Ứng dụng mô hình MIKE 11 đánh giá diễn biến chất lượng nước lưu vực sông cầu

Luận văn thạc sĩ -1- Chuyên ngành: Khoa học môi trường MỤC LỤC Trang MỤC LỤC - LỜI CAM ĐOAN……………………………………………………………….- LỜI CẢM ƠN………………………………………………………………… - DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ………………………………………………… - DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU……………………………………………… - MỞ ĐẦU - 10 Tính cấp thiết đề tài - 10 Mục tiêu phạm vi nghiên cứu - 11 Phương pháp nghiên cứu - 11 CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN KHU VỰC NGHIÊN CỨU - 12 1.1 Đặc điểm địa lý tự nhiên - 12 1.1.1 Đặc điểm chung lưu vực - 12 1.1.2 Đặc điểm khí tượng - 13 1.1.3 Thảm phủ thực vật - 15 1.1.4 Đặc điểm thuỷ văn - 16 1.2 Đặc điểm dịng chảy sơng ngịi - 18 1.2.1 Dòng chảy năm - 18 1.2.2 Dòng chảy lũ - 21 1.2.3 Dòng chảy kiệt - 22 1.3 Đặc điểm kinh tế xã hội - 22 1.3.1 Đặc điểm dân số xã hội - 23 1.3.1.1 Qui mô dân số phân bố dân cư - 23 1.3.1.2 Lực lượng lao động, trình độ phân bố lao động - 26 1.3.2 Đặc điểm kinh tế - 31 1.3.2.1 Cơ cấu kinh tế - 31 1.3.2.2 Hoạt động ngành - 33 1.4 Hiện trạng môi trường nước lưu vực sông Cầu - 37 1.4.1 Hiện trạng ô nhiễm môi trường nước - 37 1.4.2 Các nguồn thải lưu vực sông Cầu - 50 1.4.2.1 Đánh giá chung - 50 1.4.2.2 Hiện trạng gây ô nhiễm nước theo ngành nghề sản xuất - 53 - Học viên thực : Tạ Đăng Thuần Luận văn thạc sĩ -2- Chuyên ngành: Khoa học môi trường CHƯƠNG XÂY DỰNG SƠ ĐỒ HỆ THỐNG VÀ SỐ LIỆU - 63 ĐẦU VÀO CỦA MƠ HÌNH THỦY LỰC - CHẤT LƯỢNG NƯỚC - 63 2.1 Giới thiệu mơ hình Mike 11 - 63 2.1.1 Giới thiệu chung - 63 2.1.2 Cơ sở lý thuyết mơ hình diễn tốn thủy lực,chất lượng nước mơ hình MIKE 11 - 65 2.2 Sơ đồ hệ thống số liệu đầu vào mơ hình - 70 2.2.1 Xây dựng sơ đồ tính thủy lực cho hệ thống sông - 70 2.2.2 Xây dựng sơ đồ chất lượng nước cho hệ thống sông - 75 CHƯƠNG : HIỆU CHỈNH, KIỂM ĐỊNH MƠ HÌNH - 83 VÀ CÁC KỊCH BẢN MÔ PHỎNG - 83 3.1 Hiệu chỉnh, kiểm định thông số thủy lực mơ hình - 83 3.2 Hiệu chỉnh, kiểm định thông số chất lượng nước mơ hình - 87 3.3 Các kịch mô diễn biến chất lượng nước - 99 CHƯƠNG :KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ - 113 4.1 Kết luận - 113 4.2 Kiến nghị - 114 TÀI LIỆU THAM KHẢO - 115 PHỤ LỤC - 116 - Học viên thực : Tạ Đăng Thuần Luận văn thạc sĩ -3- Chuyên ngành: Khoa học môi trường LỜI CAM ĐOAN Tôi Tạ Đăng Thuần Tôi xin cam đoan luận văn “Ứng dụng mơ hình Mike 11 đánh giá diễn biễn chất lượng nước lưu vực sơng Cầu” cơng trình nghiên cứu riêng số liệu luận văn sử dụng trung thực Kết nghiên cứu chưa trình bày cơng trình TÁC GIẢ TẠ ĐĂNG THUẦN Học viên thực : Tạ Đăng Thuần Luận văn thạc sĩ -4- Chuyên ngành: Khoa học môi trường LỜI CẢM ƠN Với lịng kính trọng biết ơn sâu sắc tơi xin gửi lời cảm ơn tới TS.Bùi Quốc Lập - ĐH Thủy Lợi, TS Nguyễn Văn Tuấn – Viện Quy hoạch Thủy Lợi hướng dẫn suốt trình tìm hiểu, nghiên cứu hồn thiện Luận văn Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến thầy, cô giáo Khoa Môi trường - Đại học Thủy lợi tạo điều kiện thuận lợi cho tơi suốt q trình học tập thực Luận văn Tôi xin trân trọng cảm ơn đến Ths.Tạ Đăng Tồn cán phịng Quy hoạch môi trường – Viện công nghệ môi trường - Viện khoa học công nghệ Việt Nam giúp đỡ tơi q trình thu thập tài liệu thông tin liên quan Cuối cùng, tác giả xin gửi lời cảm ơn đến bạn bè, đồng nghiệp người thân giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả suốt thời gian học tập, nghiên cứu thực luận văn Một lần nữa, xin chân thành cảm ơn! TÁC GIẢ TẠ ĐĂNG THUẦN Học viên thực : Tạ Đăng Thuần Luận văn thạc sĩ -5- Chuyên ngành: Khoa học môi trường DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN KHU VỰC NGHIÊN CỨU Hình 1.1 Bản đồ tỉnh nằm LVS Cầu - 12 Hình 1.2 : Giá trị BOD5 thượng lưu lưu vực sông Cầu - 39 Hình 1.3 : Giá trị TSS thượng lưu lưu vực sông Cầu - 39 Hình 1.4 : Giá trị N-NH4 thượng lưu lưu vực sơng Cầu - 40 Hình 1.5 : Giá trị COD thượng lưu lưu vực sơng Cầu - 40 Hình 1.6 : Giá trị Coliform thượng lưu lưu vực sông Cầu - 41 Hình 1.7 : Giá trị TSS trung lưu lưu vực sông Cầu - 43 Hình 1.8 : Giá trị COD trung lưu lưu vực sông Cầu - 43 Hình 1.9 : Giá trị BOD5 trung lưu lưu vực sông Cầu - 44 Hình 1.10 : Giá trị N-NH4 trung lưu lưu vực sông Cầu - 45 Hình 1.11 : Giá trị Pb trung lưu lưu vực sông Cầu - 45 Hình 1.12 : Giá trị Coliform trung lưu lưu vực sông Cầu - 46 Hình 1.13 : Giá trị TSS hạ lưu lưu vực sông Cầu - 48 Hình 1.14 : Giá trị N- NH4 hạ lưu lưu vực sông Cầu - 48 Hình 1.15 : Giá trị T Coliform hạ lưu lưu vực sông Cầu - 49 Hình 1.16 : Giá trị BOD5 hạ lưu lưu vực sông Cầu - 49 Hình 1.17: Lượng nước thải theo cấu ngành nghề - 51 Hình 1.18: Lượng nước thải theo đơn vị hành (tỉnh) - 53 CHƯƠNG XÂY DỰNG SƠ ĐỒ HỆ THỐNG VÀ SỐ LIỆU ĐẦU VÀO CỦA MƠ HÌNH THỦY LỰC - CHẤT LƯỢNG NƯỚC Hình 2.1: Nhánh sơng với điểm lưới xen kẽ - 67 Hình 2.2: Sơ đồ thủy lực hệ thống - 71 Hình 2.3: Sơ đồ mơ chất lượng nước hệ thống - 75 Hình 2.3: Biên đầu vào trạm Gia Bảy - 76 Hình 2.4: Biên đầu trạm Cầu Vát - 76 Hình 2.5: Số liệu lưu lượng trạm Gia Bảy - 77 Hình 2.6: Số liệu mực nước trạm Cầu Vát - 77 Hình 2.7: Nồng độ DO trạm sông Cầu - 78 Hình 2.8: Các thơng số chất lượng nước - 79 Hình 2.9: Hệ số khuếch tán mơ hình chất lượng nước - 79 Hình 2.10: Điều kiện ban đầu modun tải khuếch tán - 80 - Học viên