Đánh giá khả năng phát thải khí nhà kính và ứng dụng mô hình hồi quy xây dựng phương trình dự báo lượng phát thải khí co2 và ch4 trên hồ thủy điện sông bung 4 huyện nam giang

TR Đ I H CăĐÀăN NG NGăĐ I H C BÁCH KHOA - TR N TH THANH TRANG ĐÁNHăGIÁăKH NĔNGăPHÁTăTH I KHÍ NHÀ KÍNH VÀ ỨNG D NG MƠ HÌNH H I QUY XÂY D NGăPH NGăTRỊNHăD BÁOăL NG PHÁT TH I KHÍ CO2 VÀ CH4 TRÊN H TH Y ĐI N SÔNG BUNG 4, HUY N NAM GIANG LU NăVĔNăTH C S K THU TăMỌIăTR NG ĐƠăN ng - 2019 TR Đ I H CăĐÀăN NG NGăĐ I H C BÁCH KHOA - TR N TH THANH TRANG ĐÁNHăGIÁăKH NĔNGăPHÁTăTH I KHÍ NHÀ KÍNH VÀ ỨNG D NG MƠ HÌNH H I QUY XÂY D NGăPH NGăTRỊNHăD BÁOăL NG PHÁT TH I KHÍ CO2 VÀ CH4 TRÊN H TH Y ĐI N SÔNG BUNG 4, HUY N NAM GIANG Chuyên ngành : K thu t môiătr Mã s : 60.52.03.20 ng LU NăVĔNăTH C S NG ĐƠăN ng - 2019 I H NG D N KHOA H C: TS.ăLÊăPH CăC NG L IăCAMăĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu khoa h c đ c l p riêng d i h ng d n GVHD TS Lê Ph c C ng Các thông tin trích d n lu n văn đư đ ợc ch rõ nguồn gốc Các số liệu sử dụng, k t qu nghiên cứu nêu lu n văn tơi tự tìm hiểu, phân tích m t cách trung thực, khách quan, phù hợp v i thực tiễn đ a bàn nghiên cứu ch a đ ợc công bố b t kỳ công trình khác Học viên Tr n Th Thanh Trang M CL C M̉ Đ U 1 T́nh c p thi t đề tài Mục tiêu nghiên cứu N i dung nghiên cứu Ý nghĩa đề tài .2 CH NGă1 T̉NG QUAN 1.1.ăC ăs̉ khoa ḥc 1.1.1 Cơ s̉ ĺ lu n 1.1.2 Cơ s̉ thực tiễn 1.2 L ch s̉ nghiên ću kh̉ nĕngă ph́t th̉i kh́ nhƠ ḱnh t̀ h̀ Th̉yă địn Th́ gíi vƠ Vịt Nam .9 1.2.1 L ch sử nghiên cứu kh ph́t th i kh́ nhà ḱnh từ hồ Thủy điện Th gi i 1.2.2 L ch sử nghiên cứu kh ph́t th i kh́ nhà ḱnh từ hồ Thủy điện ̉ Việt Nam .11 1.3 Q trình hình thành khí nhà kính t̀ m tăl uăv c t nhiên 11 1.3.1 Chu trình Cacbon m t l u vực tự nhiên 11 1.3.2 Chu trình Cacbon m t hệ sinh thái thủy sinh 12 1.4 Nh ng ýu t ̉nhăh ̉ng t́i kh̉ nĕngăph́tăth̉i khí nhà kính t̀ h̀ th̉yăđịn .15 1.4.1 Quá trình cacbon hữu vào hồ chứa 15 1.4.2 Ćc điều kiện d n đ n s n sinh loại khí nhà kính 15 1.4.3 Quy trình nh h ̉ng đ n phân bố khí nhà kính hồ chứa 15 CH NGă2 Đ IăT NGăVÀăPH NGăPHÁPăNGHIÊNăCỨU 16 2.1.ăĐặcăđiểm khu v c nghiên ću .16 2.1.1 Đặc điểm hồ chứa thủy điện sông Bung 16 2.1.2 Điều kiện đ a hình .17 2.1.3 Điều kiện đ a ch t .17 2.1.4 Điều kiện khí h u, thủy văn 19 2.1.5 Tài nguyên sinh v t đa dạng sinh h c thủy sinh hệ thống sông Vu Gia 20 2.1.6 Hiện trạng môi tr ng hồ thủy điện Sông Bung .21 2.2 Cách típ c n gỉi quýt v năđ nghiên ću 23 2.3.ăĐ aăđiểm th i gian nghiên ću .24 2.3.1 Đ a điểm nghiên cứu 24 2.3.2 Th i gian nghiên cứu 25 2.4.