Hệ thống hỗ trợ ra quyết định trong quản lý chất lượng nước – nghiên cứu điển hình lưu vực sông thị tính (tt)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH VIỆN MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN NGUYỄN HẢI ÂU HỆ THỐNG HỖ TRỢ RA QUYẾT ĐỊNH TRONG QUẢN LÝ CHẤT LƯỢNG NƯỚC – NGHIÊN CỨU ĐIỂN HÌNH: LƯU VỰC SƠNG THỊ TÍNH Chuyên ngành: SỬ DỤNG VÀ BẢO VỆ TÀI NGUYÊN MƠI TRƯỜNG Mã số: 62 85 15 01 TĨM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT NĂM 2016 Cơng trình hồn thành tại: VIỆN MƠI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUN ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Địa chỉ: 142 Tô Hiến Thành, Phường 14, Quận 10, TP HCM Điện thoại: 08 38651132 – 08 38637044 Fax: 08 38655670 Người hướng dẫn khoa học 1: PGS.TS Lê Thanh Hải Người hướng dẫn khoa học 2: PGS.TS Vũ Văn Nghị Phản biện độc lập 1: GS.TS Lê Mạnh Hùng Phản biện độc lập 2: PGS.TS Trương Mạnh Tiến Phản biện 1: PGS.TS Vũ Hoàng Hoa Phản biện 2: PGS.TS Lê Trình Phản biện 2: PGS.TS Lê Văn Trung Luận án bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Viện họp Viện Môi trường Tài nguyên ngày … tháng … năm 2016 Có thể tìm hiểu Luận án tại: Thư viện Viện Môi trường Tài nguyên Thư viện Khoa học Tổng hợp TP HCM MỞ ĐẦU SỰ CẦN THIẾT CỦA LUẬN ÁN Quản lý chất lượng nước lưu vực sông (LVS) ngày thu hút quan tâm nhiều nhà khoa học quản lý khắp nơi giới nhiệm vụ phức tạp, liên quan đến thủy văn, thủy động lực, tải lượng ô nhiễm chất lượng nước, mà đòi hỏi xem xét phạm vi rộng tác động xã hội, kinh tế môi trường Cùng với phát triển cơng nghệ máy tính GIS, hệ thống hỗ trợ định (DSS) nghiên cứu áp dụng lĩnh vực tài nguyên nước thông qua hệ thống kết nối gồm hệ thống quản lý sở liệu, hệ thống quản lý sở mơ hình hộp cơng cụ dựa tri thức tích hợp giao diện người dùng thơng qua đồ họa LVS Thị Tính lựa chọn nghiên cứu điển hình luận án lưu vực có chức quan trọng phát triển KT-XH tỉnh Bình Dương - tỉnh động nước thuộc Vùng kinh tế trọng điểm phía Nam Cùng với phát triển động KT-XH lưu vực, xu hướng chuyển đổi chức sử dụng đất từ nông nghiệp sang công nghiệp, tiểu thủ công nghiệp đất đô thị tạo nên sức ép lên tài nguyên môi trường nước lớn không ngừng gia tăng Mặt khác, LVS Thị Tính phụ lưu sơng Sài Gòn, thường xuyên bị ảnh hưởng triều, nhạy cảm với biến đổi khí hậu tương lai Do vậy, mục đích sử dụng nước sơng Thị Tính cấp nước cho sinh hoạt, cơng nghiệp, nông nghiệp, nuôi trồng thủy sản, dịch vụ vận tải thủy du lịch, đặc biệt đảm bảo an toàn cấp nước cho nhà máy nước Tân Hiệp nhà máy nước Thủ Dầu Một (lấy nước trực tiếp sơng Sài Gòn) Vì vậy, đề tài nghiên cứu NCS thực cần thiết cấp bách thực cho giải pháp khoa học chuyên ngành thực tiễn quản lý tài nguyên nước cấp độ LVS bối cảnh phát triển bền vững không riêng LVS Thị Tính, tỉnh Bình Dương mà bối cảnh chung cho địa phương khác đối mặt với nhiều thách thức quản lý tài nguyên nước, nguồn nước bị áp lực nhiều nhấn tố gây suy giảm MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN Xây dựng DSS quản lý chất lượng nước theo LVS nhằm kiểm soát quản lý bền vững tài nguyên nước điều kiện Việt Nam áp dụng cụ thể cho LVS Thị Tính Bao gồm mục tiêu cụ thể: 1) Phân tích, đánh giá tiềm nguồn nước lưu vực sơng Thị Tính; 2) Đánh giá chất lượng nước sơng Thị Tính, bao gồm phân tích, luận giải tiêu yếu tính tốn nguồn thải xác định nguyên yếu tố tác động đến chất lượng nước 3) Xác định mục tiêu quản lý chất lượng nước lưu vực sông, đề xuất giải pháp cải thiện phục hồi chất lượng nước sông thỏa mãn nhu cầu sử dụng an toàn cấp nước bảo vệ môi trường 4) Xác định thành phần DSS quản lý chất lượng nước lưu vực sơng sở phân tích tính khả thi thành phần, mối tương tác khả tích hợp chúng 5) Đề xuất khung hỗ trợ định quản lý chất lượng nước lưu vực sông sở tiếp cận ứng dụng kỹ thuật cơng nghệ sẵn có giai đoạn phát triển khoa học cao nay, cụ thể đầu tư cơng tác thực địa, phân tích thống kê, mơ hình mơ cơng nghệ GIS 6) Xây dựng DSS cho lưu vực sông Thị Tính nhằm giúp nhà quản lý có định hợp lý công tác cấp phép đầu tư, kiểm sốt nhiễm cấp phép xả thải; CÁCH TIẾP CẬN NGHIÊN CỨU DSS thường xây dựng theo hướng tiếp cận: phương pháp tiếp cận độc lập (Stand-Alone) phương pháp tiếp cận mơ hình khung (Framework) Luận án phát triển theo hướng tiếp cận mơ hình khung điều kiện Việt Nam áp dụng cụ thể cho LVS Thị Tính (xem Hình 2) Thu thập tài liệu Tổng hợp, xử lý số liệu Biến đổi khí hậu Xây dựng giải pháp cải thiện CLN sông Đo đạc bổ sung liệu Mơ hình thủy văn Đánh giá tiềm nguồn nước Mơ hình thủy lực Xây dựng kịch tác động đến CLN sơng Mơ hình chất lượng nước Ứng dụng kỹ thuật phân tích thống kê đa biến xác định thông số CLN đặc trưng lưu vực nghiên cứu Lựa chọn thông số CLN mô Khả chịu tải Mục tiêu quản lý CLN lưu vực sông Xây dựng DSS quản lý CLN lưu vực sơng Hình Sơ đồ phương pháp nghiên cứu cách tiếp cận luận án ĐĨNG GĨP CỦA LUẬN ÁN Luận án có đóng góp sau:  Luận án áp dụng kỹ thuật thống kê đa biến (gồm phân tích cụm, phân tích thành phần chính/phân tích nhân tố) để phân tích chuỗi số liệu quan trắc chất lượng nước hàng năm, từ lựa chọn thơng số đặc trưng cho quản lý chất lượng nước sông Thị Tính DO BOD5 Hai thơng số phù hợp với đặc trưng ô nhiễm nguồn nước nguồn gây nhiễm lưu vực sơng Thị Tính (chủ yếu nhiễm hữu cơ) Kỹ thuật sàng lọc cho phép rút ngắn thời gian nguồn lực cho công tác quản lý chất lượng nước cấp độ lưu vực sông đáp ứng mục tiêu quản lý quan trọng  Luận án áp dụng cơng cụ mơ hình MIKE 11 (NAM, MIKE 11 HD, MIKE 11 Ecolab) để tính tốn mơ chế độ dòng chảy, thủy lực chất lượng nước cho lưu vực sơng Thị Tính Đặc biệt luận án tiến hành phân tích, dự báo diễn biến chất lượng nước sơng Thị Tính theo kịch xả thải khác theo điều kiện thủy văn khác để xem xét, đánh giá cách toàn diện khả chịu tải sơng Thị Tính, làm sở cho việc định quản lý chất lượng nước cấp độ lưu vực sông  Luận án đưa cách tiếp cận ứng dụng DSS quản lý chất lượng nước cấp độ lưu vực sông điều kiện Việt Nam sở kết hợp “tiềm nguồn nước sông” “khả chịu tải sông” từ phân tích xây dựng khung DSS quản lý chất lượng nước nhằm kiểm soát quản lý bền vững tài nguyên nước  Luận án ứng dụng thành công khung DSS trường hợp quản lý chất lượng nước lưu vực sơng Thị Tính dựa điều kiện ràng buộc khả tiếp nhận nước thải sông phương pháp mô Hệ thống gồm module: Module hỗ trợ định quản lý chất lượng nước thường xuyên, Module hỗ trợ định có cố Module hỗ trợ xem xét cấp phép cho dự án đầu tư Kết nghiên cứu xây dựng thành chương trình “DSS-ThiTinh” với giao diện thân thiện WebGIS để hỗ trợ cho công tác quản lý CẤU TRÚC CỦA LUẬN ÁN Luận án gồm 129 trang Ngoài phần mở đầu kết luận luận án có chương nội dung sau: Chương 1: Tổng quan vấn đề nghiên cứu có liên quan (31 trang); Chương 2: Cơ sở lý thuyết tài liệu tính tốn (40 trang); Chương 3: Kết thảo luận (44 trang) Luận án có 25 bảng, 63 hình, 109 tài liệu tham khảo (68 tài liệu tiếng Anh, 41 tài liệu tiếng việt) phụ lục bao gồm: Phụ lục A: DSS lĩnh vực quản lý tổng hợp chất lượng nước; Phụ lục B: mô hình thủy văn – thủy lực chất lượng nước sử dụng hệ thống hỗ trợ định; Phụ lục C: Đồ thị diễn biến trạng chất lượng nước lưu vực sơng Thị Tính; Phụ lục D: Lưu lượng dòng chảy trung bình nhiều năm, đặc trưng lưu vực, phân phối xác xuất dòng chảy năm lưu lượng dòng chảy trung bình theo tần suất thiết kế TLV sơng Thị Tính; Phụ lục E: Tổng hợp số liệu nguồn thải sở phân tán năm 2012 lưu vực sông Thị Tính; Phụ lục F: danh mục vẽ luận án; Phụ lục G: Hình ảnh khảo sát thực địa LVS Thị Tính; CHƯƠNG TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN 1.1 Khái quát tài nguyên nước Quản lý chất lượng nước sông phải xem xét, thực toàn LVS cách tiếp cận phù hợp với xu hướng phát triển Chất lượng nước sông bảo vệ theo mục đích sử dụng cần phải kết hợp kiểm sốt chặt nguồn (kiểm soát nội tại) lưu vực khả chịu tải sơng (kiểm sốt từ bên ngồi hay kiểm sốt kết quả), từ đề chiến lược, kế hoạch quản lý phù hợp Hay nói cách khác, người định cần xem xét đồng thời hai yếu tố tiến hành cấp phép xả thải, quy hoạch phát triển KTXH lưu vực, có giải pháp hiệu để tăng cường khả tiếp nhận nước thải sông giải pháp tăng lưu lượng nước cho mùa khơ cách điều tiết dòng chảy mùa mưa sang mùa khơ cơng trình hồ chứa, chuyển nước từ lưu vực có lượng nước dồi hơn, trồng rừng để tăng cường thêm dòng ngầm, nạo vét sơng tạo thơng dòng chảy) 1.2 Đánh giá chất lượng nguồn nước khả tiếp nhận Các phương pháp đánh giá chất lượng nước khả chịu tải gồm:  