TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TP.HCM KHOA DIA CHAT VA KHOANG SAN
DO AN TOT NGHIEP
UNG DUNG MO HiNH MIKE 11 DE DANH GIÁ
CHAT LUOQNG NUOC HE THONG KENH CHÍNH
HO SONG QUAO, TINH BINH THUAN
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Kiên Quyết MSSV: 0150100030 Khóa: 2012 - 2016
Trang 2TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TP.HCM KHOA DIA CHAT VA KHOANG SAN
DO AN TOT NGHIEP
UNG DUNG MO HiNH MIKE 11 DE DANH GIÁ
CHAT LUOQNG NUOC HE THONG KENH CHÍNH
HO SONG QUAO, TINH BINH THUAN
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Kiên Quyết MSSV: 0150100030
Khóa: 2012 — 2016
Giảng viên hướng dẫn: PGS TS Nguyễn Hồng Quân
Trang 3LỜI CẢM ƠN
Quá trình học tập tại trường Đại Học Tài Nguyên và Môi Trường TP.HCM, những ngày tháng làm đồ án tại phòng Tin Học Môi Trường thuộc Viện Môi Trường và Tài Nguyên đã trang bị cho em những kinh nghiệm, những kiến thức quý báu trong học tập cũng như trong cuộc sống
Đề có thể hoàn thành bài Báo cáo đồ án tốt nghiệp, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến:
- Toàn thể giáo viên Trường đại học Tài nguyên và Môi trường TP.HCM, Khoa Địa chất và Khoáng sản đã tạo điều kiện giúp đỡ em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này
- PGS TS Nguyễn Hồng Quân, đã tận tình hướng dẫn, chỉ dạy, giúp đỡ em
trong suốt thời gian thực tập và thực hiện hoàn thành đồ án tốt nghiệp Đồng thời, em
xin chân thành cám ơn Thầy đã giúp đỡ, định hướng cho em để hoàn thành đồ án tốt nghiệp một cách hoàn thiện nhất
- KS Lé Thi Hiền và anh chị phòng Tin Học Môi Trường thuộc Viện Môi Trường và Tài Nguyên hướng dẫn thực hành và hỗ trợ cho em trong quá trình thực
hiện đề tài
- ThS Nguyễn Thị Thanh Hoa, Khoa Địa Chất và Khoáng Sản trường Đại Học Tài Nguyên và Môi Trường TP.HCM, người đã chỉ dạy và góp ý cho em trong quá trình thực hiện đề tài
Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn đến gia đỉnh, bạn bẻ đã luôn ủng hộ, động
Trang 4MỤC LỤC
"ò,áyv ~ ,,ÔỎ 1 06670055 — Ô 2
1 TÍNH CÁP THIẾT CỦA ĐÔ ÁN TỐT NGHIỆP 22-2 2222E222EEz2EEztrrzcee 2 2 MỤC TIÊU CỦA ĐỎ ÁN TỐT NGHIỆP -2 ©22sS22222C22E222221122222 2212 3
3 NỘI DƯNG NGHIÊN CỨU 2- 22++22EE2EE12221512271117111 1711.2211 xe 3 4 PHẠM VI NGHIÊN CỨU 2-©2222222E2222E152222112271112711127122.1 Ccee 4 5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - 2s 22E+222EEE+22EEE2221122711E27211271 e2 xe 4
(9:i0/9)ie08/9)ie1907.0)0777 7= 5
1.1 TÔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 5
1.1.1 Các nghiên cứu ngoài nưỚC - 5 522222 *232E2E22E2E2E2E 2225121212213 cer 5 1.1.2 Các nghiên cứu trong nưỚC - + +52 2222 *+E+E+E£2E2E+E2E£EeEeEeErErrrxrsrrrerre 7
1.2 TONG QUAN VE KHU VỰC NGHIÊN CỨU 22222+2EE222EE2EEezzrecer 8 1.2.1 Điều kiện tự nhiờn -22â2222+EE+22EE2EEE222127112271227111711211122112 2y Đ 1.2.2 Kinh t - xã hội ©-2s+22x+22E222122211221127112711211211121112111211 xe 13 1.3 TƠNG QUAN VẺ HỆ THỐNG THỦY LỢI HÒ SÔNG QUAO 14 1.3.1 Hồ sơng Quao 2-©22©2s+2EE29221222112211271117112211211121112111211 2.11 xe 14 1.3.2 Hệ thống kênh -2-©22+221+2EE92E12271127112711171121121111112111211 211 Xe 15 1.4 TÔNG QUAN VỀ MIKE IÌ -2222222E22EE22EE27E127E272127127122E2712 re 17
1.4.1 Mô tả sơ lược về MIKE I 222¿2222222E52222152721122112221E 222 ce 17
1.4.2 Mô đun thủy động lực . ¿52 +22 S222 222E2E2E£EE2EEE2ESEEEEEErErErrrrrrrrrree 17 1.4.3 Mô đun truyền tải — khuyéch tán (AD) 2- 22-2222222zc2EEEcEExrrrreerrree 23
CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIấN CU -ô ss<âc5ssseee 27 2.1 PHNG PHP MƠ HÌNH TỐN HỌC 22-2222222222+22222222EEecrrrev 27
2.2 PHƯƠNG PHÁP THU THẬP, PHÂN TÍCH VÀ TỎNG HỢP DỮ LIỆU 28
Trang 52.3 PHƯƠNG PHÁP THÀNH LẬP BẢN ĐỒ -2-22222122212212221222122122E e2 29 2.4 PHƯƠNG PHÁP KHẢO SÁT THỰC ĐỊA 2-2222EE22EE22522252225222222x-e2 30 CHUONG 3 KÉT QUÁ VÀ THẢO LUẬN 2-2222 ssessssee 31 3.1 THỜI GIAN MÔ PHỎNG VÀ KHAI THÁC KẾT QUẢ -z-2¿ 31 3.2 KET QUA TINH TOAN, HIEU CHINH VA KIEM DINH MO HiNH MIKE
DD eee ce cece cece cesescecscecscucscsescacseseeseeeseseseneneneneseasaeisasssacsssesescseseseseseeeseeeeteneneteseessates 31
3.2.1 So G6 timh toate eecccccsssseesceecsssneecececsssneeeecessneeeeecssniseseceensneeeeeeensnes 31 3.2.2 Biên của sơ d6 timh toa eee eecceccseseeecceesssseeececeesneeeeeecssnnseeeceensneeeeeeeensnes 34
3.2.3 Kết quả tinh toán mô hình thủy lực 2- -2z+s2+2zz+22xz+2zzzrxerrrrrrree 42 3.2.4 Kết quả tính toán chất lượng nước . 2-©22+2z2+2Ez+2Exz+2Exzzrxesrrrrrree 44
3.3 CHÁT LƯỢNG NƯỚC HỆ THÓNG KÊNH CHÍNH SƠNG QUAO THEO CAC KICH BAN XA THAI BANG MO HINH TOAN MIKE I1 - 48 3.3.1 Đề xuất các kịch Date eeccccecceccsssecsesseesessessesssesesssesuesuesseesessessesseesteaseases 48 3.3.2 Kết quả mơ phỏng kịch bản 2 ©22S222222E9EEE2E12122127122221221 22 crre 48 3.4 ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP GIẢM THIẾU VÀ NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG NƯỚC HỆ THÔNG KÊNH CHÍNH HỊ SƠNG QUAO, KÊNH ĐƠNG, TỈNH BÌNH THUẬN -2-©222222222EE222E1222112711227112711211122112112111211211 211 1e 57 KÉT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ, 2-2 s< se ©sZ€Ese©sseEssersetrsersserssrrsersee 59 KẾT LUẬN . -©-22+22222E12221122211221121112211221112111221121111112112 2 re 59 KIÊN NGHỊ, 2-2222 SEE9221222112221221122112111211121112111.1121111122 2 re 59
TÀI LIỆU THAM KHẢO -22-2<2££ESe€EESSeeE2See©Eveeeorzseevrzseorvssee 61 3:00 — ƠỎ 63
Trang 6BOD; COD ĐATN DEM DHI NO, NT QCVN TIN TSS
DANH MUC TU VIET TAT
Biochemical Oxygen Demand (nhu cầu oxy sinh hóa) Chemical Oxygen Demand (nhu cau oxy héa hoc) Đồ án tốt nghiệp
Digital Elevation Model
Denmark Hydrodynamic Institute (Vién thi lực Đan Mạch)
Nitrit (NO” tính theo N)
Nguồn thải
Quy chuẩn Việt Nam
Triagulated Irregular Network
Turbidity & Suspendid Solids (tổng chất rắn lơ lửng)
Trang 7Bang 1.1 Bang 1.2 Bang 3.1 Bang 3.2 Bang 3.3 Bang 3.4 Bang 3.5 Bang 3.6 Bang 3.7 Bang 3.8 Bang 3.9
DANH MUC BANG
Toa độ giá trị lượng mưa khu vực tỉnh Bình Thuận năm 2015 11 Hiện trạng sử dụng đất năm 2015 của 05:0 13
