Nghiên ứu đánh giá chất lượng nước sông cầu bằng mô hình số, trên cơ sở đó đề xuất các giải pháp tổng hợp để quản lý môi trường nước sông cầu

PHẠM TIẾN NHẤT BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI  - LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGÀNH: KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG NƯỚC SÔNG CẦU BẰNG MÔ HÌNH SỐ, TRÊN CƠ SỞ ĐĨ ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP TỔNG HỢP ĐỂ QUẢN LÝ MÔI TRƯỜNG NƯỚC SÔNG CẦU PHẠM TIẾN NHẤT 2007 – 2009 HÀ NỘI HÀ NỘI- 2009 2009 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17057205167651000000 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI  - LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG NƯỚC SÔNG CẦU BẰNG MƠ HÌNH SỐ, TRÊN CƠ SỞ ĐĨ ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP TỔNG HỢP ĐỂ QUẢN LÝ MÔI TRƯỜNG NƯỚC SÔNG CẦU NGÀNH: KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG MÃ SỐ:………………… PHẠM TIẾN NHẤT Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS ĐẶNG XUÂN HIỂN HÀ NỘI - 2009 LỜI CẢM ƠN Qua trình học tập, nghiên cứu, giúp đỡ tận tình thầy, cơ, nhà khoa học, nhà quản lý, bạn đồng nghiệp, em hồn thành chương trình học tập nghiên cứu luận văn với đề tài: Nghiên cứu đánh giá chất lượng nước sơng Cầu mơ hình số, sở đề xuất giải pháp tổng hợp để quản lý môi trường nước sông Cầu Em xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc tới Thầy giáo PGS.TS Đặng Xuân Hiển, người hướng dẫn em nghiên cứu hoàn thành luận văn Cảm ơn thầy hướng dẫn tận tình, động viên em trình nghiên cứu, để hồn thành luận văn thời hạn Em xin bày tỏ lòng biết ơn tới Thầy, Cô giáo trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Khoa sau đại học, đặc biệt Thầy, Cô Viện khoa học Công nghệ Môi trường, trang bị cho em kiến thức, kinh nghiệm thực tế để em có khả hồn thành luận văn qua nâng cao kiến thức Tơi xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo Trung tâm tư vấn Công nghệ môi trường, bạn đồng nghiệp gia đình tạo điều kiện cho tơi hồn thành chương trình học tập nghiên cứu luận văn Một lần em xin trân trọng cảm ơn Học viên Phạm Tiến Nhất LỜI CAM ĐOAN Đề tài: Nghiên cứu đánh giá chất lượng nước sơng Cầu mơ hình số, sở đề xuất giải pháp tổng hợp để quản lý môi trường nước sông Cầu Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu Luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Người làm Luận văn Phạm Tiến Nhất -i- MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI 1.1.Tổng quan tình hình nghiên cứu mơ hình chất lượng nước ……………… 1.1.1 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 1.1.2 Tình hình nghiên cứu nước 1.2 Tổng quan điều kiện tự nhiên khu vực nghiên cứu………….…….