Đánh giá khả năng tự làm sạch, đề xuất giải pháp quản lý, khắc phục tình trạng ô nhiễm môi trường nước sông nhuệ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

NGUYỄN DUY HÙNG ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG TỰ LÀM SẠCH, ĐỀ XUẤT

GIẢI PHÁP QUẢN LÝ, KHẮC PHỤC TÌNH TRẠNGÔ NHIỄM MÔI TRƯỜNG NƯỚC SÔNG NHUỆ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1.TS PHẠM VĂN CHIẾN

2.PGS.TS NGUYỄN HOÀNG SƠN

HÀ NỘI, NĂM 2017

LỜI CẢM ƠN

Sau một thời gian nghiên cứu, thu thập tài liệu, tác giả đã hoàn thành Luận văn Thạc sĩvới Đề tài “Đánh giá khả năng tự làm sạch, đề xuất giải pháp quản lý, khắc phục tình

chu đáo của thầy, cô cùng bạn bè, đồng nghiệp trong đơn vị đang công tác và một sốđơn vị liên quan khác

Tác giả xin chân thành cám ơn sự các Thầy, Cô trong Khoa Thủy văn và Tài nguyênnước, Trường Đại học Thủy lợi đã truyền đạt những kiến thức bổ ích và những bài họckinh nghiệm quý báu trong thời gian học tập, nghiên cứu tại Trường

BẢN CAM KẾT

Tác giả cam kết rằng nội dung Đề tài Luận văn “Đánh giá khả năng tự làm sạch, đềxuất giải pháp quản lý, khắc phục tình trạng ô nhiễm môi trường nước sông Nhuệ” làcông trình nghiên cứu của bản thân Các số liệu có nguồn gốc rõ ràng, tuân thủ đúngcác nguyên tắc

Kết quả trình bày trong Luận văn có được trong quá trình nghiên cứu là trung thực,chưa từng được ai công bố trước đây

Hà Nội, ngày tháng năm 2017

Học viên thực hiện

Nguyễn Duy Hùng

MỤC LỤCCHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ỨNG DỤNG MÔ HÌNH TOÁN ĐÁNH GIÁ DIỄN BIẾN CHẤT LƯỢNG NƯỚC VÀ GIỚI THIỆU VỀ LƯU VỰC NGHIÊN CỨU 6

1.1 Tổng quan ứng dụng mô hình toán đánh giá diễn biến chất lượng nước 6

1.1.1 Khái niệm về mô hình toán chất lượng nước 6

1.1.2 Nhu cầu về ứng dụng mô hình toán về chất lượng nước 9

1.1.3 Phân loại mô hình toán về chất lượng nước 10

1.1.4 Giới thiệu một số mô hình toán chất lượng nước 11

1.2 Giới thiệu khu vực nghiên cứu 14

1.2.3.1 Hệ sinh thái tự nhiên 17

1.2.3.2 Hệ sinh thái nhân tạo 19

1.2.4 Đặc điểm thuỷ văn 20

1.3 Đánh giá diễn biến tài nguyên và môi trường lưu vực sông Nhuệ 22

1.3.1 Nhu cầu sử dụng nước của lưu vực sông Nhuệ 22

1.3.2 Diễn biến chất lượng nước sông Nhuệ 25

1.3.2.1 Giá trị hàm lượng oxy hòa tan (DO) 25

2.1 Lựa chọn mô hình tính toán diễn biến chất lượng nước sông Nhuệ-Đáy 29

2.1.1 Cơ sở lý thuyết mô hình MIKE 11 31

2.1.1.1 Cơ sở lý thuyết mô hình mưa – dòng chảy (NAM) 31

2.1.1.2 Cơ sở lý thuyết mô hình thủy lực (mô đun thủy lực) 38

2.1.1.3 Cơ sở lý thuyết mô hình chất lượng nước (mô đun truyền tải khuếchtán và mô đun sinh thái) 38

2.1.2 Số liệu 42

2.1.2.1 Số liệu địa hình và thủy văn 42

2.1.2.2 Số liệu chất lượng nước 45

2.1.3 Áp dụng mô hình MIKE 11 tính toán diễn biến chất lượng nước sông Đáy 46

Nhuệ-2.1.3.1 Áp dụng mô hình NAM khôi phục lưu lượng tại biên đầu vào cho môhình thuỷ lực và chất lượng nước 46

2.1.3.2 Áp dụng mô hình MIKE 11 tính toán thuỷ lực lưu vực sông Nhuệ sôngĐáy 50

2.1.3.3 Áp dụng mô hình MIKE 11 tính toán chất lượng nước lưu vực sôngNhuệ sông Đáy 55

2.2 Dự báo diễn biến chất lượng nước sông Nhuệ-Đáy 63

2.2.1 Dự báo tải lượng ô nhiễm 63

2.2.2 Dự báo diễn biến chất lượng nước sông Nhuệ-Đáy theo các kịch bản 66

2.2.2.1 Kịch bản 1 67

2.2.2.2 Kịch bản 2 67

2.2.2.3 Kịch bản 3 67

2.3 Đánh giá khả năng tiếp nhận nước thải của từng đoạn sông 70

2.3.1 Tiêu chí phân chia đoạn sông 70

2.3.2 Đánh giá tải lượng ô nhiễm cho từng đoạn sông 75

2.3.2.1 Đoạn 1- Cống Liên Mạc đến Cầu Hà Đông 76

2.3.2.2 Đoạn 2 – Cầu Hà Đông đến Cầu Tó 77

2.3.2.3 Đoạn 3 – Cầu Tó đến Cầu Chiếc 78

2.3.2.4 Đoạn 4 – Cầu Chiếc đến Cầu Đồng Quan 79

2.3.2.5 Đoạn 5 – Cầu Đồng Quan đến Cống Thần 80

2.3.2.6 Đoạn 6 – Cống Thần đến Phủ Lý 81

2.3.2.7 Đoạn 7 – Ba Thá đến Cầu Quế (sông Đáy) 82

2.3.2.8 Đoạn 8 – Cầu Quế đến Cầu Hồng Phú (sông Đáy) 83

2.3.3 Đánh giá tải lượng ô nhiễm tối đa của đoạn sông theo mục đích sử dụng 85

2.3.3.1 Tải lượng ô nhiễm tối đa cho từng đoạn sông theo mục đích sử dụngB1 (cho tưới tiêu thủy lợi) 86

2.3.3.2 Tải lượng ô nhiễm tối đa cho từng đoạn sông theo QCVN loại B2 (cho giao thông thủy và các mục đích sử dụng khác) 87

2.3.3.3 Tải lượng ô nhiễm tối đa cho từng đoạn sông theo QCVN loại A2 (chonước cấp sinh hoạt có áp dụng công nghệ xử lý phù hợp) 88

2.3.4 Đánh giá khả năng tiếp nhận nước thải của các đoạn sông 89

52.3.4.1 Đánh giá khả năng tiếp nhận nước thải của đoạn sông QCVN loại B1

91

2.3.4.2 Đánh giá khả năng tiếp nhận nước thải của đoạn sông theo QCVN loạiB2 93

2.4 Đánh giá khả năng tự làm sạch của sông 96

2.4.1 Các phương pháp đánh giá khả năng tự làm sạch của sông 96

2.4.2 Đánh giá khả năng tự làm sạch dựa vào các quá trình trong sông 97

CHƯƠNG 3: ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP QUẢN LÝ, KHẮC PHỤC TÌNH TRẠNGÔ NHIỄM MÔI TRƯỜNG NƯỚC SÔNG NHUỆ-ĐÁY 101

3.1 Đề xuất các giải pháp quản lý, bảo vệ môi trường nước sông Nhuệ - sôngĐáy 101

3.1.1 Đề xuất xây dựng các mục tiêu môi trường nhằm bảo vệ môi trường nước; bảovệ hệ sinh thái thủy sinh 101

3.1.1.1 Cơ sở xây dựng mục tiêu môi trường 101

3.1.1.2 Mục tiêu môi trường 103

3.1.2 Đề xuất các biện pháp tuyên truyền, giáo dục công tác bảo vệ môi trường 103

3.2 Đề xuất các giải pháp khắc phục tình trạng ô nhiễm môi trường nước sôngNhuệ -sông Đáy 105

3.2.1 Đề xuất các giải pháp kỹ thuật 105

3.2.2 Đề xuất xây dựng, tính toán xác định hệ thống Quota ô nhiễm trên sông Nhuệ và sông Đáy 113

3.2.2.1 Một số khái niệm liên quan 113

3.2.2.2 Đề xuất áp dụng hệ thống Quota ô nhiễm trên sông Nhuệ và sông Đáy 114

3.2.3 Đề xuất cải tạo hoàn chỉnh hệ thống công trình thủy lợi trên lưu vực nhằm duytrì ổn định trạng thái cân bằng nước (đặc biệt trong các tháng mùa khô) 116

3.2.3.1 Mục tiêu và quan điểm thiết kế mạng lưới giám sát chất lượng nước 118

3.2.3.2 Cơ sở phương pháp luận thiết kế mạng giám sát chất lượng nước 119

3.2.3.3 Tính toán thiết kế mạng giám sát chất lượng nước sông Nhuệ, sôngĐáy 122

TÀI LIỆU THAM KHẢO 130

Bảng 2-7: Kết quả hiệu chỉnh, kiểm nghiệm mô hình mưa - dòng chảy 48

Bảng 2-8 Hiệu quả của hiệu chỉnh mô hình 51

Bảng 2-9 Hiệu quả và sai số của kiểm định mô hình 53

Bảng 2-10 Tổng lượng nước thải theo kịch bản phát triển kinh tế xã hội đến năm 2020 và không được xử lý 64

Bảng 2-11 Tổng lượng nước thải theo kịch bản phát triển kinh tế xã hội đến năm 2020và xử lý được 60% 64

Bảng 2-12 Tổng lượng nước thải theo kịch bản phát triển kinh tế xã hội đến năm 2020và xử lý được 80% 65

Bảng 2-13 Phân đoạn sông Nhuệ - Đáy 71

Bảng 2-14 Số liệu lưu lượng thải đối với từng đoạn sông tiếp nhận nước thải 72

Bảng 2-15 Tổng tải lượng ô nhiễm ước tính theo các đoạn sông 75

Bảng 2-16 Tổng tải lượng ô nhiễm các hoạt động trong đoạn 1 76

Bảng 2-17 Tổng tải lượng ô nhiễm các hoạt động trong đoạn 2 77

Bảng 2-18: Tổng tải lượng ô nhiễm các hoạt động trong đoạn 3 78

Bảng 2-19 Tổng tải lượng ô nhiễm các hoạt động trong đoạn 4 79

Bảng 2-20 Tổng tải lượng ô nhiễm các hoạt động trong đoạn 5 80

Bảng 2-21 Tổng tải lượng ô nhiễm các hoạt động trong đoạn 6 81

Bảng 2-22 Tổng tải lượng ô nhiễm các hoạt động trong đoạn 7 82

Bảng 2-23 Tổng tải lượng ô nhiễm các ngành trong đoạn 8 83

Bảng 2-24 Số liệu lưu lượng thải đối với từng đoạn sông tiếp nhận nước thải 85

Bảng 2-25 Tải lượng ô nhiễm tối đa cho đoạn sông Nhuệ sông Đáy theo QCVN loạiB1 (kg/ngày) 87

viiBảng 2-26 Tải lượng ô nhiễm tối đa cho đoạn sông Nhuệ sông Đáy theo QCVN loại

B2 cho giao thông thủy và các mục đích khác (kg/ngày) 88

Bảng 2-27 Tải lượng ô nhiễm tối đa cho đoạn sông Nhuệ sông Đáy theo QCVN loạiA2 cho cấp nước sinh hoạt có áp dụng công nghệ xử lý phù hợp (kg/ngày) 89

