Nghiên cứu ứng dụng mô hình basins phục vụ quản lý chất lượng nước lưu vực sông nhuệ đáy

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - NGUYỄN THỊ BÍCH NGỌC NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MƠ HÌNH BASINS PHỤC VỤ QUẢN LÝ CHẤT LƢỢNG NƢỚC LƢU VỰC SÔNG NHUỆ - ĐÁY LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC Hà Nội, 2015 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - NGUYỄN THỊ BÍCH NGỌC NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MƠ HÌNH BASINS PHỤC VỤ QUẢN LÝ CHẤT LƢỢNG NƢỚC LƢU VỰC SÔNG NHUỆ - ĐÁY Chuyên ngành: Khoa học Môi Trƣờng Mã số : 60440301 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC Ngƣời hƣớng dẫn khoa học : TS Nguyễn Lê Tuấn Hà Nội, 2015 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố luận văn khác Tôi xin cam đoan giúp đỡ cho việc thực luận văn cảm ơn, thơng tin trích dẫn luận văn rõ nguồn gốc Tác giả luận văn Nguyễn Thị Bích Ngọc i LỜI CẢM ƠN Trong q trình điều tra, nghiên cứu để hồn thiện luận văn, nhận hướng dẫn, giúp đỡ nhiệt tình, quý báu nhà khoa học, quan, tổ chức, nhân dân địa phương Tôi xin bày tỏ cảm ơn trân trọng tới giáo viên hướng dẫn khoa học TS Nguyễn Lê Tuấn tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tơi suốt q trình hồn thành luận văn Tơi xin trân trọng cảm ơn góp ý chân thành thầy, cô giáo khoa Môi trường, trường Đại Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc Gia Hà Nội, Phịng Tài ngun Mơi trường, Trung tâm quan trắc TNMT Hà Nam, Viện Nghiên cứu Tài nguyên nước Mơi trường … nhiệt tình giúp đỡ tơi q trình hồn thành luận văn Tơi xin chân thành cảm ơn tới gia đình, người thân, cán bộ, đồng nghiệp bạn bè tạo điều kiện tốt mặt cho suốt q trình thực đề tài Mặc dù có nhiều cố gắng để thực đề tài cách hoàn chỉnh Song thời gian kinh nghiệm cịn hạn chế nên luận văn khơng tránh khỏi thiếu sót, mong nhận góp ý Thầy, Cô bạn để luận văn hồn thiện Một lần tơi xin trân trọng cảm ơn! Phủ Lý, ngày… tháng… năm 2015 Tác giả luận văn Nguyễn Thị Bích Ngọc ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC BẢNG v DANH MỤC HÌNH vi MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội LVS Nhuệ - Đáy 1.1.1 Điều kiện tự nhiên 1.1.2 Đặc điểm kinh tế - xã hội 10 1.2 Hiện trạng chất lượng nước sông Nhuệ - sông Đáy 18 1.2.1 Các áp lực dẫn tới suy thối chất lượng nước LVS Nhuệ - Đáy 19 1.2.2 Hiện trạng môi trường nước sông Nhuệ - sông Đáy 23 1.3 Giới thiệu mơ hình BASINS 27 1.3.1 Tổng quan mơ hình BASINS 27 1.3.2 Cơ sở lý thuyết mơ hình 30 1.3.3 Các mơ hình thành phần 34 1.3.4 Sử dụng mơ hình BASINS 36 CHƢƠNG 2: ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 38 2.1 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 38 2.2 Phương pháp nghiên cứu 38 2.2.1 Phương pháp mơ hình tốn thủy văn 38 