Nghiên cứu khả năng chịu tải môi trường của sông phù sa, dưới ảnh hưởng của thủy triều

BỘGIÁODỤCVÀĐÀOTẠO TRƯỜNGĐẠIHỌCCẦNTHƠ TĨMTẮTLUẬNÁN TIẾNSĨ CHUN NGÀNH: MƠI TRƯỜNG ĐẤT VÀ NƯỚCMÃNGÀNH: 9440303 TÊNNGHIÊNCỨUSINH:PHẠMTHÀNHNHƠN TÊNLUẬNÁN: NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG CHỊU TẢI MƠI TRƯỜNG CỦASƠNGPHÙSA,DƯỚIẢNHHƯỞNGCỦATHỦYTRIỀU CẦNTHƠ-2018 CƠNG TRÌNH ĐÃ HỒN THÀNH TẠITRƯỜNGĐẠIHỌC CẦNTHƠ Ngườihướngdẫn:PGs.Ts NguyễnHiếuTrung Luận án bảo vệ trước hội đồng chấm luận án tiến sĩ cấp sởHọptại:Phòng bảo vệ luận án Tiến sĩ, Trường Đại học Cần Thơ.Vào lúc 14 giờ00 ngày09 tháng01 năm2018 Phảnbiện1:PGs.Ts LêAnhTuấn Phảnbiện2:PGs.TsChâu NguyễnXuân Quang Cóthể tìmhiểu luận ántạithưviện: Trung tâm Học liệu, Trường Đại học Cần Thơ.Thưviện Quốc gia ViệtNam DANHMỤCCÁCCƠNGTRÌNHNGHIÊN CỨU Phạm Thành Nhơn, PGs.Ts Nguyễn Hiếu Trung, Ts Văn Phạm Đăng Trí, 2014.Xác định đặc tính địa mạo động thái thủy lực dịng chảy sơng Hậu Tạp Chí TàingunvàMơitrường-BộTàingunvàMơitrườngsố19(200)kỳsố2tháng9năm2014.ISSN1859-1477 Phạm Thành Nhơn, PGs.Ts Nguyễn Hiếu Trung, Ts Văn Phạm Đăng Trí, 2014.Lan truyền chất nhiễm sông Hậu khu vực khu công nghiệp Thốt Nốt Trà Nóc.Tạp Chí Tài ngun Mơi trường - Bộ Tài nguyên Môi trường số 19(201) kỳ số 1tháng10năm2014.ISSN1859-1477 Phạm Thành Nhơn, PGs.Ts Nguyễn Hiếu Trung, 2017 Thiết lập xây dựng mơhình tốn ba chiều xác định đặc tính thủy lực mơ thay đổi hình thái địamạo sơng Hậu đoạn từ Phà Vàm Cống đến Cầu Cần Thơ.Tạp Chí Tài nguyên Môitrường - Bộ Tài nguyên Môi trường số 13 (267) kỳ số tháng năm 2017 ISSN1859-1477 Phạm Thành Nhơn, PGs.Ts Nguyễn Hiếu Trung, 2017 Ứng dụng mơ hình tốn bachiềumơp h ỏ n g diễnb i ế n chấtl ợ n g n c l u v ự c s ô n g Hậut h e o xu t h ế phátt r i ể n kinh tế xã hội - kịch biến đổi khí hậu nước biển dâng.Tạp chí Tài nguyên vàMôiTrường BộTàinguyênvàMôitrườngkỳ2 tháng9 năm2017.ISSN1859-1477 Phạm Thành Nhơn, PGs.Ts Nguyễn Hiếu Trung, 2017 Nghiên cứu khả tiếpnhận nước thải công nghiệp sông Hậu theo định hướng phát triển kinh tế - xã hộiđếnnăm2030.TạpchíTàingunvàMơiTrường-BộTàingunvàMơitrườngkỳ1 tháng4 năm2018.ISSN1859-1477 CHƯƠNG1:GIỚITHIỆU 1.1 Đặtvấnđề Ơ nhiễm dịng sơng vấn đề ô nhiễm môi trường mang tính tổng hợp Nguyênnhân gây ô nhiễm nước sông không chất thải từ hoạt động công nghiệp, ytế, đô thị, thương mại, khu dân cư chưa qua xử lý xử lý chưa đạt quy chuẩnkỹ thuật Quốc gia mà phát sinh từ hoạt động khác nuôi trồng thủysản, giao thông thủy, nước mưa chảy tràn qua vùng ô nhiễm Hiện nay, việcđánh giá chất lượng nước, dự báo diễn biến chất lượng nước tương lai, cáctính tốn q trình lan truyền chất hịa tan có ý nghĩa lớn việc lập kếhoạch bảo vệ nguồn nước Dự báo tính tốn xác q trình chuyểnhóa theo khơng