Bảng 2-28 Khả năng tiếp nhận nước thải của đoạn sông Nhuệ sông Đáy theo QCVNloại B1 tưới tiêu thủy lợi (kg/ngày) 92

Bảng 2-29 Khả năng tiếp nhận nước thải của đoạn sông Nhuệ sông Đáy theo QCVNB2 cho giao thông và các mục đích sử dụng khác (kg/ngày) 93

Bảng 2-30 Khả năng tiếp nhận nước thải của đoạn sông Nhuệ sông Đáy theo mục đích cho nước cấp sinh hoạt có áp dụng công nghệ xử lý phù hợp (QCVN A2) 94

Bảng 2-31: Khả năng tự làm sạch chất ô nhiễm cho từng đoạn trên sông Nhuệ, sôngĐáy 97

Bảng 3-1 Đặc trưng nước thải của một số ngành sản xuất công nghiệp 106

Bảng 3-2 Số lượng các làng nghề thống kê trong LVS Nhuệ - Đáy 107

Bảng 3-3 Đặc tính nước thải của các loại hình sản xuất làng nghề 108

Bảng 3-4 Các đặc trưng thủy văn, thủy lực và khoảng cách hòa trộn 124

DANH MỤC HÌNH

Hình 1-1: Bản đồ các trạm khí tượng, thủy văn trên lưu vực sông Nhuệ-Đáy 14

Hình 1-2: Phân bố dòng chảy trung bình tháng (m3/s) - trạm Ba Thá (1961-1980) 21

Hình 1-3: Phân bố dòng chảy trung bình tháng (m3/s) - trạm Hưng Thi (1962-1978) 21Hình 1-4: Xu hướng nước dùng cho các mục đích sử dụng nước khác nhau trên toànlưu vực sông 24

Hình1-5: Giá trị DO trong năm 2009 và 2010 trên sông Nhuệ 26

Hình1-6: Giá trị DO trong năm 2009 và 2010 trên sông Đáy 26

Hình1-7: Giá trị BOD5 trong năm 2009 và 2010 trên sông Nhuệ 26

Hình1-8: Giá trị BOD5 trong năm 2009 và 2010 trên sông Đáy 26

Hình1-9: Giá trị COD trong năm 2009 và 2010 trên sông Nhuệ 27

Hình1-10: Giá trị COD trong năm 2009 và 2010 trên sông Đáy 27

Hình1-11: Giá trị NH4+ trong năm 2009 và 2010 trên sông Nhuệ 28

Hình1-12: Giá trị NH4+ trong năm 2009 và 2010 trên sông Đáy 28

Hình1-13: Giá trị Coliform trong năm 2009 và 2010 trên sông Nhuệ 28

Hình1-14: Giá trị Coliform trong năm 2009 và 2010 trên sông Đáy 28

Hình 2-1: Cấu trúc của mô hình NAM 34

Hình 2-2: Sơ đồ chuyển hoá giữa các hợp phần trong các quá trình sinh học 41

Hình 2-3: So sánh giữa kết quả tính toán hiệu chỉnh mô hình mưa – dòng chảy với sốliệu lưu lượng thực đo, trạm Hưng Thi, năm 1973-1975 48

Hình 2-4: So sánh giữa kết quả tính toán hiệu chỉnh mô hình mưa – dòng chảy với sốliệu lưu lượng thực đo, trạm Ba Thá, năm 1976-1978 49

Hình 2-5: So sánh giữa kết quả tính toán kiểm nghiệm mô hình mưa – dòng chảy với số liệu lưu lượng thực đo, trạm Hưng Thi, năm 1976-1977 49

Hình 2-6: So sánh giữa kết quả tính toán kiểm nghiệm mô hình mưa – dòng chảy với số liệu lưu lượng thực đo, trạm Ba Thá, năm 1972-1973 49

Hình 2-7: So sánh kết quả tính toán hiệu chỉnh mô hình MIKE 11 với số liệu mựcnước thực đo, trạm Hà Nội tháng 11/2006 đến tháng 5/2007 51

Hình 2-8: So sánh kết quả tính toán hiệu chỉnh mô hình MIKE 11 với số liệu mựcnước thực đo, trạm Hưng Yên tháng 11/2006 đến tháng 5/2007 52

Hình 2-9: So sánh kết quả tính toán hiệu chỉnh mô hình MIKE 11 với số liệu mựcnước thực đo, trạm Phủ Lý tháng 11/2006 đến tháng 5/2007 52

Hình 2-10 So sánh kết quả tính toán hiệu chỉnh mô hình MIKE 11 với số liệu mựcnước thực đo, trạm Ninh Bình tháng 11/2006 đến tháng 5/2007 52

Hình 2-11: So sánh kết quả tính toán kiểm nghiệm mô hình MIKE 11 với số liệu mựcnước thực đo, trạm Hà Nội tháng 11/2007 đến tháng 5/2008 53

9Hình 2-12: So sánh kết quả tính toán kiểm nghiệm mô hình MIKE 11 với số liệu mựcnước thực đo, trạm Hưng Yên tháng 11/2007 đến tháng 5/2008 54Hình 2-13: So sánh kết quả tính toán kiểm nghiệm mô hình MIKE 11 với số liệu mựcnước thực đo, trạm Phủ Lý tháng 11/2007 đến tháng 5/2008 54Hình 2-14: So sánh kết quả tính toán kiểm nghiệm mô hình MIKE 11 với số liệu mựcnước thực đo, trạm Phủ Lý tháng 11/2007 đến tháng 5/2008 54Hình 2-15: Sơ đồ mạng lưới sông và mặt cắt tính toán chất lượng nước lưu vực sôngNhuệ - sông Đáy 56Hình 2-16: So sánh kết quả tính toán hiệu chỉnh nồng độ DO với số liệu thực đo, dọctheo sông Đáy, tháng 11/2006 57Hình 2-17: So sánh kết quả tính toán hiệu chỉnh nồng độ DO với số liệu thực đo, dọc theo sông Nhuệ, tháng 11/2006 57Hình 2-18: So sánh kết quả tính toán hiệu chỉnh nồng độ BOD với số liệu thực đo, dọcsông Đáy, tháng 11/2006 58Hình 2-19: So sánh kết quả tính toán hiệu chỉnh nồng độ BOD với số liệu thực đo, dọc sông Nhuệ, tháng 11/2006 58Hình 2-20: So sánh kết quả tính toán hiệu chỉnh tổng Nitơ với số liệu thực đo, dọcsông Đáy, tháng 11/2006 59Hình 2-21: So sánh kết quả tính toán hiệu chỉnh tổng Nitơ với số liệu thực đo, dọc sông Nhuệ, tháng 11/2006 59Hình 2-22: So sánh kết quả tính toán kiểm nghiệm DO với số liệu thực đo, dọc sôngĐáy, tháng 3/2008 60Hình 2-23: So sánh kết quả tính toán kiểm nghiệm DO với số liệu thực đo, dọc sôngNhuệ, tháng 3/2008 60Hình 2-24: So sánh kết quả tính toán kiểm nghiệm BOD với số liệu thực đo, dọc sôngĐáy, tháng 3/2008 61Hình 2-25: So sánh kết quả tính toán kiểm nghiệm BOD với số liệu thực đo, dọc sôngNhuệ, tháng 3/2008 61Hình 2-26: So sánh kết quả tính toán kiểm nghiệm nồng độ tổng Nitơ với số liệu thựcđo, dọc sông Đáy, tháng 3/2008 62Hình 2-27: So sánh kết quả tính toán kiểm nghiệm nồng độ tổng Nitơ với số liệu thựcđo, dọc sông Nhuệ, tháng 3/2008 62Hình 2-28: Tổng lượng nước thải của các ngành công, nông nghiệp và sinh hoạt năm2008, 2010, 2015, 2020 66Hình 2-29: Tổng lượng nước thải của các tỉnh thuộc LVS Nhuệ - Đáy năm 2008, 2010,2015, 2020 66Hình 2-30: So sánh nồng độ BOD dự báo năm 2020 với hiện trạng (2008) dọc theosông Đáy – KB 1, KB 2, KB 3 67Hình 2-31: So sánh nồng độ DO dự báo năm 2020 với hiện trạng (2008) dọc theo sôngĐáy – KB 1, KB 2, KB 3 68

10Hình 2-32: So sánh nồng độ N tổng dự báo năm 2020 với hiện trạng (2008) dọc theo

Hình 2-37: Tỷ lệ % lượng nước thải ước tính cho mỗi đoạn sông 75

Hình 2-38: Tỷ lệ % lưu lượng thải của các hoạt động ở đoạn 1 77

Hình 2-39: Tỷ lệ % lưu lượng thải của các hoạt động ở đoạn 2 78

Hình 2-40: Tỷ lệ % lưu lượng thải của các hoạt động ở đoạn 3 79

Hình 2-41: Tỷ lệ % lưu lượng thải của các hoạt động ở đoạn 4 80

Hình 2-42: Tỷ lệ % lưu lượng thải của các hoạt động ở đoạn 5 81

Hình 2-43: Tỷ lệ % lưu lượng thải của các hoạt động ở đoạn 6 82

Hình 2-44: Tỷ lệ % lưu lượng thải của các hoạt động ở đoạn 7 83

Hình 2-45:Tỷ lệ % lưu lượng thải của các hoạt động ở đoạn 8 84

Hình 2-46: Diễn biến lưu lượng thải ở từng đoạn sông 86

Hình 2-47: Diễn biến nồng độ DO trên sông Nhuệ 100

Hình 2-48: Diễn biến nồng độ BOD5 trên sông Nhuệ 100

Hình 2-49: Diễn biến nồng độ NO3- trên sông Nhuệ 100

Hình 2-50: Diễn biến nồng độ NH4+ trên sông Nhuệ 100

Hình 3-1: Quan hệ giữa ô nhiễm môi trường và phát triển kinh tế trong giai đoạn công nghiệp hóa 102

