Luận văn đã giới thiệu khái quát về tình hình nghiên cứu thủy động lực và chất lượng nước trên thế giới và trong nước; đặc điểm tự nhiên, địa hình địa mạo, khí tượng thủy văn, chất lượng nước và phân bố nguồn thải gây ô nhiễm trên vùng cửa sông Sài Gòn Đồng Nai. Luận văn đã trình bày sơ bộ về phần mềm EFDC với các mô đun thủy lực và chất lượng nước cùng các thông số của mô hình. Một số kết quả chính đã thu được trong khuôn khổ Luận văn này bao gồm: Đã xây dựng thành công mô hình thủy lực và mô hình chất lượng nước cho vùng hạ du sông Sài Gòn – Đồng Nai bằng phần mềm EFDC, đã mô phỏng được các đặc trưng thủy động lực (mực nước, vận tốc dòng chảy) và chất lượng nước (DO, BOD) theo không gian và thời gian; Phân tích, đánh giá được định lượng chất lượng nước vùng hạ du sông Sài Gòn – Đồng Nai và vùng vịnh Gành Rái trong điều kiện tự nhiên và trong điều kiện xây dựng tuyến đê biển Vũng Tàu – Gò Công; Đánh giá được sự ảnh hưởng của tuyến đê biển Vũng Tàu – Gò Công đến chế độ thủy lực và chất lượng nước trên hệ thống mạng lưới sông chính ở vùng hạ du sông Sài Gòn – Đồng Nai và vùng vịnh Gành Rái; Dự báo được sự biến đổi của chất lượng nước vùng hạ du sông Sài Gòn – Đồng Nai và vùng vịnh Gành Rái đến năm 2020 trong điều kiện tự nhiên và điều kiện có công trình đê biển Vũng Tàu – Gò Công.
i MỤC LỤC MỤC LỤC i DANH MỤC BẢNG v DANH MỤC HÌNH vi KÝ HIỆU VIẾT TẮT ix MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu đề tài Đối tượng Phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Chương GIỚI THIỆU VỀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU 1.1 Vị trí địa lý 1.2 Đặc điểm địa hình 1.3 Đặc điểm khí hậu 1.3.1 Chế độ gió 1.3.2 Chế độ nhiệt 1.3.3 Độ ẩm bốc 1.3.4 Chế độ mưa .8 1.4 Mạng lưới sông suối 1.5 Mạng lưới trạm khí tượng thủy văn vùng vịnh Gành Rái 12 1.6 Chế độ thủy văn lưu vực nghiên cứu 13 1.7 Chế độ thủy triều vùng vịnh Gành Rái 14 1.8 Tình hình kinh tế xã hội 15 1.9 Hiện trạng môi trường 16 ii 1.9.1 Nguồn thải từ khu đô thị 17 1.9.2 Nguồn thải từ khu công nghiệp tập trung 18 1.9.3 Nguồn thải từ sở công nghiệp phân tán .19 1.9.4 Nguồn thải từ bãi rác 19 1.9.5 Hiện trạng chất lượng nước lưu vực nghiên cứu .20 1.10 Kết luận 22 Chương TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP MƠ HÌNH TỐN 23 2.1 Tổng quan mơ hình thủy lực 23 2.2 Tổng quan mơ hình chất lượng nước 24 2.3 Mô hình EFDC 25 2.3.1 Giới thiệu chung mơ hình EFDC .25 2.3.2 Cấu trúc mơ hình EFDC 25 2.3.3 Cơ sở lý thuyết mơ hình thủy động lực EFDC 27 2.3.4 Cách giải toán mơ hình EFDC 