Ứng dụng mô hình MIKE 11 mô phỏng chất lượng nước lưu vực kênh than và đề xuất xây dựng trạm thu gom, xử lý nước thải cho đô thị trung tâm vùng huyện tĩnh gia, tỉnh thanh hóa

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Nguyễn Quốc Trung ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE 11 MƠ PHỎNG CHẤT LƯỢNG NƯỚC LƯU VỰC KÊNH THAN VÀ ĐỀ XUẤT XÂY DỰNG TRẠM THU GOM, XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHO ĐÔ THỊ TRUNG TÂM VÙNG HUYỆN TĨNH GIA, TỈNH THANH HÓA LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - Năm 2019 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Nguyễn Quốc Trung ỨNG DỤNG MƠ HÌNH MIKE 11 MÔ PHỎNG CHẤT LƯỢNG NƯỚC LƯU VỰC KÊNH THAN VÀ ĐỀ XUẤT XÂY DỰNG TRẠM THU GOM, XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHO ĐÔ THỊ TRUNG TÂM VÙNG HUYỆN TĨNH GIA, TỈNH THANH HĨA Chun ngành: Kỹ thuật mơi trường Mã số: 8520320.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Trần Văn Quy TS Trịnh Thành Hà Nội - Năm 2019 LỜI CẢM ƠN Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tri ân sâu sắc tới PGS.TS Trần Văn Quy TS Trịnh Thành trực tiếp hướng dẫn, luôn sát sao, động viên, nhắc nhở kịp thời tạo điều kiện thuận lợi cho suốt thời gian thực nghiên cứu phục vụ cho luận văn Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành sâu sắc tới quý thầy cô môn Công nghệ mơi trường nói riêng tồn thể thầy Khoa Môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội nói chung ln quan tâm, tận tình giảng dạy, truyền đạt kiến thức bổ ích vơ q báu cho tơi suốt thời gian theo học tập trường Tôi xin trân trọng cảm ơn phòng, ban thuộc Ủy ban nhân dân huyện Tĩnh Gia, tỉnh Thanh Hóa giúp đỡ nhiệt tình nguồn số liệu anh chị cán Viện Nghiên cứu Biển Hải đảo hỗ trợ, tạo điều kiện cho tơi q trình sử dụng phần mềm mơ hình MIKE 11 để tơi thuận lợi hồn thành luận văn cá nhân Tơi xin chân thành cảm ơn! Học viên Nguyễn Quốc Trung MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Sơ lược khu vực nghiên cứu 1.1.1 Vị trí địa lý, địa hình, địa mạo 1.1.2 Đặc điểm khí tượng, thuỷ văn 1.1.3 Đặc điểm kinh tế xã hội 1.2 Sơ lược số chất lượng nước WQI 1.3 Các hệ thống thu gom công nghệ xử lý nước thải đô thị 1.3.1 Các hệ thống thu gom 1.3.2 Các phương pháp xử lý 10 1.3.3 Công nghệ thu gom xử lý nước thải Việt Nam 13 1.4 Các mơ hình tính toán chất lượng nước 15 1.4.1 Giới thiệu mơ hình giới ứng dụng, nghiên cứu Việt Nam 15 1.4.2 Lựa chọn mơ hình tính tốn, mơ chất lượng nước 18 CHƯƠNG ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 20 2.1 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 20 2.2 Phương pháp nghiên cứu 21 2.2.1 Phương pháp thu thập số liệu, tài liệu thứ cấp 21 2.2.2 Phương pháp điều tra, khảo sát thực địa 22 2.2.3 Phương pháp lấy mẫu, bảo quản phân tích mẫu 23 2.2.4 Phương pháp đánh giá nhanh 24 2.2.5 Phương pháp phân tích, so sánh đánh giá tổng hợp 24 2.2.6 Phương pháp mơ hình tốn 25 2.2.7 Phương pháp tần suất thống kê 46 i 2.2.8 Phương pháp tính toán 47 CHƯƠNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 52 3.1 Hiện trạng thoát nước chất lượng nước khu vực nghiên cứu 52 3.1.1 Hiện trạng thoát nước 52 3.1.2 Hiện trạng chất lượng nước lưu vực kênh Than 54 3.2 Áp dụng mơ hình kết 54 3.2.1 Các thơng tin đầu vào cho mơ hình thủy lực 54 3.2.2 Kết hiệu chỉnh kiểm định mơ hình thủy lực 59 3.2.3 Kết hiệu chỉnh kiểm định mơ hình chất lượng nước kênh Than 62 3.2.4 Đánh giá trạng chất lượng nước lưu vực kênh Than 65 3.3 Đề xuất hệ thống công nghệ thu gom xử lý nước thải cho trung tâm thị