Hình 3-2: Hệ thống xử lý nước thải tập trung KCN 107

Hình3-3 Cấu tạo bể tự hoạt cải tiến BASTAF 110

Hình 3-4: Hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt tập trung 112

Hình 3-5: Hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt nông thôn 112

Hình 3-6: Mạng trạm giám sát chất lượng nước hệ thống sông Nhuệ – Đáy 126

MỞ ĐẦU

Mặc dù diện tích lưu vực sông Nhuệ chỉ chiếm trên 9% tổng diện tích lưu vực sôngNhuệ-Đáy nhưng dòng sông Nhuệ chảy quả thành phố Hà Nội và tỉnh Hà Nam là 2 địaphương phát triển công nghiệp lớn cũng như mật độ dân cư khá cao (nhất là Hà Nội).Do đó việc nghiên cứu diễn biến chất lượng nước sông Nhuệ là hết sức cần thiết

Tuy nhiên, trong báo cáo luận văn này, việc nghiên cứu chất lượng nước sông Nhuệ làkhông thể tách rời với các nghiên cứu liên quan đến tổng thể lưu vực sông Nhuệ-Đáy.Do đó, tác giả đã đưa toàn bộ thông tin của lưu vực sông Nhuệ-Đáy để làm căn cứđánh giá khả năng tự làm sạch, đề xuất giải pháp quản lý, khắc phục tình trạng ônhiễm môi trường nước sông Nhuệ nói riêng và sông Nhuệ, sông Đáy nói chung.Do khó khăn trong thu thập số liệu, tác giả chỉ có khả năng sử dụng số liệu tương đốicũ so với thời điểm hiện nay Do đó, báo cáo luận văn này được xem như một cơ hộiđể tác giả vận dụng các kiến thức đã học nhằm giải quyết một bài toán thực tế

1 Tính cấp thiết của Đề tài

Lưu vực sông Nhuệ thuộc lưu vực sông Nhuệ-Đáy nằm ở hữu ngạn sông Hồng vớidiện tích tự nhiên khoảng 7665 km2, bao gồm các tỉnh, thành phố sau: Hoà Bình, HàNội, Hà Nam, Nam Định và Ninh Bình

Trong những năm gần đây, tình hình phát triển kinh tế - xã hội trong lưu vực sôngNhuệ - sông Đáy diễn ra rất mạnh mẽ, đem lại nhiều lợi ích to lớn cho nền kinh tếquốc dân, nộp ngân sách nhà nước hàng trăm tỷ đồng, góp phần nâng cao đời sống chongười dân, giải quyết công ăn việc làm cho một số lượng lớn người lao động Tuynhiên, ngoài những lợi ích mang lại thì tình trạng ô nhiễm do những mặt trái của cáchoạt động trên gây ra đang ở mức báo động Môi trường nói chung và môi trườngnước nói riêng trong khu vực đang bị ô nhiễm nghiêm trọng gây ảnh hưởng đến sứckhoẻ người lao động, dân cư cũng như đến hệ sinh thái cảnh quan trong vùng

Các báo cáo gần đây cho thấy toàn lưu vực sông Nhuệ - sông Đáy phải tiếp nhậnlượng nước thải khoảng 800.000 m3/ngày đêm, trong đó nguồn nước thải riêng khu

2vực Hà Nội cũ (chưa mở rộng) chiếm trên 50% lượng nước thải Lưu vực sông Nhuệ -sông Đáy là một trong 3 lưu vực sông đang bị ô nhiễm nghiêm trọng ở nước ta Trênlưu vực có hơn 700 nguồn thải: công nghiệp, làng nghề, bệnh viện, sinh hoạt thải vàosông Nhuệ - Đáy, hầu hết không qua xử lý, gây ô nhiễm nghiêm trọng Chất lượngnước sông Nhuệ, Đáy bị ô nhiễm cao với các chỉ số DO, COD, BOD5, NH4+, Coliformđều vượt nhiều lần tiêu chuẩn cho phép Diễn biến của tình trạng ô nhiễm không códấu hiệu được cải thiện mà còn tăng lên.

Để nhận diện được diễn biến ô nhiễm của sông Nhuệ, học viên sẽ nghiên cứu diễn biếnchất lượng nước sông Nhuệ làm cơ sở đề xuất các giải pháp quản lý, khắc phục ônhiễm môi trường nước

2 Mục tiêu của Đề tài

Đề tài được thực hiện nhằm các mục tiêu sau:- Vận dụng thành công mô hình thủy văn thủy lực Mike Nam và Mike 11 để đánh giádiễn biến chất lượng nước sông Nhuệ

- Đề xuất được một số giải pháp quản lý, khắc phục tình trạng ô nhiễm môi trườngnước sông Nhuệ

3 Tổng quan nghiên cứu liên quan đến nội dung luận văn

3.1 Các nghiên cứu liên quan đến mô phỏng thủy lực tại khu vực nghiên cứu

Hiện trạng tài nguyên nước và các ứng dụng mô hình toán mô phỏng quá trình dòngchảy trên lưu vực sông Nhuệ - Đáy đã được thực hiện trong rất nhiều nghiên cứu khácnhau, có thể kể đến một số nghiên cứu như:

- Nghiên cứu ứng dụng mô hình MIKE11 đánh giá khả năng đưa nước thường

xuyên vào sông Đáy tăng khả năng thoát lũ, cải tạo môi trường do nhóm tác giả

Trần Khắc Thạc, Phạm Thị Hương Lan, Hà Văn Khối từ Đại học Thủy lợi đăng tạiTạp chí Đại học Thủy lợi số 40 Bài báo đã trình bày kết quả nghiên cứu ứng dụng môhình MIKE 11 đánh giả khả năng đưa nước thường xuyên vào sông Đáy tăng khả năngthoát lũ, cải tạo môi trường

- Ứng dụng mô hình thuỷ động lực học MIKE11 phục vụ công tác quy hoạch và

quản lý nguồn nước lưu vực sông Hồng do nhóm tác giả Tô Trung Nghĩa từ Viện

Quy hoạch Thủy lợi Nghiên cứu đã tiến hành đánh giá các phương án phát triểnnguồn nước phục vụ yêu cầu cấp nước và chống lũ lưu vực sông Hồng Kết quả môphỏng đã định lượng được tác động từ các phương án phát triển nguồn nước đối vớichế độ dòng chảy kiệt, dòng chảy lũ hệ thống sông và đưa ra khuyến cáo giúp chocông tác quy hoạch và quản lý nguồn nước Nghiên cứu đã đề xuất hướng mở rộngnghiên cứu ứng dụng bộ mô hình MIKE, đồng thời cũng đánh giá về những điểm cònhạn chế của MIKE 11

- Ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đến biến đổi tài nguyên nước lưu vực sông

Nhuệ-Đáy của nhóm tác giả Nguyễn Thanh Sơn từ Đại học Khoa học tự nhiên, Đại học

Quốc gia Hà Nội tại tạp chí ĐHQGHN số 18 năm 2011 Bài báo đã phân tích sự biếnđổi các đại lượng thủy văn theo kịch bản cho thời kỳ tương lai 2020, 2050 so với giaiđoạn nền từ 1970-1999 Kết quả phân tích cho thấy xu hướng tăng mạnh các hiệntượng cực đoan, cụ thể dòng chảy lũ tăng mạnh trong khi dòng chảy kiệt giảm

- Khảo sát hiện trạng tài nguyên nước lưu vực sông Nhuệ-Đáy do nhóm tác giả

Nguyễn Thanh Sơn, Nguyễn Ý Như, Trần Ngọc Anh từ Khoa Khí tượng Thủy văn vàHải dương học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội đăngtại Tạp chí Khoa chọc ĐHQGHN năm 2011 Bài báo đã đánh giá được tổng quan vềhiện trạng tài nguyên nước lưu vực sông Nhuệ-Đáy và đánh giá được nước sông ônhiễm nghiêm trọng và không còn khả năng tự làm sạch

- Các luận văn tốt nghiệp đại học, luận văn thạc sỹ thực hiện các nội dung liênquan đến ứng dụng mô hình thủy lực MIKE 11 mô phỏng dòng chảy sông Nhuệ,sông Đáy.

Các nghiên cứu, bài báo, luận văn nêu trên là một nguồn tư liệu, số liệu phongphú để học viên có thể kế thừa và phát triển, phục vụ cho việc nghiên cứu củabản thân.

3.2 Các nghiên cứu đánh giá chất lượng môi trường nước

Các nghiên cứu sử dụng mô hình toán để mô phỏng diễn biến chất lượng nướchoặc đánh giá khả năng tự làm sạch của sông không chỉ thực hiện tại khu vực

4nghiên cứu mà thực hiện tại một số sông khác trên cả nước, cụ thể như sau:

- Ứng dụng mô hình toán đánh giá chất lượng nước hạ lưu sông Đồng Nai

đến năm 2020 của tác giả Phan Viết Chính, Khoa Xây dựng, Đại học Đông Á

tại Tạp chí nghiên cứu khoa học Đại học Đông Á số 04 năm 2011 Trong bàibáo này, mô hình toán dòng chảy hở một chiều MIKE11 đã được áp dụng môphỏng đánh giá chất lượng nước hạ lưu sông Đồng Nai đoạn chảy qua thành phốBiên Hòa hiện trạng năm 2005 và mô phỏng dự báo chất lượng nước năm 2011và 2020 do tác động bởi các nguồn xả thải của đô thị Biên Hòa theo qui hoạchphát triển kinh tế xã hội đến năm 2020 của tỉnh Đồng Nai Tác giả sử dụng sốliệu địa hình, số liệu thủy lực, thủy văn năm 2003, số liệu chất lượng nước thựcđo năm 2003 và năm 2005 để hiệu chỉnh và kiểm tra mô hình Sử dụng bộ thôngsố đã hiệu chỉnh để mô phỏng dự báo chất lượng nước cho các phương án pháttriển kinh tế xã hội của thành phố Biên Hòa đến năm 2020 Kết quả mô phỏngchất lượng nước năm 2011 và 2020 được so sánh đánh giá với qui chuẩn môitrường nước mặt: QCVN08: 2008/BTNMT Nhìn chung, chất lượng nước sôngĐồng Nai đoạn chảy qua thành phố Biên Hòa đều không đảm bảo nguồn cấpnước loại A2 theo qui chuẩn; tuy nhiên khi các hệ thống xử lí nước thải sinhhoạt hoàn thành và đưa vào sử dụng với hiệu suất xử lí 100% thì chất lượngnước trên đoạn sông này có cải thiện đáng kể.

- Báo cáo Đánh giá chất nước mặt lưu vực sông cầu dựa trên các kết quả đạt

được trong các năm 2010 - 2012 thuộc nhiệm vụ “Phân vùng môi trường phục

vụ quản lý và cải thiện chất lượng các đoạn sông thuộc lưu vực sông Cầu” doTổng cục Môi trường thực hiện năm 2012 Báo cáo đã áp dụng mô hình MIKE11 để mô hình hóa, tính toán diễn biến chất lượng nước sông Cầu.

Các nghiên cứu trên đã cung cấp cho học viên cái nhìn tổng quát và phươngpháp áp dụng mô hình thủy lực trong tính toán diễn biến chất lượng nước để ápdụng vào nội dung luận văn.

Ngoài ra, các nghiên cứu này hầu hết chỉ dừng lại ở việc đánh giá diễn biến chấtlượng nước các sông, chưa đánh giá được khả năng tự làm sạch của nước sông.Do đó học viên dự kiến áp dụng mô hình toán ngoài việc đánh giá diễn biến chấtlượng nước sông sẽ đánh giá khả năng tự làm sạch của sông Nhuệ.