Phân tích đánh giá chất lượng nước sông (phương pháp truyền thống so sánh với Quy chuẩn, số chất lượng nước thống kê đa biến)  Đánh giá dự báo khả tiếp nhận nước thải sơng (phương pháp bảo tồn khối lượng; phương pháp mơ hình tốn) 1.3 Hệ thống hỗ trợ định quản lý chất lượng nước Cùng với phát triển công nghệ máy tính nhu cầu người sử dụng mục tiêu quản lý, cấu trúc thành phần DSS phát triển quốc gia khác Tuy nhiên, DSS quản lý chất lượng nước nói riêng quản lý bền vững nguồn nước nói chung phát triển dựa cách tiếp cận chung mà Sprague Clarlson (1982) đề xuất khung bao gồm thành phần trình tự thành phần DSS Trong đó, quản lý liệu xem thành phần trung tâm tạo điều kiện thuận lợi cho người dùng giao tiếp với thành phần quản lý mơ hình để hỗ trợ định (mơ hình mơ mơ hình định) Cả hai mơ hình bổ sung cho để đáp ứng tất yêu cầu người dùng, mô ước lượng giải pháp tối ưu theo thứ tự định Trong lĩnh vực quản lý tài nguyên nước nói chung quản lý chất lượng nước nói riêng có số DSS xây dựng sử dụng nhiều quốc gia giới như: CWMS, DBAM, RiverSpill, WQModel, AQUARIUS, CALSIM, WATERSHEDSS, DELFT-TOOLS, Czech DSS, ModSim, Modulus, Elbe-DSS, INDIAN-DSS, Songhua-DSS, Waterstrategyman, MULINO DSS, DSS-WMRJ Tất hệ thống xây dựng bao gồm công cụ quản lý liệu, phân tích liệu khơng gian tích hợp với nhiều mơ hình mơ phỏng, mơ hình tối ưu hóa theo mục tiêu quan điểm quản lý bền vững TNN Do vậy, luận án tập trung vào tổng quan DSS xây dựng phát triển giới theo nội dung gồm: (1) Quản lý sở liệu; (2) Mơ hình thủy văn; (3) Mơ hình thủy lực chất lượng nước; (4) Mơ hình định; (5) Giao diện người dùng Trong năm gần đây, hướng tiếp cận quản lý tổng hợp tài nguyên nước theo LVS Việt Nam quan tâm, bước đầu thành lập Ủy ban bảo vệ môi trường LVS cho hệ thống sông lớn Đồng Nai, Sông Nhuệ - sông Đáy,…tuy nhiên hoạt động ủy ban bảo vệ môi trường LVS chuyên gia đánh giá hoạt động chưa hiệu mơ hình quản lý chưa phù hợp, nhân kiêm nhiệm, công cụ hỗ trợ quản lý nhiều hạn chế Các cơng cụ kỹ thuật hỗ trợ định mơ hình mơ mơ hình tối ưu, hệ thống thơng tin địa lý (GIS), phân tích đa tiêu chí, nghiên cứu nhiều cấp độ khác giúp cho nhà quản lý định lĩnh vực quản lý DSS quản lý tài nguyên nước nói chung chất lượng nước nói riêng hướng tiếp cận Việt Nam, như: khung hỗ trợ định quản lý tài nguyên LVS Cả (2009); DSS quản lý tổng hợp tài nguyên nước: Thử nghiệm phân tích quản lý đập Đakmi (2003); Hệ thống hỗ trợ giải tranh chấp tài nguyên nước LVS Ba H T L Hương cộng (2003) Tuy nhiên, chưa có nghiên cứu Việt Nam xây dựng DSS quản lý chất lượng nước theo cấp độ LVS Do hướng tiếp cận nghiên cứu luận án góp phần xây dựng phương pháp luận phát triển nghiên cứu ứng dụng DSS quản lý bền vững tài nguyên nước tương lai 1.4 Mô tả lưu vực nghiên cứu Sơng Thị Tính phụ lưu tả ngạn sơng Sài Gòn bắt nguồn từ huyện Bình Long (tỉnh Bình Phước), chảy qua địa phận tỉnh Bình Dương chủ yếu huyện Dầu Tiếng, Bến Cát phần thị xã Thủ Dầu Một địa hình gò đồi thấp đổ vào sơng Sài Gòn vị trí có tọa độ địa lí 106o35’30” kinh độ Đông 11o02’32” vĩ độ Bắc, nơi giáp ranh huyện Bến Cát huyện Củ Chi Sông Thị Tính có chiều dài khoảng 60 km, có nhiều phụ lưu nhỏ (suối Cam Xe, suối Đá Yêu, suối Hồ Muồng, suối Nhà Mát, suối Cầu Trệt, suối Đông Sổ, suối Cầu Đò, suối Bến Trắc,…) với diện tích tổng lưu vực khoảng 882 m2 Sơng Thị Tính sông quan trọng cung cấp nước cho hoạt động công nghiệp sinh hoạt (dự kiến Nhà máy nước Tân Định An công suất 15.000 m3/ngày), tưới cho sản xuất nông nghiệp Đồng thời, sông Thị Tính nguồn tiếp nhận nước thải khu công nghiệp, cụm công nghiệp, sở sản xuất phân tán với tổng lưu lượng nước thải khoảng 32.000 m3/ngày đêm nước thải sinh hoạt từ cụm dân cư, nước mưa chảy tràn lưu vực CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ TÀI LIỆU TÍNH TỐN 2.1 Lý thuyết DSS quản lý chất lượng nước 2.1.1 Thành phần khung DSS tổng quát để quản lý chất lượng nước Khung DSS tổng quát gồm thành phần chính:  Quản lý liệu sở Phần quản lý liệu sở sử dụng sở liệu quan hệ giúp cho việc kết nối trao đổi thông tin với mơ hình thuận lợi thơng qua giao diện người dùng Các liệu sở bao gồm liệu đặc tính lưu vực (địa hình, khí tượng thủy văn (mưa, bốc hơi, nhiệt độ), số liệu thủy văn (mặt cắt, lưu