2.2.2 Phương pháp kế thừa, phân tích tài liệu từ nguồn có 39 2.2.3 Phương pháp xây dựng đồ két hợp hệ thống thông tin địa lý (GIS) 41 iii 2.2.4 Phương pháp khảo sát thực địa 41 2.2.5 Phương pháp lấy mẫu trường 41 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MƠ HÌNH BASINS PHỤC VỤ QUẢN LÝ CHẤT LƢỢNG NƢỚC LVS NHUỆ ĐÁY 42 3.1 Thiết lập sở liệu 42 3.2 Hiệu chỉnh kiểm định mơ hình BASINS 46 3.2.1 Hiệ u chỉ nh mô hì nh 46 3.3.2 Kiể m nghiệ m mô hì nh 49 3.3 Kế t quả mô phỏ ng chất l ượng nước lưu vực sông Nhuệ – Đáy 51 3.3.1 Mô chất lượng nước LVS Nhuệ - Đáy ứng với kịch 53 3.3.2 Mô chất lượng nước LVS Nhuệ - Đáy ứng với kịch 59 3.3.3 Mô chất lượng nước LVS Nhuệ - Đáy ứng với kịch 66 3.3.4 Nhận xét chung kết tính tốn đạt 73 3.4 Đề xuất giải pháp bảo vệ chất lượng nước LVS Nhuệ - Đáy 74 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO 78 PHỤ LỤC iv DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Dân số thuộc LVS Nhuệ - Đáy năm 2013 [9] .11 Bảng 2.1 Danh sách tr ạm khí tượng số liệu thu thập sử dụng tính tốn mơ hình .39 Bảng 2.2 Các loại hình sử dụng đất LVS Nhuệ - Đáy theo USGS [29] 40 Bảng 3.1: Các trạm quan trắc chất lượng nước mặt sử dụng tính tốn mơ hình 42 Bảng 3.2 Kết dị tìm thơng số hiệu chỉnh mơ hình BASINS 49 Bảng 3.3: Kết mô chất lượng nước tiểu lưu vực ứng với kịch 66 Bảng 3.4: Bảng thông tin điểm thải lựa chọn cho kịch .67 Bảng 3.5: Kết mô chất lượng nước tiểu lưu vực ứng với kịch 72 Bảng 3.6: Kết so sánh trung bình kịch xây dựng 73 v DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Bản đồ lưu vực hệ thống sơng Nhuệ - Đáy .3 Hình 1.2: Biểu đồ dễn biến hàm lượng COD sơng Nhuệ năm 2014 [10] 24 Hình 1.3: Biểu đồ diễn biến hàm lượng BOD5 sông Nhuệ năm 2014 [10] 24 Hình 1.4: Biểu đồ diễn biến hàm lượng NH4 +-N sông Nhuệ năm 2014 .25 Hình 1.5: Biểu đồ diễn biến hàm lượng COD sơng Đáy năm 2014 [10] 26 Hình 1.6: Biểu đồ diễn biến hàm lượng BOD5 sông Đáy năm 2014 [10] 26 Hình 1.7: Biểu đồ diễn biến hàm lượng NH4 +-N sông Đáy năm 2014 [10] .27 Bảng 3.1: Các trạm quan trắc chất lượng nước mặt sử dụng tính tốn mơ hình 42 Hình 3.1 Thơng số tạo ranh giới lưu vực tiểu lưu vực mơ hình BASINS 44 Hình 3.2 Giao diện tạo ranh giới lưu vực tiểu lưu vực mô hình BASINS.44 Hình 3.3 Thơng số mơ lưu vực giao diện HSPF .45 Hình 3.4 Kết mô lưu vực sông Nhuệ - Đáy giao diện HSPF 45 Hình 3.5 Sơ đồ hiệu chỉnh thơng số mơ hình 47 Hình 3.6 Đồ thị so sánh đường q trình lưu lượng tính tốn thực đo trạm Lâm Sơn năm 2008 48 Hình 3.7 Đồ thị tương quan lưu lượng tính tốn thực đo trạm Lâm Sơn năm 2008 .48 Hình 3.8 Đồ thị so sánh đường q trình lưu lượng tính toán thực đo trạm Lâm Sơn năm 2012 50 Hình 3.9 Đồ thị tương quan lưu lượng tính tốn thực đo trạm Lâm Sơn năm 2012 .50 Hình 3.10 Vị trí tiểu lưu vực lựa chọn 