Bé gi¸o dôc vµ ®µo t¹o Trêng ®¹i häc b¸ch khoa hµ néi LuËn v¨n th¹c sÜ khoa häc Ngµnh c«ng nghÖ m«i trêng Nghiªn cøu Sö dông phÇn mÒm qual2k m« pháng mét sè chØ tiªu chÊt lîng níc cña ®o¹n s«ng CÇ[.]
Bộ giáo dục đào tạo Trờng đại học bách khoa hµ néi Luận văn thạc sĩ khoa học Ngành: công nghệ môi trờng Nghiên cứu Sử dụng phần mềm qual2k mô số tiêu chất lợng nớc đoạn sông Cầu khu vực Thành Phố Thái Nguyên Mai thị lộc Hà nội 2007 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17061131502421000000 Bé gi¸o dục đào tạo Trờng đại học bách khoa hà néi Luận văn thạc sĩ khoa học Ngành: công nghệ môi trờng Nghiên cứu Sử dụng phần mềm qual2k mô số tiêu chất lợng nớc đoạn sông Cầu khu vực Thành Phố Thái Nguyên M· sè: Mai thÞ léc Ngêi híng dÉn khoa häc: TS Trịnh Thành Hà nội 2007 Mục Lục Mở đầu 17T 17T Ch¬ng I Tæng quan 1.1 Tỉng quan vỊ khu vùc nghiªn cøu 1.1.1 Điều kiện tự nhiên lu vực sông Cầu Hình 1.1 Tổng quan lu vực sông CÇu 1.1.2 KhÝ hËu 1.1.3 ChÕ độ thủy văn 10 1.1.4 Kinh tÕ x· hội lu vực sông Cầu 10 17T 17T 17T 17T 17T 17T 17T 17T 17T 17T 17T 17T 17T 17T 1.1.4.1 Bắc Kạn 11 1.1.4.2 Thái Nguyên 11 1.1.4.3 B¾c Ninh 11 1.1.4.4 B¾c Giang 12 1.1.4.5 VÜnh Phóc 12 1.1.4.6 Hải Dơng 12 17T 17T 17T 17T 17T 17T 17T 17T 17T 17T 17T 17T 1.2 Chất lợng nớc nguồn gây ô nhiÔm 13 1.2.1 Các chất gây ô nhiễm nguồn nớc 13 1.2.2 C¸c yÕu tè tác động chủ yếu 16 17T 17T 17T 17T 17T 17T 1.2.2.1 Các yếu tố tự nhiên 17 1.2.2.1 C¸c yÕu tè cã nguån gèc kinh tÕ x· héi 17 17T 17T 17T 17T 1.2.3 Hiện trạng môi trờng nớc lu vực sông Cầu 26 1.3 Các sở pháp lý phục vụ cho nghiên cứu 29 1.3.1 Hiện trạng công tác quản lý chất lợng nớc Việt Nam 29 1.3.2 Một số mô hình mô chất lợng nớc sông 30 Ch¬ng 2: C¬ së lý thuyÕt 35 2.1 §Ỉc trng thủ lùc 35 2.2 Phơng trình cân dòng chảy 37 2.3 Phơng trình chuyển tải 39 2.4 Đặc tính thủy lực 43 2.4.1 §Ëp 43 2.4.2 §êng cong tû lƯ 45 2.4.3 Phơng trình Manning 46 2.5 Lan trun däc theo s«ng 48 2.6 Mô hình nhiƯt ®é 48 2.7 Mô hình mô c¸c chÊt 50 2.7.1 Các phản ứng hóa sinh 50 17T 17T 17T 17T 17T 17T 17T 17T 17T 17T 17T 17T 17T 17T 17T 17T 17T 17T 17T 17T 17T 17T 17T 17T 17T 17T 17T 17T 17T 17T 17T 17T 2.7.1.1 Quá trình sinh tiêu thụ oxy 51 2.7.1.2 Sử dụng CBOD trình khử ni tơ 51 17T 17T 17T 17T 2.8 Các biến số mô hình 51 2.8.1 CBOD ph¶n øng chËm (c s) 52 17T 17T 17T 17T R R 2.8.2 CBOD ph¶n øng nhanh (c f) 53 17T 17T R R 2.8.3 Nitơ hữu (n ) 54 17T R 17T o R 17T 2.8.4 Ni t¬ - Amoniac (n a ) 54 2.8.5 Amoniac không bị ion hóa 55 R 17T R 17T 17T 2.8.6 Nitrate Nitrogen (n n) 56 17T 17T R R 2.8.7 Photpho hữu (p ) 56 17T R 17T o R 2.8.8 Photpho vô (p i) 57 17T 17T R R 17T 2.8.9 ChÊt rắn vô lơ lửng (m i) 57 2.8.10 Oxy hoµ tan (o) 57 R 17T R 17T 17T 2.8.11 B·o hoµ oxy 58 2.9 C«ng thøc tÝnh hƯ sè hÊp thơ oxy 58 2.10 ¶nh hëng công trình 61 Ch¬ng 3: C¬ së chuÈn bị liệu 64 3.1 Thu thËp d÷ liƯu phơc vơ tÝnh to¸n 64 3.1.1 Dữ liệu địa hình: 64 3.1.2 D÷ liệu thủy văn, thủy lực: 66 3.1.3 D÷ liƯu chÊt lỵng níc: 66 3.2 Tính toán lu lợng nguồn gây ô nhiễm 66 3.2.1 Nhà máy giấy Hoàng Văn Thụ: 66 3.2.2 Khu c«ng nghiệp gang thép Thái Nguyên 67 3.2.3 Nớc thải sinh hoạt Thành phố Thái Nguyên 68 3.2.4 Nớc ma chảy tràn