Kích thước kênh chính hồ sông Quao dùng trong tính toán - 31 Kích thước, vị trí kênh cấp 1 ding trong tinh toán - 22222 33 Thống kê các nút kiêm tra của mơ hình 2-©2222E2222EE2z22222z+2222zzzr 37
Trang 8DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1 Vị trí khu vực nghiên cứu ¿225222 S22+*+E+££E+E+E£E£EEEEzE+ErEezrrrrxrrrerrrrre 9 Hình 1.2 Địa hình huyện Hàm Thuận Bắc, tỉnh Bình Thuận 2 22s+2zz2 z2 z2 10
Hình 1.3 Thủy văn, lượng mưa huyện Hàm Thuận Bắc, tỉnh Bình Thuận 12
Hình 1.4 VỊ trí công trình trên hệ thống kênh chính hồ Sông Quao 16
Hình 1.5 Diễn biến mực nước, lưu lượng theo chiều dài sông và theo thời gian 18
Hình 1.6 Sơ đồ sai phân 6 điểm Abboft -222222222222222212222212222112222122221 cee 19 Hình 1.7 Sơ đồ sai phân 6 điểm Abbott cho phương trình liên tục - 20
Hình 1.8 So dé sai phân 6 điểm cho phương trình động lượng . -2-2 22 Hình 1.9 Sơ đồ sai phân ân trong mô hình MIKE I1 22222222222z+2222zz+2 25 Hình 2.1 Sơ đồ bước áp dụng mô hình MIKE II -2222222E2222E22z+2222zz2 27 Hình 3.1 Khu vực mơ hình tính tốn 22 +22 z2 z2 S225 2E €5 E28 2z 2E 2E E225 25 23 23 xe 34 Hình 3.2 Sơ đồ mạng lưới tính toán hệ thống kênh hồ Sông Quao 35
Hình 3.3 VỊ trí các biên lưu lượng, mực nước trong mô hình MIKE I1 36
Hình 3.4 Số liệu biên lưu In 3060062 37
Hình 3.5 Vị trí phân bố các nguồn thải trên khu vực hồ Sông Quao 40
Hình 3.6 Mực nước thực đo và mô phỏng tại VMTOS5 - 2525 522+z+22+s+z+zzezs+ 43 Hình 3.7 Lưu lượng thực đo và mô phỏng tại VMTO5 5-5 52525+s+s+sse>s+ 44 Hình 3.8 Vị trí so sánh kết quả mô phỏng và kết quả quan trắc -2- s22 45 Hình 3.9 Kết quả so sánh BOD; vào mùa mưa - 2222 222222222222221222221222222-<ee 46 Hình 3.10 Kết quả so sánh COD vào mùa mưa 2¿2222222E22222222222222222222-2e 46 Hình 3.11 Kết quả so sánh TSS vào mùa mưa 22-©22222222222222222222222212222222<ee 47 Hình 3.12 Kết quả so sánh NO; vào mùa mưa 22-©22222EE222E22222222222222222222-2 47
Hình 3.13 Kết quả chỉ tiêu BODs của KBÌ, 2525222222222 2xx zEzrxrrrxrrrrreres 49 Hình 3.14 Kết quả chỉ tiêu COD của KBI © 2222222222212222212222112222122222-cee 49
Hình 3.15 Kết quả chỉ tiêu TSS của KBI -2-©222222222222122222122221122221222222-<ee 50
Hình 3.16 Kết quả chỉ tiêu NO; của KBI -2222222222212222212222112222122222-cee 51 Hinh 3.17 Két quả chỉ tiêu BODs của KB2 5252222222222 21232322 xrrrrrrres 52 Hình 3.18 Kết quả chỉ tiêu COD của KB2 2-©222222222222212222112227112221122222 Xee 53
Hình 3.19 Kết quả chỉ tiêu TSS của KB2 -©©222222222222122222122221122221222222-<ee 53
Trang 9Hình 3.21 Kết quả chỉ tiêu BOD; của KB3
Hình 3.22 Kết quả chỉ tiêu COD của KB3 2222222222222212222112227112221122222cee Hình 3.23 Kết quả chỉ tiêu TSS của KB3
Hình 3.24 Kết quả chỉ tiêu NO; của KB3
Trang 10TÓM TẮT
Vấn đề về môi trường trong đó có vấn đề về chất lượng nước là vấn đề cấp bách cần được đánh giá và đưa ra các giải pháp quản lý, nâng cao chất lượng nước Nghiên cứu này đã sử dụng mô hình MIKE 11 để mô phỏng chế độ thủy động lực cho khu vực kênh chính, kênh Đông hồ Sông Quao, tỉnh Bình Thuận Kết quả mô phỏng là khá tốt, xu thế xu thế về quá trình và pha giao động là tương đối tốt Kết quả mô phỏng mực nước tương đối tốt cho các trạm trong vùng nghiên cứu Sự lệch pha cũng như chênh lệch giữa chân triều và đỉnh triều là rất ít từ 0 — 8em Từ đó xây dựng mô hình chất lượng nước cho các thông số BODs, COD, TSS, NO¿, cho khu vực kênh chinh, kênh
Đông Kịch bản hiện trạng (năm 2015) đều đạt QCVN08-MT: 2015/BTNMT cột AI, A2 Kịch bản dự báo đến năm 2020 được xây dựng cho thấy chất lượng nước có sự
thay đối, hệ thống kênh có dấu hiệu ô nhiễm nếu không có các biên pháp sử lý nước thải trước khi thải ra môi trường Từ đó đưa ra các giải pháp giảm thiểu và nâng cao
chất lượng nước cho khu vực kênh chính, kênh Đông hồ Sông Quao, huyện Hàm
Thuận Bắc, tỉnh Bình Thuận
Trang 11MỞ ĐẦU
1 TINH CAP THIET CUA DO AN TOT NGHIEP
Nước là tài nguyên vô cùng quan trọng đối với sự sống của con người, con người không thể sống nếu thiếu nước Vì thế, bảo vệ và sử dụng bền vững nguồn tài nguyên nước đang là vấn đề nóng không chỉ một quốc gia nào Sông, hồ và hệ thống
kênh dẫn là nguồn cung cấp, tích trữ nước cho các hoạt động kinh tẾ, sinh hoạt của
người dân Nhưng nguồn nước đang bị suy giảm và ô nhiễm nghiêm trọng do gia tăng dân số, đô thị hóa, sử dụng nước lãng phí, sự biến đổi khí hậu Vì vậy cần có những nghiên cứu đánh giá, quản lý sử dụng có hiệu quả các nguồn nước nói riêng và nguồn tài nguyên nói chung theo hướng phát triển bền vững
Tỉnh Bình Thuận là tỉnh nằm trong khu vực có lượng mưa thấp (lượng mưa trung bình năm 800 - 1150 mm), có nguồn tài nguyên nước mặt thấp nhất nước ta, nước còn bị nhiễm mặn ở nhiều nơi nhất là những vùng ven biển Nước mặt đóng vai trò chính trong các hoạt động sinh hoạt sản xuất của người dân Hằng năm thường xảy ra tình trạng thiếu nước nhất là vào mùa khô Hồ Sông Quao và hệ thống kênh dẫn cung cấp nước chính cho hoạt động kinh tế, dân sinh của vùng phụ cận và thành phố Phan Thiết Tuy nhiên chất lượng nước hồ Sông Quao và hệ thống kênh dẫn cấp nước
sinh hoạt đang chịu tác động tiêu cực của hoạt động kinh tế - xã hội (hoạt động nông
nghiệp, chăn nuôi, sản xuất ) Theo kết quả quan trắc chất lượng môi trường nước mặt năm 2015, 2016 của trung tâm quan trắc môi trường tỉnh Bình Thuận, thông số
TSS, COD, BOD; vượt quá quy chuẩn nguồn cung cấp nước sinh hoạt, có dấu hiệu ô
nhiễm hữu cơ và dinh dưỡng Vậy nên, việc bảo vệ chất lượng nước hồ Sông Quao và
hệ thống kênh dẫn cấp nước sinh hoạt đảm bảo đảm bảo đạt quy chuẩn là nhiệm vụ hết sức quan trọng
Hiện nay, với sự phát triển của công nghệ thông tin cũng như khoa học kỹ
thuật, các mô hình toán ứng dụng ngày càng được phát triển Các mô hình toán với ưu
Trang 12công nghệ Mô đun chất lượng nước chưa được thử nghiệm nên chưa có kết quả đánh
giá cụ thể; Các bộ phần mềm như Duflow, Sobek/Wendy, Telemax, Qual2-E, Wasp
6 Các phần mềm có nguồn gốc từ châu Âu (hoặc Mỹ) điều kiện sông ngòi khác hẳn ở Việt Nam nên không phải khi nào cũng sử dụng được Bên cạnh đó cũng có một số phần mềm mô hình được các chuyên gia trong nước xây dựng như: VRSAP là bộ phần