thực : Tạ Đăng Thuần Luận văn thạc sĩ -6- Chuyên ngành: Khoa học mơi trường Hình 2.11: Mơ hình mơ modun Ecolab - 81 Hình 2.12: Các thơng số mơ hình mơ modun Ecolab - 81 Hình 2.13: Các hệ số modun Ecolab - 82 CHƯƠNG : HIỆU CHỈNH, KIỂM ĐỊNH MƠ HÌNH - 83 VÀ CÁC KỊCH BẢN MÔ PHỎNG - 83 Hình 3.1: Kết chạy hiệu chỉnh thủy lực mơ hình - 83 Hình 3.2: Quá trình mực nước thực đo tính tốn trạm Chã - 84 Hình 3.3: Bộ thơng số hiệu chỉnh thủy lực mơ hình - 85 Hình 3.4: Kết chạy kiểm định thủy lực mơ hình - 85 Hình 3.5: Quá trình mực nước thực đo tính tốn trạm Chã - 86 Hình 3.5: Sơ đồ tính tốn mơ diễn biến chất lượng nước - 87 Hình 3.6: Kết hiệu chỉnh mô diễn biến chất lượng nước - 88 Hình 3.7 Biểu đồ so sánh nồng độ thực đo tính tốn DO Chã - 89 Hình 3.8: Biểu đồ so sánh thực đo tính tốn Nhiệt độ Chã - 89 Hình 3.9: Biểu đồ so sánh nồng độ thực đo tính tốn N- NH4+ Chã - 90 Hình 3.10: Biểu đồ so sánh nồng độ thực đo tính tốn N- NO3-tại Chã - 90 Hình 3.12: Biểu đồ so sánh giá trị thực đo,tính tốn T.Coliform Chã - 91 Hình 3.13: Thơng số tải khuếch tán q trình hiệu chỉnh mơ hình - 93 Hình 3.14: Các hệ số Ecolab trình hiệu chỉnh mơ hình - 94 Hình 3.15: Kết chạy kiểm định mô diễn biến chất lượng nước - 94 Hình 3.16: Biểu đồ so sánh nồng độ thực đo tính tốn DO Chã - 95 Hình 3.17: Biểu đồ so sánh giá trị thực đo tính tốn nhiệt độ Chã - 95 Hình 3.18: Biểu đồ so sánh nồng độ thực đo tính tốn N- NH4+ Chã - 96 Hình 3.19: Biểu đồ so sánh nồng độ thực đo tính tốn N- NO3- Chã - 96 Hình 3.20: Biểu đồ so sánh nồng độ thực đo tính tốn BOD5 Chã - 97 Hình 3.21: Biểu đồ so sánh giá trị thực đo, tính tốn T.Coliform Chã - 97 Hình 3.22 : Biểu đồ diễn biến nồng độ DO theo chiều dọc kịch - 101 Hình 3.23: Biểu đồ diễn biến nồng độ BOD5max theo chiều dọc kbản1 - 102 Hình 3.24:Diễn biến nồng độ DO tính tốn sơng Cầu k.bản1 p.án - 102 Hình 3.25: Diễn biến nồng độ BOD5 tính tốn sơng Cầu k.bản p.án - 103 Hình 3.26.:Diễn biến nồng độ DO,BOD5 tính tốn sơng Cầu - 103 kịch phương án - 103 Hình 3.27: Biểu đồ diễn biến nồng độ DO theo chiều dọc kịch - 105 Hình 3.28: Biểu đồ diễn biến nồng độ BOD5max theo chiều dọc kịch 2- 105 - Học viên thực : Tạ Đăng Thuần Luận văn thạc sĩ -7- Chun ngành: Khoa học mơi trường Hình 3.29:Nồng độ BOD5 điểm tính tốn sơng Cầu kịch - 106 Hình 3.30: Giá trị T.Coliform điểm tính tốn sơng Cầu p.