gian, thời gian đa phần khơng thể tính phức tạp, thiếucác nghiệm giải tích phương trình mà mơ tả phân bố nồng độ thànhphần kênh, sông Hơn nữa, số lượng tham số phương trình mơ tả lớnnên việctìmkiếmlờigiảigặpnhiềukhó khăn Thủy động lực sơng q trình phức tạp diện bờ sông dài, tácđộng nhiều yếu tố, kênh rạch, cơng trình nhân tạo, pha trộn nước ngọtvà nước mặn, yếu tố kết hợp lưu lượng nước thượng nguồn đổ vàmực nước biển dâng, thủy triều, gió, sóng (Kelinet al, 2009) Để hiểu đầy đủ cácqtrình thủyđộnglựccủađoạnsơngnghiêncứulàrấtquantrọngchoviệcthiếtlậpvàxâydựngcáccơngtrìnhnhântạo,bảovệmơitrường,cấp phépxảthảivàcáckếhoạchpháttriểntrong vùng Trong năm gần đây, với phát triển công nghệ thông tin cũngnhư khoa học kỹ thuật nói chung, mơ hình tốn ứng dụng ngày càngđược phát triển nhiều cho kết tính toán nhanh, giá thành rẻ, dễ dàng thayđổicáckịchbảnbàitoán, (TranHongThaiet al, 2006 Tri Pham Dang Van,2010) Các mơ hình chiều, hai chiều phát triển mô qtrình dịng chảy, xâm nhập mặn, chất lượng nước sơng Hậu đáng kể đến nhưmơhìnhmộtchiều,haichiều sai phân hữu hạn mơ đặc tính thủy lực, chấtlượngnước,xâmnhậmmặn tínhtốn bồixói(ChauK.W,1996) Nghiênc ứ u n y t r ì n h b y m ộ t s ố k ế t q u ả b c đ ầ u ứ n g d ụ n g b ộ p h ầ n m ề m MIKE3(MơđunFMHD,FMMTvàEcolab)đểmơphỏngđặctínhthủylựcvàchất lượng nước lưu vực sông Hậu theo không gian thời gian chế độ thủylực (mực nước, vận tốc, lưu lượng dòng chảy) diễn biến chất lượng nước (DO,BOD 5, NH4+, NO3-và Photpho tổng) làm sở khoa học cho việc việc xem xétđánhgiáchấtlượngnướctheothờigiantrongđiềukiệnbiênhiệntại;dựbáolan truyền chất hòa tan ô nhiễm lưu vực sông Hậu theo xu phát triển kinh tế - xãhội - kịch biến đổi khí hậu nước biển dâng cho Việt Nam Bộ Tàinguyên Môi trường xây dựng công bố năm 2016 đánh giá khả tựlàmsạchcủadịngsơngsovớitrườnghợphiện trạng 1.2 Mụctiêu nghiêncứu 1.2.1 Mụctiêu tổngquát Khả chịu tải môi trường sông vùng nghiên cứu giải pháp nhằmổn định môi trường nước điều kiện phát triển kinh tế xã hội biến đổikhí hậu tương lai, ứng dụng mơ hình tốn ba chiều mơ đặc tính thủylực dịng chảy diễn biến chất lượng nước Sông Hậu (đoạn qua từ Phà VàmCốngđếnCầuCầnThơ) 1.2.2 Mụctiêucụthể Xây dựng sở liệu nguồn ô nhiễm (nguồn điểm nguồn phân tán)đến chấtlượngnướcSơngHậu Xây dựng mơhìnht h ủ y l ự c b a c h i ề u m ô p h ỏ n g đ ặ c t í n h t h ủ y l ự c d ò n g c h ả y Sông Hậu (đoạn qua từ Phà Vàm Cống đến Cầu Cần Thơ) dựa vào kịch bảnkhác nhauvềbiến đổikhíhậuvà sựthayđổicủa địamạođáysơng Xây dựng mơ hình thủy lực ba chiều mô diễn biến chất lượng nước SôngHậu theokịch bảnbiến đổikhíhậuvànước biểndâng Ứng dụng mơ hình ba chiều dự báo sựlan truyền ô nhiễmt r ê n S ô n g H ậ u t h e o kịch thay đổi điều kiện thủy văn