29 2.3.5 Một số đặc điểm tính phần mềm .34 Chương ỨNG DỤNG MƠ HÌNH EFDC ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG NƯỚC VỊNH GÀNH RÁI 40 3.1 Tình hình số liệu 40 3.1.1 Tài liệu địa hình 40 3.1.2 Số liệu khí tượng 41 3.1.3 Số liệu thủy văn 41 3.1.4 Số liệu chất lượng nước 42 3.2 Thiết lập miền tính tốn 43 3.3 Thiết lập địa hình 46 iii 3.4 Thiết lập điều kiện biên điều kiện ban đầu 46 3.4.1 Thiết lập điều kiện biên 46 3.4.2 Thiết lập điều kiện ban đầu 48 3.5 Hiệu chỉnh kiểm định mơ hình thủy động lực 48 3.5.1 Thời kỳ tính toán 48 3.5.2 Thiết lập thơng số mơ hình thủy lực .49 3.5.3 Kết hiệu chỉnh mơ hình thủy lực .50 3.5.4 Kết kiểm định mô hình thủy lực 52 3.6 Hiệu chỉnh kiểm định mơ hình chất lượng nước 54 3.6.1 Miền tính mơ hình Chất Lượng Nước 54 3.6.2 Thiết lập điều kiện biên cho mơ hình chất lượng nước 55 3.6.3 Bộ thơng số mơ hình chất lượng nước .57 3.6.4 Kết hiệu chỉnh kiểm định mơ hình chất lượng nước 65 3.7 Kết luận 69 Chương ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG NƯỚC QUA CÁC KỊCH BẢN 71 4.1 Xây dựng kịch 71 4.1.1 Tuyến đê biển Vũng Tàu – Gị Cơng: 71 4.1.2 Xây dựng kịch 73 4.2 Phân tích chất lượng nước vịnh Gành Rái điều kiện tự nhiên năm 2005 – Kịch 75 4.3 Phân tích chất lượng nước vịnh Gành Rái điều kiện xây dựng cơng trình với điều kiện xả thải năm 2005 – Kịch 79 4.3.1 Sự biến đổi chế độ thủy động lực vùng cửa sông Sài Gòn – Đồng Nai xây dựng đê biển vũng Tàu – Gị Cơng 79 iv 4.3.2 Chất lượng nước vùng hạ du sông Sài Gòn – Đồng Nai xây dựng đê biển Vũng Tàu – Gị Cơng 80 4.4 Phân tích, so sánh đánh giá hai kịch 83 4.5 Phân tích đánh giá chất lượng nước vịnh Gành Rái điều kiện tự nhiên lưu lượng xả thải dự báo đến năm 2020 (KB3) 86 4.6 Phân tích đánh giá chất lượng nước vịnh Gành Rái điều kiện xây dựng cơng trình lưu lượng xả thải dự báo đến năm 2020 (KB4) 89 4.7 Phân tích, so sánh đánh giá kết KB3 KB4 93 4.8 Kết luận 97 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 99 4.9 Kết luận 99 4.10 Kiến nghị 100 v DANH MỤC BẢNG Bảng 1-1 Bốc trung bình tháng Bảng 1-2 Lượng mưa bình quân tháng Bảng 1-3 Lưu lượng trung bình số trạm đo sơng Sài Gòn – Đồng Nai 14 Bảng 3-1 Danh sách trạm thủy văn sử dụng 42 Bảng 3-2 Chỉ tiêu đánh giá sai số thực đo tính tốn 51 Bảng 3-3 Bảng số Nash 52 Bảng 3-4 Các thông số chất lượng nước thể mô hình EFDC 59 Bảng 3-5 Ước tính số thông số chất lượng nước thải sinh hoạt (mg/l) 61 Bảng 3-6 Ước tính số thông số chất lượng nước sông (mg/l) 61 Bảng 4-1 Lưu lượng tải lượng xả thải lưu vực sơng Sài Gịn – Đồng