mềm được xem là đâu tiên cho tính toán thủy lực mạng kênh sông, được sử dụng cho
nhiều dự án Đáp ứng được yêu cầu tính toán cho những bài toán lớn của đồng bằng sông Cửu Long, nhưng tốc độ tính toán còn hơi chậm, khả năng kết nối GIS và
Database chưa mạnh; HydroGIS phần nối céng cu GIS, demo két qua giao điện khá
tốt Tuy nhiên, tác giả ít cơng bố về thuật tốn nên khó đánh giá; MK4 Là phần mềm
mang tính học thuật nhiều, chủ yếu dùng trong giảng dạy, việc áp dụng cho các bài
toán thực tế lớn còn hạn chế Để mô phỏng, tính toán chế độ thủy lực và chất lượng nước cho hệ thống kênh chính hồ Sông Quao tỉnh Bình Thuận, bộ phần mềm MIKEI 1
bộ đã được lựa chọn nghiên cứu, bởi nó đáp ứng được những tiêu chí sau: Mô tả bài
toán là một chiều; Là bộ phần mềm đa tính năng; Cho phép tính toán thủy lực và chất
lượng nước với độ chính xác khá cao; Giao diện thân thiện, dễ sử dụng; Kết nối với
GIS và Database mạnh
Từ những lý do trên việc thực hiện dé tài: “Ứng dựng mô hình MIKE 11 dé
đánh giá chất lượng nước hệ thông kênh chính hô Sông Quao, tỉnh Bình Thuận” là hết
sức cần thiết Kết quả là cơ sở để đánh giá chất lượng nước, từ đó là tiền để cho các nghiên cứu, đưa ra các biện pháp quản lý bảo vệ chất lượng nước sau này
2 MỤC TIÊU CỦA ĐÒ ÁN TÓT NGHIỆP
Ứng dụng mơ hình tốn nhằm đánh giá chất lượng nước hệ thống kênh chính cấp nước sinh hoạt cho toàn vùng hưởng lợi từ nguồn nước hồ Sông Quao
3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
Điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội ảnh hưởng đến chất lượng nước hệ thống kênh chính, hồ Sông Quao: lớp phủ thực vật, lượng mưa, các hoạt động sản xuất nông
nghiệp, công nghiệp
Thu thập, tổng hợp đữ liệu đầu vào cho mô hình (địa hình, mạng lưới kênh,
thủy văn, hệ thống thủy lợi hồ Sông Quao):
Trang 13- Mặt cắt ngang của kênh;
- Biên đầu: lưu lượng dòng chảy của kênh, kết quả đo thông số chất lượng
nước;
- Biên cuối: mực nước của kênh, kết quả đo thông số chất lượng nước;
- Các hệ số đâu vào cho mô hình: hệ số lực cản đáy, hệ số phân tán, hê số
phân hủy của từng thông số chất lượng nước;
Chạy mô hình toán MIKE I1 để đánh giá chất lượng nước hệ thống kênh chính hồ Sông Quao Kiểm định mô hình: so sánh kết quả chạy mô hình với kết quả quan trắc chất lượng nước Xây dựng các kịch bản mô phỏng và đánh giá chất lượng nước hệ thống kênh chính hồ Sông Quao
Đề xuất giải pháp giảm thiểu và nâng cao chất lượng nước hệ thông kênh chính hồ Sông Quao, tỉnh Bình Thuận
4 PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Hệ thống kênh chính hồ Sông Quao, tỉnh Bình Thuận 5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Phương pháp mô hình toàn học: sử dụng mô hình MIKE 11 để mô phỏng thủy lực, chất lượng nước, hệ thống kênh chính hồ Sông Quao, từ đó xây dựng các kịch bản mô phỏng chất lượng nước trong tương lai
Phương pháp thu thập, phân tích và tổng hợp dữ liệu: trên cơ sở thu thập, tổng
hợp các các tài liệu về địa phương khu vực nghiên cứu từ cơ quan, sách báo, mạng
internet Phân tích, tổng hợp số liệu địa hình, hệ thống thủy lợi, công trình kênh chính hồ Sông Quao bằng phần mềm excel 2010
Phương pháp thành lập bản đổ: các bản đồ có liên quan (khu vực nghiên cứu,
công trình, nguồn thải, vị trí quan trắc, kiểm định chất lượng nước, diễn biến chất
lượng nước ) được biên tập từ phần mềm Mapinfo, QGIS
Trang 14CHƯƠNG 1
TONG QUAN
1.1 TÓNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC
1.1.1 Các nghiên cứu ngoài nước
Trên thế giới có rất nhiều nghiên cứu đánh giá chất lượng nước bằng nhiều phương pháp khác nhau
Theo nghiên cứu của (Kamel A.H., năm 2008) đã sử dụng mô hình thủy lực dòng chảy không ổn định một chiều, mô hình MIKE I1 để áp dụng nghiên cứu mô phỏng các trường hợp khuyếch tán các thông số chất lượng nước của Sông Euphrates 6 Iraq Va so sánh giữa các ước tính, quan sát giai đoạn thủy văn giữa mô hình này và mô hình Uday đã được sử dụng cho cùng một dòng sông thì giải thích rằng mô hình MIKE I1 cung cấp một mô phỏng tốt hon
Nghiên cứu của (Vera Jones và cộng sự, 2008) sử dụng mô hình MIKE II Ecolab dé danh giá chất lượng nước hạ lưu Sông Stour Cho chúng ta sự hiểu biết về quy trình chất lượng nước trong sông Mô hình sau đó được sử dụng đề thử nghiệm một số kịch bản trừu tượng Các kết quả mô hình sẽ được dự đoán, đánh giá tác động môi trường từ đó hình thành các chiến lược, các quyết định liên quan đến quản lý tài
nguyên nước cho khu vực
Theo nghiên cứu của (Lotov A và công sự, 1999) đã giới thiệu một cách để phát triển các hệ thống hỗ trợ quyết định việc thành lập kế hoạch chất lượng nước tại
các sông Ứng dụng mô hình MIKE 11 để đánh giá, mô phỏng các chiến lược nhất định và sử dụng các công cụ đồ họa mới (Interactive Decision Maps / Feasible Goals
Method (IDM/FGM)) cho viéc tim kiếm các chiến lược thông minh DSS dựa trên sự kết hợp của IDM MIKE 11 và / FGM được hiệu chỉnh trên các mô hình thủy động lực
và mô hình tải — khuyếch tán của sông Oka, được sử dụng trong khuôn khổ chương trình “Sự hồi sinh của sông Volga” liên bang Nga
Kết quả nghiên cứu của (Gedam V V và cộng sự, 2012) đã thực hiện mô
phỏng cho đoạn sông Kanhan bằng MIKE I1 để đánh giá khả năng tự làm sạch và dự đoán tải trọng chất thải Khả năng tự làm sạch của sông liên quan đến nhu cầu sinh hóa oxy (BOD) và oxy hòa tan (DO) Mô hình MIKE 11 mô phỏng các thông số DO và BOD với trường dữ liệu liên tục và các thông số mô hình Các mô hình nghiên cứu sẽ
Trang 15giúp cho việc quyết định việc phân bố tải trọng chất thải thích hợp dựa trên khả năng tự làm sạch của dòng hơn là tiêu chuẩn đơn giản Mô hình nghiên cứu cung cấp thông tin quan trọng và cái nhìn sâu sắc hơn về tác động của các điểm ô nhiễm và điểm không ô nhiễm về chất lượng nước của dòng sông Kanhan
Nghiên cứu của (Eisakhani M và cộng sự, 2012) với mục tiêu là mô hình sự
thay đổi nhu cầu oxy hóa hóa học và sinh học (COD và BOD) tại mỗi mặt cắt ngang của sông Bertam ở cao nguyên Cameron, Malaysia Do hoạt động du lịch, khai thác ngày càng tăng của nông nhiệp trồng rau, hoa, quả và phải chịu lượng mưa xối xả Tình trạng của sông Bertam đã xuống cấp, có dấu hiệu ô nhiễm nguồn nước và môi trường sông Do đó, MIKE I1 đã được áp dụng để mô phỏng thủy động lực học, mô hình vận chuyển dòng chảy của sông Quá trình mô phỏng cho kết quả chất lượng nước thấy nồng độ BOD; thay déi tir 1 — 2 mg/l trong thời gian trước gió mùa và 4 — 10 mg/l trong hau gid mua COD nam ở 39 - 49 mg/1 được quan sát ở đòng nước cao Có nồng độ thấp hơn nhiều là ở dòng nước trung bình có giá trị 10 — 14 mg/l So sánh giữa dữ liệu đo và mô phỏng cho thấy MIKE I1 có thể dự đoán đầy đủ, chính xác
BOD và tải COD tại các cửa lưu vực đặc biệt là trong dòng nước trung bình
Nghiên cứu của (Engel B và cộng sự, 2007) đã trình bày một quy trình áp dụng
tiêu chuẩn của mô hình thủy văn, chất lượng nước Việc tạo ra và sự dụng các kế
hoạch xây dựng mô hình đang ngày càng quan trọng như kết quả của các dự án xây dựng mô hình, có ý nghĩa quan trong trong quá trình đưa ra quyết định Giao thức chuẩn của lập mô hình phải được tuân theo, làm giảm thiểu sai số mô hình, tăng cường
khả năng tái sử dụng mô hình, cải thiện sự chấp nhận các kết quả của mô hình
Theo nghiên cứu của (Kamal M.M và cộng sự, 1999) đã nghiên cứu thực hiện
ở sông Buriganga chạy qua thành phố Dhaka, hiện tại là một dòng sông ô nhiễm nhất ở Bangladesh Thành phố Dhaka rất đông dân cư và sẽ là một trong mười thành phố lớn vào năm 2000 Tuy nhiên, chỉ một phần nhỏ trong tổng số nước thải của thành phố được xử lý Do đó, mục tiêu của nghiên cứu nay 1a dé điều tra về tình trạng chất lượng nước sông về một số thông số chất lượng nước và mô phỏng oxy hòa tan (DO) bằng
mô hình chất lượng nước Để hoàn thành mục tiêu, thu thập dữ liệu tại chỗ và phòng thí nghiệm Sau đó, mô hình một chiều chất lượng nước được phát triển cho sông Dhaka trong thời gian 1994 — 1995 Các kịch bản khác nhau đã được thử nghiệm dé du
Trang 16đoán các điều kiện có khả năng nhất của dòng sông Tùy chọn chạy cho thấy một cách tiếp cận tích hợp sẽ được yêu cầu đề khôi phục chất lượng của đòng sông
Theo nghiên cứu của (Radwan M và cộng sự, 2003) đã sử dụng các loại mô hình khác nhau có sẵn để mô hình nước lưu vực và chất lượng Họ thay đổi mô hình chỉ tiết vật lý dựa trên đơn giản hóa mô hình khái niệm và thực nghiêm Mô hình thích hợp nhất cho một ứng dụng nhất định phụ thuộc vào các mục tiêu dự án và dữ liệu sẵn
có Trong nghiên cứu này, oxy hòa tan (DO) và nhu cầu oxy hóa sinh học (BOD) được mô hình hóa trong một dòng sông ở Flanders Nguồn BOD từ nông nghiệp và các nguồn điểm trong nước được xem xét Nồng độ DO, BOD trong nước sông được mô hình hóa trong MIKE 11 Binh luu va phan tan được đưa vào xem xét cùng với quá
trình sinh học và hóa học Hiệu chỉnh mô hình được dựa trên cơ sở có sẵn đữ liệu chất
lượng nước đo được Kết quả mô phỏng lâu dài có thể được sử dụng trong phân tích thống kê Việc xây dựng các mô hình đơn giản, tuy nhiên có thể sử dụng mô phỏng
với mô hình chỉ tiết Các chỉ tiết và các mô hình đơn giản có thể được sử dụng một
cách bé sung
Theo nghiên cứu của (Holguin-Gonzalez J E và cộng sự, 2013) đã sử dụng mô hình là một công cụ hiệu quả đề điều tra tình trạng sinh thái của tài nguyên nước Ở các nước đang phát triển, tác động của các công trình vệ sinh môi trường (ví dụ như
nhà máy sử lý nước thải), thường được đánh giá xem xét việc đạt được các tiêu chuẩn
chất lượng hóa lý, pháp lý, nhưng bỏ qua chất lượng nước sinh thái (EWQ) của sông tiếp nhận Trong báo cáo này, đã phát triển một khuôn khổ mô hình sinh thái tích hợp định lượng tác động của nước thải trên EWQ của sông Cauca (Colombia) Tích hợp một mô hình chất lượng nước thủy lực và hóa lý nước với mô hình sinh thái thủy sinh Kết quả cho thấy sự tích hợp của mô hình sinh thái trong các mô hình chất lượng nước thủy lực, hóa lý (vi dụ như MIKE 11) có giá trị gia tăng đề hỗ trợ ra quyết định trong quản lý sông và chính sách về nước
1.1.2 Các nghiên cứu trong nước
Theo báo cáo của trung tâm Quan trắc môi trường tỉnh Bình Thuận (2015) cho thấy chất lượng nước Sông Quao có một vài thông số hóa lý và chỉ số Coliform đạt quy chuẩn Riéng théng sé TSS, Fe, PO,*, NOz, BOD;, COD vượt quy chuẩn, nguyên nhân có thể do hoạt động chăn thả vịt trên sông Qua kết quả phân tích thì nguồn nước
Trang 17tại Sông Quao đạt chất lượng nước cho mục đích tưới tiêu và các mục đích tương tự
khác
Theo kết quả quan trắc chất lượng môi trường nước mặt tỉnh Bình Thuận
(2016) Chất lượng nước sông Quao (từ thôn Phước An đến cầu sông Quao): Chất lượng nước sông Quao so với với cột B1 (dùng cho mục đích tưới tiêu thủy lợi) có giá
trị các thông 36 quan trac pH, DO, PO,*, NH,, NO; có gia tri dat quy chuẩn cho
phép Giá trị các thông số TSS, Fe, NOz, COD, BOD; và chỉ số Coliform vượt quy
chuẩn tại một số điểm quan trắc
Theo báo cáo của (Phan Viết Chính, 2012) nghiên cứu đã sử dụng mơ hình tốn
MIKEII để mơ phỏng đánh giá chất lượng nước hạ lưu sông Đồng Nai đoạn chảy qua thành phố Biên Hòa hiện trạng năm 2005 và mô phỏng dự báo chất lượng nước năm 2011 và 2020 do tác động của các nguồn xả thải của thành phố Biên Hòa
Nghiên cứu của (Nguyên Duy Khôi, 2009) đã ứng dụng mơ hình tính tốn dòng chảy một chiều đánh diễn biến dòng chảy về cả chất và lượng đã được ứng dụng rất nhiều trong các nghiên cứu phát triển nguồn nước Mô hình MIKE I1 - ecolab, được chuyển giao cho Viện quy hoạch Thủy lợi miền Nam thông qua dự án tăng cường
năng lực các Viện ngành nước do DANIDA tài trợ là công cụ hữu hiệu trong việc đánh
giá diễn biến dòng chảy về cả chất và lượng Trong báo cáo này tập trung đánh giá
diễn biến chất lượng nước tại khu vực hạ lưu sông Đồng Nai — Sai Gòn ở giai đoạn
hiện nay và cho một số phương án phát triển trong tương lai