thượng nguồn kịch củanước biểndâng 1.3 Nộidung nghiêncứu Thu thập, tổng hợp tài liệu, số liệu điều kiện tự nhiên, KT-XH, tài nguyên vàmôi trường, định hướng phát triển KT-XH tỉnh, thành thuộc lưu vực sôngHậu vùng thượng lưu vực sông Mê Kông; tổng hợp tài liệu, số liệu hiệntrạngmôitrường vùngthượnglưu sơngMêKơng Điều tra, khảo sát tính tốn tổng tải lượng thải từ nguồn ô nhiễm Thumẫu, quan trắc, đánh giá trạng môi trường nước mặt sông Hậu đặc tínhcác nguồn thải; điều tra, khảo sát tính tốn tổng tải lượng thải từ nguồn ơnhiễm(nguồnđiểmvànguồn phântán) Xây dựng mơ hìnhtốn thủy lựcba chiều để xác địnhđặctínht h ủ y l ự c c ủ a Sông Hậu dựa vào lát cắt thực đo mơ đặc tính thủy lực dựa trênnền địamạođáylịngsơngnộisuytừcác látcắtthựcđo Xácđịnhcácđiềukiệnbiêncủamơhình: biênmựcnước,biênl ulư ợng, mặtcắt ngang Xâydựngmơhìnhthủylựcbachiềumơphỏngdiễnbiếnnồngđộcácthơngsốchấtlượ ngnước (DO,BOD5,NH4+NO3-và Photphotổng, ) sôngHậu Xâydựngcáckịchbảnmôphỏngchấtlượngnướcsông Hậudựatrêncáckịchbảnc nước biểndângvà sựthayđổivềđiều kiệnthủy vănởthượngnguồn 1.4 Ýnghĩakhoahọc củaluận án 1.4.1 Vềkhoahọc Việc tính toán dự báo tổng tải lượng nguồn thải sông Hậu vàtương lai kịch xây dựng ước tính tải lượng chất ô nhiễm phátsinh từ hoạt động kinh tế - xã hội; sở lý thuyết tính tốn phương pháptính tốn nghiên cứu kiểm nghiệm thực tế việc tính tốn nồngđộ tải lượng chất nhiễm có xét đến chế phân hủy tự làm tự nhiênbằngcác hệsốtươngứng Kết nghiên cứuthể góp phầnhỗ trợ xây dựng sởlýl u ậ n c h o c ô n g t c quản lý tài nguyên nước việc phân vùng xả thải, cấp giấy phép xả thảichocác doanhnghiệpđanghoạtđộngtrongvùngnghiêncứu Nghiên cứu đặc tính thủy lực chất lượng nước đoạn sơng nghiên cứu qua sốliệu thực đo tính tốn, tương tác chúng cấu trúc ba chiều“Ngang -dọc đứng”và phântầng“Mặt- giữa-đáy”cótính chấtkhácnhau Áp dụng phần mềm MIKE (FM HD, FM MT ECOLab) để mô đặctínhthủylựcvàdiễnbiếnchấtlượngnướcđoạnsơngnghiêncứuvớikếtquảmơphỏng phù hợp với số liệu thực đo Trong nghiên cứu sử dụng mơ hình MIKE3 để mơ đặc tính thủy lực, thay đổi hình thái địa mạo đoạn sơngnghiên cứu Mơ hình kiểm định hiệu chỉnh với số liệu thực đo thủylực cũngnhưsốliệubiến đổiđịahình Kết nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng làm sở khoa học cho việc tínhtốn phân vùng xả thải sơng Hậu, sở khoa học cho việc tính lan truyền chấtdosựcố mơi trường,sự cố tràn dầu tính tốn khả tiếp nhậnn c t h ả i chocáclưuvựcsôngkhác trêncảnước Mô diễn biến chất lượng nước để đánh giá ô nhiễm nguồn nước theokhông gian (sông Hậu đoạn từ Phà Vàm Cống đến Cầu Cần Thơ thời gian(giờ).Từđólàmcơsởchoviệcđánhgiá,dựbáovàkiểmsốttàingunnước mặt vùng phục vụ công tác quản lý, sử dụng bảo tồn nguồn tài nguyênnước mặtcủakhuvực Kết chạy