Nai 74 vi DANH MỤC HÌNH Hình 0-1 Tuyến đê biển Vũng Tàu – Gị Cơng Hình 1-1.Lưu vực sơng Sài Gòn – Đồng Nai Hình 1-2 Bản đồ mạng lưới sơng suối lưu vực sơng Sài Gịn – Đồng Nai 12 Hình 1-3 Sơ đồ vị trí trạm thủy văn 13 Hình 1-4 Mực nước triều trạm Vũng Tàu 15 Hình 1-5 Phân bố lưu lượng nước thải theo lưu vực 18 Hình 2-1 Cấu trúc mơ hình EFDC 26 Hình 2-2 Cấu trúc mơ hình thủy động lực học EFDC 26 Hình 2-3 Cấu trúc mơ hình chất lượng nước 26 Hình 2-4 Miền lưới dạng Uniform Grid 36 Hình 2-5 Miền mơ hình tạo dạng Expanding Grid 36 Hình 2-6 Miền mơ hình tạo dạng Centerline Dominant 37 Hình 2-7 Lưới cong tạo theo tùy chọn Equi-Distance Widths 38 Hình 2-8 Bảng tính thời gian sử dụng mơ hình 39 Hình 3-1 Địa hình lưu vực sơng Sài Gịn – Đồng Nai 41 Hình 3-2 Sơ họa miền tính tốn hạ du lưu vực sơng Sài Gịn Đồng Nai Vịnh Gành Rái43 Hình 3-3 Mơ Hình Delft3D 44 Hình 3-4 Giao diện làm việc Delft 3D 44 Hình 3-5 Đưa Lưới vào mơ hình EFDC 45 Hình 3-6 Lưới tính tốn mơ hình EFDC 45 Hình 3-7 Địa hình miền tính tốn EFDC 46 Hình 3-8 Vị trí biên tính tốn 47 Hình 3-9 Quá trình lưu lượng thực đo Trị An Dầu Tiếng 48 Hình 3-10 Vị trí hiệu chinh mơ hình 49 vii Hình 3-11 Đường q trình mực nước thực đo tính tốn Thủ Dầu Một 51 Hình 3-12 Đường q trình mực nước thực đo tính tốn Biên Hịa 52 Hình 3-13 Đường q trình mực nước thực đo tính tốn Thủ Dầu Một 53 Hình 3-14 Đường trình mực nước thực đo tính tốn Biên Hịa 53 Hình 3-15 Miền mơ hình chất lượng nước 55 Hình 3-16 Vị trí biên tính tốn mơ hình chất lượng nước 56 Hình 3-17 Các thơng số hóa lý liên quan đến cacbon 62 Hình 3-18 Các thơng số hóa lý liên quan đến Nitơ 63 Hình 3-19 Thơng số liên quan đến photpho 64 Hình 3-20 Thơng số liên quan đến DO COD 64 Hình 3-21 Sự biến đổi DO theo Green Algae 66 Hình 3-22 Sự biến đổi BOD5 theo Green Algae 67 Hình 3-23 Đường q trình DO thực đo tính tốn mơ hình hiệu chỉnh 67 Hình 3-24 Đường q trình BOD5 thực đo tính tốn mơ hình hiệu chỉnh 68 Hình 3-25 Đường q trình DO thực đo tính tốn mơ hình kiểm định 68 Hình 3-26 Đường trình BOD5 thực đo tính tốn mơ hình kiểm định 69 Hình 3-27 Đường trình mực nước thực đo tính tốn trạm Nhà Bè 69 Hình 4-1 Sơ họa tuyến đê biển Vũng Tàu – Gị Cơng 72 Hình 4-2 Sự biến đổi DO theo không gian-Kịch 76 Hình 4-3 Sự biến đổi DO theo thời gian_ Kịch 76 Hình 4-4 Sự biến đổi tổng hữu cacbon theo không gian – Kịch 77 Hình 4-5 Sự biến đổi tổng hữu cacbon theo thời gian – Kịch 77 Hình 4-6 Sự biến đổi DO trung vùng Vịnh Gành Rái triều lên – Kịch 78 Hình 4-7 Sự biến đổi DO vùng vịnh Gành Rái triều xuống – Kịch 78 Hình 4-8 Sự biến đổi mực nước vùng vịnh vùng hồ theo thời gian có đê biển 79 viii Hình 4-9 Sự biến đổi mực nước vùng vịnh có đê biển 80 Hình 4-10 Sự biến đổi DO vùng Vịnh Gành Rái – Kịch 81 Hình 4-11 Sự biến đổi DO theo không gian – Kịch 82 Hình 4-12 Sư biến đổi TOC – Kịch 82 Hình 4-13 Chênh lệch DO kịch (KB1) kịch (KB2) 84 Hình 4-14 Chênh lệch TOC kịch (KB1) kịch (KB2) 85 Hình 4-15 Sự biến đổi DO theo không gian – Kịch 87 Hình 4-16 Sự biến đổi DO vùng vịnh – Kịch 87 Hình 4-17 Sự biến đổi DO dọc sơng Đồng Nai (từ Biên Hịa tới tuyến đê biển)_KB3 88 Hình 4-18 Sự biến đổi TOC theo không gian – Kịch 88 Hình 4-19 Sự biến đổi TOC dọc sơng Đồng Nai (từ Biên Hịa tới tuyến đê biển)_KB3 89 Hình 4-20 Sự biến đổi DO theo không gian vùng vịnh Gành Rái –Kịch 90 Hình 4-21 Sự biến đổi DO theo không gian – Kịch 91 Hình 4-22 Sự biến đổi DO dọc sơng Đồng Nai (từ Biên Hịa tới tuyến đê biển) 91 Hình 4-23 Sự phân bố TOC theo không gian – Kịch 92 Hình 4-24 Sự biến đổi TOC dọc sơng Đồng Nai (Từ Biên Hịa tới đê biển) 92 Hình 4-25 Chênh lệch DO kịch kịch 94 Hình 4-26 Sự biến đổi DO điểm A với KB3 KB4 95 Hình 4-27 Sự biến đổi DO điểm B với KB3 KB4 95 Hình 4-28 Chênh lệch TOC theo không gian KB3 KB4 96 Hình 4-29 Sự biến đổi BOD theo thời gian điểm A vùng vịnh 96 Hình 4-30 Sự biến đổi BOD theo thời gian điểm B vùng vịnh 97 ix KÝ HIỆU VIẾT TẮT EFDC Environmental Fluid Dynaics Code KCN Khu Công nghiệp KCX Khu chế xuất VKTTĐPN Vùng kinh tế trọng điểm phía Nam BTNMT Bộ Tài Nguyên Môi Trường TP.HCM Thành phố Hồ Chí Minh KB Kịch TOC Tổng chất hữu cácbon DO Lượng xy hịa tan nước BOD Nhu cầu xy sinh hóa COD Nhu cầu xy hóa học MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Hạ du lưu vực sông Sài Gịn - Đồng Nai ơm gọn vùng kinh tế trọng điểm phía Nam, bao gồm TP Hồ Chí Minh, Đồng Nai, Bình Dương Bà Rịa – Vũng Tàu Đây vùng có địa hình thấp trũng, chịu nhiều tác động thiên tai lũ lụt, ngập úng, xâm nhập mặn nên khó khăn cho q trình phát triển kinh tế - xã hội Để giải vấn đề trên, tạo điều kiện phát triển bền vững vùng kinh tế trọng điểm này, thời gian qua Tổng cục Thủy Lợi đề xuất quy hoạch tuyến đê biển Vũng Tàu – Gị Cơng dài 28km chạy xun qua vịnh biển Gành Rái, Đồng Tranh nối thành phố Vũng Tàu (tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu) với huyện Gị Cơng (tỉnh Tiền Giang) (Hình 0-1) Tuyến đê biển tạo hồ chứa có tổng dung tích 2.5tỷ m3, dung tích hữu ích 1.5 tỷ m3, đủ khả để cắt lũ từ thượng lưu ứng với tần suất 0.5% mực nước biển dâng thêm 1.0m Tuyến đê biển có ảnh hưởng