4 Phương pháp nghiên cứu, cách tiếp cận

4.1 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp thống kê: Đã thống kê, tổng hợp tất cả các tài liệu liên quan đến

5hiện trạng kinh tế, xã hội, cơ sở hạ tầng, công trình thủy lợi, số liệu khí tượng,thủy văn, mặt cắt lòng sông, chất lượng môi trường trong khu vực nghiên cứu.

- Phương pháp kế thừa truyền thống: Đã nghiên cứu kế thừa các tài liệu, nghiên

cứu khoa học, quy định pháp luật liên quan đến khu vực nghiên cứu.

- Phương pháp khảo sát thực tế: khảo sát thực tế một số công trình thủy lợi

trong khu vực nghiên cứu để bổ sung số liệu nếu cần

- Phương pháp mô hình: sử dụng các mô hình toán thủy văn, thủy lực mô phỏng

mưa - dòng chảy, mô phỏng diễn biến thủy lực và mô phỏng diễn biến chấtlượng nước sông tại khu vực nghiên cứu.

4.2 Cách tiếp cận

Đề tài tiến hành nghiên cứu theo sơ đồ sau:

Nghiên cứu hiện trạng tài nguyên và môi trường lưu vực sông Nhuệ-Đáy

Hiện trạng tài nguyên Hiện trạng ô nhiễm môi trường nước

Nghiên cứu, áp dụng mô hình MIKE NAM và MIKE 11 tính toán diễn biến môi

trường nước

Nghiên cứu lý thuyết mô hình Áp dụng mô hình

Đánh giá khả năng tiếp nhận nước thải của các đoạn sông thuộc sông Nhuệ-Đáy

Đánh giá diễn biến ô nhiễm Đánh giá khả năng tiếp nhận nước thải

Đề xuất giải pháp quản lý, khắc phục ô nhiễm

Giải pháp quản lý Giải pháp khắc phục ô nhiễm

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ỨNG DỤNG MÔ HÌNH TOÁN ĐÁNH GIÁDIỄN BIẾN CHẤT LƯỢNG NƯỚC VÀ GIỚI THIỆU VỀ LƯU VỰCNGHIÊN CỨU

1.1 Tổng quan ứng dụng mô hình toán đánh giá diễn biến chất lượng nước

1.1.1 Khái niệm về mô hình toán chất lượng nước

Để mô phỏng quá trình thay đổi của BOD, COD, DO theo thời gian và không gian,người ta đã sử dụng các biểu thức toán học biểu diễn sự biến đổi của các thành phầnnày dọc theo dòng chảy mặt Cần lưu ý rằng, đây không phải là các mô hình biểu diễnquá trình truyền chất (bài toán pha loãng) thông thường Các mô hình dưới đây biểudiễn sự thay đổi chất lượng nước dưới tác động của các phản ứng sinh hoá trong dòngchảy mặt Chúng không đơn thuần chỉ mô tả sự truyền tải do tốc độ và khuếch tánphân tử như các mô hình truyền chất Một số mô hình sinh hoá chất lượng nước đangđược ứng dụng trên thế giới như: mô hình Streeter-Phelp, mô hình Thomas, mô hìnhCamp

Hầu hết các mô hình chất lượng nước mặt đang dùng hiện nay đều có nguồn gốc từ hệphương trình cơ bản của Streeter-Phelp Phương pháp Streeter-Phelp đã được ứngdụng rộng rãi như vậy chính là nhờ tính đơn giản và hiệu quả của nó

* Lý thuyết của phương pháp Streeter-Phelp

Năm 1925 khi nghiên cứu ô nhiễm nước của Ohio, Streeter-Phelp đã quan sát thấyhàm lượng BOD đo được tại các điểm kế tiếp nhau dọc sông Ohio dưới quá trình thảira chủ yếu đã giảm xuống như là một hàm của quãng đường đi hay thời gian vận động.Do đó chỉ số BOD có thể dự đoán được bằng cách sử dụng mối quan hệ toán học đơngiản dựa vào thời gian và hệ số khử ôxy Giả định cơ bản trong phương trình Streeter-Phelp là BOD và DO đủ để mô tả quá trình sinh hoá của ô nhiễm nước và quá trìnhchọn lọc tự nhiên

Mô hình cơ bản dựa vào phương trình này để giúp ích trong việc dự đoán hàm lượngBOD và DO hoặc các thiếu hụt như là kết quả của việc thải các chất thải có thể phânhuỷ bằng vi sinh vào các khu vực chứa nước

7Lời giải của phương trình Streeter-Phelp là: với các giá trị khác nhau của các điểm theo thời gian một quá trình về thiếu hụt ôxy được biết tới như là một đường cong vềôxy hoà tan.

BOD(mg/l)

Khoảng cách (Km)DO

(mg/l)

Khoảng cách (Km)

Bắt đầu từ điểm xả và xuôi theo dòng, chỉ số DO giảm xuống do xuất hiện quá trìnhloại ôxy với cường độ cao hơn cường độ làm thoáng Cường độ khử ôxy giảm xuốngvì BOD giảm xuống theo thời gian và cường độ làm thoáng lại tăng lên tương ứng vớichiều hướng tăng lên của thiếu hụt ôxy Khi hai cường độ này bằng nhau, mức độ DOđạt đến mức thấp nhất, điểm tối thiểu Từ điểm này trở đi cường độ làm thoáng lạivượt quá cường độ loại ôxy và chỉ số ôxy dần dần được phục hồi trở lại mức ban đầu.Như vậy cần có sự cân bằng hợp lý giữa lợi ích và chi phí cho việc sử lý nước thải đểlàm giảm hàm lượng BOD Hàm lượng BOD quá cao sẽ làm giảm chỉ số DO xuống trịsố 0 và làm cho các điều kiện về nhiễm khuẩn và gây thối tăng lên Trong khi đó việc

8giảm chỉ số BOD xuống quá nhiều sẽ rất tốn kém Lượng BOD vừa phải kết hợp vớixử lý nước thải ở mức độ thích hợp sẽ mang lại hiệu quả kinh tế cao.

Các mô hình chất lượng nước có thể sử dụng trong các điều kiện tĩnh và động thay đổitheo thời gian Loại thứ nhất thường đơn giản hơn đòi hỏi ít các nỗ lực tính toán hơnvà thích hợp cho việc lập kế hoạch lâu dài Loại thứ hai có ích cho việc đánh giá cácđiều kiện tạm thời chẳng hạn như dòng chảy do bão đột xuất gây ra hoặc sự lan toả củacác chất gây ô nhiễm

Giả định về sự hòa trộn của các chất gây ô nhiễm trong nước mặt quyết định phạm vivề không gian của mô hình Mô hình một chiều đưa ra giả định về trộn lẫn theo cả haiphương: thẳng đứng và nằm ngang Mô hình không gian hai chiều đưa ra giả định vềtrộn lẫn kế cận (như ở các sông có nhiều tầng, lớp chảy khác nhau) hoặc là trộn lẫntheo phương thẳng đứng (như ở các sông rộng và tương đối nông) Mặc dù các điềukiện trên thực tế là không gian ba chiều nhưng cách trình bày theo không gian mộthoặc hai chiều vẫn đảm bảo các yêu cầu tính toán

*Hệ phương trình cơ bản của Streeter-Phelp

Trong đó:

L: Nhu cầu ôxy sinh hoá (BOD) (mg/l)D: Độ thiếu hụt ôxy (mg/l)U: Tốc độ dòng chảy (km/ngày)K1: Hệ số khử ôxy (l/ngày) K2: Hệ số làm thoáng trở lại (l/ngày)Từ hệ phương trình trên ta thấy hàm luợng BOD phụ thuộc vào tốc độ dòng chảy và hệsố khử ôxy (K1) Còn hàm lượng DO phụ thuộc vào tốc độ dòng chảy, hệ số khử ôxyK1 và hệ số làm thoáng trở lại K2

9Như vậy là hàm lượng DO và BOD phụ thuộc vào thời gian biến đổi theo chiều dòngchảy Dưới tác động của các yếu tố môi trường mà hai hệ số K1 và K2 cũng thay đổitheo thời gian và không gian.

Do đó để có thể mô phỏng được hàm lượng DO và BOD theo thiều dòng chảy ta phảixét đến tác động của các yếu tố môi trường và phải có các kết quả tính toán của môhình thuỷ lực theo các bước thời gian

1.1.2 Nhu cầu về ứng dụng mô hình toán về chất lượng nước

Phương pháp mô hình toán là một phương pháp nhận thức quan trọng của loài ngườivề thế giới xung quanh Một cách nôm na, về cấu trúc phương pháp này là cấu thànhtừ chuỗi các suy luận theo logic nhất định dựa vào các quy luật khách quan (hay cácmô hình toán về các quá trình riêng biệt) Khi các thông tin nhập vào đi qua chuỗi cácsuy luận này, chúng ta sẽ nhận được các thông tin mới về một đối tượng hay hệ thốngcác đối tượng cần nhận thức Điểm mạnh của phương pháp mô hình toán là tính khảnăng dự báo các chuỗi thông tin mới (đó cũng là niềm kiêu hãnh của khoa học nóichung)

Phương pháp mô hình hoá toán học cho các quá trình thuỷ văn, thuỷ lực, lan truyềnchất thải và đánh giá chất lượng nước sông rạch, ao hồ và đại dương đã được các nhànghiên cứu đưa vào ứng dụng ngay trong những giai đoạn sơ khai của khoa học vềnước

Hàng ngàn công trình, rất nhiều phát minh và giải pháp khoa học đã được ghi nhận vàphát huy tác dụng nhờ vào việc áp dụng và phát triển của ngành khoa học này Trongtrào lưu khoa học đồ sộ này, riêng phương pháp mô hình toán về quá trình lan truyềnchất thải và đánh giá chất lượng nước sông rạch có tuổi đời còn non trẻ hơn cả -khoảng vài ba thập kỷ mới đây Ngành này thực sự phát triển trong các năm 80 và 90thế kỷ này, khi vấn đề ô nhiễm nguồn nước tự nhiên do hoạt động của con người bắtđầu tạo ra nỗi ám ảnh bất an và sau đó ngày càng trở nên một trong các yếu tố quantrọng gây cản trở cho sự phát triển của văn minh trên trái đất Nhu cầu ứng dụng cáchiểu biết để bảo vệ môi trường tăng nhanh Các ngành nghề, các nghiên cứu và bảo vệ

10môi trường phát triển như vũ bão Do đó, nhu cầu về các mô hình dự báo và quản lýchất lượng nước ngày càng tăng cao.