mơ hình MIKE với mơ đun sinh thái (ECOLab) để đánh giádiễnbiếnvàmơphỏngchấtlượngnướcđoạnsơngnghiêncứuchomộtsốhằngchính mơ là: Hệ số phụ thuộc nhiệt độ, tốc độ suy giảm BOD 5tại(20°C), tốc độ nitơrat hóa tại (20°C), tốc độ khử nitơrát hóa (20°C), tốc độphân hủy phốtpho (20°C), tỉ số thành phần Nitơ có vật chất hữu cơN/BOD tỉ số Ôxy cần cho phản ứng khử Nitơ để đánh giá khả tự làmsạch Với sơng phù sa, có điềuk i ệ n tự nhiên tương tự áp dụng c c hằngsốnàytrongnghiêncứu 1.4.2 Vềthựctiễn Đây điều kiện thuận lợi cho nghiên cứu ứng dụng giải nhiều toánthực tiễn tải lượng khả tiếp nhận nguồn nước chất nhiễm.Trong nghiên cứu trình bày số kết bước đầu ứng dụng phươngpháp thực kiểm nghiệm thực tế phục vụ công tácquản lý lưu vực nước Bộ Tài nguyên Môi trường ban hành quy địnhtrong việc cấp phép xả thải vào nguồn nước phân vùng xả thải cácnguồn thải cố định áp dụng công cụ kinh tế hợp lý đối tượngthải Kết nghiên cứu cung cấp cho địa phương cơng cụ giám sát, đánhgiát h e o d õ i s ự t h a y đ ổ i c ủ a n g u n x ả t h ả i c ó t c đ ộ n g n h t h ế n o đ ế n c h ấ t lượngnguồnnước;đểtừđócóthểđềxuấtcácgiảiphápquyhoạchthíchứngtrong điều kiện biến đổi khí hậu góp phần phục vụ phát triển bềnvữngkinhtế- xãhội trênlưuvực Góp phần đưa ứng dụng khoa học công nghệ vào dự báo, phục vụ công tácquản lý, đánh giá chất lượng môi trường nhằm nâng cao hiệu công tác quảnlý môi trường Làm sở phụcv ụ c h o c c c h n g t r ì n h h n h đ ộ n g v ì m ô i trường, đảm bảo mục tiêu phát triển kinh tế - xã hội ổn định, lâu dài vàbềnvững.Đồngthời,giúpcáccơquanquảnlýcóđượcmộtbứctranhtổngthểvề chấtlượngmơitrườngnướcmặtmàcónhữnghoạchđịnhchiếnl ợ c , k ế hoạch biện pháp thích hợp nhằm hạn chế vấn đề ô nhiễm môi trường tronghoạtđộngpháttriểnkinh tếxãhộithuộckhuvực 1.5 Nhữngluận điểmkhoahọcmớicủanghiêncứu Đến thời điểm nay, chưa có nghiên cứu áp dụng mơ hình tốn ba chiềuthực nghiên cứu sức chịu tải môi trường sông phù sa, ảnh hưởngcủathủytriềutrongđiềukiệnpháttriểnkinhtếxãhộinhưhiệnnay.Việc ứng dụng ứng dụng phần mềm MIKE để mơ đặc tính thủy lực chấtlượng nước lưu vực sông Hậu theo không gian ba chiều thời gian chế độthủy lực (mực nước, vận tốc, lưu lượng dòng chảy) diễn biến chất lượng nước(DO, BOD 5, NH4+, NO3-và Photpho tổng) lần nghiên cứu mà cácnghiên cứu vừa nêu nghiên cứu khác Việt Nam chưa thực Kếtquả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng việc đề xuất số chínhsách, biện pháp cụ thể trình lập thực quy hoạch phát triểnkinhtếxãhộiđượclồng ghépyếutốm ô i t r n g đ ả m b ả o p h t t r i ể n k i n h t ế x ã hội bảo vệ môi trường; đồng thời, dự báo khả tiếp nhận nước thải tốiđa hàng ngày sông Hậu với nguồn ô nhiễm kịchb ả n p h t triển kinh tế - xã hội, biến đổi khí hậu, nước