…………6 1.2.1 Vị trí địa lý 1.2.2 Địa hình .7 1.2.3 Thổ nhưỡng 1.2.4 Thảm phủ thực vật 1.2.5 Mạng lưới sông suối 10 1.3 Tổng quan trạng chất lượng nước khu vực nghiên cứu…… ………… 14 1.3.1 Nguồn gây ô nhiễm môi trường nước 14 1.3.2 Chất lượng nước sông Cầu 15 1.3.2.1 Sông Cầu 15 1.3.2 Sông Công 20 1.3.2.3 Sông Ngũ Huyện Khê .23 1.3.2.4 Các sông khác bao gồm suối Nghinh Tường, sông Đu, sông Cà Lồ suối Phượng Hoàng 25 1.3.3 Ngun nhân suy thối mơi trường lưu vực sông Cầu 28 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA MƠ HÌNH CHẤT LƯỢNG NƯỚC MIKE 11 29 2.1 Giới thiệu chung hệ thống mơ hình phần mềm MIKE………….…… 29 2.2 Hệ thống module phần mềm MIKE 11 ….….…….………………30 2.3 Cơ sở liệu mơ hình MIKE 11………….…….…………… 34 - ii - 2.4.1 Các phương trình 35 2.4.1.1 Hệ phương trình Sain - Venant 35 2.4.1.2 Phương trình lan truyền, khuyếch tán .38 2.4.1.3 Phương trình mơ tả chu trình phản ứng môi trường nước.40 2.4.2 Các điều kiện đầu điều kiện biên 50 2.4.2.1 Các điều kiện đầu 50 2.4.2.2 Các điều kiện biên .50 2.4.3 Các thơng số số liệu tính tốn 52 2.4.3.1 Các thông số, số liệu tính tốn thủy động lực 52 2.4.3.2 Các thơng số, số liệu tính toán lan truyền, khuyếch tán 54 2.4.3.3 Các thơng số, số liệu tính tốn chất lượng nước .54 2.5 Các phương pháp số sử dụng phần mềm 56 2.6 Các điều kiện ổn định mơ hình ………….…….……………………… 57 2.7 Yêu cầu liệu đầu vào………….…….…………… .58 CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ DỮ LIỆU TRONG MƠ HÌNH 60 3.1 Các liệu địa hình………….…….………………………………………60 3.1.1 Dữ liệu mạng sông 60 3.1.2 Dữ liệu mặt cắt 62 3.2 Các liệu biên………….…….…………………………………………… 66 3.3 Các thông số lan truyền, khuyếch tán …….………………………………….68 CHƯƠNG 69 NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MƠ HÌNH MIKE 11 TÍNH TỐN CHẤT LƯỢNG NƯỚC LƯU VỰC SÔNG CẦU 69 4.1 Thu thập số liệu ………….…….………………………………………………69 4.1.1 Số liệu thuỷ văn, thuỷ lực: .69 - iii - 4.1.2 Số liệu chất lượng nước: 71 4.2 Áp dụng mơ hình MIKE11 tính tốn chế độ thủy lực hệ thống sơng lưu vực sông Cầu………….…….………………………………………………………… 73 4.2.1 Mục tiêu 73 4.2.2 Các bước ứng dụng 73 4.2.3 Sơ đồ tính toán 73 4.2.4 Hiệu chỉnh mơ hình thuỷ lực 74 4.2.5 Kiểm nghiệm mơ hình thuỷ lực 77 4.3 Áp dụng mơ hình MIKE 11 tính tốn diễn biến chất lượng nước sơng Cầu….72 4.3.1 Mục tiêu 79 4.3.2 Các bước ứng dụng 79 4.3.3 Hiệu chỉnh mơ hình 81 4.4 Dự báo diễn biến chất lượng nước hệ thống sông lưu vực sông Cầu theo số Phương án phát triển kinh tế xã hội…………………… ……………………… 85 4.5 Phân vùng khu vực chất lượng nước bị đe doạ môi trường…….……93 4.5.1 Phương pháp xác định vùng chất lượng nước bị đe doạ môi trường……………………………………………………………………………………… 93 4.5.2 Vùng chất lượng nước bị đe doạ môi trường…………………95 4.6 Đề xuất số giải pháp tổng hợp nhằm quản lý bảo vệ môi trường nước lưu vực sông Cầu.