Luận văn được thực hiện trong khuôn khổ đề tài “Điêu tra, đánh giá các nguôn gây ô nhiễm và đề xuất giải pháp tổng hợp quản lý chất lượng nước hô Sông Quao đảm bảo an toàn cấp nước cho thành phố Phan Thiết và vùng phụ cận”, của tac giả Nguyễn Hồng Quân, Lê Việt Thắng, Viện Môi Trường Và Tài Nguyên, năm 2015
1.2 TONG QUAN VE KHU VUC NGHIÊN CUU 1.2.1 Điều kiện tự nhiên
e Vị trí địa lý
Huyện Hàm Thuận Bắc, tỉnh Bình Thuận được thành lập năm 1983 từ việc tách
huyện Hàm Thuận của tỉnh Thuận Hải (cũ) lấy sông Cà Ty làm ranh giới Tọa độ địa
lý từ 11°12°40” — 11°39°32” vi dé Bac va tir 107°50°00”’ — 107°10°58”’ kinh độ Đông
Trang 18- Phía Tây giáp với huyện Hàm Thuận Nam và huyện Tánh Linh - Phía Nam giáp với thành phố Phan Thiết
- Phía Bắc giáp với cao nguyên Di Linh
Gồm 2 thị trấn và 15 xã
BẢN ĐỒ KHU VỰC HỆ THỐNG KÊNH CHÍNH HỒ SÔNG QUAO
Năm 2016 HUYỆN HÀM THUẬN BẮC, TỈNH BÌNH THUẬN 2 : +S han ` THUANHÒA CA J IN Hồ Sơng Quao ° SẺ ¬ "., ì J Ly Mt THUAN a ` ly TS yY Neh vú ~\ “yh ` XÃ HÀMPHÚ } CHÚ DẪN + Khung lưới
Kênh chính hồ Sông Quao Sông, suối, kênh Hỗ —:—-~Ranh giới xã E_—_—] Ranh giới huyện Người thành lập: Nguyễn Kiên Quyết
Hình 1.1 Vị trí khu vực nghiên cứu e Dia hình, địa mạo
Địa hình của huyện Hàm Thuận Bắc khá đa dạng, thấp dần theo hướng Tây Bắc — Đông Nam; có thể chia địa hình của huyện thành 3 dạng chính:
- Vùng đồi núi bán sơn địa phía Bắc và phía Tây: phân bố về phía Tây đường
Trang 19- Vùng đồng bằng phù sa ven sông: bao gồm một số xã nằm dọc quốc lộ 1A va
quốc lộ 28, chiếm 12,39% diện tích tự nhiên của huyện
- Vùng cồn cát biên phía Nam và phía Đông: phân bố về phía Đông quốc lộ 1A
kéo dài bao gồm các xã Hàm Đức, Hồng Sơn, Hồng Liêm, chiếm 10,63% diện tích tự
nhiên của huyện Đây là vùng có cồn cát trắng, vàng và đỏ mang tính chất khô hạn
nhất của huyện (Trang thông tin huyện Hàm Thuận Bắc, tỉnh Bình Thuận)
Ngoài ra dữ liệu địa hình còn được thu thập từ ảnh ASTER GLOBAL DEM từ trang web earthexplorer.usgs.gov của Cục khảo sát địa chất Mỹ USGS với độ phân
giải 30m năm 2015 Sau đó sử dụng phần mềm QGIS ghép ảnh DEM, cat anh theo ranh giới khu vực nghiên cứu huyện Hàm Thuận Bắc, tỉnh Bình Thuận Tạo ảnh DEM
3D hién thị đữ liệu địa hình khu vực Z J mats se ⁄ LÂM ĐỒNG pit i SO «<)>: L TÁNH LINH BẮC BÌNH CHU DAN Sông, suối, kênh — Ranh giới xã
HO HAM THUAN NAM
——- Ranh giới huyện Độ cao ¡ Hs 200-400 5 600 - 800 >800
Hình 1.2 Địa hình huyện Hàm Thuận Bắc, tỉnh Bình Thuận
e _ Khí hậu, thời tiết
Huyện Hàm Thuận Bắc, nằm trong khu vực nhiệt đới gió mùa với 2 mùa rõ rệt Mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 10, mùa khô từ tháng I1 đến tháng 4 năm sau Nhưng
Trang 20khí hậu của huyện lại mang nét đặc trưng của chế độ khí hậu bán khô hạn vùng cực Nam Trung bộ Do sự phân hóa về địa hình nên khí hậu của huyện được chia làm hai
tiêu vùng gồm vùng khí hậu miền núi va vùng khí hậu đồng bằng ven biển
Chế độ thủy văn của huyện chịu ảnh hưởng của 2 con sông chính là sông Cái Phan Thiết và sông La Ngà Ngoài ra còn một hệ thống gồm nhiều con sông, suối nhỏ khác (Trang thông tin huyện Hàm Thuận Bắc, tỉnh Bình Thuận, 2015)
Ngoài ra, lượng mưa được thu thập từ vệ tĩnh TRMM qua mạng từ DHI Dữ liệu lượng mưa từ vệ tinh (DHI) được bố trí theo ô lưới với độ phân giải 0,25 tương ứng 30km Số liệu mưa được thu thập tại các điểm đo mưa từ vệ tỉnh trong khu vực
tỉnh Bình Thuận và cả các điểm xung quanh địa bàn tỉnh Sau đó tổng hợp lượng mưa đê có lượng mưa trung bình năm 2015
Trang 21ID X(Longitude) Y(Latitude) R 22 108.625 11.375 312.55 23 108.625 11.625 423.92 24 108.875 10.875 247.74 25 108.875 11.125 276.99 26 108.875 11.375 251.91 27 108.875 11.625 268.67 28 107.875 10.875 367.13 29 108.875 11.625 452.18
(Thu thập từ vệ tinh TRMM qua mang tur DHI; CRS: WGS84 EPSG:4326)
Sau đó tiến hành nội suy lượng mưa cho toàn tỉnh tại các điểm đo mưa bằng phần mền QGIS (phương pháp nội suy TIN) Cắt bản đồ lượng mưa theo khu vực
huyện Hàm Thuận Bắc, tỉnh Bình Thuận 3 " LAM BONG A < $ TÁNH LINH BẮC BÌNH CHÚ DẪN 3 Đường đẳng trị mưa ef ề = Sông, suôi, kênh a s” | Ỉ Hồ, đập HÀM THUẬN NAM ` a Ị , serene Ranh giới huyện | Lượng mưa | _ 0-350 ˆ ‘ - j Ỷ + / 350 - 450 q $ < mm: - 650 / TP PHAN THIET non OO fr x _ sf
Hình 1.3 Thủy văn, lượng mưa huyện Hàm Thuận Bắc, tỉnh Bình Thuận e Tai nguyén dat va sir dung dat
Hàm Thuận Bắc có quỹ đất khá đa dạng thích hợp cho phát triển nông nghiệp, có thé dap ứng cho yêu cầu phát triển công nghiệp, tiểu thủ công nghiệp và địch vụ
Trang 22Tổng diện tích đất năm 2015 của huyện là 128693,6 km’
Bảng 1.2 Hiện trạng sử dụng đất năm 2015 của huyện
Chỉ tiêu Tong so Co cau - %
Dat nong nghiép 112638,67 87,53
Dat phi nong nghiệp 9847,40 7,65 Đât chưa sử dụng 6207,53 482 Tông số 128693,60 100 (Niên giám thông kê 2015, chỉ cục thông kê huyện Hàm Thuận Bắc) 1.2.2 Kinh tế - xã hội s Kinh tế
Huyện Hàm Thuận Bắc về kinh tế chủ yếu là một huyện thuần nông, đời sống nhân dân chủ yếu phụ thuộc vào cây thanh long, nhiều trang trại thanh long đã và đang hình thành, phát triển cùng với những rừng cao su và cây ăn trái khác đã làm thay đổi bộ mặt nông thôn của huyện
Do nhu cầu đô thị hóa, cuối năm 2009, thành phố Phan Thiết được nâng lên đô thị loại IL, một số vùng giáp ranh với Phan Thiết của Hàm Thuận Bắc sẽ được chuyên
về Phan Thiết quản lý như Hàm Liêm, Hàm Thắng, Hàm Hiệp, thị trấn Phú Long Hàm Thuận Bắc còn là nơi có khung cảnh thiên nhiên thơ mộng, hữu tình, có hồ Hàm Thuận, hồ Sông Quao, rất đẹp và nên thơ Các xã giáp ranh với Lâm Đồng không khác gì khung cảnh của Đà Lạt, còn ẩn hiện trong sương chưa được khám phá Tiềm năng thiên nhiên và du lịch của vùng chưa được đánh giá chính thức (Trang thông tin huyện Hàm Thuận Bắc, tỉnh Bình Thuận)
Sản xuất nông — lâm — ngư nghiệp phát triển theo hướng nâng dần chất lượng và hiệu quả
Sản xuất công nghiệp và tiểu thủ công nghiệp có bước phát triển khá Sản phẩm
công nghiệp chủ yếu của huyện là: nước đá, đá chẽ, cát sỏi các loại, gạch nung, đá xây
dựng, tôn kẽm, cát thủy tinh, may mặc
Các ngành thương mại, dịch vụ, du lịch có bước phát triển tương đối mạnh Các mặt hàng xuất khẩu chủ lực là: thanh long, hàng dệt may, nhân hạt điều