52 Hình 3.11 Diễn biến thông số DO, BOD5 , NH4+, PO43- tiểu lưu vực ứng với kịch .54 Hình 3.12 Diễn biến thông số DO, BOD5, NH4+, PO4 3- tiểu lưu vực 11 ứng với kịch .55 Hình 13 Diễn biến thơng số DO, BOD5, NH4+ , PO4 3- tiểu lưu vực 13 ứng với kịch .56 Hình 3.14 Modul BMP mơ hình BASINS 60 Hình 3.15: Phần trăm (%) diện tích đất nơng nghiệp áp dụng BMP 61 Hình 3.16: Phần trăm chất ô nhiễm qua dải lọc 61 vi Hình 3.17 Diễn biến hàm lượng DO tiểu lưu vực 2, 11, 13 ứng với kịch 62 Hình 3.18 Diễn biến hàm lượng BOD5 tiểu lưu vực 2, 11, 13 ứng với kịch 62 Hình 3.19 Diễn biến nồng độ NH4 + tiểu lưu vực 2, 11, 13 ứng với kịch 63 Hình 3.20 Diễn biến nồng độ PO43- tiểu lưu vực 2, 11, 13 ứng với kịch 63 Hình 3.21 Giao diện nhập thông tin mô điểm nguồn gây ô nhiễm 67 Hình 3.22 Bản đồ mơ tả vị trí điểm thải lựa chọn 68 Hình 3.24 Diễn biến hàm lượng BOD5 tiểu lưu vực 2, 11, 13 ứng với kịch 69 Hình 3.25 Diễn biến nồng độ NH4+ tiểu lưu vực 2, 11, 13 ứng với kịch 70 Hình 3.26 Diễn biến nồng độ NH4+ tiểu lưu vực 2, 11, 13 ứng với kịch 70 vii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT NH4+ Cation Amoni BVMT Bảo vệ môi trường BASINS Better Assessment Science Integrating Point and Nonpoint Sources BMP Best Management Practice (Thực hành quản lý tốt hơn) BOD5 Biological Oxygen Demand (Nhu cầu ôxy sinh học) COD Chemical Oxygen Demand (Nhu cầu ơxy hóa học) DO Dessolved Oxygen (Lượng oxy hịa tan) GIS Geographic Infhoặcmation System (Hệ thống thông tin địa lý) USGS United States Geological Survey (Cục Khảo sát Địa chất Hoa Kỳ) LV Lưu vực LVS Lưu vực sông SWMM Storm Water Management Model (mơ hình tính tốn thủy vănthủy lực) QCVN 08:2008/BTNMT UBND Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia chất lượng nước mặt Ủy ban nhân dân viii TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Bộ Kế hoạch đầu tư (2012), Khung quản lý môi trường xã hội, Dự án Quản lý ô nhiễm khu công nghiệp thuộc LVS Đồng Nai, sông Nhuệ - Đáy, Hà Nội [2] Bộ Tài nguyên Môi trường (2012), Báo cáo trạng môi trường quôc gia 2012 - Môi trường nước mặt lục địa, Hà Nội, tr.48 [3] Bộ Tài nguyên Môi trường (2008), QCVN 08:2008/BTNMT- Quy chuẩn ký thuật quốc gia chất lượng nước mặt, Hà Nội [4] Nguyễn Hữu Khải, Nguyễn Thanh Sơn (2003), Mơ hình tốn thủy văn, NXB Đại học quốc gia Hà Nội, Hà Nội [5] Sở tài nguyên môi trường tỉnh, thành phố: Hà Nội, Hà Nam, Nam Định, Ninh Bình, Hịa Bình (2007 – 2013), Báo cáo trạng môi trường địa phương [6] Nguyễn Thanh Sơn (2003), Tính tốn thủy văn, NXB Đại học quốc gia Hà Nội, Hà Nội [7] Nguyễn Thanh Sơn nhóm tác giả (2011), Khảo sát trạng tài nguyên nước lưu vực sơng Nhuệ Đáy, Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên công nghệ 27, số 1S, tr.277-234 [8] Tống Khánh Thượng (2005), Ứng dụng mô hình