Tầm quan trọng của phương pháp mô hình toán trong tính toán thuỷ văn, thuỷ lực,xâm nhập mặn và lan truyền chất bẩn vùng hạ du các hệ thống sông đã được dư luậnkhoa học đánh giá đúng Cho đến lúc này nó là phương tiện quan trọng trợ giúp chúngta tiếp cận được các vấn đề định lượng của các quy luật thuỷ văn và cân bằng vật chấttrên phạm vi toàn cục, kiểm định tính khả thi của các ý tưởng thiết kế phương thứcđiều khiển dòng chảy và tiếp theo là vấn đề dự báo chất lượng nước

1.1.3 Phân loại mô hình toán về chất lượng nước

Về cấu trúc toán học, có thể chia ra ba loại mô hình:- Mô hình thống kê thuần tuý (dựa vào các mối tương quan rút ra từ các phương phápthống kê toán học);

- Mô hình tất định thuần tuý (dựa vào các phương trình toán học của các định luật bảotồn xung lượng, năng lượng và khối lượng);

- Mô hình toán kết hợp cả các quan hệ thống kê và quan hệ nhân quả-tất định.Về các mô hình này ta có nhận xét:

Ngày nay, trong vùng các đồng bằng, cấu tạo lòng dẫn, địa hình và hệ thống các côngtrình thuỷ lợi cũng như giao thông đã làm cho chế độ thuỷ văn và lan truyền, tích luỹchất bẩn và xâm nhập mặn thay đổi đến mức các quan hệ thống kê và kinh nghiệm lậpra trên cơ sở số liệu khảo sát trong quá khứ không thể áp dụng để dự báo một cáchnhanh chóng và trên quy mô lớn Thậm chí, càng về sau thì các phương pháp thống kêvà kinh nghiệm ngày càng trở nên bế tắc vì quá trình cải tạo và khai thác càng ngàycàng gia tăng

Mô hình tất định thuần tuý cũng gặp một số khó khăn vì các quá trình htuỷ văn, thuỷlực sông rạch vùng triều và quá trình lan truyền chất thải bị rất nhiều yếu tố ảnh hưởng(rất khó mô phỏng hết) và có nhiều tính chất mang tính ngẫu nhiên

11Mô hình kết hợp cả các phương pháp tất định (để mô phỏng các quan hệ chính) và cácquan hệ thống kê (để tham số hoá gần đúng các quan hệ phụ) là còn được phát triển cótính thuyết phục cao nhất.

Mô hình toán còn được phân biệt theo cách giải các phương trình toán (mô hình giảitích hay mô hình số trị), theo đối tượng khảo sát, theo loại phương trình toán phải xửlý…

Cần nói thêm rằng, hiện nay do sự phát triển nhanh của công nghệ điện tử và khoa họctính toán nên phương pháp số trị giải các mô hình toán đang thay thế dần các phươngpháp tìm nghiệm giải tích

Trong thuỷ văn, thông dụng nhất là cách phân loại mô hình toán về chất lượng nướcsông rạch theo mô hình thuỷ văn và theo mô hình thuỷ lực với các tiêu chí và qui môáp dụng khác nhau

Quá trình phát triển của các mô hình toán chất lượng nước gắn liền với sự phát triểncủa công nghệ tin học Do đó, ngày nay khi nói đến một mô hình toán về chất lượngnước, các nhà khoa học đều hiểu là một phần mềm tin học ứng dụng

Thông thường các mô hình thuỷ văn và thuỷ lực đang dùng là các mô hình loại kết hợpgiữa phương pháp mô phỏng tất định và phương pháp thống kê học

1.1.4 Giới thiệu một số mô hình toán chất lượng nước

Tất cả các mô hình theo phương pháp thuỷ lực đều dựa trên việc giải hệ phương trìnhSaint-Venant ở dạng đầy đủ và phương trình mô tả định luật bảo tồn và chuyển hoá vậtchất, tức là xem xét sự cân bằng động lực của dòng chảy và sựu cân bằng vật chất bêntrong qua trình chuyển động thì gọi là mô hình theo phương pháp thuỷ lực Cách giảihệ phương trình này rất đa dạng nhưng chủ yếu bằng phương pháp sai phân theo hai sơđồ ẩn và hiện ưu điểm cơ bản của phương pháp này là có khả năng mô phỏng quátrình dòng chảy và quá trình lan truyền chất trong hệ thống mạng lưới sông rạch và cácô ruộng

12Ngày nay, mô hình chất lượng nước được nhiều tác giả xây dựng và phát triển sau đâysẽ là một số mô hình chất lượng nước theo phương pháp thỷ lực đã được ứng dụngrộng rãi trên thế giới:

Mô hình MASTER: Do viện thuỷ lực Hà Lan lập ra năm 1988 theo đơn đặt hàng của

Ban thư ký Mekong để mô phỏng chuyển động của nước trên hạ lưu Mekong từChiang Sean ra đến biển và sự lan truyền mặn từ các cửa sông vào bên trong nội đồng.Đây là mô hình được xây dựng trên hệ phương trình Saint-Venant đầy đủ và nhữngphương trình mô tả thuyền mặn Thực ra MASTER MODEL bao gồm 3 mô hình làmviệc khá độc lập với nhau RIVER MODEL (áp dụng để lập biên lưu lượng tại Paksecho DELTA FLOOD MODEL và nghiên cứu vận chuyển nước trong miền từ ChiangSaen đến Pakse), DELTA TIDAL MODEL (mô tả chuyển động nước và xâm nhậpmặn vùng lân cận các cửa sông Cửu Long (từ Nông Penh trở xuống) Đây là một môhình tốt về học thuật đối với bài toán dòng không ổn định trong hệ thống kênh hở Tuynhiên hiện nay không thấy các chuyên gia sử dụng mô hình này trong tác nghiệp tạiViệt Nam

Mô hình MIKE 11: do DHI Water & Environment phát triển, là một gói phần mềm

dùng để mô phỏng dòng chảy/ lưu lượng, chất lượng nước và vận chuyển bùn cát ở cáccửa sông, sông, kênh tưới và các vật thể nước khác

MIKE 11 là công cụ lập mô hình động lực, một chiều và thân thiện với người sử dụngnhằm phân tích chi tiết, thiết kế, quản lý và vận hành cho sông và hệ thống kênh dẫnđơn giản và phức tạp Với môi trường đặc biệt thân thiện với người sử dụng, linh hoạtvà tốc độ, MIKE 11 cung cấp một môi tường thiết kế hữu hiệu về kỹ thuật công trình,tài nguyên nước, quản lý chất lượng nước và các ứng dụng quy hoạch

Mô hình AQUATOX: thuộc EPA, là mô hình mô phỏng hệ sinh thái nước ngọt Nó có

thể đưa ra dự báo phân tích về các chất gây ô nhiễm như các chất hữu cơ và các chấtđộc hữu cơ, những ảnh hưởng của chúng đến hệ sinh thái như các động vật, khôngxương sống, hệ thực vật Là công cụ tốt cho tất cả những ai quan tâm đến đánh giá hệthống sinh thái thuỷ vực

Mô hình CORMIX: cũng thuộc EPA là phần mếm máy tính dùng để phântích, dự báo

và thiết kế các miệng xả nước thải vào nguồn nước tự nhiên Mô hình này được cácchuyên gia thuộc trường Đại học Cornell (Mỹ) xây dựng trong thời gian từ 1985 đến1995 Mô hình cho phép mô tả quá trình pha trộn nước thải ở gần miệng xả cũng nhưxa miệng xả

CORMIX có ba hệ thống chương trình phụ trương ứng với ba điều kiện nước thải khácnhau Các hệ thống chương trình phụ này là:

CORMIX 1:Dùng phân tích cho cửa xả đơn ngập duới nước CORMIX 2: Dùng phân tích cho nhiều cửa xả ngập dưới nướcCORMIX 3: Dùng phân tích cho cửa xả trên mặt nước

Mô hình WASP 6: do EPA phát triển nhằm đánh giá và mô phỏng chất lượng nước hồ

kết hợp với tính toán thuỷ lực một chiều Trong mô hình rất nhiều biến đặc trưng chochất lượng nước đã được tính toán Đây là một mô hình tương đối phổ biến trong cácnăm qua và liên tục được hoàn thiện

Mô hình BASINS: của EPA nhằm trợ giúp đánh giá kiểm tra hệ thống dữ liệu thông

tin môi trường và phân tích các phương án quản lý Một điểm nổi bật của BASINS làđã đưa vào cách tiếp cận mới dựa trên nền tảng lưu vực sông, có kết hợp quản lý dữliệu không gian Nó thường dùng cho các mục đích sau: mô phỏng các điều kiện củalưu vực và đánh giá hiện trạng chất lượng nước, mô phỏng cách tác động của việc thayđổi có tính đến cân bằng nước, mô phỏng các kịch bản nguồn ô nhiễm điểm và diện,xây dựng và phát triển cách quản lý của cả lưu vực Các nhóm tham số của mô hìnhbao gồm: Phú dưỡng (nitơ, photpho), DO, BOD, thuốc trừ sâu, thuốc bảo vệ thựcvật…

Mô hình DELFT 3D: của viện nghiên cứu thuỷ lực Hà Lan cho phép kết hợp giữa mô

hình thuỷ lực 1,2,3 chiều với mô hình chất lượng nước Ưu điểm của mô hình này làviệc kết hợp giữa các module tính toán phức tạp để đưa ra những kết quả tính môphỏng cho nhiều chất và nhiều quá trình tham gia

Tóm lại

Tất cả các mô hình thuộc hướng mô hình thuỷ lực đang được dư luận quan tâm đều lấyhệ phương trình Saint-Venant một chiều để mô phỏng sự vận động của nước trongsông-kênh và lấy mô hình truyền tải và khuếch tán để mô phỏng quá trình lan truyềnmặn và chất thải hoà tan Sự khác nhau giữa các mô hình nằm trong các giải pháp kỹthuật để chương trình hoá chúng trên máy tính và kéo theo là kỹ thuật tạo lập các cơ sởdữ liệu nhập/xuất để chạy các mô hình đó

1.2 Giới thiệu khu vực nghiên cứu

1.2.1 Vị trí địa lý

Lưu vực sông Nhuệ là một phần của lưu vực sông Nhuệ- Đáy nằm ở hữu ngạn sôngHồng với tổng diện tích tự nhiên 7.665 km2 (riêng lưu vực sông Đáy là 6.965 km2), tọađộ địa lý của lưu vực từ 200 đến 21020’ vĩ độ Bắc, và từ 1050 đến 106030’ kinh độĐông

Hình 1-1: Bản đồ các trạm khí tượng, thủy văn trên lưu vực sông Nhuệ-Đáy

Nguồn:[ http://www.n e a.gov.vn]

1.2.2 Chế độ khí tượng

Khí hậu khu vực nghiên cứu mang đầy đủ những thuộc tính cơ bản của khí hậu miềnBắc Việt Nam đó là nhiệt đới gió mùa nóng ẩm, mùa đông khá lạnh và ít mưa, mùa hènắng nóng nhiều mưa tạo nên bởi tác động qua lại của các yếu tố: bức xạ mặt trời, địahình, các khối không khí luân phiên khống chế