Trang 23e Xã hội
Huyện Hàm Thuận Bắc được hình thành vào khoảng thế kỷ 19, trong quá trình
phát triển địa giới của huyện đã nhiều lần thay đổi với nhiều tên gọi khác nhau như huyện Thiên Giáo (trước giải phóng), huyện Hàm Thuận (sau giải phóng) và đến năm
1983 được tách ra làm hai huyện là: Hàm Thuận Bắc và Hàm Thuận Nam Theo thống
kê năm 2015 dân số toàn huyện là 173253 người, mật độ dân số 135 người/km” Dân
cư phân bố không đều theo thành thị và nông thôn (thành thị: 31526 người, nông thôn: 141727 người) Cơ cấu dân số theo giới tính năm 2015 đạt: nam 50,14%; nữ 49,86% Tỷ lệ gia tăng dân số tự nhiên của huyện đạt 7,86% Có cơ cấu dân số trẻ
Trên địa bàn huyện có nhiều dân tộc khác nhau sinh sống như Kinh, Rắclay, Chăm, K "Ho trong đó dân tộc kinh chiếm đa số với trên 95% Dân cư bản địa chủ
yếu là người Rắclay, Chăm, K"Ho sống tập trung ở các xã vùng cao, với tập quán sản xuất là làm nghề rừng, nương rẫy, một số trồng lúa nước, sống tô chức thành buôn làng Cộng đồng người Kinh tập trung ở vùng đồng bằng, ven quốc lộ nơi có điều kiện thuận lợi cho buôn bán, trồng lúa nước
Dân cư của huyện theo một số tôn giáo chính như: Bà La Môn, Thiên chúa
giáo, Tin lành và Lương giáo
Phát triển giáo dục — đào tạo, khoa học — công nghệ tiếp tục tiễn bộ, quy mô các
ngành học, bậc học phát triển, cơ sở vật chất trang thiết bị giảng dạy được đầu tư theo
hướng chuẩn hóa
Chính sách an sinh xã hội được thực hiện khá tốt, đời sống nhân dân được cải thiện, các hoạt động văn hóa xã hội chuyên biến tích cực
1.3 TONG QUAN VE HE THONG THUY LOI HO SONG QUAO
1.3.1 Hồ sông Quao
Hồ Sông Quao là công trình thủy lợi, nằm dưới chân đèo Gia Bắc nói liền tinh
Lâm Đồng và Bình Thuận, được xây dựng từ năm 1988 đến năm 1997 thuộc xã Hàm Trí, huyện Hàm Thuận Bắc, tỉnh Bình Thuận Cách trung tâm thành phố Phan Thiết
khoảng 20 km và cách biển khoảng 41 km Vị trí tuyến công trình nằm trong khoảng: + Từ 11°05' đến 11°15' vĩ độ Bắc
+ Từ 108°05' đến 108°15° kinh độ Đông
Trang 24Công ty kỹ thuật công trình thủy lợi Bình Thuận trực tiếp quản lý vận hành và
khai thác
e_ Có hai nguồn nước đến hồ + Dòng chảy của sông Quao
+ Dòng chảy của sông Đan Sách chuyên sang e Nhiệm vụ
+ Cung cấp nước tưới cho hoạt động sản xuất nông nghiệp, nước cho nuôi trồng thủy sản
+ Cung cấp nước cho nhà máy nước, nước sinh hoạt, nước công nghiệp
+ Hạn chế, điều tiết lũ cho vùng hạ lưu
1.3.2 Hệ thống kênh
e Hệ thống kênh chính
Chiều dài kênh: 24,68 km
Lưu lượng thiết kế đầu kênh: Qtk = 13,5 m*/s
Mực nước thiết kế đầu kênh: +66,36 m
Chiều rộng đáy kênh đoạn đầu B = 5m, đoạn cuối B =2m
Mặt cắt kênh hình thang
e _ Các công trình dọc hệ thống kênh chính
Bậc nước, cầu (oto, thô sơ), cống (lấy nước đầu kênh, xả đáy, tiêu nước), xi — phông, tràn ra, tràn vào, tràn bằng
Trang 26Tổng chiều dài: 66km
Mặt cắt kênh hình thang 1.4 TONG QUAN VE MIKE 11
1.4.1 Mô tả sơ lược về MIKE 11
MIKE 11 duoc phat triển bởi Viện Thủy Lực Đan Mạch (DHI Water &
Environment), là một gói phần mềm đề mô phỏng chế độ dòng chảy, chất lượng nước và vận chuyển bùn cát ở cửa sông, sông, kênh thủy lợi và các vùng nước khác
MIKE I1 có giao diện thân thiện với người sử dung, là mô hình một chiều, phân tích chi tiết, thiết kế, quản lý, vận hành cho sông và hệ thống kênh dẫn từ đơn giản đến phức tạp Với sự linh hoạt, tốc độ, môi trường thân thiện với người dùng,
MIKE I1 cung cấp đầy đủ môi trường thiết kế hiệu quả cho kỹ thuật công trình, tài nguyên nước, quản lý chất lượng nước và các ứng dụng quy hoạch
Đặc trưng cơ bản của hệ thống lập mô hình MIKE 11 1a cau trúc mô đun tổng hợp với nhiều loại mô đun được thêm vào mỗi mô phỏng các hiện tượng liên quan đến hệ thống sông, kênh dẫn
1.4.2 Mô đun thủy động lực
Mô - đun thủy động lực (HD) là hạt nhân của hệ thống m6 hinh MIKE 11 va la
cơ sở cho hầu hết các mô — đun bao gồm: dự báo lũ, tai khuyếch tán, chất lượng nước
và các mô — đun vận chuyên bùn cát
Mô ~ đun thủy luc cua MIKE II giải các phương trình tổng hợp theo phương dòng chảy để đảm bảo tính liên tục và bảo toàn động lượng (hệ phương trình Saint — Venant) hệ phương trình này gồm:
Trang 27h(t+d h(t+dt) thời điểm t + ởi Z i pss aiden ee — Q+ 3 dx a ———> TS dx Si Hình 1.5 Diễn biến mực nước, lưu lượng theo chiều dài sông và theo thời gian Phương trình liên tục: 0Q , OA _ ax at 4 a) Phuong trinh dong luong: 2 QO ge eat yg QQ =0 (1.2) ot ox A Ox AC2R Trong đó:
Q (m⁄4) : lưu lượng dòng chảy; A (m?): diện tích mặt cắt ướt ; q (m⁄s) : lưu lượng nhập lưu trên I đơn vị chiều dài dọc sông; C: hệ số cản Chezy (m/s); R
(m):bán kính thủy lực; h (m): độ sâu dòng chảy; n: hệ số nhám; ơ: hệ số hiệu chỉnh
động năng
Điều kiện ban đầu và điều kiện biên:
Điều kiện ban đầu: là điều kiện về lưu lượng và mực nước tại tất cả các mặt cắt
ở thời điểm t = 0
Điều kiện biên: điều kiện lưu lượng hay mực nước tại các vị trí biên Biên có
thể là hằng số hoặc là dao động lưu lượng hay mực nước theo thời gian Phương pháp giải:
Trang 28phương pháp gần đúng (phương pháp số hóa) và MIKE 11 cùng dùng phương pháp nay dé giải hệ phương trình Saint — Venant với lược đồ sai phân hữu hạn 6 điểm sơ đồ ấn Abbott — Inoescu
l A
' Ị ' | Timestep
¬ beeen tj "— nel Ậ
os bc eecceeeeeececeeeeee feneeceeeeeeeeeeeeeesee denne n+1/2 At Z ọ Điểm trung tâm
¬ etl oon eee e eee bj beceeeee eens freee d fH pee”
Hinh 1.6 So dé sai phan 6 diém Abbott
Phuong trinh lién tuc
Trong phương trình liên tục, ta có: oA oh 0Q ah — =b— >= +b—= aa ox a T (1.3) 1.3 Với b trong phương trình được tính theo công thức: b= Ay + Apis 14 ` A2x J (1.4)
Trong đó: Aạ¡: Diện tích mặt phân cách giữa 2 điểm lưới j-1 va diém lưới j
Aji: Dién tích mặt phân cách giữa 2 điểm lưới j và điểm lưới j+I
A2x;: Khoảng cách giữa hai điểm lưới j-Ivà j+1
Sai phan hoá phương trình trên tại bước thời gian thứ (n+1/2), ta thu được các phương trình sai phân:
Trang 29(077 +07.) _ (07!+07,) 02 2 2 (1.5) ox A2x, ahh ot At (1.6) Thế vào các phương trình sai phân, rút gọn các hệ số ta thu được phương trình: n+l AON) + Bh) +7, = 6; (1.7)
