Nghiên cứu hiệu chỉnh và ứng dụng mô hình đánh giá lan truyền ô nhiễm từ các khu nuôi tôm công nghiệp đến vùng ven biển huyện đông hải

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM Đại học Quốc Gia Tp.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự – Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: TRẦN HẬU VƯƠNG Ngày, tháng năm sinh: 12-04-1980 Chuyên ngành: Hệ thống thông tin điạ lý Phái: Nam Nơi sinh: Bạc Liêu Mã số: 01004279 I TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU HIỆU CHỈNH VÀ ỨNG DỤNG MÔ HÌNH HÌNH ĐÁNH GIÁ LAN TRUYỀN Ô NHIỄM TỪ CÁC KHU NUÔI TÔM CÔNG NGHIỆP ĐẾN VÙNG VEN BIỂN HUYỆN ĐÔNG HẢI, BẠC LIÊU II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Nghiên cứu lý thuyết mô hình thuỷ lực lan truyền ô nhiễm - Thu thập số liệu yếu môi trường, thủy văn vùng nuôi tôm công nghiệp vùng ven biển huyện Đông Hải, tỉnh Bạc Liêu - Xây dựng sở liệu thuỷ văn môi trường - Giới thiệu mô hình lan truyền nhiễm bẩn - Hiệu chỉnh mô hình - Kết luận, Đánh giá trạng môi trường vùng ven biển huyện Đông Hải tỉnh Bạc Liêu III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 01/02/2006 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS.NGUYỄN KỲ PHÙNG CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM NGÀNH BỘ MÔN QUẢN LÝ NGÀNH Nội dung đề cương luận văn thạc só Hội đồng chuyên ngành thông qua Ngày PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH tháng năm 2006 KHOA QUẢN LÝ NGÀNH Lời cám ơn! Tôi xin chân thành cám ơn thầy cô truyền đạt kiến thức kinh nghiệm quý giá cho suốt thời gian học trường Đặc biệt thầy Trần Vónh Phước, người truyền đạt cho nhiều kiến thức bổ ích phương pháp luận nghiên cứu khoa học Đặc biệt xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến thầy Nguyễn Kỳ Phùng bạn môn Tin học môi trøng giúp đỡ nhiệt tình để hoàn thành luận án tốt nghiệp Tôi xin chân thành cám ơn chú, anh quan động viên tạo điều kiện thuận lợi cho suốt trình học tập việc hoàn thành luận án tốt nghiệp Tôi xin chân thành cám ơn gia đình người bạn cuả động viên giúp đỡ để yên tâm làm luận án tốt nghiệp TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Nội dung luận văn bao gồm việc tìm hiểu lý thuyết xây dựng mô hình, bên cạnh tìm hiểu mô hình Sau tiến hành xây dựng sở liệu chạy mô hình mạng sông huyện Đông Hải, Bạc Liêu Sau tiến hành hiệu chỉnh mô hình Từ đánh giá tác động cuả hoạt động nuôi tôm đến môi trường ven biển huyện Đông Hải, Bạc Liêu LUẬN VĂN BAO GỒM SÁU CHƯƠNG: Chương 1: - GIỚI THIỆU Giới thiệu tên đề tài, mục tiêu nghiên cứu, nội dung nghiên cứu, phương pháp nghiên cứu, tình hình nghiên cứu nước Chương 2: ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN VÀ ĐẶC ĐIỂM HỆ THỐNG KÊNH, SÔNG HUYỆN ĐÔNG HẢI - Giới thiệu đặc điểm tự nhiên vùng tính - Giới thiệu đặc điểm thuỷ văn cuả vùng tính - Hiện trạng chất lượng nước tình hình ô nhiễm cuả vùng Chương 3: - MÔ HÌNH HOÁ CÁC QUÁ TRÌNH Ô NHIỄM Nghiên cứu sở lý thuyết cuả mô hình: Phần thuỷ lực: Hệ phương trình Saint-Venant (Phương trình liên tục, phương trình động lượng), Phương pháp giải hệ phương trình (Phương pháp đường đặc trưng, Phương pháp sai phân hữu hạn) Phần lan truyền : Phương trình lan truyền - Nghiên cứu điều kiện ban đầu điều kiện biên cuả mô hình Điều kiện ban đầu điều kiện biên thuỷ lực Điều kiện ban đầu điều kiện biên lan truyền - Sai phân hoá để giải phương trình Hệ phương trình Saint Venant Sai phân hoá phương