án - 106 Hình 3.31: Nồng độ BOD5 điểm tính tốn sơng Cầu kịch - 107 Hình 3.32: Biểu đồ diễn biến nồng độ DO theo chiều dọc kịch - 108 Hình 3.33 : Biểu đồ diễn biến nồng độ BOD5max theo chiều dọc kịch 3- 109 Hình 3.34: Nồng độ DO điểm tính tốn sơng Cầu kịch - 109 Hình 3.35: Nồng độ BOD5 điểm tính tốn sơng Cầu k.bản - 110 Hình 3.36: Nồng độ DO,BOD5 điểm tính tốn sơng Cầu kbản 3- 110 - Học viên thực : Tạ Đăng Thuần Luận văn thạc sĩ -8- Chuyên ngành: Khoa học môi trường DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN KHU VỰC NGHIÊN CỨU Bảng 1.1: Phân mùa mưa lưu vực sông Cầu lân cận - 14 Bảng 1.2: Lượng mưa tháng mùa mưa lưu vực sông Cầu lân cận - 15 Bảng 1.3: Đặc điểm sơng ngịi lưu vực sông Cầu - 18 Bảng 1.5: Phân phối dòng chảy năm số trạm đại biểu thuộc LVS - 19 Bảng 1.6: Các cơng trình thủy lợi hệ thống sơng Cầu - 21 Bảng 1.7 :Lũ lớn tháng mùa lũ sông Cầu (m3/s) - 21 Bảng 1.8 :Nguyên nhân hình thành trận lũ sơng Cầu(Thác Bưởi)- 22 Bảng 1.9: Dòng chảy kiệt nhỏ Thác Bưởi Gia Bảy - 22 Bảng 1.10:Phân bố dân cư huyện thuộc vùng miền núi thuộc LVS Cầu - 24 Bảng 1.11:Phân bố dân cư huyện thuộc vùng trung tâm thuộc LVSCầu - 25 Bảng 1.12: Phân bố dân cư huyện thuộc vùng đồng LVS Cầu - 26 Bảng 1.13: Lao động địa bàn Bắc Kạn làm việc - 27 ngành kinh tế, thời điểm 1-7 - 2007 - 27 Bảng 1.14: Dân số vùng núi cao phân theo khu vực thành thị, nông thôn - 29 Bảng 1.15: Dân số vùng trung tâm chia theo khu vực thành thị, nông thôn - 30 Bảng 1.16:Dân số vùng đồng chia theo khu vực thành thị, nông thôn - 31 Bảng 1.17: GDP cấu GDP lưu vực sông Cầu năm 2007 (theo giá hhành) - 32 Bảng 1.18 Số sở sản suất công nghiệp địa bàn tỉnh - 33 thuộc LVS Cầu năm 2007 - 33 Bảng 1.19: Giá trị giới hạn thông số chất lượng nước mặt - 38 Bảng 1.20: Nước thải thống kê theo ngành nghề hoạt động lưu vực - 50 Bảng 1.21: Số nguồn thải kê ước tính - 52 lưu lượng nước thải địa phương lưu vực - 52 Bảng 1.22 : Rác thải đô thị lớn lưu vực sông Cầu - 58 Bảng 1.23 : Lượng nước thải số đô thị lưu vực sông Cầu - 59 CHƯƠNG XÂY DỰNG SƠ ĐỒ HỆ THỐNG VÀ SỐ LIỆU ĐẦU VÀO CỦA MƠ HÌNH THỦY LỰC - CHẤT LƯỢNG NƯỚC Bảng 2.1: Các đoạn sông, chiều dài sông số mặt cắt hệ thống sông - 73 Bảng 2.2: Các biên hệ thống sông - 74 - Học viên thực : Tạ Đăng Thuần Luận văn thạc sĩ -9- Chuyên ngành: Khoa học mơi trường CHƯƠNG : HIỆU CHỈNH, KIỂM ĐỊNH MƠ HÌNH - 83 VÀ CÁC KỊCH BẢN MÔ PHỎNG - 83 Bảng 3.1: Kết so sánh mức hiệu mơ hình - 84 Bảng 3.2 : Kết so sánh mức hiệu mơ hình - 86 Bảng 3.3: Các vị trí đo đạc sử dụng mơ hình - 88 Bảng 3.4: Kết tính tốn sai số nồng độ DO, nhiệt độ - 92 giá trị tính tốn thực đo q trình hiệu chỉnh mơ hình trạm Chã - 92 Bảng 3.5: Kết tính tốn sai số nồng độ NH4+, NO3- - 92 giá trị tính tốn thực đo q trình hiệu chỉnh mơ hình trạm Chã - 92 Bảng 3.6: Kết tính tốn sai số nồng độ BOD5, tổng Coliform - 93 giá trị tính tốn thực đo q trình hiệu chỉnh mơ hình trạm Chã - 93 Bảng 3.7: Kết tính tốn sai số nồng độ DO, nhiệt