Trang 302 Q? n+1/2 Q? n+1/2 49) r2], bế, 4) | 4l b 4d, (19) ox A2x, (ah he) At +h) Oho 2 2 — (1.10) % A2x, J Đề xác định thành phần bậc 2 trong phương trình trên, người ta sử dụng phương trình gần đúng: ở x9Ø7`.Ø;~(0~D 07.07 (1.11)
Với 9 là hệ số do người sử dụng tự xác định (hệ số này được ghi trong mục Default value của mô đun HD và có mặc định từ 0 đến 1)
Trang 31A2x; Ax; AXj+1 Timestep (` v7 N ơ â H j m Gridpoint
Hình 1.8 Sơ đồ sai phân 6 điểm cho phương trình động lượng
Kết hợp hai phương trình (1.7) và (1.12) ta được hệ phương trình theo Q và h dưới dạng năm đường chéo Cùng với các điều kiện ban đầu và điều kiện biên, phương trình trên được giải để tìm ra các giá trị Q và h tại mỗi nút tính
Để mô hình có được kết quả ôn định và chính xác cần xem xét các điều kiện sau
đây phải được thực hiện:
e©_ Địa hình và số liệu đo đạc (mực nước, lưu lượng) phải đồng bộ, tốt nhất là cùng một thời gian đo đạc
e_ Giá trị tối đa cho phép đối với Ax (dx-max) nên được lựa chọn trên cơ sở các bước thời gian, At là đủ tốt đề cung cấp cho đại diện chính xác của một làn
sóng
Ví dụ, các bước thời gian tối da cho một mô phỏng thủy triều thường là khoảng 30 phút nếu cấu trúc đang được sử dụng một bước thời gian nhỏ hơn có thé được yêu cầu
e_ Điều kiện Courant (đưa ra dưới đây) có thể được sử dụng như một hướng dẫn cho việc lựa chọn các bước thời gian cung cấp các điều kiện trên Các giá trị
Trang 32AV + Je)
điển hình của Courant ( Ax ) có giá trị là thứ tự được chọn từ 10
đến 15, nhưng giá trị cao hơn nhiều đã được sử dụng (lên đến 100) Trong đó:
- _ V là vận tốc Điều kiện vận tốc trong một đoạn Az tương ứng bước thời
ae , At
gian At phai thoa: V ^ <1+2
- /gy: téc dé nhiéu sóng nhỏ tại nơi nước nông (khu vực nước thấp) Giả thuyết này rất khó thoả mãn được đối với sông và lòng dẫn tại đó có tốc độ sóng là rất nhỏ
1.4.3 Mô đun truyền tải - khuyếch tán (AD)
Mô đun truyền tải khuếch tán (AD) được dùng để mô phỏng vận chuyền một chiều của chất huyền phù hoặc hoà tan (phân huỷ) trong các lòng dẫn hở dựa trên phương trình để trữ tích luỹ với giả thiết các chất này được hoà tan trộn lẫn, nghĩa là không có thay đổi hay biến động trong cùng mặt cắt và dòng chảy không phân tầng (đồng đẳng) Phương trình truyền tải — khuyéch tan: ot 3x Ox AD— MC, C2 4y®)_anereg any Trong đó: A: Diện tích mặt cắt ướt (m’); C: Nồng độ chat (kg/m? hay g/l); D: Hé sé khuéch tan (m’/s)
q: Lưu lượng nhập lưu trên 1 don vi chiéu dai doc séng (m’/s) C;: nồng độ nguồn bỗ sung (kg/mỶ hay g/l);
K: Hệ số phân hủy sinh học, K chỉ được sử dụng khi các hiện tượng hay quá
trình xem xét có liên quan đến các phản ứng sinh hóa; Hệ số phân hủy sinh học K bao hàm trong đó rất nhiều các hiện tượng và phản ứng sinh hóa Hệ số này không cần
xem xét trong bài toán lan truyền chất thông thường
Trang 33phân tán dọc theo sông do ảnh hưởng của chảy rối lớn hơn rất nhiều so với sự phân tán
hỗn loạn của các phân tử đơn lẻ Về mặt trị số, thành phần khuếch tán rối lớn hơn
nhiều so với thành phần khuếch tán phân tử Sự phân bố của thành phần khuếch tán rối trong dòng chảy là không đồng đều, nó phụ thuộc vào hướng của tốc độ dòng chảy và khoảng cách đến thành ống, do đó hệ số khuếch tán rối khác nhau theo các hướng khác
nhau Quá trình truyền tải khuếch tán tuân theo định luật Fick
Hệ số khuếch tán được xác định như là một hàm của dòng chảy trung bình: b on"? ntl D; J =a Ame J (1.14)
Trong do: a, b: các hằng số do người dùng xác định Điều kiện ban đầu và điều kiện biên:
- _ Điều kiện ban đầu: nguồn tại thời điểm t = 0;
- Diéu kiện biên: + Biên cụt (biên cứng): ~ =0 X ac _ + Biên lỏng (thường cho dòng ra): —> 0 x + Với dòng vao: C=C, +(C,, —G, etm Trong đó:
Cụ: hàm lượng tại biên lỏng;
Cour: ham lượng tại biên giới hạn ngay lúc hoán đổi dòng ra và dòng vào;
kmin? Thang gid két hop voi hon hop trong nước tiếp nhận; tmịạ: Thời gian lúc thay đổi dong chay;
Phương pháp giải phương trình truyền tải khuyếch tán:
Người ta thường giải phương trình truyền chất theo phương pháp số với sơ đồ sai phân ân trung tâm Sơ đồ sai phân hữu hạn này được xây dựng bằng cách xem xét lượng dòng chảy vào một thể tích kiểm tra xung quanh nút điểm j Các giới hạn biên của thể tích kiểm tra này là đáy sông, bề mặt nước và hai mặt cắt tại hai điểm j - 1⁄2 và
jth
Trang 34Thời gian HD: Q H Q AD: Cc (T) C (T) c ng] 8c 98 7 c8 mm j-l j j+1 1 3 3 Khoảng cách, x j-% jth Hình 1.9 Sơ đồ sai phân ấn trong mô hình MIKE 11 Phương trình liên tục: Ƒ""2œ"!⁄2 yuo J 7 3 ur j +7nH/2 _ TaH/2 = gem? pm? Kcr (1.15) 1) 7+1/2 Trong đó: C: Néng 46 (mg/l) V: Thể tích (m”)
T: Tải lượng qua thể tích tính toán (kg/S)
q: Lượng nhập lưu trên một đơn vị chiều dài đọc sông (m2⁄s) At: Bước thời gian Cq: Nồng độ của dòng nhập lưu (mg/l) K: Hệ số phân huỷ Phương trình truyền tải khuyếch tán: C?*1/2 — Cn+/2 n+1/2 — ạn+l/2x* n+1/2 7+1 j T7; =Ớj?/2Cj.t¡¿ — Aja/2Ð ——— (1.16) Ax Trong đó: n+1/2
j+1/2 : lưu lượng qua mặt phân cách bên phải vùng tính toán
A?? : diện tích mặt phân cách bên phải vùng tính toán (m”)
D_ :Hệ số khuếch tán
c an: nồng độ nội suy phía thượng lưu, được tính theo công thức:
Trang 35+ 1 n+ n+ n n * 1 o 1 n n n
Cray =a(C? +C™ HECK, +€0-ma| eS) fe, -2C"+2C",) (1.17)
xẻ ` LÁ At
Với ø là sô Courant 6 = H
Thay thế và sắp xếp các phương trình trên lại, ta thu được một phương trình sai
phân hữu hạn sơ đồ an:
aC?, +/8,C?""++,C71 =ổ, (1.18)
Khi viết lại các phương trình với đầy đủ các bước thời gian thì ta cũng thu được
một ma trận như trong mô đun tính toán thuỷ lực, để giải và tìm nghiệm của các ma
trận này người ta cũng sử dụng các phương pháp toán học như trên Bằng sự trợ giúp của máy tính, việc giải các phương trình và ma trận trở nên nhanh hơn rất nhiều
Trang 36CHƯƠNG 2
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1 PHƯƠNG PHÁP MƠ HÌNH TỐN HỌC
Sử dụng mô hình MIKE 11 để mô phỏng chế độ thủy lực, chất lượng nước hệ
thống kênh chính hồ Sông Quao:
Dữ GIs Dữ liệu quan trắc lưu
liêu t luong, mực nước, thông
x = số chất lượng nước ˆ
