ứng dụng mô hình mike 11 để đánh giá chất lượng nước hệ thống kênh chính hồ sông quao, tỉnh bình thuận

MỤC LỤC TÓM TẮT MỞ ĐẦU TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2 MỤC TIÊU CỦA ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU PHẠM VI NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGỒI NƯỚC 1.1.1 Các nghiên cứu ngồi nước 1.1.2 Các nghiên cứu nước 1.2 TỔNG QUAN VỀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU 1.2.1 Điều kiện tự nhiên 1.2.2 Kinh tế - xã hội 13 1.3 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THỦY LỢI HỒ SÔNG QUAO 14 1.3.1 Hồ sông Quao 14 1.3.2 Hệ thống kênh 15 1.4 TỔNG QUAN VỀ MIKE 11 17 1.4.1 Mô tả sơ lược MIKE 11 17 1.4.2 Mô đun thủy động lực 17 1.4.3 Mô đun truyền tải – khuyếch tán (AD) .23 CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .27 2.1 PHƯƠNG PHÁP MƠ HÌNH TỐN HỌC 27 2.2 PHƯƠNG PHÁP THU THẬP, PHÂN TÍCH VÀ TỔNG HỢP DỮ LIỆU .28 ii 2.3 PHƯƠNG PHÁP THÀNH LẬP BẢN ĐỒ 29 2.4 PHƯƠNG PHÁP KHẢO SÁT THỰC ĐỊA .30 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 31 3.1 THỜI GIAN MÔ PHỎNG VÀ KHAI THÁC KẾT QUẢ 31 3.2 KẾT QUẢ TÍNH TỐN, HIỆU CHỈNH VÀ KIỂM ĐỊNH MÔ HỈNH MIKE 11 .31 3.2.1 Sơ đồ tính tốn .31 3.2.2 Biên sơ đồ tính tốn 34 3.2.3 Kết tính tốn mơ hình thủy lực .42 3.2.4 Kết tính tốn chất lượng nước 44 3.3 CHẤT LƯỢNG NƯỚC HỆ THỐNG KÊNH CHÍNH SƠNG QUAO THEO CÁC KỊCH BẢN XẢ THẢI BẰNG MƠ HÌNH TỐN MIKE 11 48 3.3.1 Đề xuất kịch 48 3.3.2 Kết mô kịch 48 3.4 ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP GIẢM THIỂU VÀ NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG NƯỚC HỆ THƠNG KÊNH CHÍNH HỒ SƠNG QUAO, KÊNH ĐƠNG, TỈNH BÌNH THUẬN 57 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .59 KẾT LUẬN .59 KIẾN NGHỊ .59 TÀI LIỆU THAM KHẢO 61 PHỤ LỤC .63 iii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT BOD5 Biochemical Oxygen Demand (nhu cầu oxy sinh hóa) COD Chemical Oxygen Demand (nhu cầu oxy hóa học) ĐATN Đồ án tốt nghiệp DEM Digital Elevation Model DHI Denmark Hydrodynamic Institute (Viện thủy lực Đan Mạch) NO2 Nitrit (NO-2 tính theo N) NT Nguồn thải QCVN Quy chuẩn Việt Nam TIN Triagulated Irregular Network TSS Turbidity & Suspendid Solids (tổng chất rắn lơ lửng) iv DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Tọa độ giá trị lượng mưa khu vực tỉnh Bình Thuận năm 2015 11 Bảng 1.2 Hiện trạng sử dụng đất năm 2015 huyện 13 Bảng 3.1 Kích thước kênh hồ sơng Quao dùng tính tốn 31 Bảng 3.2 Kích thước, vị trí kênh cấp dùng tính tốn .33 Bảng 3.3 Thống kê nút kiểm tra mơ hình 37 Bảng 3.4 Số liệu biên chất lượng nước mơ hình tốn 38 Bảng 3.5 Kết điều tra nguồn thải 26/9/2015 38 Bảng 3.6 Tiêu chuẩn cấp nước sinh hoạt cho khu vực hồ sông Quao 41 Bảng 3.7 Hệ số nồng độ chất ô nhiễm nước thải sinh hoạt 41 Bảng 3.8 Lượng thải sinh hoạt khu