lượng, mực nước), sử dụng đất, thổ nhưỡng, thảm phủ, chất lượng nước sông) liệu nguồn thải, cơng trình nước, khai thác sử dụng nước liệu khác Toàn liệu điều số hóa lưu trữ dạng liệu khơng gian liệu thuộc tính GIS  Mơ hình mơ Các mơ hình mơ bao gồm mơ hình mưa – dòng chảy, thủy lực, tải khuếch tán chất lượng nước Các mơ hình cho phép mơ hồn ngun chuỗi dòng chảy từ mưa, mơ chế độ dòng chảy sơng dự báo chất lượng nước sông theo kịch giải pháp  Quản lý sở kiến thức Cơ sở kiến thức phần quan trọng DSS, nội dung chủ yếu sở quản lý kiến thức chuyên ngành Trong luận án này, sở kiến thức vào gồm: mục tiêu quản lý chất lượng nước sông Thị Tính, kịch xả thải nước thải vào nguồn nước (hiện trạng quy hoạch đến năm 2020), giải pháp bổ sung nguồn nước từ bên lưu vực nhằm cải thiện chất lượng nước sơng Thị Tính  Mơ hình định Mơ hình định quản lý chất lượng nước bao gồm mơ hình định quản lý nước thường xuyên mô hình định có cố xả thải Trong sơ đồ thành phần DSS Hình 2-2 nhóm kịch giải pháp đề xuất để người định lựa chọn nhằm đạt mục tiêu quản lý  Kịch giải pháp Các kịch đề xuất bao gồm kịch trạng quy hoạch phát triển KT-XH lưu vực dự báo xa tương lai với kịch biến đổi khí hậu, đặc biệt mực nước biển dâng Mục đích kịch xây dựng xoay quanh hành động kiểm soát nguồn thải dự báo cố môi trường cố vỡ hệ thống XLNT tập trung, hành vi xả trộm nước thải chưa qua xử lý môi trường Bên cạnh kịch bản, số trường hợp chất lượng nước kịch bị ô nhiễm, khả tự làm hay khả đồng hóa chất nhiễm nhà quản lý xem xét đến giải pháp cải thiện , phục hồi chất lượng nước sông như: kiểm soát nguồn thải, trồng rừng, giảm thải lượng, hệ thống thu gom xứ lý, nạo vét khai thông luồn lạch, điều tiết dòng chảy thượng ngồn cơng trình thủy lợi, xem xét để chuyển nước bổ sung từ lưu vực khác sông Tuy nhiên, luận án 11 số giải pháp đề xuất trình diễn phù hợp với điều kiện đặc thù lưu vực 12 2.2 Phương pháp giải thành phần DSS  Phương pháp thống kê: (1) Phương pháp thống kế đa biến (CA, PCA/FA) đánh giá chất lượng nước; (2) Tính tốn dòng chảy năm theo tần suất thiết kế  Phương pháp mơ hình tốn (NAM, MIKE 11 HD, AD, Ecolab) Ngồi phương pháp trên, Luận án sử dụng phương pháp truyền thống khác kế thừa, thống kê, chun gia 2.3 Tài liệu tính tốn Tài liệu tính tốn bao gồm: (1) Sơ đồ hóa mạng lưới sơng, suối LVS Thị Tính; (2) Phân định tiểu lưu vực thuộc LVS Thị Tính; (3) Tài liệu mưa; (4) Tài liệu bốc hơi; (5) Tài liệu thủy văn; (6) Tài liệu chất lượng nước; (7) Số liệu nguồn thải LVS Thị Tính; (8) Tài liệu thực trạng xâm nhập mặn CHƯƠNG 3.1 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN KẾT QUẢ CÁC THÀNH PHẦN DSS LƯU VỰC SƠNG THỊ TÍNH 3.1.1 Đánh giá chất lượng nước phương pháp đa biến Từ kết phân tích số liệu theo MSA, cho thấy chất lượng nước sơng Thị Tính đánh giá dựa vào thành phần gồm: thơng số bị ảnh hưởng nguồn ô nhiễm nhân tạo (83,3%) thành phần thông số bị tác động yếu tố tự nhiên (55,4%) Kết phân tích rõ cần phải kiểm sốt nguồn thải giàu hữu dinh dưỡng có nguồn gốc từ nguồn thải như: nước thải chăn nuôi, chế biến hải sản nước thải sinh hoạt, ngành sản xuất) Như vậy, thông số chất lượng nước DO, BOD5 hai thông số đại diện lựa chọn thông số đặc trưng cho chất lượng sơng Thị Tính cần phải nhận diện kiểm sốt 3.1.2 Mơ hình mơ mưa dòng chảy, thủy lực chất lượng nước Các mơ hình mưa – dòng chảy (NAM), mơ hình thủy lực, mơ hình chất lượng nước thiết lập, hiệu chỉnh kiểm định, mơ hình ổn định Tiềm nguồn nước sơng Thị Tính đánh giá thơng qua đặc trưng dòng chảy tiểu lưu vực thuộc LVS Thị Tính; Dòng chảy năm; dòng 13 chảy chảy mùa, tính tốn dòng chảy năm/mùa thiết kế Kết tính tốn cho thấy lưu lượng dòng chảy năm/mùa theo tần suất khác nhau, ví dụ TLV Thị Tính giá trị lưu lượng mùa lũ/mùa kiệt tương ứng với tần suất Q10 = 24,8/6,6 m3/s; Q50 = 16,7/3,9 m3/s; Q90 = 8,7/1,2 m3/s Các kịch mô chất lượng nước gồm: kịch trạng nguồn thải lưu vực; kịch Quy hoạch phát triển KTXH đến năm 2020; kịch thu gom xử lý nước thải đô thị đạt cột A quy chuẩn QCVN 14:2008/BTNMT 25 kịch cố vỡ hệ thống xử lý nước thải 3.2 DSS LƯU VỰC SƠNG THỊ TÍNH (THITINH-DSS) Mơ hình hỗ trợ định ThiTinh-DSS bao gồm ba mơ đun chính: mơ hình hỗ trợ định quản lý nước thường xun, mơ hình hỗ trợ định có