1.2.2.1 Chế độ nắng

Khu vực nghiên cứu nằm trong miền khí hậu nhiệt đới gió mùa, với lượng bức xạ tổngcộng trung bình năm khoảng 105-120 Kcal/cm2 và có số giờ nắng thuộc loại trungbình, đạt khoảng 1600-1750 giờ/năm, trong đó tháng VII có số giờ nắng nhiều nhất đạt200-230 giờ/tháng và tháng II, III có số giờ nắng ít nhất khoảng 25-45 giờ/tháng.Chế độ nắng cũng giống như chế độ nhiệt, nó ảnh hưởng đến tốc độ và dạng phân huỷcác hợp chất hữu cơ và nồng độ ôxy hoà tan trong nước

1.2.2.2 Chế độ nhiệt

Chế độ nhiệt phân hoá khá rõ rệt theo đai cao trong khu vực nghiên cứu Nhiệt độtrung bình năm ở vùng thấp đạt từ 25-270C, ở vùng đồ núi phía Tây và Tây Bắc nhiệtđộ trung bình năm xấp xỉ 240C Mùa đông nhiệt độ trung bình ở vùng cao giảm xuốngcòn 16-190C, mùa hè trung bình khoảng 220C Trong trường hợp cực đoan, nhiệt độ tốicao có thể lên tới 400C, và nhiệt độ tối thấp có thể xuống tới dưới 00C

Chế độ nhiệt của nước phụ thuộc vào chế độ nhiệt của không khí đã ảnh hưởng đếncác quá trình hoá lý xảy ra trong nước, nó ảnh hưởng đến đời sống các vi sinh vật và vikhuẩn sống trong nước

1.2.2.3 Chế độ gió

Mùa đông gió có hướng thịnh hành là Đông Bắc, tần suất đạt 60-70% Một số nơi doảnh hưởng của địa hình, hướng gió đổi thành Tây Bắc và Bắc, tần suất đạt 25-40%Mùa hè các tháng V, VI, VII hướng gió ổn định, thịnh hành là Đông và Đông Nam,tần suất đạt khoảng 60-70% Tháng VIII hướng gió phân tán, hướng thịnh hành nhấtcũng chỉ đạt tần suất 20-25%

16Các tháng chuyển tiếp hướng gió không ổn định, tần suất mỗi hướng thay đổi trungbình từ 10-15%.

Tốc độ gió trung bình thay đổi từ 2-2,5 m/s, ở các khu vực núi cao, thoáng tốc độ giótăng 3-4,5 m/s, ở các thung lũng kín, tốc độ gió trung bình khá thấp đạt 1-2 m/s, trongđó tần suất lặng gió có thể lên tới 40-50% Tốc độ gió lớn nhất đạt 30-40 m/s (thườnglà trong dông hoặc bão)

Ở những nút giao thông, tuyến giao thông, nơi sản xuất vật liệu xây dựng, xí nghiệpkhai thác khoáng sản, khai thác đá, những khu vực chế biến thuỷ, hải sản (có mùi), doảnh hưởng của gió đã làm ô nhiễm môi trường không khí Khả năng phát tán của mùi,đặc biệt là của bụi, dưới tác động của gió đã làm ô nhiễm với bán kính tới vài km

1.2.2.4 Chế độ mưa ẩm

Do địa hình khu vực nghiên cứu đa dạng và phức tạp nên lượng mưa cũng biến đổikhông đều theo không gian Phần hữu ngạn của lưu vực có mưa khá lớn (X>1800mm), nhất là vùng đồi núi phía Tây ( X>2000 mm) Trung tâm mưa lớn nhất ở thượngnguồn sông Tích thuộc núi Ba Vì ( X=2000 -2400 mm) Phần tả ngạn lưu vực lượngmưa tương đối nhỏ ( X=1500-1800mm), nhỏ nhất ở thượng nguồn sông Nhuệ(X=1500 mm), và lại tăng dần ra phía biển (1800-2000 mm)

Mùa mưa trùng với thời kỳ mùa hè, từ tháng V-X, lượng mưa chiếm 80-85% tổnglượng mưa năm, đạt từ 1200-1800 mm với số ngày mưa vào khoảng 60-70 ngày.Tháng VII-IX là những tháng có nhiều ngày mưa nhất và lượng mưa lớn nhất, chiếm50-60% tổng lượng mưa năm, đạt khoảng 250-350 mm/tháng Nhìn chung mưa mùahè thường là mưa dông, dông nhiệt hoặc dông phát sinh trên đường hội tụ nhiệt đới.Các trận mưa có thể kéo dài từ 1 đến 5 ngày có khi đến 10 ngày, cũng có những trậnkéo dài trên 10 ngày Có những đợt mưa lớn lượng mưa ngày có thể lên tới 200 mm vàtrên nữa, lượng mưa toàn đợt lên tới trên 400 mm, thậm chí 500 mm ở vùng núi

Đặc biệt thời kỳ này thường hay có bão, mưa trong bão rất lớn, cường độ mạnh, trungbình chiếm 25-35% lượng mưa cả năm Lượng mưa trong bão thường đạt 50-100mm/ngày và có thể lớn hơn, thường gây ra úng ngập Trung bình trong cả năm ở khuvực nghiên cứu có khoảng 6-10 ngày có lượng mưa trên 50 mm/ngày Ở vùng núi, số

17ngày có lượng mưa lớn trên 50 mm/ngày nhiều hơn ở vùng đông bằng, khoảng 8-12ngày, ở vùng núi Ba Vì từ 10-14 ngày Vào những năm ít bão thường có lượng mưanhỏ hơn.

Theo kết quả thống kê của Viện Khí Tượng Thuỷ Văn và kết quả nghiên cứu đánh giácủa nhiều tác giả cho thấy phần lớn các trận mưa lớn có lượng mưa >100 -200 mm,hay các trận mưa kéo dài liên tục tập trung trong vài ba ngày thường ảnh hưởng trựctiếp gây ra úng ngập cho những vùng trũng thấp, thậm chí ngay cả những vùng bằngphẳng khi hệ thống tiêu thoát kém cũng bị úng ngập, điều này đã ảnh hưởng đến môitrường nói chung và môi trường nước mặt và nước ngầm nói riêng

Lượng mưa các tháng mùa khô đều dưới 100mm/tháng, trong đó tháng XII, I, II, IIIdưới 50 mm/ngày Trong thời kỳ này dòng chảy nhỏ, chủ yếu phụ thuộc vào thời gianmở cống Liên Mạc

1.2.3 Thảm phủ thực vật

Mặc dù phần lớn diện tích là vùng đồng bằng đã bị khai thác từ lâu đời nhưng với mộtphần diện tích là rừng núi thuộc các khu rừng đặc dụng như vườn quốc gia Ba Vì, khubảo vệ cảnh quan Hương Sơn với khí hậu thuận lợi, nền đất đa dạng nên thế giới sinhvật trong lưu vực vô cùng phong phú, đa dạng

Trong lưu vực tồn tại các loại thảm thực vật như sau:

1.2.3.1 Hệ sinh thái tự nhiên

- Hệ sinh thái rừng kín cây lá rộng, thường xanh, nhiệt đới ẩm và hệ sinh thái rừng

kín, cây lá rộng (hoặc hỗn giao cây lá kim), thường xanh á nhiệt đới ẩm, trên đồi núiđất: Hệ sinh thái rừng kín cây lá rộng, thường xanh nhiệt đới ẩm phân bố ở Ba Vì cà

một diện tích nhỏ ở Kim Bảng thuộc Hà Nam Hệ sinh thái rừng kín cây lá rộng (hayhỗn giao cây lá kim) chỉ có một diện tích nhỏ ở núi Ba Vì (đỉnh cao nhất 1287m) thuộcHà Tây

- Hệ sinh thái trảng cây bụi, cỏ trên núi đất: Hệ sinh thái này có diện tích tương đối

lớn trong lưu vực ở Ba Vì, khu vực phía Tây Hà Tây, Tây Nam Hà Nam Thảm phủthực vật gồm trảng cây bụi, cỏ được tái sinh trên các đất canh tác bỏ hoang và được

18hình thành do rừng bị khai phá lấy đất canh tác rồi bỏ hoang Các loại cây bụi trong hệsinh thái này thường phân cành sớm, tái sinh bằng chồi rất tốt Những nơi tầng đấtcong tương đối dày, hàm lượng dinh dưỡng khá, hệ sinh thái trảng cây bụi, cỏ có thểphục hồi để hình thành thứ sinh.

Các cây bụi thường có chiều cao từ 2-6m, đôi khi có một số cây gỗ nhỏ Các loàithường gặp trong hệ sinh thái này là: me rừng, thành ngạnh, thầu táu, sắn thuyền, đơnnem…Một số loài dây leo thuộc họ bầu bí, họ củ nâu, họ bìm bìm…Một số loài thuộcnhóm thực vật khuyết như dương xỉ, quyển bá, thông đất Một số cây gố nhỏ cao từ 5-8 m trữ lượng thấp, thành phần nghèo nàn chủ yếu là các loài thừng mực lông, sausau Trảng cỏ có chiều cao từ 0,5-2m phân bố rải rác thành các đám nhỏ, ở nhiều nơivới các loài như cỏ tranh, cỏ ngựa, cỏ trấu…

- Hệ sinh thái rừng kín thường xanh cây lá rộng nhiệt đới trên núi đá vôi: Thảm phủ

thực vật gồm kiểu rừng kín thường xanh cây lá rộng nhiệt đới trên núi đá vôi thuộc lưuvực không còn nhiều chủ yếu có ở Thanh Sơn (Hà Nam) Chùa Hương (Hà Tây)

Tại khu vực Hương Sơn (Mỹ Đức, Hà Tây), Thanh Sơn (Kim Bảng Hà Nam) ở cáckhu rừng ít bị tác động còn gặp tập thể các cây gỗ cao 20-30 m, đường kính 30-40 m,cấu trúc rừng có thể phân ra 4 tầng Tầng trên gồm những cây gỗ lớn tán không liêntục, chiều cao trung bình từ 15-20m Tầng thứ hai gồm những cây gỗ nhỏ, đường kínhtrung bình từ 20-30 cm, chiều cao tối đa không vượt quá 15m Tầng thứ ba là tầng câybụi cao 2-8 m, che phủ thưa Cuối cùng là tầng cỏ quyết, cao dưới 2 m

Trên các đỉnh núi đá vôi lớp đất mặt rất mỏng hay không có, rừng có chiều cao rấtthấp khoảng 2-3 m, che phủ thưa Gió mạnh nên các cây có cành nhánh cong queo.Thân các cây có vỏ dầy, sần sùi, nhiều cây có bộ dễ phình lên để trữ nước thích ứngvới điều kiện khô hạn thường xuyên

- Hệ sinh thái trảng cây bụi, trảng cỏ trên núi đá vôi: Trảng cây bụi trên núi đá vôi có

ở Kim Bảng, Thanh Liêm (Hà Nam), Thạch Thất (Hà Tây) cao 2-4 m, thưa, che phủ40-50%, thường lẫn với các đá Tầng cỏ và cây bụi không phân biệt rõ Dây leo ít Cáccây bụi đều là các cây lá rộng, bộ lá có kích thước trung bình hay bé Chất lá cứng haydai Bộ rễ cây phát triển Các cây cỏ thường mọc từ đất trong các hốc đá

Lúa nước và hoa màu: đây là các quần xã cây trồng chính Lúa được trồng ở các nơi cóđịa thế thấp, 2 vụ một năm Nơi có địa thế cao thường trồng lúa một vụ màu Các câymàu chính có ngô, khoai, các loại đậu, vừng, lạc sắn, trồng vụ đông có khoai tây.