địa bàn thành phố Thái Nguyên xuống sông Cầu: 69 Chơng 4: ứng dụng tính to¸n 70 4.1 Quá trình tính toán 70 4.2 Kết tính toán 72 KÕt luËn vµ kiÕn nghÞ 77 KÕt luËn 77 KiÕn nghÞ 77 Tµi liƯu tham kh¶o 79 17T 17T 17T 17T 17T 17T 17T 17T 17T 17T 17T 17T 17T 17T 17T 17T 17T 17T 17T 17T 17T 17T 17T 17T 17T 17T 17T 17T 17T 17T 17T 17T 17T 17T 17T 17T 17T 17 T 17T 17T 17T 17T 17T 17T Mở đầu Hiện nay, nớc giới đối mặt với vấn đề ô nhiễm môi trờng nớc Việt Nam nớc phát triển, tơng lai ngành công nghiệp dịch vụ phát triển mạnh Vì vậy, việc đánh giá mức độ ô nhiễm, để đề biện pháp phòng chống « nhiƠm m«i trêng ®ã cã « nhiƠm ngn nớc cần thiết Sông Cầu nhánh quan trọng hệ thống sông Thái Bình Sông Cầu phụ lu (sông Đu, sông Công, sông Cà Lồ ) tạo nên tiểu lu vực nằm gọn địa bàn sáu tỉnh (Bắc Kạn, Thái Nguyên, Bắc Giang, Bắc Ninh, Vĩnh Phúc, Hải Dơng) Hàng triệu ngời sống lu vực đà lấy nớc từ sông Cầu phụ lu để phục vụ cho mục đích khác Sông Cầu khoảng 30 năm trở lại dân số tăng nhanh với phát triển kinh tế đất nớc nói chung lu vực sông Cầu nói riêng đà tác động mạnh đến nguồn nớc Hai bên bờ sông khu công nghiệp, khu đô thị, làng nghề, nông nghiệp sở sản xuất đà thải trực tiếp nớc thải xuống dòng sông, biến sông thành cống lớn thoát nớc xuống hạ lu Trớc tình hình đó, công tác quản lý, bảo vệ nguồn tài nguyên nớc, đặc biệt chất lợng nớc đợc quan tâm Công tác cần có hỗ trợ mặt khoa học kỹ thuật, phơng pháp tính toán lan truyền, khuếch tán chất ô nhiễm nớc để xác định khả chịu tải chất ô nhiễm nguồn nớc công cụ quan trọng Hiện đà có nhiều mô hình tính toán đợc xây dựng áp dụng nhiều nơi giới để mô thông số ô nhiễm chất lợng nớc Ngày mô hình tính toán chất lợng nớc ngày tiÕn bé h¬n, cho phÐp ngêi sư dơng cã thĨ áp dụng cách linh hoạt Trong luận văn này, đề cập đến vấn đề nghiên cứu khả ứng dụng tính toán lan truyền, khuếch tán chất ô nhiễm sông Cầu mô hình QUAL2K Phơng pháp tiếp cận : - Thu thập tài liệu, số liệu nh địa hình, khí tợng thủy văn, chất lợng nớc - Thống kê, phân tích, xử lý số liệu đa vào mô hình - Sử dụng mô hình QUAL2K để mô thông số ô nhiÔm BOD, DO, NH4 + , NO - R RP P R RP P Đối tợng giới hạn phạm vi nghiên cứu * Đối tợng nghiên cứu: Chất lợng nớc sông Cầu khu vực qua thành phố Thái Nguyên * Phạm vi nghiên cứu : Việc nghiên cứu cách toàn diện chất lợng nớc vấn đề khó khăn phức tạp, đòi hỏi phải có số liệu quan trắc liên tục, trang thiết bị đại, có kinh phí phải có quỹ thời gian đủ lớn hoàn thành đợc Vì vậy, khuôn khổ nghiên cứu luận văn tác giả tập trung nghiên cứu sè néi dung nh sau : - HiƯn tr¹ng chÊt lợng nớc phạm vi lu vực sông Cầu - Bớc đầu nhận định chất lợng nớc sông Cầu đoạn qua thành phố Thái Nguyên - ứng dụng mô hình lan truyền vật chất nớc mặt để mô dự báo biến đổi hàm lợng chất ô nhiễm nớc sông Cầu đoạn qua thành phố Thái Nguyên Mục đích nghiên cứu đề tài - Tiếp cận loại mô hình tính toán chất lợng nớc nghiên cứu ứng dụng phần mềm QUAL2K để tính toán lan truyền, khuếch tán chất ô nhiễm sông - Nghiên cứu tính toán cụ thể lan truyền khuếch tán chất ô nhiễm Sông Cầu đoạn qua thành phố Thái Nguyên - Đánh giá khả đáp ứng yêu cầu quản lý chất lợng nớc phần mềm QUAL2K khả øng