biển dâng dự báo khả cungcấp nướcsạchtrongtươnglai Nghiên cứu đóng góp quan trọng cho sựhiểu biết chúng tavề sựt h a y đổi hình học thủy lực đoạn sơng nghiên cứu điều khám pháđược từ nghiên cứu sông Hậu Kết nghiên cứu cungcấp thơng tin mối quan hệ hình học thủy lực vùng hạ lưu sông Mê Kôngtạocơ sởkhoa học tiếptục thực hiệncácnghiên cứutiếp theo Kết nghiên cứu cho thấy, xảy trình khả tự làm sinh học vàvậtl ý , t h ô n g quaq uá tr ì nh p l o ãn g củad òn g chảyvàph ân r ã ch ất h ữ u c khuvựcnghiêncứulàtrungbình;cáchằngsốtrongmơhìnhchothấykhảnăngtự làmsạch củahệsinhtháitạikhu vựcnghiên cứulà kháthấp Kết nghiên cứu đóng góp cụ thể cho công tác quản lý môi trường tàinguyên nước cho tỉnh vùng ĐBSCL đề xuất luận án khả thi phù hợpvớithựctế CHƯƠNG2:TỔNGQUANVỀTÀILIỆUNGHIÊNCỨU 2.1 Điềukiệntựnhiên vùngnghiên cứu Theo báo cáo trạng môi trường giai đoạn 2011-2015 Thành phố CầnThơ,tỉnhA n Gi ang, t ỉ n h ĐồngTháp,tỉnhVĩnhL ong vàbáocáotổnghợpk ếtquảquantrắcmôitrườngnăm(2015,2016)củaTổngcụcMôitrường-BộTàinguyênvà Môitrường vàCục kiểmsốtơnhiễmnăm2012 2.1.1 Vịtríđịalý Thành phố Cần Thơ nằm vùng trung - hạ lưu vị trí trung tâm châu thổđồng sông Cửu Long, trải dài 55km dọc bờ Tây sơng Hậu, tổng diệntích tự nhiên 1.401,61 km2, chiếm 3,49% diện tích tồn vùng Phía Bắc giáp tỉnhAn Giang; phía Đơng giáp tỉnh Đồng Tháp tỉnh Vĩnh Long, phía Tây giáp tỉnhKiênGiang,phía Namgiáptỉnh HậuGiang 2.1.2 Đặcđiểmđịahình, địamạo,trầmtích Địa hình vùng nghiên cứu thấp dần theo hướng: từ Bắc xuống Nam từ Tâysang Đông Vùng ven biển dạng địa hình đặc trưng thấp có độ cao từ 0,50,8mxenl ẫ n c c g i n g c t c a o t , - , m v c c v ù n g t r ũ n g , t h ấ p v n g ậ p t r i ề u Vùng nghiên cứu có địa hình tương đối phẳng, độ cao trung bình tồnvùngthấpdưới5msovớimặtnướcbiểnvàcócácđặctrưngbởi qtrìnhtrầmtích khácnhau 2.1.3 Đặc điểmkhíhậu Khu vực nghiên cứu nằm vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa, khí hậu nóng ẩmquanhnăm ,n ề n nhi ệt độcaovàkháổ n đị nh S ự đ ối lưukhơng khíở khuvự c chị u ảnh hưởng chủ yếu gió Đơng Bắc gió Tây Nam, phân hóa thành haimùa khácbiệttrongnămqua mộtthờikỳchuyểntiếpgiữa haimùa 2.1.4 Chếđộthủytriềuvàdịngchảy Chế độ thủy văn có liên quan mật thiết với chế độ thuỷ văn sông Mê Kông, thủytriều biển Đông mưa nội đồng Thủy triều nằm cửa sông Hậu với hệ thốngsơng rạch chằng chịt nêntồnv ù n g c h ị u ả n h h n g m n h m ẽ c ủ a c h ế đ ộ b n nhậttriềukhôngđềucủabiển Đông,vớinhữngdiễnbiếnthủy vănkháphức tạp 2.2 Chấtlượngnướcmặtvùngnghiêncứu 2.2.1 Tổngquan vềchấtlượngnước Chất lượng nước bao gồm đặc trưng hàm lượng chất hịa tan hoặckhơng hịa tan nước; có lợi có hại theo tiêu chuẩn đối tượng sửdụng(HuỳnhVương ThuMinh,2010).Chấtlượngnướcphụthuộcvàorấtnhiều