Cây công nghiệp: mía (vùng ven sông Đáy, Kim Bôi, Kỳ Sơn), chè (nông trường chèLương Mỹ tại khu vực đồi thuộc Chương Mỹ), dâu tằm (ven sông Hồng, sông Đáy), càphê diện tích nhỏ ở Ba Vì Cây cói được trồng ở vùng trũng mới lấn biến, đất còn mặn

- Hệ sinh thái khu dân cư: Hệ sinh thái khu dân cư có 2 loại: hệ sinh thái dân cư đô thị

và khu công nghiệp và hệ sinh thái dân cư nông thônHệ sinh thái dân cư đô thị và khu công nghiệp: Phân bố thành từng cụm trong lưu vựcsông Nhuệ, điển hình và đáng lưu tâm là các hệ sinh thái đô thị thành phố Hà Nội, thịxã Hà Đông, thị xã Phủ Lý Đặc trưng của hệ sinh thái này là mật độ dân cao, bề mặttrống ( nhà ở, công sở, xí nghiệp…) không có thực vật phủ lớn, nguồn chất thải sinhhoạt và công nghiệp lớn

Hệ sinh thái dân cư nông thôn, phân bố tập trung thành các thôn, làng, xã trên các địathế đất cao của đồng bằng Đặc trưng của hệ sinh thái này có mật độ dân thấp, lớp phủthực vật tương đối cao (vườn rau, cây ăn quả, cây bóng mát, cây vật liệ xây dựng, chogỗ), nguồn chất thải không tập trung, một phần tái sử dụng làm phân bón

Thực vật trong hệ sinh thái khu dân cư chủ yếu là các cây trồng với các mục đích nhưlương thực, thực phẩm, cây ăn quả, cây bóng mát, lấy gỗ, cây thuốc, cây cảnh…)Cây thực phẩm có rau, các loại đậu, thiên lý, cây làm thuốc như cúc tần, ngải cứu, đơnbuốt, bạc hà, hương nhu tía, đinh lăng, khổ sâm…

20Cây cảnh, cây hoa được trồng trong vườn, nhà để làm cảnh bao gồm hoa hồng, cúc,đồng tiền, huệ, loa kèn đỏ, loa kèn trắng, trắc bách diệp, bách tán, thiên tuế, vạn tuế,trúc đào, ngọc lan.

Cây ăn quả khá phong phú về thành phần các loài nhưng phân bố rải rác theo quy mônhỏ của các gia đình, ít có các khu trồng chuyên canh Phần lớn là các cây ăn quả nhiệtđới, thu hoạch vào mùa hè-thu Các cây ăn quả á nhiệt đới ít, thu hoạch vào xuân-hè

1.2.4 Đặc điểm thuỷ văn

Trục chính của sông Nhuệ có chiều dài khoảng 75 km nối từ sông Hồng (tại cống LiênMạc) với sông Đáy (tại cống Lương Cổ), sông Nhuệ có diện tích lưu vực là 107.530ha.Từ sông Hồng đổ vào sông Nhuệ đến đập Thanh Liệt khoảng 20km, nối liền sôngNhuệ với sông Đáy có các sông Vân Đình dài 11,8 km, sông La Khê dài 6,8 km, sôngNgoại Độ dài 12 km, sông Duy Tiến dài 21 km và một số các con sông nhỏ khác tạothành mạng lưới tiêu tự chảy hoàn chỉnh Tổng chiều dài khoảng 116,6 km Ngoài ratrên trục chính sông Nhuệ còn tiếp nhận thêm hai con sông Tô Lịch dài 16,2 km vàsông Kim Ngưu dài 8,4 km tại đập Thanh Liệt, hai nhánh phụ đổ vào sông Kim Ngưulà sông Lừ dài 6,6 km và sông Sét dài 6,9 km

Với 85% lượng dòng chảy trên lưu vực sông Nhuệ -Đáy có nguồn gốc từ sông Hồngchuyển sang, chỉ 15% còn lại bắt nguồn từ trên lưu vực Tổng dòng chảy năm khoảng28,8 tỉ m3, trong đó có đến 25,8 tỉ m3 (chiếm 85-90%) được chuyển từ sông Hồng sangsông Đào Lượng dòng chảy trên sông Hoàng Long chiếm khoảng 2,4% tổng dòngchảy năm, tương đương 0,68 tỉ m3 Lượng dòng chảy trên sông Tích và sông Đáy tạiBa Thá chiếm khoảng 4,7%, tương đương 1,35 tỉ m3 Chế độ dòng chảy tại trung lưu,thượng lưu và các nhánh bờ tây sông Đáy bị chi phối rõ rệt bởi khí hậu Mùa lũ bắtđầu từ tháng 6 đến tháng 10, chiếm 70-80% tổng lượng dòng chảy năm Lượng nướctrong các tháng mùa lũ rất dồi dào, đặc biệt là tháng 9 Mùa kiệt bắt đầu từ tháng 11đến tháng 5 năm sau, trong đó kiệt nhất là 3 tháng đầu năm Đặc biệt là tháng 3 vớilượng mưa ít, ảnh hưởng đến khả năng tự làm sạch của dòng sông Dòng chảy nhỏnhất trên sông Nhuệ từ 15-26 m3/s (tại Hà Đông), lưu tốc trung bình đạt 0,8 m/s Trongmùa kiệt, lượng nước trong sông Đáy chủ yếu do sông Đào cung cấp, với lưu lượngtrung bình 200-300 m3/s còn sông Nhuệ lấy nước qua cống Liên Mạc Sông Đáy là

13

Q (m3/s)

21một trong nhiều nhánh của sông Hồng và bản thân nó cũng có các sông nhánh khác đổvào Chế độ thuỷ văn trong lưu vực còn phụ thuộc vào việc vận hành các công trìnhthuỷ lợi trên sông Hồng Chế độ dòng chảy của sông Nhuệ phụ thuộc hoàn toàn vàoquy trình của cống Liên Mạc (lấy nước từ sông Hồng), đập Thanh Liệt (lấy nước từsông Tô Lịch) và một số cống lớn khác dọc sông Nhuệ như Hà Đông, Đồng Quan,Nhật Tựu, Lương Cổ-Diệp Sơn

38.912.8

48.9

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Month

Average Flow by Month Average Flow by Year

Hình 1-2: Phân bố dòng chảy trung bình tháng (m3/s) - trạm Ba Thá (1961-1980)

Q (m3/s)

81.4

4.07 3.35 3.03 4.93

12.730.9

47

14.35.82

23.9

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Month

Average Flow by Month Average Flow by Year

Hình 1-3: Phân bố dòng chảy trung bình tháng (m3/s) - trạm Hưng Thi (1962-1978)Lưu vực sông Nhuệ - Đáy nằm ở phía bắc Việt Nam, đi qua địa phận của 5 tỉnh vàthành phố bao gồm: Hoà Bình, Hà Nội mở rộng, Hà Nam, Nam Định và Ninh Bình.Sông Nhuệ và sông Đáy trước đây vốn là các nhánh phân lưu của sông Hồng Đây làmột trong những lưu vực lớn, có tài nguyên thiên nhiên phong phú, vị trí địa lý đặcbiệt và đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế quốc dân cùng với vùng kinh tế tamgiác đồng bằng châu thổ sông Hồng

Sông Đáy có chiều dài khoảng 240 km, diện tích lưu vực xấp xỉ 850.000(ha) Dòngsông hẹp và nông do bị bùn cát bồi lấp Tại khu vực phân dòng giữa sông Đáy và sôngHồng có hai công trình kiểm soát lũ trên sông Đáy, điều tiết dòng chảy từ sông Hồngvào.

Sông Nhuệ lấy nước từ sông Hồng qua cống Liên Mạc tại khu vực Từ Liêm, Hà Nộiđể tưới cho hệ thống thủy nông Đan Hoài với lưu lượng khoảng 30 m3/s Sông Nhuệcòn có nhiệm vụ tiêu nước cho thành phố Hà Nội, thị xã Hà Đông rồi sau đó chảy vàosông Đáy tại thị xã Phủ Lý Sông Tích có chiều dài 91 km, bắt nguồn từ vùng đồi núiBa Vì, tỉnh Hà Tây, đổ vào sông Đáy tại Ba Thá Dòng chảy năm của sông Tích vàsông Đáy đo tại trạm Ba Thá là 1,35 tỉ m3, chiếm 4,7% tổng lượng dòng chảy năm tạicửa ra lưu vực Hệ thống sông Bôi, sông Bùi và sông Hoàng Long ở phía Nam tỉnhHoà Bình và một phần tỉnh Ninh Bình có ý nghĩa rất quan trọng đối với sông Đáy.Chiều dài sông chính của sông khoảng 12,5 km với diện tích lưu vực là 1550 km2.Hai nhánh sông quan trọng khác nối liền giữa sông Hồng và sông Đáy là sông ChâuGiang và sông Đào Trong đó, sông Đào hàng năm chuyển khoảng 25,8 tỉ m3 nước từsông Hồng sang sông Đáy Bên cạnh đó, còn có một số các nhánh sông nhỏ khác tronghệ thống

1.3 Đánh giá diễn biến tài nguyên và môi trường lưu vực sông Nhuệ

1.3.1 Nhu cầu sử dụng nước của lưu vực sông Nhuệ

Từ nguồn tài liệu thu thập được của nhiệm vụ “Điều tra, thống kê các nguồn thải, hiệntrạng môi trường và những tác động đến môi trường trên lưu vực sông Nhuệ - sôngĐáy” thực hiện năm 2009, và tại địa phương trong các lần khảo sát thực địa năm 2009và 2010, tác giả đã tổng hợp nguồn số liệu về dân số, số lượng vật nuôi, hiện trạngdiện tích đất nông nghiệp, diện tích đất sử dụng cho công nghiệp, diện tích mặt nướcnuôi trồng thủy sản hiện có,… trên toàn lưu vực sông Nhuệ - Đáy Từ đó tính toán, dựbáo nhu cầu sử dụng nước cho LVS Nhuệ Qua tính toán và khảo sát tài liệu thực tế từcác địa phương, kết quả tổng hợp được thể hiện trong Bảng 1-1

Bảng 1-1 Tổng hợp nhu cầu dùng nước cho các hộ sử dụng nước chính thời kỳ

2006-2008 (m3)

Năm 2006

ĐTrồng trọtChănnuôi

Côngnghi

Thu

Sinhhoạ

Nhucầu

k

Tổng

Hà 675.994 42.321 168.522 168.872 190.866 162.236 1408.810H

à 211.538 6.447 20.741 66.492 19.285 16.392 340.896N

a 467.261 9.983 19.341 170.684 46.854 39.826 753.950N

iH 170.599 6.316 11.355 74.736 22.347 18.995 304.348ò 107.146 10.134 8.268 21.984 19.232 16.347 183.112