đầu | | | bản đề mạng Dữ liệu Hệ || Thông || Hệ
vào lưới kênh mat cat số || sốchất || số
của chính kênh | | ngang kênh Biên HD lực || lương || phân
mô cấp 1 hỗ Time — can nước tán
hình sông Quao series Bién AD day
MIKE ~~ ‘ |
11
———— Network Cross—section Boundary HD AD
i Editor Editor Editor Editor Editor Chạy mô hmh ị MIKE 11 ¡ Nếu chỉ số đánh giá hiệu quả mô ¡hình là hệ số Nash-Sutcliffe Œ) và
hệ số tương quan Pearson (R’) thép Kiém đỉnh mô So sánh số liệu thực đo với
hình số liệu tính toán của mô hình Chạy kịch bản chat hrợng nước
Hình 2.1 Sơ đồ bước áp dụng mô hình MIKE 11
> Chuẩn bị dữ liệu đầu vào mô hình MIKE 11
Sử dụng phần mềm QGIS xuất file bản đồ hệ thống kênh chính hồ Sông Quao
và các công trình đưới dạng shape file (.shp) Đưa bản đồ vào Networld Editor của MIKE 11
Sử dụng số liệu, thông số thiết kế hệ thống kênh chính từ “Quy trinh quan ly — khai thác hệ thống kênh Sông Quao” của xí nghiệp thiết kế và tư vấn xây dựng thủy lợi
3, tháng 8/1998, và dữ liệu từ Google Earth để xây dựng các mặt cắt kênh chính, và
Trang 37Sử dụng số liệu quan trắc lưu lượng, mực nước từ ngày 27/9/2015 đến ngày
3/10/2015 để làm số liệu chuỗi thời gian Time Series trong MIKE II
Tạo các biên thủy lực, biên chất lượng nước cho hệ thống kênh trong Boundary
— Condition Editor cua MIKE 11
Tao file HD Parameters (.hd11), nhap hé số lực cản
Tạo file AD Parameters (.ad11), tạo các thông số chất lượng nước, nhập giá trị toàn cầu cho các thông số chất lượng nước
> Chay mé hinh MIKE 11
Tao file Simulation (.sim11) kết nối các file dữ liệu lại với nhau, tùy chỉnh bước
thời gian, chạy mô hình thủy lực, mô hình chất lượng nước
> Kiểm định mô hình MIKE 11
Kết quả chạy mô hình được mở xem bằng MIKE view Xuất kết quả chạy mô
hình tại các vị trí quan trắc, so sánh kết quả mô hình với số liệu quan trắc bằng Ecxel, vẽ đồ thị, tính toán hệ số trung bình, hệ sé NASH đề kiểm định lại kết quả
> Chạy kịch bản chất lượng nước
Xây dựng các kịch bản chất lượng nước cho tương lại, chạy mô phỏng chất lượng nước đề xem diễn biến chất lượng nước cho từng kịch bản
2.2 PHƯƠNG PHAP THU THAP, PHAN TICH VA TONG HOP DU LIEU Thu thập tài liệu điều kiện tự nhiên, vị trí địa lý, khí hậu của khu vực, từ các
trang web chính thống
Thu thập tài liệu số liệu của khu vực nghiên cứu:
- Địa hình: thu thập dữ liệu địa hình từ google earth, ảnh ASTER DEM
- Thủy văn: kế thừa số liệu quan trắc thủy văn (lưu lượng, mực nước, chất lượng nước) của đề tài “Điều ra, đánh giá các nguồn gây ô nhiễm và đề xuất giải pháp tổng hợp quản lý chất lượng nước hô Sông Quao đảm bảo an toàn cấp nước cho thành phố Phan Thiết và vùng phụ cận”, của tác giả Nguyễn Hồng Quân, Lê Việt Thắng, Viện Môi Trường Và Tài Nguyên, năm 2015 Thu thập thêm số liệu đo đạc thủy văn từ văn bản mực nước hồ chứa tỉnh Bình Thuận từ năm 2010 — 2015, để làm
dữ liệu biên cho mô hình MIKE I1
- Mạng lưới kênh: từ bản đồ hệ thống thủy lợi Hàm Thuận Bắc, tỉnh Bình Thuận, thành lập các bản đồ hệ thống kênh cho khu vực nghiên cứu
Trang 38- Hệ thống thủy lợi: thu thập số liệu vị trí các công trình trên kênh, đặc điểm hình học của kênh, lưu lượng mực nước các kênh cấp 1, từ “Quy trình quản lý — khai
thác hệ thống kênh Sông Quao” của xí nghiệp thiết kế và tư vấn xây dựng thủy lợi 3, tháng 8/1998, để xây dựng dữ liệu mặt cắt cho hệ thống kênh chính, dữ liệu mặt cắt cho mô hình MIKE 11
Thu thập tài liệu về phát triển kinh tế - xã hội có liên quan đến sử dụng tài nguyên nước, tác động đến môi trường khu vực nghiên cứu:
- Niên giám thống kê 2015, của chi cục thống kê huyện Hàm Thuận Bắc - Đặc điểm dân số và phân bố dân cư
- Hiện trạng, quy hoạch sử dụng đất, các ngành sử dụng nước huyện Hàm
Thuận Bắc nói riêng và tỉnh Bình Thuận
- Quy hoạch phát triển kinh tế - xã hội đến năm 2020 huyện Hàm Thuận Bắc, tỉnh Bình Thuận
- Thu thập tài liệu, số liệu về các cơ sở sản xuất, khu công nghiệp, có sử dụng tài nguyên nước và ảnh hưởng đến chất lượng nước lưu vực Từ đó xây dựng các kịch bản hiện trạng, kịch bản dự báo cho hệ thống kênh chính hô Sông Quao
Phân tích, sàng lọc, đánh giá số liệu thu thập được
Sử dụng phần mềm excel tổng hợp số liệu/tài liệu theo định hướng mong muốn
phục vụ cho việc đánh giá
2.3 PHƯƠNG PHÁP THÀNH LẬP BẢN ĐÒ
Sử dụng phần mềm Google Earth: vẽ, xác định vị trí các công trình trên hệ thống kênh chính hồ Sông Quao
Sử dụng phần mền QGIS lấy dữ liệu từ phần mềm Google Earth theo mong
muốn: các công trình, vị trí mặt cắt, hệ thống kênh cấp 1
Trang 392.4 PHƯƠNG PHÁP KHẢO SÁT THỰC ĐỊA
Tham gia khảo sát thực địa tại khu vực nghiên cứu:
- Hệ thống kênh chính, các công trình trên hệ thống kênh chính
- Ghi lại tình hình sử dụng đất, dân cư, khu vực nghiên cứu bằng hình ảnh Tham gia lấy mẫu chất lượng nước hệ thống kênh chính và hồ Sông Quao tỉnh
Bình thuận
Ghi nhận lại thực trạng tại một số vị trí kiểm chứng cơ bản kết quả nghiên cứu
để tăng độ tin cậy cho báo cáo
Trang 40CHƯƠNG 3
KÉT QUÁ VÀ THẢO LUẬN
3.1 THỜI GIAN MÔ PHỎNG VÀ KHAI THÁC KÉT QUÁ
Mô hình mô phỏng trong mùa mưa từ 27/9/2015 — 24/10/2015, khai thác số liệu
kết quả mô hình thủy lực (lưu lương, mực nước), đặc trưng lớn nhất, nhỏ nhất, trung
bình của các yếu tố chất lượng nước mô phỏng như: BOD:;, COD, TSS, NO; của vùng nghiên cứu
3.2 KET Q TÍNH TỐN, HIỆU CHỈNH VÀ KIÊỂM ĐỊNH MÔ HỈNH MIKE
11
Muc tiéu cua tinh toan thuy luc để xác định bộ thông số thủy lực, chế độ thủy
lực phù hợp với khu vực nghiên cứu, phục vụ cho mô hình chất lượng nước Căn cứ
vào nhiêm vụ tính toán, dữ liệu cắt, chế độ thủy văn, các tài liệu liên quan đến khu vực nghiên cứu để mô hình hóa chế độ thủy lực của hệ thống kênh chính hồ Sông Quao, tỉnh Bình Thuận
3.2.1 Sơ đồ tính toán
Sơ đồ hóa mạng lưới kênh chính, kênh cấp, kênh Đông nối từ hồ Câm Hang đến hồ Cà Giang, từ số liệu “Quy trình quản lý — khai thác hệ thống kênh Sông Quao” của xí nghiệp thiết kế và tư vấn dựng thủy lợi 3, tháng 8/1998 Bổ xung thêm số liệu
địa hình, mạng lưới kênh từ “Bản đồ hiện trạng thủy lợi tỷ lệ 1/10000 huyện Hàm
Thuan Bac — Binh Thuận”