cố mơ hình hỗ trợ xem xét cấp phép cho dự án đầu tư Sơ đồ note tính tốn mơ chất lượng nước sơng Thị Tính vị trí nguồn thải điểm lưu vực trình bày Hình 3-45 Mơ đun (M1): Mơ hình hỗ trợ định quản lý nước thường xuyên Như trình bày phần trước, BOD DO hai thông số lựa chọn để đánh giá kết qủa mô chất lượng nước theo kịch xả thải theo dự báo phát triển KT-XH lưu vực biện pháp kiểm soát nguồn thải thực thi Mơ hình định đề xuất dựa hoạt động kiểm sốt nhiễm nước phổ biến Việt Nam, chất lượng nước sông phải đảm bảo mục đích sử dụng nguồn nước sơng Thị Tính cột A2 Quy chuẩn QCVN 08-MT:2015/BTNMT, nghĩa nồng độ oxy hòa tan phải lớn BOD5 nhỏ vị trí dọc theo dòng sơng Thị Tính Trường hợp kết so sánh thỏa mãn mục tiêu quản lý nghĩa sơng khả chịu tải, người định lựa chọn kịch phát triển KT-XH tương ứng trường hợp ngược lại sơng khơng khả chịu tải, người định phải lựa chọn giải pháp kiểm sốt nhiễm giải pháp tăng khả tự làm sông nhằm cải thiện chất lượng nước sông đạt mục tiêu quản lý Người định lựa chọn phương án tốt thỏa mục tiêu giá trị DO nhỏ vị trí thời gian phải lớn DO quy chuẩn (𝐷𝑂𝑠𝑡𝑑 ≥ 4𝑚𝑔/𝑙) đồng thời giá trị lớn BOD5 vị trí thời gian phải nhỏ BOD5 quy chuẩn (𝐵𝑂𝐷𝑠𝑡𝑑 ≤ 6𝑚𝑔/𝑙) 14 Ràng buộc chất lượng nước: Đối với nồng độ DO sông: i , j ,t MinOFDO  DOstd , với (j,t) Đối với nồng độ BOD sông: i , j ,t MaxOFBOD  BODstd , với (j,t) Trong đó: i: thứ tự kịch thứ i (KBi) j: vị trí tính tốn dọc theo chiều dài sơng (j); DOstd : Nồng độ oxy hòa tan theo quy chuẩn QCVN 08-MT:2015/BTNMT; BODstd : Nồng độ BOD theo quy chuẩn QCVN 08-MT:2015/BTNMT; OFi,j,tDO: Giá trị DO vị trí j thời gian t tương ứng với kịch thứ i OFi,j,tBOD: Giá trị BOD5 vị trí j thời gian t tương ứng với kịch thứ i Mơ đun (M2): Mơ hình hỗ trợ định có cố xả thải Mơ hình hỗ trợ định có cố cung cấp thông tin cho người định thơng qua chương trình dự báo nhanh chất lượng nước sơng tất note tính tốn có cố Kết dự báo nhanh có ý nghĩa lớn thực tiễn quản lý chất lượng nước sơng cho nhà quản lý, kịp thời cung cấp thông tin cho nhà quản lý phạm vi mức độ tác động cố từ đưa kế hoạch hành động xử lý công báo thông tin cho cộng đồng thời gian nhanh nhất, giúp cộng đồng có kế hoạch ứng phó, giảm tối đa thiệt hại kinh tế hay hiệu sản xuất Trên thực tế cố lưu vực làm thay đổi chất lượng nước sơng lớn khó dự báo kịch mơ mang tính phổ qt Tuy nhiên, cố vỡ hệ thống xử lý nước thải hành vi xả trộm nước thải chưa xử lý môi trường nguồn thải tập trung lưu vực (sau gọi chung cố xả thải) thông thường xảy theo hai trường hợp: (1) Xảy cố xả thải (2) Nhiều cố xả thải thời 15 điểm Do vậy, Mô đun xây dựng chương trình tính tốn cho hai trường cách tiếp cận sau: Hình 3-45 Sơ đồ note tính tốn mơ chất lượng nước sơng Thị Tính vị trí nguồn thải điểm lưu vực (1) Trường hợp (M21): Xảy cố xả thải Toàn kịch tương ứng với cố xả thải nguồn thải tập trung lưu vực xây dựng sẵn từ mơ hình mơ phỏng, ví dụ trường hợp LVS Thị Tính có 25 kịch tương ứng với 25 nguồn thải tập trung lưu vực Tất kết kịch lưu trữ sở liệu Chương trình, có cố xảy người định cần truy xuất để lấy thông tin tương tự mô đun M21 16 Ràng buộc chất lượng nước: Đối với nồng độ DO sông: i , j ,t MinSC DO  DOstd , với (j,t) Đối với nồng độ BOD sông: i , j ,t MaxSC BOD  BODstd , với (j,t) (3.3) (3.4) Trong đó: i: thứ tự kịch cố thứ i (KBi) j: vị trí tính tốn dọc theo chiều dài sông (j); DOstd : Nồng độ oxy hòa tan theo quy chuẩn QCVN 08-MT:2015/BTNMT; BODstd : Nồng độ BOD theo quy chuẩn QCVN 08-MT:2015/BTNMT; SCi,j,tDO: Giá trị DO vị trí j thời gian t tương ứng với kịch thứ i SCi,j,tBOD: Giá trị BOD5 vị trí j thời gian t tương ứng với kịch thứ i (2) Trường hợp (M22): Nhiều cố xả thải thời điểm Dựa vào liệu kịch xả thải cho kịch đơn lẻ, trường hợp có nhiều cố xả thải thời điểm, chương trình kết hợp kết mơ hình tốn với cơng nghệ GIS, cách chồng lớp đồ kịch đơn lẻ để tính toán giá trị tất note tính tốn, từ phân vùng chất lượng sơng sau cố tương ứng Giá trị note tính tốn tính tốn theo cách tiếp cận cân vật chất, cơng thức tính tốn: n BODSCij = ∑ BODSCDij − (n − 1) × BODKSCj i Ràng buộc chất lượng nước: Đối với nồng độ DO sông: MinDOSCit, j  DOstd , với (j,t) 17 (3.5) Đối với nồng độ BOD sông: MaxBODSCit, j  BODstd , với (j,t) Trong đó:  DOSCij, BODSCij: nồng độ DO, BOD sau xảy (i) cố vị trí (j)  DOKSCj, BODKSCj: nồng độ DO, BOD khơng có xảy cố vị trí (j)  DOSCDij, BODSCDij: nồng độ DO, BOD sau xảy cố vị trí (j) Mơ đun (M3): Hỗ trợ xem xét cấp phép cho dự án đầu tư Mặc dù kịch trạng cho thấy sơng Thị Tính khơng khả chịu tải dọc theo chiều dài sơng Tuy nhiên, áp dụng số giải pháp kiểm sốt nhiễm đề xuất kịch kiểm sốt nhiễm sơng Thị Tính khả tiếp nhận nước thải thêm thải lượng định Trong trường hợp này, với mục tiêu phát triển kinh tế, dự án đầu tư có hệ thống xử lý nước thải đạt quy chuẩn cho phép quan quản lý (người định) dựa vào thông tin để cân nhắc vấn đề Mô đun đề xuất với mục đích tra cứu nhanh khả tiếp nhận nước thải sông phải tiếp nhận thêm lượng nước thải định theo yêu cầu doanh nghiệp để từ đưa định nên hay không nên cấp phép đầu tư Hiểu cách đầy đủ dựa vào dự báo theo kịch sẳn có để tính tốn dự báo nhanh khả tiếp nhận sơng Thị Tính.Dừa vào lý thuyết cân vật chất 𝑄𝑡 × 𝐶𝑡 + 𝑄1 × 𝐶1 , 𝑄𝑟1 = 𝑄𝑡 + 𝑄1 𝑄𝑡 + 𝑄1 𝑄𝑟1 × 𝐶𝑟1 × 𝑘 + 𝑄2 × 𝐶2 = , 𝑄𝑟2 = 𝑄𝑟1 + 𝑄2 𝑄𝑟1 + 𝑄2 𝐾ℎ𝑖 𝑖 = 1: 𝐶𝑟1 = 𝐾ℎ𝑖 𝑖 = 2: 𝐶𝑟2 - 18 𝐾ℎ𝑖 𝑖 = 𝑛: 𝐶𝑟𝑛 = 𝑄𝑟(𝑛−1) × 𝐶𝑟(𝑛−1) × 𝑘 + 𝑄𝑛 × 𝐶𝑛 , 𝑄𝑟𝑛 = 𝑄𝑟(𝑛−1) + 𝑄𝑛 𝑄𝑟(𝑛−1) + 𝑄𝑛 Trong đó: Q1, C1 Q2, C2 : lưu lượng nồng độ note 1, dọc theo sông (được xác định từ mơ hình mơ phỏng); (Qr1, Cr1), (Qr2, Cr2), (Qr(n-1)Cr(n-1)), (Qn, Cn): lưu lượng nồng độ BOD note 1, 2, n dọc theo sông sau tiếp nhận nước thải (Qt, Ct); f: hệ số tự làm đoạn sông từ điểm j đến điểm j+1 Theo [108] hệ số f = K2/K1, đó: Cơng thức Owens Gibbs: K = 5,32 U0,67/h1,85 Công thức Wrigh McDonne: K1 = 99,3 Q-0,49 Ngồi ra, f xác định từ mơ hình mơ Mike 11 Ecolab 3.3 ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP QUẢN LÝ CHẤT LƯỢNG NƯỚC CHO LƯU SÔNG THỊ TÍNH 3.3.1 Xác định lưu lượng tối thiểu bổ sung nguồn nước cho sơng Thị Tính Trong nghiên cứu giải pháp cải thiện chất lượng nước sông lựa chọn tăng lưu lượng dòng chảy cho sơng Thị Tính vào mùa khơ Để xác định lưu lượng tối thiểu cần bổ sung phương pháp thử dần lựa chọn, phương pháp mô lưu lượng thượng nguồn dần tăng lên từ giá trị lưu lượng trung bình nhiều năm (m3/s) theo tần suất thiết kế tương ứng: P = 5%; 10%; 50%; 75%; 90% Qn < Qmin < Ql Bảng 3-17 Bảng lưu lượng Qmin theo tần suất thiết kế Tần suất Giá trị lưu lượng năm Giá trị lưu lượng mùa lũ P (%) 10 50 75 90 Qn (m3/s) 14,7 13,5 9,2 7,0 5,0 27,1 24,8 16,7 12,5 8,7 Ql (m /s) Kết mô chất lượng nước sơng Thị Tính theo tần suất theo Bảng 3-17 trình bày Bảng 3-19 Hình 3-53 Kết cho thấy với lưu 19 lượng trung bình 20m3/s chất lượng nước dọc theo sơng Thị Tính đạt quy chuẩn QCVN08-MT:2015/BTNMT (cột A2) Như vậy, song song với việc kiểm sốt nhiễm từ nguồn thải tập trung bổ sung thêm vào lưu lượng vào sơng Thị Tính tương ứng với tần suất P = 5%; 10%; 50%; 75%; 90% lưu lượng là: 12,7; 13,4; 16,1;17,6; 18,8 m3/s (xemBảng 3-18) BOD5(mg/l) THITINH 1273.85 Q5 Q10 THITINH 17016.5 Q15 THITINH 25772 Q20 Q25 THITINH 36844.2 QCVN08:2008/BTNMT Hình 3-53 Biểu đồ diễn biến nồng độ BOD5 lớn theo lưu lượng thượng nguồn 3.3.2 Đề xuất nguồn nước bổ sung nguồn nước cho sơng Thị Tính Với lưu lượng Q tối thiểu cần bổ sung vào lưu lượng dòng chảy cho sơng Thị Tính từ 12,7 m3/s (p = 5%) cho năm nhiều nước đến 18,8 m3/s (p = 90%) cho năm nước nguồn lấy từ nguồn sau: 3.3.2.1 Xây dựng hồ chứa thượng nguồn để điều phối lưu lượng dòng chảy từ mùa mưa sang mùa khơ Theo tài liệu nghiên cứu trước đây, thượng nguồn sơng Thị Tính có xây dựng đập Hàng Nù tạo thành hồ chứa nước nhân tạo có diện tích hồ 46ha diện tích lưu vực hồ 275,2 km2 phục vụ cho mục đích cấp nước tưới cho đất nơng nghiệp cấp nước cho Nhà máy nước Tân Định An có cơng suất thiết kế 20 15.000 m3/năm Tuy nhiên, thực tế khảo sát khu vực cho thấy đập bị vỡ khơng khả chứa nước nhà máy nước Tân Định An không xây dựng Dựa vào mô đun dòng chảy từ kết tính tốn mơ từ mơ hình mưa – dòng chảy tiểu lưu vực Thị Tính ta tính tốn lưu lượng dòng chảy trung bình năm, trung bình mùa lũ, trung bình mùa kiệt là: 5,3m3/s; 9,6m3/s 2,2m3/s Như đầu tư xây dựng cơng trình lại đập Hàng Nù để chứa nước điều phối dòng chảy từ mùa lũ sang mùa mưa khả tự làm sơng Thị Tính cải thiện 3.3.2.2 Chuyển nước từ lưu vực khác (hồ Phước Hòa) đến cung cấp cho dòng sơng Thị Tính Trường hợp