trấn Tĩnh Gia 76 3.3.1 Sơ đồ công nghệ, thiết bị 76 3.3.2 Đặc tính nước thải đầu vào hiệu xử lý 77 3.3.3 Đề xuất, lựa chọn vị trí cơng nghệ thu gom xử lý nước thải 78 3.3.4 Tính tốn thiết bị cơng trình liên quan 79 3.3.5 Khái toán đầu tư cho dây chuyền công nghệ lựa chọn 87 3.3.6 Chi phí vận hành, giá thành 88 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 90 TÀI LIỆU THAM KHẢO 92 PHỤ LỤC 94 ii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT AD Truyền tải – Khuyếch tán (Advection Dispersion) BOD Nhu cầu oxy sinh hóa (Biochemical Oxygen Demand) COD Nhu cầu oxy hóa học (Chemical Oxygen Demand) CSO Giếng tách dòng (Combined Sewer Overflows) DO Oxy hòa tan (Dissolved Oxygen) GIS Hệ thống thơng tin địa lý (Geographic Information System) HD Thủy động lực (Hydrodynamic parameters) H Mực nước KB Kịch Q Lưu lượng QCVN Quy chuẩn Kỹ thuật Quốc gia F Diện tích lưu vực (km2) TCVN Tiêu chuẩn Quốc gia TN Tổng nitơ (Total Nitrogen) TP Tổng phốt (Total Phosphorus) TS Tổng chất rắn (Total Solids) TSS Tổng chất rắn lơ lửng (Total Suspended Solids) UBND Ủy ban nhân dân VK Vi khuẩn VSV Vi sinh vật WQ Chất lượng nước (Water Quality) iii DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Các phương pháp tính số WQI .7 Bảng 2.1 Mạng lưới quan trắc vùng lân cận 22 Bảng 2.2 Một số phương pháp phân tích tiêu chất lượng nước 24 Bảng 2.3 Các yếu tố đầu vào, đầu mơ hình MIKE 11 25 Bảng 2.4 Hằng số MIKE ECO Lab 44 Bảng 2.5 Các thơng số tích hợp sẵn MIKE ECO Lab 45 Bảng 2.6 Chất lượng nước đầu vào quy chuẩn so sánh 48 Bảng 2.7 Tính toán thoát nước theo quy hoạch phát triển kinh tế xã hội 49 Bảng 2.8 So sánh lựa chọn công nghệ xử lý nước thải 50 Bảng 3.1 Địa hình lòng dẫn lưu vực kênh Than 55 Bảng 3.2 Thống kê đánh giá sai số trận lũ kiểm định mơ hình vị trí đo kênh Than 61 Bảng 3.3 Biên nguồn nước thải sinh hoạt đổ vào kênh Than 66 Bảng 3.4 Dân số xã Đô thị trung tâm vùng huyện Tĩnh Gia theo quy hoạch 73 Bảng 3.5 Tính tốn hiệu nhà máy xử lý nước thải 77 Bảng 3.6 Mức chịu tải kênh Than nguồn tiếp nhận không qua xử lý 82 Bảng 3.7 Bảng thơng số kích thước hồ sinh học 86 Bảng 3.8 Bảng khái toán tổng mức đầu tư .87 Bảng 3.9 Chi phí vận hành bảo dưỡng hệ thống thu gom nước thải 88 Bảng 3.10 Chi phí vận hành bảo dưỡng nhà máy xử lý nước thải 89 iv DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Sơ đồ vị trí thị trung tâm vùng huyện Tĩnh Gia .3 Hình 1.2 Sơ đồ hệ thống nước chung với giếng tách dòng .9 Hình 1.3 Sơ đồ hệ thống nước riêng hồn tồn 10 Hình 2.1 Hiện trạng tuyến kênh Than 20 Hình 2.2 Sơ đồ vị trí lấy mẫu quan trắc môi trường nước 23 Hình 2.3 Sơ đồ chuyển hóa hợp phần q trình sinh hóa 33 Hình 2.4 Sơ đồ Áp dụng mơ hình Mike 11 tính tốn diễn biến WQ .36 Hình 2.5 Bản đồ trạng khu vực nghiên cứu .37 Hình 2.6 Sơ đồ mạng kênh Than giao diện MIKE 11 38 Hình 2.7 Các thành phần mơ chất lượng nước kênh Than 43 Hình 2.8 Mơ hình WQ Level sử dụng tính tốn chất lượng nước 44 Hình 3.1 Sơ đồ lưu vực thoát nước trung tâm vùng huyện Tĩnh Gia 52 Hình 3.2 Sơ đồ mạng lưới kênh tiêu lưu vực kênh Than 53 Hình 3.3 Một số mặt cắt ngang điển hình hệ thống kênh Than mơ hình MIKE 11 56 Hình 3.4 Lựa chọn thơng số tính tốn thủy động lực 58 Hình 3.5 Lựa chọn thơng số tính tốn lan truyền, khuếch tán 58 Hình 3.6 Kết hiệu chỉnh điều kiện ban đầu .59 Hình 3.7 Kết hiệu chỉnh hệ số nhám 60 Hình 3.8 So sánh mực nước tính tốn với số liệu thực đo Bến Ngao 60 Hình 3.9 So sánh mực nước tính tốn với số liệu thực đo Đò Bè 61 Hình 3.10 So sánh tiêu DO kết tính tốn với số liệu thực đo