dơng ë ®iỊu kiƯn níc ta Néi dung nghiên cứu đề tài Nội dung nghiên cứu đề tài gồm: - Nghiên cứu đặc điểm Địa chất - Địa chất thuỷ văn thành phố Thái Nguyên - Nghiên cứu, tổng hợp xác định số quy luật phân bố chất lợng nớc - áp dụng mô hình lan truyền vật chất để nghiên cứu toán nhiễm bẩn Các phơng pháp nghiên cứu Để đạt đợc mục tiêu đề tài, tác giả đà sử dụng tổng hợp phơng pháp nghiên cứu sau: - Phơng pháp thu thập tài liệu: Thu thập tài liệu địa hình, địa chất, địa chất thuỷ văn, trạng khai thác sử dụng nớc, tài liệu chất lợng nớc sông Cầu - Phơng pháp xử lý số liệu: Trên sở, tảng số liệu thu thập, tài liệu thực địa Các tài liệu đợc tiến hành xử lý chơng trình chuyên dụng, phần mềm máy tính nh Mapinfor để lập đồ, xử lý số liệu phơng pháp thống kê toán học, trung bình hoá số liệu phân tích ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài - Sơ đánh giá chất lợng nớc sông Cầu - Bớc đầu đánh giá trạng phục vụ cho công tác quản lý quy hoạch, khai thác, bảo vệ nguồn nớc khu vực lu vực sông - Bớc đầu mô biến đổi chất lợng nớc sông Nội dung luận văn : luận văn đợc bố cục gồm có ch¬ng - Ch¬ng : Tỉng quan - Ch¬ng : C¬ së lý thuyÕt - Ch¬ng : Cơ sở chuẩn bị liệu - Chơng : ứng dụng tính toán - Kết luận kiến nghị Ch¬ng I Tỉng quan 1.1 Tỉng quan vỊ khu vực nghiên cứu 1.1.1 Điều kiện tự nhiên lu vực sông Cầu Hình 1.1 Tổng quan lu vực sông Cầu Sông Cầu sông hệ thống sông Thái Bình với 47% diện tích toàn lu vực Sông Cầu bắt nguồn từ vùng núi Tam Tao (đỉnh cao 1326m) chảy qua huyện Chợ Đồn (Bắc Kạn) thị xà Bắc Kạn, Chợ Mới, Thái Nguyên, Bắc Ninh, Bắc Giang điểm cuối Phả lại, Chí Linh, Hải Dơng Tổng chiều dài sông Cầu 288km Hệ thống sông Cầu có nhiều phụ lu dòng suối cung cấp nớc cho hệ thống Các nhánh sông lu vực sông Cầu bao gồm Sông Cầu, sông Công, sông Cà Lồ, sông Ngũ Huyện Khê, sông Nghinh Tờng, sông Đu, sông Chợ Chu, sông Thiếp Lu vực sông Cầu có dạng trải dài từ Bắc xuống Nam Thung lũng phía thợng lu trung lu nằm hai cánh cung sông Gâm cánh cung Ngân Sơn - Yên Lạc Phần thợng lu sông Cầu chảy theo hớng Bắc Nam, độ cao trung bình đạt tới 300 - 400m, lòng sông hẹp dốc, nhiều thác ghềnh có hệ số uốn khúc lớn (>2,0) độ rộng trung bình mùa cạn khoảng 50 đến 60m, 80-100 m mùa lũ, độ dốc khoảng > 0,1% Phần trung lu từ Chợ Mới, sông Cầu chảy theo hớng Tây Bắc - Đông Nam đoạn dài sau trở lại hớng cũ Thái Nguyên Đoạn địa hình đà thấp xuống đáng kể, lòng sông mở rộng, độ dốc giảm khoảng 0,05%, độ uốn khúc cao Hạ lu sông Cầu đợc tính từ Thác Huống đến Phả Lại, từ hớng chảy chủ đạo Tây Bắc Đông Nam, địa hình có độ cao trung bình 10 đến 20m, lòng sông rộng 70 đến 150 m độ dốc giảm đáng kể 0,01% Lu vực sông Cầu có dạng dài, tổng diện tích đợc xác định 6030 km2 , hệ số tập trung nớc đạt 2,1, địa hình đồng chiếm phần lớn diện P P tích lu vực, độ cao trung bình lu vực thấp (190 m) Độ dốc trung bình lu vực thuộc loại trung bình 16% Mật độ sông suối lu vực sông Cầu thuộc loại cao: 0,95-1,2 km/km2 , tổng chiều dài phụ lu có chiều dài lớn 10 km 1.602 km (68 P P sông có 13 sông có chiều dài lớn 15 km) Một số số liệu đặc trng hình thái sông lu vực sông Cầu nh sau TT Tên Dài DT §é cao §é dèc HƯ sè HƯ sè MËt ®é