lưu lượng chỗ (nghĩa lưu vực) không đáp ứng yêu cầu lưu lượng tối thiểu lượng nước chuyển từ lưu vực khác chuyển Việc chuyển nước từ lưu vực sang lưu vực khác nhằm mục đích sử dụng hiệu nguồn tài nguyên nước lưu vực tiến đến phát triển bền vững tài nguyên nước Tuy nhiên, việc chuyển nước vấn đề phức tạp nhạy cảm ảnh hưởng lớn đến phát triển KT-XH môi trường cho lưu vực chuyển nước vùng hạ lưu Cơng trình thủy lợi Phước Hòa xây dựng quy hoạch chuyển nước sang hồ Dầu Tiếng với lưu lượng tính tốn đạt từ 47,5 đến 41,8 m3/s vào năm nhiều nước (P10%) từ 38,5 đến 48,2 m3/s cho năm nước trung bình (P50%); 35,4 đến 35,4 m3/s cho năm nước (P90%) để cung cấp cho nước tưới xả đẩy mặn cho sơng Sài Gòn Trên thực tế nay, lượng nước chuyển từ Hồ Phước Hòa chuyển sang hồ Dầu Tiếng 30m3/s, lượng nước lại từ đến 18 m3/s năm nước trung bình (P50%) làm nguồn bổ cập cho sơng Thị Tính Mặt khác, lưu lượng xả đẩy mặn từ Hồ Dầu Tiếng cho sơng Sài Gòn trung bình từ 40 đến 60 m3/s Do lấy phần lưu lượng xả mặn cấp nước sơng Thị Tính vừa cải thiện chất lượng sơng Thị Tính lại vừa đẩy mặn từ sơng Sài Gòn KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN 21 DSS ngày đóng vai trò quan trọng quản lý mơi trường nói chung quản lý chất lượng nước cấp độ LVS nói riêng trước bối cảnh khai thác sử dụng tài nguyên không ngừng cho nhu cầu phát triển linh tế xã hội Với ý nghĩa luận án tiến hành nghiên cứu xây dựng DSS để quản lý chất lượng nước sông cho nghiên cứu điển hình LVS Thị Tính, lưu vực có nguồn thải lớn phức tạp từ khu công nghiệp, nguồn thải nông nghiệp, sinh hoạt từ khu dân, v.v… mối liên quan với an toàn cấp nước cho nhà máy nước Tân Hiệp Thủ Dầu Một sơng Sài Gòn Từ kết nghiên cứu Luận án rút số kết luận sau: (1) Tổng hợp đưa khung cấu trúc DSS cho quản lý chất lượng nước sông với thành phần phương pháp tiếp cận giải từ đầu vào đầu cuối theo hướng tiếp cận mơ hình khung (Framework) thích hợp điều kiện Việt Nam sở kết hợp tiềm nguồn nước khả chịu tải sông (2) Trong đánh giá chất lượng nước, kỹ thuật thống kế đa biến (phân tích cụm, phân tích thành phần chính/phân tích nhân tố) áp dụng thành cơng chuỗi số liệu quan trắc hàng năm Cách tiếp cận hoàn toàn so với nghiên cứu trước đánh giá CLN LVS Thị Tính (chủ yếu dựa vào tiêu chuẩn/Quy chuẩn số CLN – WQI mà chưa xem xét đến thông tin đặc trưng CLN theo chuỗi thời gian) Kết lựa chọn thông số đặc trưng DO, BOD5 cần phải nhận diện kiểm soát, làm sở dự báo CLN sông theo kịch bản/giải pháp quản lý (3) Thông qua mơ hình NAM, hồn ngun lưu lượng dòng chảy từ mưa với chuỗi liệu 33 năm đủ dài (tức mẫu đại diện cho tổng thể kiểm định theo tiêu chuẩn thống kê với khoảng tin cậy 5%); sau đó, tính tốn đặc trưng dòng chảy năm, mùa (lưu lượng, tổng lượng, mơđun dòng chảy, hệ số dòng chảy, lớp dòng chảy hệ số dòng chảy); phân tích diễn biến dòng chảy qua năm; tính tốn tiềm nguồn nước theo tần suất thiết kế để đánh giá năm nước, năm nước trung bình năm nhiều nước Phần đưa nhìn tồn diện cách thức đánh giá tiềm nguồn nước lưu vực theo nguyên lý thủy văn, khía cạnh/đầu vào cho quản lý khai thác, mô kiểm soát chất lượng nước 22 (4) Ứng dụng thành cơng mơ hình thủy động lực học chất lượng nước, đó: luận giải lựa chọn mơ hình MIKE 11 HD, AD Ecolab; thu thập liệu, điều tra khảo sát thực địa bổ sung (đo mặt cắt địa hình ngang sơng, đo lưu lượng, mực nước lấy mẫu phân tích chất lượng nước); xử lý liệu đầu vào mơ hình; hiệu chỉnh kiểm định mơ hình đạt kết tốt với tiêu chuẩn đánh giá thống kê biểu đồ trực quan; xây dựng kịch tính tốn (kịch trạng, kịch quy hoạch đến năm 2020 kịch KSON, kịch có cố xả thải giải pháp cải thiện chất lượng nước sơng Thị Tính); mơ dòng chảy CLN theo kịch tính tốn để tạo ngân hàng liệu cho hệ thống DSS LVS Thị Tính (5) Hệ thống thủy văn hệ thống phức tạp, phức tạp có tác động người, khó có mơ hình hay hệ thống diễn tả cách tồn vẹn dựa sở lý Do nghiên cứu này, tác giả lược giải thiết lập hệ thống hỗ trợ định với điều kiện ràng buộc khả tiếp nhận nước thải sông đảm bảo mục tiêu quản lý CLN sông dựa sở lựa chọn phương án hợp lý phương pháp xử lý liệu mơ hình mơ Hệ thống cấu trúc thành phần kết nối bao gồm ba mô-đun: (1) mô đun hỗ trợ định quản lý nước thường xuyên; (2) mô đun hỗ trợ định có