vực nghiên cứu năm 2015 41 Bảng 3.9 Phân tích hiệu sai số mơ hình .43 v DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Vị trí khu vực nghiên cứu Hình 1.2 Địa hình huyện Hàm Thuận Bắc, tỉnh Bình Thuận .10 Hình 1.3 Thủy văn, lượng mưa huyện Hàm Thuận Bắc, tỉnh Bình Thuận 12 Hình 1.4 Vị trí cơng trình hệ thống kênh hồ Sơng Quao 16 Hình 1.5 Diễn biến mực nước, lưu lượng theo chiều dài sông theo thời gian .18 Hình 1.6 Sơ đồ sai phân điểm Abbott .19 Hình 1.7 Sơ đồ sai phân điểm Abbott cho phương trình liên tục 20 Hình 1.8 Sơ đồ sai phân điểm cho phương trình động lượng 22 Hình 1.9 Sơ đồ sai phân ẩn mơ hình MIKE 11 25 Hình 2.1 Sơ đồ bước áp dụng mơ hình MIKE 11 27 Hình 3.1 Khu vực mơ hình tính tốn 34 Hình 3.2 Sơ đồ mạng lưới tính tốn hệ thống kênh hồ Sơng Quao 35 Hình 3.3 Vị trí biên lưu lượng, mực nước mơ hình MIKE 11 .36 Hình 3.4 Số liệu biên lưu lượng, mực nước 37 Hình 3.5 Vị trí phân bố nguồn thải khu vực hồ Sông Quao 40 Hình 3.6 Mực nước thực đo mô VMT05 43 Hình 3.7 Lưu lượng thực đo mơ VMT05 44 Hình 3.8 Vị trí so sánh kết mơ kết quan trắc 45 Hình 3.9 Kết so sánh BOD5 vào mùa mưa 46 Hình 3.10 Kết so sánh COD vào mùa mưa 46 Hình 3.11 Kết so sánh TSS vào mùa mưa .47 Hình 3.12 Kết so sánh NO2 vào mùa mưa .47 Hình 3.13 Kết tiêu BOD5 KB1 49 Hình 3.14 Kết tiêu COD KB1 49 Hình 3.15 Kết tiêu TSS KB1 .50 Hình 3.16 Kết tiêu NO2 KB1 51 Hình 3.17 Kết tiêu BOD5 KB2 52 Hình 3.18 Kết tiêu COD KB2 53 Hình 3.19 Kết tiêu TSS KB2 .53 Hình 3.20 Kết tiêu NO2 KB2 54 vi Hình 3.21 Kết tiêu BOD5 KB3 55 Hình 3.22 Kết tiêu COD KB3 55 Hình 3.23 Kết tiêu TSS KB3 .56 Hình 3.24 Kết tiêu NO2 KB3 56 vii TÓM TẮT Vấn đề mơi trường có vấn đề chất lượng nước vấn đề cấp bách cần đánh giá đưa giải pháp quản lý, nâng cao chất lượng nước Nghiên cứu sử dụng mơ hình MIKE 11 để mơ chế độ thủy động lực cho khu vực kênh chính, kênh Đơng hồ Sơng Quao, tỉnh Bình Thuận Kết mô tốt, xu xu trình pha giao động tương đối tốt Kết mô mực nước tương đối tốt cho trạm vùng nghiên cứu Sự lệch pha chênh lệch chân triều đỉnh triều từ – 8cm Từ xây dựng mơ hình chất lượng nước cho thơng số BOD5, COD, TSS, NO2, cho khu vực kênh chinh, kênh Đông Kịch trạng (năm 2015) đạt QCVN08-MT: 2015/BTNMT cột A1, A2 Kịch dự báo đến năm 2020 xây dựng cho thấy chất lượng nước có thay đổi, hệ thống kênh có dấu hiệu nhiễm khơng có biên pháp sử lý nước thải trước thải mơi trường Từ đưa giải pháp giảm thiểu nâng cao chất lượng nước cho khu vực kênh chính, kênh Đơng hồ Sơng Quao, huyện Hàm Thuận Bắc, tỉnh Bình Thuận Từ khóa: MIKE 11, mơ hình thủy lực, mơ hình chất lượng nước, kịch MỞ ĐẦU TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nước tài nguyên vô quan trọng sống người, người khơng thể sống thiếu nước Vì thế, bảo vệ sử dụng bền vững nguồn tài nguyên nước vấn đề nóng khơng quốc gia Sông, hồ hệ thống kênh dẫn nguồn cung cấp, tích trữ nước cho hoạt động kinh tế, sinh hoạt người dân Nhưng nguồn nước bị suy giảm ô nhiễm nghiêm trọng gia tăng dân số, thị hóa, sử dụng nước lãng phí, biến đổi khí hậu… Vì cần có nghiên cứu đánh giá, quản lý sử dụng có hiệu nguồn nước nói riêng nguồn tài nguyên nói chung theo hướng phát triển bền vững Tỉnh Bình Thuận tỉnh nằm khu vực có lượng mưa thấp (lượng mưa trung bình năm 800 - 1150 mm), có nguồn tài nguyên nước mặt thấp nước ta, nước bị nhiễm mặn nhiều nơi vùng ven biển Nước mặt đóng vai trò hoạt động sinh hoạt sản xuất người dân Hằng năm thường xảy tình trạng thiếu nước vào mùa khô Hồ Sông Quao hệ thống kênh dẫn cung cấp nước cho hoạt động kinh tế, dân sinh vùng phụ cận thành phố Phan Thiết Tuy nhiên chất lượng nước hồ Sông Quao hệ thống kênh dẫn cấp nước sinh hoạt chịu tác động tiêu cực hoạt động kinh tế - xã hội (hoạt động nông nghiệp, chăn nuôi, sản xuất…) Theo kết quan trắc chất lượng môi trường nước mặt năm 2015, 2016 trung tâm quan trắc mơi trường tỉnh Bình Thuận, thơng số TSS, COD, BOD5 vượt quy chuẩn nguồn cung cấp nước sinh hoạt, có dấu hiệu nhiếm hữu dinh dưỡng Vậy nên, việc bảo vệ chất lượng nước hồ Sông Quao hệ thống kênh dẫn cấp nước sinh hoạt đảm bảo đảm bảo đạt quy chuẩn nhiệm vụ quan trọng Hiện nay, với phát triển công nghệ thông tin khoa học kỹ thuật, mơ hình tốn ứng dụng ngày phát triển Các mơ hình tốn với ưu điểm kết tính tốn nhanh, dễ dàng thay đổi kịch tính tốn… giúp nghiên cứu đánh giá chất lượng nước phạm vi lớn, thời gian dài đơn giản nhiều Có nhiều mơ hình dòng chảy chất lượng nước như: ISIS sử dụng chương trình sử dụng nước (WUP) Ủy Hội sông Mê Công Phần mềm chưa thương mại hóa Việt Nam, du nhập vào thông qua dự án chuyển giao công nghệ Mô đun chất lượng nước chưa thử nghiệm nên chưa có kết đánh giá cụ thể; Các phần mềm Duflow, Sobek/Wendy, Telemax, Qual2-E, Wasp 6… Các phần mềm có nguồn gốc từ châu Âu (hoặc Mỹ) điều kiện sơng ngòi khác hẳn Việt Nam nên sử dụng Bên cạnh có số phần mềm mơ hình chuyên gia nước xây dựng như: VRSAP phần mềm xem đâu tiên cho tính tốn thủy lực mạng kênh sơng, sử dụng cho nhiều dự án Đáp ứng u cầu tính tốn cho tốn lớn đồng sơng Cửu Long, tốc độ tính tốn chậm, khả kết nối GIS Database chưa mạnh; HydroGIS phần nối công cụ GIS, demo kết giao diện tốt Tuy nhiên, tác giả cơng bố thuật tốn nên khó đánh giá; MK4 Là phần mềm mang tính học thuật nhiều, chủ yếu dùng giảng dạy, việc áp dụng cho toán thực tế lớn hạn chế Để mơ phỏng, tính tốn chế độ thủy lực chất lượng nước cho hệ thống kênh hồ Sơng Quao tỉnh Bình Thuận, phần mềm MIKE11 lựa chọn nghiên cứu, đáp ứng tiêu chí sau: Mơ tả tốn chiều; Là phần mềm đa tính năng; Cho phép tính tốn thủy lực chất lượng nước với độ xác cao; Giao diện thân thiện, dễ sử dụng; Kết nối với GIS Database