Tổ 1632.5475.20228.23502.77298.58253.80N 2991.117

ăĐ

Trồng trọtChănnuôi

Côngnghi

Thu

Sinhhoạ

Nhucầu

k

Tổng

Hà 564.877 45.3 184.935 184.939 203.857 173.278 1357.188H

à 241.2 6.6 21.148 70.692 19.364 16.46 375.541N

a 449.2 10.0 28.280 182.550 47.234 40.149 757.428N

iH 166.6 6.3 16.060 83.36 22.750 19.33 314.535ò 85.2 10.7 8.32 24.00 19.440 16.52 164.243

Tổ 1507.79.258.75545.5312.64265.7N 2968.935

ăĐịa

phươTrồng trọtChănnuôi

Côngnghi

Thu

Sinhhoạ

Nhucầu

k

Tổ

HàNộH 415.8 43.6 189.154 140.886 206.661 175.662 1171

à 157.5 6.7 21.734 74.774 19.436 16.52 29Nam

Địn 295.2 9.5 40.240 183.780 47.447 40.33 61Nin

h Hòa 137.9 6.4 25.913 88.09 22.862 19.43 30Bìn 91.7 10.3 8.27 25.20 19.158 16.28 17

Tổng 1098.76.285.32512.7315.56268.22556

Tổng nhu cầu nước dùng toàn LVS Nhuệ - Đáy, thời kỳ 2006-2008, có xu hướng giảmdần Tổng nhu cầu nước năm 2008 giảm trên 434 triệu m3 nước dùng so với năm 2006và giảm gần 22,18 triệu m3 nước so với năm 2007 Ngành dùng nước chiếm tỉ trọnglớn nhất là nông nghiệp 46% (chăn nuôi 3%, trồng trọt 43%); tiếp đến là nuôi trồngthủy sản gần 20%; sinh hoạt 12%; công nghiệp và các ngành dùng nước khác đềuchiếm hơn 11%

Hà Nội là địa phương có lượng nước dùng lớn nhất, 47% tổng toàn LVS (khoảng 1,4 tỉm3); Hòa Bình là tỉnh có lượng nước dùng ít nhất 6% tổng toàn vùng (khoảng 183 triệu

m3) Theo thời gian, tổng lượng nước dùng có xu hướng giảm nhưng về cơ cấu dùngnước lại có sự biến động: nước dùng cho nông nghiệp có xu hướng giảm dần, nướcdùng cho công nghiệp và sinh hoạt có xu hướng tăng dần.

Hình 1-4: Xu hướng nước dùng cho các mục đích sử dụng nước khác nhau trên toàn

lưu vực sôngNgành dùng nước có xu hướng giảm nhiều nhất là nông nghiệp, tổng lượng nước dùngnăm 2008 tính riêng cho cây trồng giảm hơn 534,28 triệu m3 nước so với năm 2006;tuy nhiên nhu cầu nước cho chăn nuôi lại có xu hướng tăng nhẹ (thời kỳ 2006-2007tăng 3,91 triệu m3 và thời kì 2007-2008 giảm 2,37 triệu m3 nước)

Xu hướng nước dùng cho công nghiệp ngày càng tăng mạnh, tốc độ tăng bình quân là1,25 lần năm sau so với năm trước Năm 2008 nước dùng cho công nghiệp tăng thêm57,09 triệu m3 nước so với năm 2006

Nước dùng cho nhu cầu sinh hoạt có xu hướng tăng đều, tốc độ tăng bình quân là 1,06lần; tăng thêm 16,98 triệu m3 nước dùng so với năm 2006

Nhu cầu dùng nước cho các mục đích sử dụng khác (du lịch, môi trường, vệ sinh đôthị…) có tốc độ tăng bình quân 1,02 lần; tăng thêm 14,43 triệu m3 nước so với năm2006

Nhu cầu dùng nước cho chăn nuôi thủy sản có tốc độ tăng ít nhất 1,01 lần; tăng thêm9,96 triệu m3 nước so với năm 2006

Nguyên nhân chính là do có sự điều chỉnh về mục đích sử dụng nước giữa các ngànhtheo định hướng sử dụng tiết kiệm và nâng cao hiệu quả sử dụng nước cho mục đíchkinh tế Các địa phương đều có định hướng phát triển mở rộng diện tích đất cây côngnghiệp ngắn ngày, tăng mùa vụ cây lương thực (chủ yếu là cây lúa) Phương hướngphát triển đến năm 2020 chủ yếu là chuyển đổi cơ cấu kinh tế, một phần diện tích đấtnông nghiệp có xu hướng chuyển dần sang đất sử dụng cho công nghiệp, nuôi trồngthủy sản Tận dụng các diện tích bãi bồi ven sông ven biển, ao hồ, ruộng trũng đồngthời kết hợp dồn điền đổi thửa mạnh dạn chuyển một số diện tích lúa, màu năng suấthiệu quả thấp sang nuôi trồng thuỷ sản Tuy diện tích đất canh tác giảm nhưng nhờ cácbiện pháp thâm canh, tăng năng suất nên duy trì được sản lượng, đảm bảo an ninhlương thực.

1.3.2 Diễn biến chất lượng nước sông Nhuệ

1.3.2.1 Giá trị hàm lượng oxy hòa tan (DO)

Hàm lượng Oxy hòa tan (DO), ảnh hưởng đến khả năng tự làm sạch của dòng sông,quyết định sự phân hủy các chất hữu cơ là hiếu khí hay yếm khí

Hàm lượng Oxy hòa tan trên sông Nhuệ tương đối thấp, không đạt quy chuẩn loại B1(QCVN 8/2008), riêng tại cống Liên Mạc hàm lượng DO cao hơn 4mg/l, giá trị DO cóxu hướng giảm dần khi đi qua khu vực thành phố Hà Nội,đoạn từ cầu Hà Đông đến CựĐà hàm lượng DO rất thấp, dao động trong khoảng từ 0,4-0,8mg/l, sau đó hàm lượngDO bắt đầu tăng nhưng vẫn thấp hơn quy chuẩn loại B1

Trên sông Đáy, hàm lượng DO bảo đảm cao hơn quy chuẩn B1 (QCVN 8/2008) vàothời gian mùa mưa

Hình1-5: Giá trị DO trong năm 2009 và

2010 trên sông Nhuệ

1.3.2.2 Giá trị BOD5

Hình1-6: Giá trị DO trong năm 2009 và

2010 trên sông Đáy

BOD5 là yếu tố quan trọng để xác định cường độ ô nhiễm của các loại chất thải sinhhoạt và công nghiệp được xả vào nguồn nước tự nhiên dưới điều kiện háo khí ngoài rasố liệu BOD5 còn dùng để đánh giá khả năng tự làm sạch các thể nước tiếp nhận chấtthải

Trên sông Nhuệ hàm lượng BOD5 rất cao, vượt xa quy chuẩn B1 (QCVN 8/2008).Hàm lượng BOD5 đặc biệt lớn trong năm 2009 Trong 2 đợt khảo sát tháng 8 và tháng11 năm 2009, giá trị BOD5 tại Cự Đà là 774-780mg/l, điểm Cầu Tó 675-725 mg/l;Đồng Quan 747-758 mg/l… Sang năm 2010, hàm lượng BOD5 có giảm nhưng vẫncao hơn so với quy chuẩn B1 (QCVN 8/2008)

Trên sông Đáy, hàm lượng BOD5 biến đổi thất thường và hầu hết cao hơn quy chuẩnB1 Trong năm 2010, số lượng điểm không đạt tiêu chuẩn là 8/10 điểm

Hình1-7: Giá trị BOD5 trong năm 2009 và

2010 trên sông Nhuệ

1.3.2.3 Giá trị COD

Hình1-8: Giá trị BOD5 trong năm 2009 và

2010 trên sông Đáy

COD là lượng ôxy cần thiết để ôxy hoá hoàn toàn chất hữu cơ bằng chất ôxy hoámạnh COD là yếu tố được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực đánh giá mức độ ô nhiễm.Theo các kết quả phân tích, năm 2009 hàm lượng COD trên sông Nhuệ rất cao, đặcbiệt là đoạn từ Cầu Tó đến Đồng Quan, chịu ảnh hưởng trực tiếp từ nước thải của cáchoạt động thành phố Hà Nội Năm 2010, hàm lượng COD đã giảm đi nhiều nhưng vẫn

cao hơn so với QCVN 08:2008 loại B1 (QCVN 8/2008) Mức độ ô nhiễm COD trên sông Đáy có dấu hiệu gia tăng, kết quả phân tích cho thấy giá trị COD năm 2010 caohơn năm 2009, và có tới 8/10 điểm không đạt quy chuẩn loại B1 (QCVN 8/2008).

Hình1-9: Giá trị COD trong năm 2009 và

2010 trên sông Nhuệ

1.3.2.4 Giá trị NH4+

Hình1-10: Giá trị COD trong năm 2009

và 2010 trên sông Đáy

Sự có mặt của các hợp chất nitơ trong nước chủ yếu là do nguồn thải từ sinh hoạt, cácchuồng trại chăn nuôi gia súc Trong nông nghiệp, phân bón có chứa các hợp chất củanitơ trong dạng hoà tan được thực vật sử dụng hay đất hấp thụ một phần, một phần cònlại di chuyển theo nước gây ô nhiễm

Kết quả phân tích NH4+ trên sông Đáy năm 2010 khá khả quan Tại cầu Mai Lĩnh,Gián Khẩu về phía Hạ lưu sông Đáy hàm lượng amoni khá nhỏ, thỏa mãn quy chuẩnchất lượng nước A1 (QCVN 8/2008) Hàm lượng NH4+ đoạn từ cầu Mai Lĩnh đếnKiện Khê khá cao, do chịu ảnh hưởng từ khu vực Hà Nội Nước sông Nhuệ hàm lượngNH4+ rất cao, vượt quá mãn quy chuẩn B1 (QCVN 8/2008)

Hình1-11: Giá trị NH4+ trong năm 2009 và

2010 trên sông Nhuệ Hình1-12: Giá trị NH4+ trong năm 2009và 2010 trên sông Đáy

1.3.2.5 Giá trị Coliform

Giá trị hàm lượng Coliform trên sông Nhuệ trong năm 2009 rất cao, đặc biệt vào tháng8 năm 2009 Vào thời điểm khảo sát, hàm lượng Coliform luôn cao hơn quy chuẩn loạiB1 (QCVN 8/2008) tới 50 lần Trên sông Đáy, hàm lượng Coliform thấp hơn và chỉcao tại phía thượng lưu, đoạn từ Mai Lĩnh đến Vân Đình, đoạn hạ lưu sông Đáy hàmlượng Coliform tương đối thấp, hầu hết đạt mức quy chuẩn A1 (QCVN 8/2008)

Hình1-13: Giá trị Coliform trong năm2009 và 2010 trên sông Nhuệ Hình1-14: Giá trị Coliform trong năm2009 và 2010 trên sông Đáy