đến vùng rộng lớn bao gồm tồn vùng hạ du lưu vực sơng Sài Gịn – Đồng Nai, vùng Đồng Tháp Mười, Long An phần tỉnh Tiền Giang Tuyến đê biển kết hợp mở rộng tạo mặt đô thị, khu công nghiệp, phục vụ du lịch, dịch vụ, nơi tránh trú bão tàu thuyền, nơi dự trữ nước tương lai Tuyến đê hoàn thành rút ngắn khoảng cách từ Vũng Tàu tỉnh miền Tây cách đáng kể, tạo liên kết tỉnh miền Đông Tây Nam Song song đó, việc hình thành phát triển thị biển kiến tạo cảnh quan đại, thu hút vốn đầu tư vào nhiều lĩnh vực khác Tuy nhiên xây dựng tuyến đê biển Vũng Tàu – Gị Cơng làm thay đổi chế độ thủy văn, gây bồi lắng vùng cửa sông, thay đổi hệ sinh thái ngập mặn ven biển, ảnh hưởng nghiêm trọng tới môi trường đặc biệt môi trường hai Vịnh Gành Rái Đồng Tranh 88 -10 -15 -30 12500 25000 37500 S Vam Co -25 Legend Specified IJ, Time:313.583 Dissolved Oxygen 10 (mg/l) Nha Be -20 S Sai Gon Elevation (m) -5 50000 62500 75000 Vung Tau 87500 100000 112500 Distance (m) Hình 4-17 Sự biến đổi DO dọc sông Đồng Nai (từ Biên Hịa tới tuyến đê biển)_KB3 Hình 4-18 Sự biến đổi TOC theo không gian – Kịch 89 -10 -15 -30 12500 25000 37500 S Vam Co -25 Legend Specified IJ, Time:313.583 Total Organic Carbon (mg/l) 100 Nha Be -20 S Sai Gon Elevation (m) -5 50000 62500 75000 Vung Tau 87500 100000 112500 Distance (m) Hình 4-19 Sự biến đổi TOC dọc sơng Đồng Nai (từ Biên Hòa tới tuyến đê biển)_KB3 4.6 Phân tích đánh giá chất lượng nước vịnh Gành Rái điều kiện xây dựng cơng trình lưu lượng xả thải dự báo đến năm 2020 (KB4) Kết mô chất lượng nước vùng hạ du sông Sài Gòn – Đồng Nai đến năm 2020 điều kiện xây dựng tuyến đê biển Vũng Tàu – Gò Cơng thể hình từ Hình 4-20 đến Hình 4-24 Kết mơ cho thấy chất lượng nước sơng Sài Gịn sơng Đồng Nai (đoạn từ nhập lưu sơng Sài Gịn đến cửa sơng Sồi Rạp) đến năm 2020 bị nhiễm nghiêm trọng DO ln nhỏ 1mg/l,TOC sơng Sài Gịn lớn 150mg/l tương ứng với BOD lớn 20mg/l, BOD sông Đồng Nai dao động từ – 13mg/l Sông Đồng Nai đoạn từ nhập lưu sông Sài Gịn tới Biên Hịa có tốt hơn, DO từ – 3mg/l,TOC khoảng 25-26mg/l tương ướng với BOD khoảng 3mg/l Sông Đồng Nai đoạn từ nhập lưu Sông Sài Gịn Tới Sơng Nhà Bè DO bờ phải ln lớn bờ trái Sơng Lịng Tàu đoạn từ Biên Hịa tới nhập lưu sơng Đồng Tranh, DO biển đổi từ 11.5mg/l, BOD khoảng 7mg/l từ đoạn nhập lưu với sơng Đồng Tranh cửa sơng chất lượng nước sơng Lịng Tàu tốt hơn, DO = 2-3mg/l, BOD = 4-7mg/l Sông thị Vải, DO dao động khoảng 2mg/l, BOD lớn, khoảng 20mg/l Vùng 90 Vịnh Gành Rái: Vùng hồ tạo tuyến đê biển có chất lượng nước tốt, DO ln lớn 7mg/l, BOD