mạnh Từ lý việc thực đề tài: “Ứng dụng mơ hình MIKE 11 để đánh giá chất lượng nước hệ thống kênh hồ Sơng Quao, tỉnh Bình Thuận” cần thiết Kết sở để đánh giá chất lượng nước, từ tiền nghiên cứu, đưa biện pháp quản lý bảo vệ chất lượng nước sau MỤC TIÊU CỦA ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Ứng dụng mơ hình tốn nhằm đánh giá chất lượng nước hệ thống kênh cấp nước sinh hoạt cho tồn vùng hưởng lợi từ nguồn nước hồ Sơng Quao NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội ảnh hưởng đến chất lượng nước hệ thống kênh chính, hồ Sơng Quao: lớp phủ thực vật, lượng mưa, hoạt động sản xuất nông nghiệp, công nghiệp… Thu thập, tổng hợp liệu đầu vào cho mơ hình (địa hình, mạng lưới kênh, thủy văn, hệ thống thủy lợi hồ Sông Quao): - Mạng lưới hệ thống kênh chính; - Mặt cắt ngang kênh; - Biên đầu: lưu lượng dòng chảy kênh, kết đo thông số chất lượng nước; - Biên cuối: mực nước kênh, kết đo thông số chất lượng nước; - Các hệ số đâu vào cho mơ hình: hệ số lực cản đáy, hệ số phân tán, số phân hủy thông số chất lượng nước; Chạy mơ hình tốn MIKE 11 để đánh giá chất lượng nước hệ thống kênh hồ Sơng Quao Kiểm định mơ hình: so sánh kết chạy mơ hình với kết quan trắc chất lượng nước Xây dựng kịch mô đánh giá chất lượng nước hệ thống kênh hồ Sơng Quao Đề xuất giải pháp giảm thiểu nâng cao chất lượng nước hệ thơng kênh hồ Sơng Quao, tỉnh Bình Thuận PHẠM VI NGHIÊN CỨU Hệ thống kênh hồ Sơng Quao, tỉnh Bình Thuận PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Phương pháp mơ hình tồn học: sử dụng mơ hình MIKE 11 để mơ thủy lực, chất lượng nước, hệ thống kênh hồ Sơng Quao, từ xây dựng kịch mơ chất lượng nước tương lai Phương pháp thu thập, phân tích tổng hợp liệu: sở thu thập, tổng hợp các tài liệu địa phương khu vực nghiên cứu từ quan, sách báo, mạng internet Phân tích, tổng hợp số liệu địa hình, hệ thống thủy lợi, cơng trình kênh hồ Sơng Quao phần mềm excel 2010 Phương pháp thành lập đồ: đồ có liên quan (khu vực nghiên cứu, cơng trình, nguồn thải, vị trí quan trắc, kiểm định chất lượng nước, diễn biến chất lượng nước…) biên tập từ phần mềm Mapinfo, QGIS Phương pháp khảo sát thực địa: khảo sát khu vực nghiên cứu, chụp hình, từ đánh giá khách quan khu vực nghiên cứu (các tác nhân ảnh hưởng đến hệ thống kênh, cơng trình, quan sát tham gia vào cơng tác lấy mẫu, có tư liệu thực tế để bổ xung thêm vào báo cáo) PHỤ LỤC 8: QCVN 14: 2008/BTNMT, QUY CHUẨN KỸ THUẬT QUỐC GIA VỀ NƯỚC THẢI SINH HOẠT 8.1 Giá trị thông số ô nhiễm làm sở tính tốn giá trị tối đa cho phép nước thải sinh hoạt TT Thông số Đơn vị Giá trị C A B BOD5 (20 0C) mg/l 30 50 COD mg/l - - Tổng chất rắn lơ lửng (TSS) mg/l 50 100 Nitrit (NO-2 tính theo N) mg/l - - Trong đó: - Cột A quy định giá trị C thông số nhiễm làm sở tính tốn giá trị tối đa cho phép nước