trình lan truyền chất Chương 4: ỨNG DỤNG PHẦN MỀM TÍNH TOÁN CHO HỆ THỐNG KÊNH, SÔNG HUYỆN ĐÔNG HẢI - Xuất xứ tổng quan phần mềm - Xây dựng sở liệu phục vụ mô hình tính - Xây dựng lớp đồ phục vụ mô hình tính - Xác định điều kiện ban đầu điều kiện biên - Ứng dụng tính toán mạng sông Huyện Đông Hải - Phân tích đánh giá kết Chương 5: HIỆU CHỈNH MÔ HÌNH - Các nguyên nhân gây sai số cuả mô hình - Hiệu chỉnh mô hình tính toán phương pháp so sánh với giá trị thực đo - Áp dụng quy trình hiệu chỉnh mô hình tính toán lan truyền Chương 6: - KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận , kiến nghị hướng mở rộng đề tài Luận văn tốt nghiệp - 94 - DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ BẢNG Hình 3.1 Lưới sai phân X-t ……………………………………………………………………………………… ………… Hình 3.2 Vị trí điểm thải nhánh sông …………………………………………………………………… …20 Hình 3.3 Điều kiện biên cửa sông ……………………………………………………………………………… 22 Hình 3.4 Sơ đồ hoá nhánh sông ……………………………………………………………………………………… … 25 Hình 3.5 Sơ đồ Preissmann ………………………………………………………………………… …………… ……… 27 Hình 3.6 Lưới sai phân theo sơ đồ Upwind (trường hợp 1) ………………………………… 37 Hình 3.7 Khoảng cách nút phân tích chuỗi Taylor …………………………………… .37 Hình 3.8 Lưới sai phân theo sơ đồ Upwind (trường hợp 2) …………………………………… 38 Hình 3.9 Sơ đồ khối giải lan ………………………………………….42 truyền chất cho mạng sông Luận văn tốt nghiệp Hình 3.10 Sơ - 95 - đồ khối tính toán lan truyền ô nhiễm …………………………………………………… 44 Hình 4.10 Cửa sổ ……………………………………………………………………………………… ………………………45 Bảng 4.1 Cấu trúc sở liệu – Ý nghóa trường liệu …………………….….46 Bảng 4.2: Cấu trúc sở liệu – Ý nghóa trường liệu ………………….… 47 Bảng 4.3: Giá trị mưc nước biên ……………………………………………………………………………… 51 Bảng 4.1 Thông số điểm thảiZ ……………………………………………………………………………………… ……56 Bảng 4.2 Giá trị hệ số tính lan điểm truyền ……………………………………………….………….57 Bảng 4.4 Giá trị nồng độ biên ……………………………………………………………………54 Bảng 4.5 Thông số điểm thảiZ ……………………………………………………………………………………… … 56 Bảng 4.6 Giá trị hệ số ……………………………………………………………57 tính lan truyền Luận văn tốt nghiệp Hình 4.7 Sơ - 96 - đồ phân bố mặt cắt tính nhánh sông …………………………………………58 Hình 4.8 Mực nước mặt cắt nhánh 1……………………………………………………………………… 60 Sơ đồ 4.1 : nhánh hợp lưu………………………………………………………………………….………… ………… 57 Sơ đồ 4.2 : mặt cắt ……………………………………………….……………………………………… ……………………… 58 Sơ đồ 4.3 : điểm thải biên …………………………………………………….………………………………… … 59 Đồ thị 4.1 Mực nước mặt cắt nhánh 1…………………………………………………………………….60 Đồ thị 4.2 Mực nước mặt cắt nhánh nhánh ……………………………………………….……………………61 Đồ thị 4.3 Mực nước mặt cắt ……………………………………………….………………… 62 Đồ thị 4.4 Mực nước mặt cắt nhánh 20 ……………………………………………………………….…63 Đồ thị 4.6 Độ mặn mặt cắt nhánh ……………………………………………………………………….64 Đồ thị 4.7 Độ mặn mặt cắt ……………………………………….…………………………….65 nhánh 17 Luận văn tốt nghiệp Đồ thị - 97 - 4.8 Độ mặn mặt cắt nhánh 17 …………………………………….……………………………….66 Đồ thị 4.9 Độ mặn mặt cắt nhánh 11………………………………………….…………………………….67 Đồ thị 4.10 BOD mặt cắt nhánh 1…………………………………………………………………………….68 Đồ thị 4.11 BOD mặt cắt nhánh 20 …………………………………………………………………………69 Đồ thị 4.12 BOD mặt cắt nhánh 20 …………………………………………………………………………70 Đồ thị 4.13 BOD mặt cắt nhánh 21 …………………………………………………………………………71 Đồ thị 4.14 BOD dọc theo kênh Số thời điểm 8:00 ngày 31/07/2006 ….