độ - 98 giá trị tính tốn thực đo q trình kiểm định mơ hình trạm Chã - 98 Bảng 3.8: Kết tính tốn sai số nồng độ NH4+, NO3- - 98 giá trị tính tốn thực đo q trình kiểm định mơ hình trạm Chã - 98 Bảng 3.9: Kết tính tốn sai số nồng độ BOD5, tổng Coliform - 99 giá trị tính tốn thực đo q trình kiểm định mơ hình trạm Chã - 99 - Học viên thực : Tạ Đăng Thuần Luận văn thạc sĩ - 10 - Chuyên ngành: Khoa học môi trường MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Nước nguồn tài nguyên vô quan trọng người loài động thực vật trái đất, chi phối hoạt động người, quốc gia Vì tài nguyên nước nguồn tài nguyên thay trái đất Nhưng nguồn tài nguyên nước nguồn tài ngun vơ tận việc sử dụng bảo vệ tài nguyên nước trở nên cấp thiết với quốc gia dân tộc giới Cùng với q trình cơng nghiệp hóa thị hóa nước ta năm gần lượng nước thải không ngừng tăng lên năm qua Nước thải công nghiệp, nước thải sinh hoạt loại nước thải khác có hàm lượng chất ô nhiễm cao không xử lý nguyên nhân gây ô nhiễm nguồn tiếp nhận Theo báo cáo nhiều sông hồ Việt Nam bị ô nhiễm đặc biệt sông hồ, kênh rạch phân bố đô thị lớn Hà Nội, Hải Phịng, Đà Nẵng, TP.Hồ Chí Minh.Vấn đề nhiễm nguồn nước xẩy quy mô lớn (quy mô lưu vực sông, quy mô vùng) hoạt động dân sinh, kinh tế diễn phạm vi rộng với cường độ ngày tăng Sơng Cầu với diện tích lưu vực 6030 km2 chảy qua tỉnh Bắc Kạn, Thái Nguyên, Bắc Giang, Bắc Ninh, Vĩnh Phúc Sơng Cầu đóng vai trị quan trọng cấp nước cho sinh hoạt sản xuất Công,nông nghiệp tỉnh Tuy nhiên, với trình phát triển kinh tế xã hội sơng Cầu chịu tác động trực tiếp trình thải nước thải khơng xử lý nên sơng Cầu bị ô nhiễm, nhiều tiêu chất lượng nước vượt giới hạn cho phép nhiều lần Suy giảm chất lượng nước làm hạn chế khả cấp nước sông đe dọa ổn định kinh tế - xã hội địa phương Hiện vấn đề ô nhiễm sông Cầu vấn đề xúc dư luận đặt trước nhà quản lý môi trường, tài nguyên nước nhà khoa học nhiệm vụ cấp bách:Tìm giải pháp khắc phục tình trạng nhiễm mơi trường nước lưu vực sơng Cầu để cứu sơng Cầu khỏi tình trạng nhiễm Học viên thực : Tạ Đăng Thuần ... vực sông Cầu Mục tiêu phạm vi nghiên cứu Với đề tài “ Ứng dụng mơ hình Mike 11 đánh giá diễn biến chát lượng nước lưu vực sông Cầu ” Mục tiêu luận văn Ứng dụng mơ hình Mike 11 đánh giá diễn biến. .. lưu lưu vực sông Cầu - 41 Hình 1.7 : Giá trị TSS trung lưu lưu vực sông Cầu - 43 Hình 1.8 : Giá trị COD trung lưu lưu vực sông Cầu - 43 Hình 1.9 : Giá trị BOD5 trung lưu lưu vực sông. .. sông Cầu - 44 Hình 1.10 : Giá trị N-NH4 trung lưu lưu vực sông Cầu - 45 Hình 1 .11 : Giá trị Pb trung lưu lưu vực sông Cầu - 45 Hình 1.12 : Giá trị Coliform trung lưu lưu vực sơng Cầu