vị trí quan trắc .63 Hình 3.11 So sánh tiêu BOD5 kết tính tốn với số liệu thực đo vị trí quan trắc 63 v Hình 3.12 So sánh tiêu NH4+ kết tính tốn với số liệu thực đo vị trí quan trắc .64 Hình 3.13 So sánh tiêu NO3- kết tính tốn với số liệu thực đo vị trí quan trắc .64 Hình 3.14 Hàm lượng tiêu chất lượng nước biên dòng chảy 69 Hình 3.15 Diễn biến giá trị DO số vị trí kênh Than (KB1) 70 Hình 3.16 Diễn biến giá trị BOD5 số vị trí kênh Than (KB1) 71 Hình 3.17 Diễn biến giá trị NH4+ số vị trí kênh Than (KB1) .71 Hình 3.18 Diễn biến giá trị NO3- số vị trí kênh Than (KB1) 71 Hình 3.19 Diễn biến giá trị DO (< 3,5 mg/L) vị trí cống Đò Bè (KB2) .74 Hình 3.20 Diễn biến giá trị BOD5 (dao động từ 16 - >20 mg/L) vị trí cống Đò Bè (KB2) 75 Hình 3.21 Diễn biến giá trị NH4+ (theo KB2) 76 Hình 3.22 Diễn biến giá trị NO3- (theo KB2) 76 Hình 3.23 Sơ đồ tổ chức hệ thống thu gom nước thải .77 Hình 3.24 Mặt phân chia lưu vực thoát nước thải 80 Hình 3.25 Hướng tuyến nước thải 81 Hình 3.26 Mặt trạm xử lý nước thải 83 vi MỞ ĐẦU Tĩnh Gia huyện cực nam tỉnh Thanh Hóa, bao gồm thị trấn Tĩnh Gia 32 xã Với địa hình đa dạng cảng biển lớn tạo cho Tĩnh Gia tiềm lợi đặc biệt phát triển kinh tế xã hội tương đối toàn diện phát triển du lịch, công nghiệp thủy, hải sản Đô thị trung tâm vùng huyện Tĩnh Gia, với diện tích 7.718 bao gồm 07 xã 01 thị trấn: xã Hải Nhân, Ninh Hải, Hải Hòa, Hải Thanh, Bình Minh, Nguyên Bình, Xuân Lâm thị trấn Tĩnh Gia đô thị hạt nhân gắn với định hướng phát triển mở rộng khu kinh tế Nghi Sơn huyện Tĩnh Gia, giúp toàn huyện trở thành đô thị loại tương lai Song song với tiềm năng, triển vọng thành tựu kinh tế đạt nhiều năm qua, Tĩnh Gia đối mặt với thách thức không nhỏ môi trường với nhiều hoạt động kinh tế - xã hội đồng thời phát triển hoạt động công nghiệp, xây dựng hạ tầng đô thị khu công nghiệp, phát triển mạng lưới giao thông thủy cảng biển, nuôi trồng - đánh bắt, chế biến thủy sản, du lịch – dịch vụ làm nảy sinh nhiều vấn đề mâu thuẫn ngành kinh tế với làm gia tăng sức ép lên môi trường sinh thái hệ tài nguyên sinh vật Chất lượng môi trường số khu vực trọng điểm bị tác động mạnh cụ thể khu vực Đơ thị trung tâm vùng huyện Tĩnh Gia Hiện nay, tình trạng nhiễm chất lượng nước hệ thống kênh tiêu liên xã huyện Tĩnh Gia dần trở thành vấn đề cấp bách hệ thống hạ tầng kỹ thuật chưa đầu tư đồng theo quy hoạch Hệ thống thoát nước thải nước mưa chung Phần lớn lượng nước thải sinh hoạt nước mặt thoát chung vào hệ thống mương hở tự thấm, hộ dân nơng nghiệp hầu hết chưa có hệ thống bể tự hoại, chủ yếu thoát theo kiểu tự tiêu gây vệ sinh môi trường mầm mống gây bệnh tật cho người Với khu vực Đơ thị trung tâm vùng huyện Tĩnh Gia có khoảng 70.000 người, nước thải khu vực thu tuyến cống chung đổ trực tiếp kênh Than kênh tiêu cho xã với diện tích 6.691 ha, chiều dài ... Nguyễn Quốc Trung ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE 11 MƠ PHỎNG CHẤT LƯỢNG NƯỚC LƯU VỰC KÊNH THAN VÀ ĐỀ XUẤT XÂY DỰNG TRẠM THU GOM, XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHO ĐÔ THỊ TRUNG TÂM VÙNG HUYỆN TĨNH GIA, TỈNH THANH HÓA Chuyên... chọn thực đề tài luận văn Ứng dụng mơ hình Mike 11 mơ chất lượng nước lưu vực kênh Than đề xuất xây dựng trạm thu gom, xử lý nước thải cho Đô thị trung tâm vùng huyện Tĩnh Gia, tỉnh Thanh Hóa cần... trung tâm vùng huyện Tĩnh Gia, tỉnh Thanh Hóa; - Đề xuất giải pháp xây dựng trạm thu gom xử lý nước thải đô thị cho trung tâm vùng huyện Tĩnh Gia, tỉnh Thanh Hóa CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Sơ lược khu vực