thải sinh hoạt thải vào nguồn nước dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt (có chất lượng nước tương đương cột A1 A2 Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia chất lượng nước mặt) - Cột B quy định giá trị C thông số ô nhiễm làm sở tính tốn giá trị tối đa cho phép nước thải sinh hoạt thải vào nguồn nước khơng dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt (có chất lượng nước tương đương cột B1 B2 Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia chất lượng nước mặt vùng nước biển ven bờ) PL.86 PHỤ LỤC 9: QCVN 40: 2011/BTNMT, QUY CHUẨN KỸ THUẬT QUỐC GIA VỀ NƯỚC THẢI CÔNG NGHIỆP 9.1 Giá trị C thông số ô nhiễm nước thải công nghiệp TT Thông số Giá trị C Đơn vị A B BOD5 (20oC) mg/l 30 50 COD mg/l 75 150 Chất rắn lơ lửng (TSS) mg/l 50 100 Nitrit (NO-2 tính theo N) mg/l - - Trong đó: Cột A Bảng quy định giá trị C thông số ô nhiễm nước thải công nghiệp xả vào nguồn nước dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt; Cột B Bảng quy định giá trị C thông số ô nhiễm nước thải công nghiệp xả vào nguồn nước khơng dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt; Mục đích sử dụng nguồn tiếp nhận nước thải xác định khu vực tiếp nhận nước thải PL.87 PHỤ LỤC 10: QCVN 28: 2010/BTNMT, QUY CHUẨN KỸ THUẬT QUỐC GIA VỀ NƯỚC THẢI Y TẾ 10.1 Giá trị C thông số ô nhiễm Thông số TT Đơn vị Giá trị C A B BOD5 (20oC) mg/l 30 50 COD mg/l 50 100 Tổng chất rắn lơ lửng (TSS) mg/l 50 100 Nitrit (NO-2 tính theo N) mg/l - - Trong đó: - Cột A quy định giá trị C thông số chất gây ô nhiễm làm sở tính tốn giá trị tối đa cho phép nước thải y tế thải vào nguồn nước dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt - Cột B quy định giá trị C thông số chất gây ô nhiễm làm sở tính tốn giá trị tối đa cho phép nước thải y tế thải vào nguồn nước khơng dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt - Nước thải y tế thải vào cống thải chung khu dân cư áp dụng giá trị C quy định cột B Trường hợp nước thải y tế thải vào hệ thống thu gom để dẫn đến hệ thống xử lý nước thải tập trung phải khử trùng, thông số chất gây ô nhiễm khác áp dụng theo quy định đơn vị quản lý, vận hành hệ thống xử lý nước thải tập trung PL.88 ... tốn MIKE 11 để đánh giá chất lượng nước hệ thống kênh hồ Sơng Quao Kiểm định mơ hình: so sánh kết chạy mơ hình với kết quan trắc chất lượng nước Xây dựng kịch mô đánh giá chất lượng nước hệ thống. .. sử dụng; Kết nối với GIS Database mạnh Từ lý việc thực đề tài: Ứng dụng mơ hình MIKE 11 để đánh giá chất lượng nước hệ thống kênh hồ Sơng Quao, tỉnh Bình Thuận cần thiết Kết sở để đánh giá chất. .. hệ thống kênh hồ Sơng Quao Đề xuất giải pháp giảm thiểu nâng cao chất lượng nước hệ thơng kênh hồ Sơng Quao, tỉnh Bình Thuận PHẠM VI NGHIÊN CỨU Hệ thống kênh hồ Sơng Quao, tỉnh Bình Thuận PHƯƠNG