……72 Đồ thị 4.15 BOD dọc theo kênh Trại Muối vào lúc 8:00 ngày 31/07/2006 …….73 Đồ thị 4.16 BOD chạy mô hình BOD kết ……………………………………………………… 74 Đồ thị 4.17 DO mặt1 cắt nhánh 75 Đồ thị 4.18 DO mặt cắt nhánh 21 .76 Đồ thị 4.19 DO mặt cắt nhaùnh 20 77 Bảng 5.1: Giá trị độ nhám Manning cho loại lòng dẫn khác .82 Bảng 5.2: Kết sai số cuả lần chạy mô hình 84 Bảng 5.3: Bảng giá trị mực nước đo đạc, mô hình 86 Luận văn tốt nghiệp - 98 - Đồ thị 5.1: mưc nước mô thực tế kênh Minh Điền 88 Đồ thị 5.2: mưc nước mô thực tế kênh Trại Muối 88 Đồ thị 5.3: mưc nước mô thực tế kênh Đê Trường Sơn 88 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Luận văn tốt nghiệp - 99 - BOD: nhu cầu oxi sinh hoá CSDL: sở liệu DO: Oxi hoà tan nước GIS: Geographical Information System HTTTĐL: hệ thống thông tin địa lý SS: chất lơ lửng MỤC LỤC Luận văn tốt nghiệp - 88 - -0.97 -1.35678 -0.76 -1.36137 -1.15 -1.4058 -1.12 -1.48218 -0.87 -1.48763 -1.15 -1.72683 -1.05 -1.4058 0.68 1.190792 Luận văn tốt nghiệp - 89 - Các đồ thị biểu diễn đường mực nước mô mực nước thực đo mực nướ c Tại kênh Minh Điền mô hình đo -1 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 thờ i gian -2 Đồ thị 5.1: mưc nước mô thực tế kênh Minh Điền 88 Tại kênh Trại Muối mự c nướ c đo mô hình 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 -1 thờ i gian -2 Đồ thị 5.2: mưc nước mô thực tế kênh Trại Muối Tại kênh Đê Trường Sơn mự c nước mô hình ño -1 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 -2 Đồ thị 5.3: mưc nước mô thực tế kênh Đê Trường Sơn thời gian Luận văn tốt nghiệp - 90 - Chương 6: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 6.1 KẾT LUẬN: Mô hình tính toán lan truyền ô nhiễm dưạ lý thuyết thuỷ lực lý thuyết lan truyền chất để tính toán trình ô nhiễm mô hình tương đối Dưạ vào mô hình GIS, trình lan truyền ô nhiễm tính toán cụ thể, kết thể trình lan truyền ô nhiễm theo không gian thời gian Sử dụng mô hình để tính toán lan truyền ô nhiễm cho ta kết phù hợp với thực tế Do đó, ta dùng mô hình để mở rộng tính toán cho toàn tỉnh Bạc Liêu Bên cạnh đó, kết nội suy biểu diễn kết GIS cuả mô hình chưa tốt, tốc độ thực chậm Mô hình tính dòng chảy mạng sông đồng bằng, không tính tràn lũ Quy trình hiệu chỉnh tính toán lan truyền giới hạn phần thuỷ lực Tuy nhiên quy trình không phụ thuộc vào khu vực làm mô hình nên ta áp dụng quy trình vào nhiều vùng khác Qua kết phân tích ta nhận thấy môi trường vùng ven biển huyện Đông Hải hoạt động nuôi tôm công nghiệp mang lại: yếu tố BOD chưa cao, DO thấp Các số BOD, DO vào thời điểm thải có tăng lên sau làm nhanh chóng Tổng quan môi trường cuả toàn vùng nghiên cứu chưa bị ô nhiễm (chỉ trừ có kênh Minh Điền bị ô nhiễm mức độ thấp) Luận văn tốt nghiệp - 91 - 6.2 KIẾN NGHỊ Phần mềm mô lan truyền chất, độ xác mô hình chưa thật cao Để sử dụng mô hình tốt cần phải thu thập số liệu đầu vào đầy đủ xác Cụ thể: - Số liệu thủy lực: địa hình đáy, mặt cắt, hệ số nhám phải đo đạc (thu thập) đầy đủ xác - Số liệu lan truyền chất: tăng cường đo đạc yếu tố môi trường theo mặt cắt theo thời gian để mô hình tính tốt Hướng mở rộng đề tài Cần nghiên cứu làm cho mô hình linh hoạt Cụ thể cần bổ sung yếu tố đập, cống để mô hình ứng dụng rộng rãi Cần xem xét đến yếu tố bồi lắng kênh, sông vùng ven biển tỉnh Bạc Liêu Đề tài giới hạn nghiên cứu ứng dụng tính toán yếu tố: BOD, COD, mặn Nên cần nghiên cứu ứng dụng thêm yếu tố môi trường khác việc tính toán ô nhiễm môi trường cụ thể Đề tài giới hạn việc hiệu chỉnh mô hình yếu tố thủy lực Nên cần tiến hành nghiên cứu hiệu chỉnh thêm yếu tố khác