháp thực hiện lập mô hình ARIMA * Chương 3: Nội dung kết quả - Kết quả tính toán chỉ số chất lượng nước - Kết quả... Dòng sông chính Đồng Nai chảy qua 5/8 tỉnh thuộc vùng Kinh tế trọng điểm phía Nam với tổng chiều dài 513/628km Trong đó, đoạn chảy qua Đồng Nai là dài nhất khoảng 294/628km, khoảng 46% tổng chiều dài dòng chính Từ huyện Cát Tiên tỉnh Lâm Đồng, sông Đồng Nai chảy vào tỉnh Đồng Nai và kéo dài theo ranh giới của hai tỉnh đến vị trí hợp lưu với sông Đạ Oai, sông đổi hướng chảy qua địa bàn hai huyện Tân. .. tại Một cách tổng quát, có bốn phương pháp dự báo chất lượng nước sông dựa vào chuỗi thời gian: (1) mô hình hồi quy đơn phương trình, (2) mô hình hồi quy phương trình đồng thời, (3) mô hình tự hồi quy vectơ (VAR) và mô hình trung bình trượt kết hợp tự hồi quy (ARIMA) Đề tài tập trung nghiên cứu mô hình ARIMA để thực hiện phân tích dữ liệu chất lượng nước sông Đồng Nai đoạn chảy qua làng cá bè Tân Mai... sông với các tỉnh lân cận 1.4 Thực trạng môi trường nước sông Đồng Nai Sông Đồng Nai bắt nguồn từ các vùng núi tỉnh Lâm Đồng (cao nguyên Lâm Viên), chảy qua địa phận tỉnh từ Tân Phú đến Nhơn Trạch với chiều dài khoảng 290km, trong đó dòng chảy sông Đồng Nai được khống chế bởi chế độ mưa, vì vậy thay đổi nhiều theo thời gian và không gian Sông La Ngà chảy từ vùng núi tỉnh Bình Thuận và Lâm Đồng đổ về... Tâm Quan trắc và Kỹ thuật môi trường Đồng Nai 2.1.2.2 Đặc điểm của vị trí khảo sát Đặc điểm chung của các vị trí khảo sát là ở trong khu vực dân cư nên đoạn sông bị ảnh huởng trực tiếp của hoạt động sống dân cư đô thị, làng cá bè Vị trí N-SĐN-11 đoạn chảy qua làng cá bè Tân Mai chịu ảnh hưởng trực tiếp từ các hoạt động xả thải như: - Nước thải của hộ gia đình, dân cư TP Biên Hòa - Làng cá bè trên sông. .. phương thuộc địa phận tỉnh Bình Dương đổ vào Cụ thể: nước mặt tại vị trí thuộc đoạn sông Bé có màu vàng đục, nhiều chất thải, dầu mỡ trên bề mặt, trong khi đó, nước mặt phía bờ tỉnh Đồng Nai sau cửa đập hồ Trị An đổ về, chất lượng nước tốt, đạt yêu cầu cho mục đích sử dụng Sông Đồng Nai đoạn chảy qua TP Biên Hòa là đoạn sông chịu tác động khá nhiều nguồn thải có nồng độ và tải lượng ô nhiễm rất cao... phòng Hội đồng nhân dân và Ủy ban nhân dân TP Biên Hòa có vai trò và vị trí quan trọng: - Là trung tâm chính trị - kinh tế - xã hội của tỉnh Đồng Nai, có 23 đơn vị hành chính gồm các phường: Trung Dũng, Thanh Bình, Hòa Bình, Tam Hòa, Tân Mai, Tam Hiệp, Quang Vinh, Quyết Thắng, Bình Đa, Tân Tiến, Tân Hòa, Hố Nai, Thống Nhất, Tân Biên, Tân Hiệp, Bửu Hòa, Tân Vạn, An Bình, Bửu Long, Long Bình Tân, Tân Phong,... giữa các dữ liệu quan sát để đưa ra mô hình dự báo thông qua các giai đoạn nhận dạng mô hình, ước lượng các tham số từ dữ liệu quan sát và kiểm tra các tham số ước lượng để tìm ra mô hình thích hợp mô hình kết quả của quá trình trên gồm các tham số thể hiện mức độ tương quan 11 Đồ án tốt nghiệp trên dữ liệu và được chọn để dự báo giá trị tương lai Giới hạn độ tin cậy của dự báo được tính dựa trên phương... e(t) + b1e(t-1), Với h(t) = z(t) – z(t-1) ở sai phân thứ hai : d = 2 Trong thực hành d lớn hơn 2 rất ít được sử dụng 20 Đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN 2.1 Mục tiêu – phạm vi nghiên cứu 2.1.1 Mục tiêu - Dựa trên các kết quả quan trắc chất lượng nước sông Đồng Nai từ năm 2008 đến năm 2012 đoạn chảy qua làng cá bè Tân Mai để đánh giá, dự báo chất lượng nước năm 2013 2.1.2 Phạm vi nghiên... suất 27.200 m3/ngày 1.4.2 Các khu vực bị ô nhiễm trên sông Đồng Nai Khu vực hợp lưu sông Bé - sông Đồng Nai: Chất lượng nước chưa đạt yêu cầu cho mục đích cấp nước sinh hoạt, ảnh hưởng một phần đến chất lượng nước đoạn hạ lưu Ô nhiễm chủ yếu là do các chất hữu cơ ở mức nhẹ, chất rắn lơ lửng, dầu mỡ và vi sinh Nguyên nhân là do các chất thải của các công ty, nhà máy và một phần nước thải sinh hoạt của . dụng các dữ liệu chất lượng nước sông Đồng Nai đoạn chảy quan làng cá bè Tân Mai đã được quan trắc, lập mô hình dự báo bằng mô hình ARIMA. Từ đó đưa ra những dự báo diễn biến chất lượng nước sông. . liệu quan trắc chất lượng nước sông Đồng Nai đoạn chảy qua làng cá bè Tân Mai. Tính toán chỉ số chất lượng nước (WQI). - Sử dụng mô hình ARIMA để dự báo chất lượng nước thông qua chỉ số chất lượng. thuật Môi Trường, Tr ường Đại học Kỹ thuật Công nghệ TP. HCM. Tôi xin cam đoan đề tài luận văn: Lập mô hình, dự báo chất lượng nước sông Đồng Nai đoạn chảy qua làng cá bè Tân Mai – Thành phố Biên