cố; (3) mơ đun hỗ trợ xem xét cấp phép cho dự án đầu tư Kết xây dựng thành chương trình DSS-ThiTinh với giao diện thân thiện WebGIS (6) Một số kết ví dụ qua DSS-Thitinh thể cho thấy chất lượng nước sơng Thị Tính thay đổi khơng đồng từ thượng nguồn xuống hạ lưu, số đoạn sơng có nồng độ BOD5 cao quy chuẩn cho phép Bên cạnh kịch xả thải xây dựng theo trạng dự báo đến 2020 kịch KSON lưu vực, luận án nghiên cứu tính tốn lượng nước tối thiểu bổ sung cho sơng Thị Tính vào mùa kiệt tương ứng với tần suất nước là: P5% (Qbs = 12,7 m3/s); P10% (Qbs = 13,4 m3/s); P50% (Qbs = 16,1 m3/s); P75% (Qbs = 17,6 m3/s); P90% (Qbs = 18,8 m3/s) đề xuất giải pháp tăng lưu lượng dòng chảy thượng nguồn sơng Thị Tính (bao gồm: xây dựng hồ chứa thượng nguồn chia sẻ phần nguồn nước chuyển nước từ hồ Phước Hòa hồ Dầu Tiếng cho sơng Thị Tính mà đảm bảo mục đích đẩy mặn sơng Sài Gòn) 23 nhằm cải thiện khả tự làm cải thiện CLN sơng Thị Tính thời gian tới Đây kết định hướng thiết kế giải pháp quản lý chất lượng nước sơng Thị Tính tình xảy Có thể nói luận án đạt mục tiêu nghiên cứu đề thông qua việc giải nội dung nhóm phương pháp thích hợp gói hệ thống hỗ trợ định DSS Nó thể hàm lượng khoa học đầy đủ luận án tiến sĩ mang ý nghĩa mặt lý thuyết (lãnh hội kiến thức bản, khoa học cơng nghệ đại sẵn có, đơn lẻ kết nối thành hệ thống kiến thức hợp lý khía cạnh khoa học ứng dụng) thực tiễn (ứng dụng có kết khả thi nghiên cứu điển hình lưu vực sơng Thị Tính tham chiếu cho vùng có điều kiện tương tự) KIẾN NGHỊ Bên cạnh kết nghiên cứu luận án đạt được, số nội dung nghiên cứu kiến nghị tiếp tục thực nhằm tăng thêm ý nghĩa khoa học thực tiễn luận án, bao gồm: - Tài nguyên nước hệ thống động chất lượng nước thay đổi theo thời gian, không gian hiệu kiểm soát nguồn thải lưu vực Do đó, để DSS quản lý chất lượng nước thơng minh cần nghiên cứu tích hợp thêm số liệu quan trắc chất lượng nước từ trạm quan trắc tự động vào hệ thống - Trong giới hạn luận án, NCS lựa chọn thông số DO, BOD5 thông số đặc trưng cho ô nhiễm hữu cho mơ hình mơ phỏng, để đưa kết nghiên cứu vào ứng dụng cho thực tiễn cần nghiên cứu bổ sung thêm thông số khác COD, hợp chất Nitơ, phospho kim loại nặng, - Giao diện hệ thống hỗ trợ định cho nghiên cứu điển hình LVS Thị Tính DSS – ThiTinh lập trình WebGIS thể chức DSS Tuy nhiên, DSS-ThiTinh cần lập trình thêm nhiều tính để tăng tính ứng dụng vào thực tiễn quản lý 24 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CƠNG BỐ CỦA TÁC GIẢ CĨ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN N H Au, V V Nghi, and L T Hai, Application of mathematical model combined with GIS to determine the discharge limits on Thi Tinh river, Binh Duong province Proceeding of International Workshop on Environment and Climate Change Challenge, Response and Lessons Learnt (ISBN: 978-0-646-94758-7) at the Ton Duc Thang University, Ho Chi Minh City, Vietnam, pp 49-56, 2015 V V Nghi and N H Au, Assessment of the Water Transfer Capacity from Be River Basin through Phuoc Hoa Hydraulic‐Works CLEANSoil, Air, Water, vol 43, pp 645-651, 2015 Nguyễn Hải Âu, Vũ Văn Nghị, and Lê Thanh Hải, "Bước đầu áp dụng kỹ thuật phân tích thống kê đa biến phân tích số liệu chất lượng nước lưu vực sơng Thị Tính, Tỉnh Bình Dương," Tạp chí Khoa học cơng nghệ Viện Hàn Lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam, vol 52 (2B), p 9, 2014 Nguyễn Hải Âu, Vũ Văn Nghị, and Lê Thanh Hải, "Diễn toán chế độ thủy văn, thủy động lực học chất lượng nước cho lưu vực sơng Thị Tính," Tạp chí Khoa học cơng nghệ Viện Hàn Lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam, vol 52 (2B) (2014) 297-307, p 10, 2014 ... sung nguồn nước từ bên ngồi lưu vực nhằm cải thiện chất lượng nước sơng Thị Tính  Mơ hình định Mơ hình định quản lý chất lượng nước bao gồm mơ hình định quản lý nước thường xun mơ hình định có... lý nước thải 3.2 DSS LƯU VỰC SÔNG THỊ TÍNH (THITINH-DSS) Mơ hình hỗ trợ định ThiTinh-DSS bao gồm ba mơ đun chính: mơ hình hỗ trợ định quản lý nước thường xuyên, mơ hình hỗ trợ định có cố mơ hình. .. DSS quản lý chất lượng nước LVS 2.1.2 Thành phần khung DSS quản lý chất lượng nước LVS Thị Tính  Hệ thống lưu vực Sơ đô mô tả thành phần hệ thống lưu vực mối quan hệ chúng mô tả chi tiết Hình