đánh giá chất lượng nước LVS Nhuệ phục vụ công tác quản lý môi trường, Luận văn tốt nghiệp, trường ĐHKHTN, Hà Nội [9] Tổng cục thống kê (2014), Niên giám thống kê 2013, NXB Thống kê, Hà Nội [10] Trung tâm Quan trắc môi trường, Tổng cục môi trường (2014), Báo cáo tổng hợp nhiệm vụ "Quan trắc môi trường nước Lưu vực sông Nhuệ - Đáy, Hà Nội [11] UBND tỉnh, thành phố: Hà Nội, Hà Nam, Nam Định, Ninh Bình, Hịa Bình (2006), Đề án tổng thể bảo vệ môi trường Lưu vực sông Nhuệ, sông Đáy đến năm 2020, tr.7-11 [12] UBND thành phố Hà Nội (2014), Báo cáo tình hình phát triển kinh tế - xã hội Thủ đô năm 2014 phương hướng, nhiệm vụ trọng tâm năm 2015, Hà Nội 78 [13] UBND tỉnh Hà Nam (2014), Báo cáo Tình hình kinh tế-xã hội năm 2014, mục tiêu nhiệm vụ chủ yếu năm 2015, Hà Nam [14] UBND tỉnh Hịa Bình (2014), Báo cáo tình hình kinh tế - xã hội năm 2014 kế hoạch phát triển kinh tế - xã hội năm 2015 Hịa Bình [15] UBND tỉnh Nam Định (2014), Báo cáo tình hình kinh tế - xã hội năm 2014 kế hoạch phát triển kinh tế - xã hội năm 2015, Nam Định [16] UBND tỉnh Ninh Bình (2014), Báo cáo Tình hình kinh tế-xã hội năm 2014, mục tiêu nhiệm vụ chủ yếu năm 2015, Ninh Bình [17] Ủy ban BVMT lưu vực Sông Nhuệ - Sông Đáy (2014), Báo cáo kết triển khai đề án tổng thể BVMT Lưu vực sông Nhuệ - sông Đáy giai đoạn2013 – 2014, Hà Nội [18] Văn phịng Chính Phủ, Bộ Xây Dựng (2013), Quyết định 681/QĐ-TTg- Phê duyệt Quy hoạch hệ thống thoát nước xử lý nước thải khu vực dân cư, khu công nghiệp thuộc lưu vực sông Nhuệ - sông Đáy đến năm 2030 Tiếng Anh [19] Andrew Battin, Russel Kinerson, Mohammed Lahlou, A Powerful Tool for Managing Watersheds, EPA's Better Assessment Science Integrating Point and Nonpoint Sources (BASINS) [20] EPA (2000), BASINS Case Study 1: Cottonwood Creek Watershed, Idaho [21] EPA (2004), Better Assessment Science Integrating point and Nonpoint Sources BASINS Version 3.1, US [22] EPA (2007), Better Assessment Science Integrating point and Nonpoint Sources - BASINS Version 4.0, US [23] EPA (1999), Technical Note 5: Using HSPEXP with BASINS/NPSM.”, Office of Water [24] EPA (2000), Technical Note 6: Estimating Hydrology and Hydraulic Parameters for HSPF [25] Ray C, Whittemore, John A Beebe, Good science or serendipitous modeling,EPA’s BASINS MODEL 79 [26] P.B Duda, P.R Hummel, A.S Donigian Jr, J.C Imhoff, BASINS/HSPF: Model use, calibration and validtion, p.1525-1528 [27] S.L Neisch, J.G Arnold, J.R Kiniry, J.R Williams (2009), Lecture 14: Instream water quality – Biochemical reactions, EPA’s BASINS MODEL [28] Wen, M., Y Zhang and W Zeng (2007), HSPF Model of the Streamflow Simulation for the Lower Flint River Watershed.- Proceedings of the 2007 Georgia Water Resources Conference Các website [29] USGS, http://gdex.cr.usgs.gov/gdex/ 80