………………………………………………………………………… 96 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 101 TÀI LIỆU THAM KHẢO 104 PHỤ LỤC - iv - DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT BVMT Bảo vệ môi trường BTNMT Bộ tài nguyên Mơi trường CP Chính phủ CEETIA Trung tâm kỹ thuật Môi trường đô thị Khu công nghiệp CT-TW Chỉ thị Trung ương GDP Thu nhập quốc dân theo đầu người KH&CN Khoa học công nghệ KHTH& CN Khoa học tự nhiên công nghệ KHCN Khoa học công nghệ LVS Lưu vực sông MTĐT Môi trường đô thị NĐ Nghị định NQ Nghị PGS.TS Phó Giáo sư, tiến sĩ QĐ-TTg Quyết định Thủ tướng QCVN Quy chuẩn Việt nam TN&MT Tài nguyên Môi trường QCVN Quy chuẩn Việt nam TNHH Trách nhiệm hữu hạn KCN Khu công nghiệp CCN Cụm công nghiệp KTXH Kinh tế xã hội -v - DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 4.1 Số liệu trạm thủy văn dùng mô hình 64 Bảng 4.2 Số liệu trạm thủy văn dùng mơ hình 68 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ TT Trang Hình 1.1 Bản đồ lưu vực sơng Cầu Hình 1.2 Hình ảnh số nguồn thải gây ô nhiễm nước sông Cầu 13 Hình 1.3 Diễn biến DO sơng Cầu 16 Hình 1.4 Diễn biến COD sơng Cầu 16 Hình 1.5 Diễn biến BOD5 sơng Cầu 17 Hình 1.6 Diễn biến Tổng chất rắn lơ lửng (TSS) 18 Hình 1.7 Diễn biến NH4+ dọc sơng Cầu 18 Hình 1.8 Diễn biến dầu mỡ dọc sơng Cầu 19 Hình 1.9 Diễn biến DO dọc sơng Cơng 20 Hình 1.10 Diễn biến BOD5 dọc sơng Cơng 20 Hình 1.11 Diễn biến COD dọc sơng cơng 21 Hình 1.12 Diễn biến NH4+ sơng Cơng 21 Hình 1.13 Diễn biến Dầu mỡ sơng Cơng 22 Hình 1.14 DO dọc sơng Ngũ Huyện Khê 23 Hình 1.15 BOD5 dọc sơng Ngũ Huyện Khê 23 Hình 1.16 COD dọc sơng Ngũ Huyện Khê 24 Hình 1.17 NH4 dọc sơng Ngũ Huyện Khê 24 Hình 1.18 Hình 1.19 Diễn biến Dầu sơng NHK Diễn biến DO đợt quan trắc 25 26 Hình 1.20 Diễn biến COD đợt quan trắc 26 Hình 1.21 Diễn biến BOD5 đợt quan trắc 27 Hình 1.22 Diễn biến NH4+ đợt quan trắc 28 - vi - Hình 2.1 Cấu trúc mơ hình phần mềm MIKE 11 29 Hình 2.2 Chu trình biến đổi oxy 41 Hình 2.3 Các trình vận chuyển Nitơ 45 Hình 2.4 Các trình biến đổi Photpho nước 47 Hình 3.1 Trình soạn thảo mạng sơng (Network Editor) 54 Hình 3.2 Trình soạn thảo số liệu thơ (Cross-section, raw data 56 editor) Hình 3.3 Cửa sổ trình soạn thảo mặt cắt xử lý (Cross-section 57 processed data editor) Hình 3.4 Diện tích mặt cắt độ cao tối đa xác định 58 Hình 3.5 Trình soạn thảo chuỗi thời gian (hộp thoại Time File 59 properties) Hình 3.6 Dữ liệu chuỗi thời gian (hộp thoại Time series data) 60 Hình 3.7 Trình soạn thảo biên (Boundary Editor) 60 Hình 3.8 Trình soạn thảo chất lượng nước 61 Hình 4.1 Sơ đồ mơ thủy lực sông thuộc hệ thống sông 63 lưu vực sơng Cầu Hình 4.2 Hình 4.2: Sơ đồ mạng tính tốn thủy lực hệ thống sơng 67 Cầu- Thương Hình 4.3 Hình 4.3: So sánh kết tính tốn hiệu chỉnh mơ 69 hình diễn tốn MIKE 11 với số liệu mực nước thực đo Đáp Cầu từ 01/01/2003 đến tháng 31/12/2003 Hình 4.4 Hình 4.4: So sánh kết tính tốn hiệu chỉnh mơ 69 hình diễn tốn MIKE 11 với số liệu mực nước thực đo Phủ Lạng Thương từ 01/01/2003 đến tháng 31/12/2003 Hình 4.5 Hình 4.5: So sánh kết tính tốn hiệu chỉnh mơ 70 hình diễn tốn MIKE 11 với số liệu mực nước thực đo Lục Nam từ 01/01/2003 đến tháng 31/12/2003 Hình 4.6 So sánh kết tính tốn kiểm nghiệm mơ hình diễn 71