kết mô hình xác Luận văn tốt nghiệp - 92 - TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] – Nguyễn Ngọc Ẩn, Nguyễn Thị Bảy, Lê Song Giang, Huỳnh Công Hoài, Nguyễn Thị Phương (1998), Giáo trình thuỷ lực, trường Đại học Bách khoa, Bộ môn Cơ lưu chất, TP.Hồ Chí Minh [2] - Nguyễn Cảnh Cầm (1998), Thuỷ lực dòng chảy hở, Nhà xuất Nông nghiệp, Hà Nội [3] - Nguyễn Tất Đắc (1996), Mô hình TLUC96 dùng cho tính lũ số vấn đề cần lưu ý sử dụng mô hình tính toán lũ đồng sông Cửu Long, Hội thảo mô hình toán tính lũ đồng sông Cửu Long, TP.Hồ Chí Minh [4] – Phan Văn Hạp – Lê Đình Thịnh (2000), Phương pháp tính thuật toán, Nhà xuất giáo dục [5] – Phan Văn Hoặc (2004), Nghiên cứu tương tác động lực học biển – sông ven biển Cần Giờ phục vụ xây dựng sở hạ tầng cho du lịch thành phố Hồ Chí Minh [6] - Hà Quang Hải, Trần Tuấn Tú, Giáo trình GIS [7] – Nguyễn Thị Nga, Trần Thục (2003), Động lực học sông, Tp Hồ Chí Minh [8] – Quách Thị Ngọc Thơ, Mô hình toán tính dòng chảy lan truyền cho mạng kênh sông, Khoá luận tốt nghiệp niên khoá 2000 – 2004, Ngành Tin học môi trường, Khoa Môi Trường [9]- Lê Đức Trị, (2004), Dùng Mike 11 xây dựmg mô hình mức nước khu vực đồng sông Cữu Long, hội thảo GIS’10, 10/2004 Luận văn tốt nghiệp - 93 - Tiếng Anh [9] - J.A.Cung, F.M.Holly, A.Verway (1980), Practical aspects of computational river hydraulics, Pitman Advanced Publishing Program [10] – Leo C van Rijn (1989), Sediment Transport by Currents and waves, Delft Hydraulics [11] - Mapinfo Corp, Mapbasic reference [12] - Mapinfo Corp, Mapbasic user guide [13] - Mapinfo Corp, MapInfo reference [14] - Mapinfo Corp, MapInfo user guide [15] – Qual_2e solfware, Qual_2e reference {16}- David W.Rich, PhD; Relational Management and display of site Evironmental data; Lewis Publisher, 2002 [17]- Robert A.Pastorok, Steven M.Bartell, Scott Ferson, Lev R.Ginzburg; Ecological Modeling in Risk Assessmet; Lewis Publishers, 2002 Chương : ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN VÀ ĐẶC ĐIỂM HỆ THỐNG KÊNH, SÔNG HUYỆN ĐÔNG HẢI 2.1.Giới thiệu: Huyện Đông Hải Bản đồ 5.1 Bản đồ vị trí Huyện Đông Hải tỉnh Bạc Liêu Các đồ thị biểu diễn đường mực nước mô mực nước thực đo mực nướ c Tại kênh Minh Điền mô hình đo -1 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 thờ i gian -2 Đồ thị 5.1: mưc nước mô thực tế kênh Minh Điền 88 Tại kênh Trại Muối mự c nướ c đo mô hình 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 -1 thờ i gian -2 Đồ thị 5.2: mưc nước mô thực tế kênh Trại Muối Tại kênh Đê Trường Sơn mự c nước mô hình ño -1 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 -2 Đồ thị 5.3: mưc nước mô thực tế kênh Đê Trường Sơn thời gian Kết BOD chạy mô hình BOD đo đạc mg/l 9.4 9.2 Mo hinh Do dac 8.8 8.6 8.4 01 411 16 821 1026 1231 1436 1841 Km Đồ thị 4.16 BOD chạy mô hình BOD kết ... dựng mô hình, bên cạnh tìm hiểu mô hình Sau tiến hành xây dựng sở liệu chạy mô hình mạng sông huyện Đông Hải, Bạc Liêu Sau tiến hành hiệu chỉnh mô hình Từ đánh giá tác động cuả hoạt động nuôi tôm. .. thuỷ văn môi trường cuả huyện Đông Hải, Bạc Liêu - Đưa mô hình đánh giá lan truyền nhiễm bẩn theo thời gian không gian - Đánh giá trạng dự báo diễn biến môi trường vùng ven biển huyện Đông Hải tỉnh... thải từ việc nuôi tôm công nghiệp bao gồm chất : Cl-, H2S, NH4+, PO42 , BOD, COD, SS, …… 2.2.4.2 Từ khu nuôi tôm bán công nghiệp: Toàn vùng có diện tích nuôi tôm bán công nghiệp 125 Với hình