ăĐ iăt ng ph m vi nghiên ću .25 2.4.1 Đối t ợng nghiên cứu 25 2.4.2 Phạm vi nghiên cứu 26 2.5.ăPh ngăph́pănghiênăću .26 2.5.1 Ph ơng ph́p k thừa 26 2.5.2 Ph ơng ph́p tổng hợp phân tích số liệu 26 2.5.3 Ph ơng ph́p mơ hình hồi quy 26 2.5.4 Ph ơng ph́p l y m u, b o qu n m u ph ơng ph́p x́c đ nh .28 2.6 Th i gian l y m u 31 CH NGă3.ăK T QU NGHIÊN CỨU VÀ TH O LU N 32 3.1.ăX́căđ nhăl ng khí CO2 CH4 phát th̉i mặt h̀ 32 3.1.1 K t qu đo kh́ CO2 .32 3.1.2 K t qu đo kh́ CH4 .33 3.2 M t s ýu t ̉nhă h ̉ngă đ́n s hình thành khí CO2 CH4 h̀ Th̉yăđịn Sơng Bung .34 3.2.1 Mối quan hệ CO2, CH4 nhiệt đ n c hồ 34 3.2.2 Mối quan hệ CO2, CH4 v i DO 35 3.2.3 Mối quan hệ CO2, CH4 v i COD 36 3.2.4 Mối quan hệ CO2, CH4 v i đ kiềm 37 3.2.5 Mối quan hệ CO2, CH4 v i tổng Nitơ 39 3.2.6 Mối quan hệ CO2, CH4 v i PO - .40 3.2.7 Mối quan hệ CO2, CH4 v i pH 41 3.2.8 Mối quan hệ CO2, CH4 v i TDS 42 3.2.9 Mối quan hệ CO2, CH4 v i đ d n điện .43 3.3 Xây d ngăph ngătrìnhăd b́oăl ng phát th̉i khí CO2 CH4 h̀ th̉y địn Sông Bung 44 3.3.1 Ph ơng trình dự báo kh ph́t th i khí CO2 .44 3.3.2 Ph ơng trình dự báo kh ph́t th i khí CH4 .46 3.4 Kiểmăđ nhăph ngătrình 47 3.4.1 Kiểm đ nh ph ơng trình dự báo phát th i khí CO2 47 3.4.2 Kiểm đ nh ph ơng trình dự báo phát th i khí CH4 48 3.5 M t s bịn pháp gỉm thiểu phát th̉i khí nhà kính (CO2 CH4) cho h̀ th̉yăđịn Sông Bung 49 3.5.1 Trồng b o vệ rừng đầu nguồn (h p phụ CO2 CH4) 49 3.5.2 Qu n lý, sử dụng hợp ĺ tài nguyên đ t l u vực hồ chứa Thủy điện Sông Bung 50 K T LU N VÀ KI N NGH 53 DANH M C TÀI LI U THAM KH O PH L C QUY TăĐ NHăGIAOăĐ TÀI (B N SAO) ĐÁNHăGIÁăKH NĔNGăPHÁTăTH I KHÍ NHÀ KÍNH VÀ ỨNG D NG MƠ HÌNH H I QUY XÂY D NGăPH NGă TRÌNH D BÁOăL NG PHÁT TH I KHÍ CO2 VÀ CH4 TRÊN H TH Y ĐI N SÔNG BUNG 4, HUY N NAM GIANG H c viên: Trần Th Thanh Trang Chuyên ngành: Kỹ thu t mơi tr ng Mã số: 60.52.03.20 Khóa: 34 Tr ng Đại h c Bách khoa - ĐHĐN Tóm tắt ậ Lu n văn trình bày k t qu nghiên cứu phân t́ch l ợng phát th i khí CO2, CH4 hồ thủy điện Sông Bung 4, Nam Giang, Qu ng Nam áp dụng mơ hình hồi quy & phần mềm Eview để xây dựng ph ơng trình dự báo l ợng phát th i kh́ nhà ḱnh L ợng phát th i CO2 CH4 ứng v i diện tích 15,65 km2 lần l ợt nằm kho ng 164,17 ậ 286,55 t n/ngày 3,60 ậ 5,95 t n/ngày ứng v i công su t ph́t điện 240 MW K t qu xây dựng ph ơng trình dự b́o l ợng phát th i có đ tin c y cao thể mối liên hệ ch tiêu n c hồ thủy điện (nhiệt đ , DO, pH, COD, tổng N, tổng P, TDS, đ kiềm, đ d n điện) v i phát th i khí CO2 (R2 = 0,95) CH4 (R2 = 0,994) Trên s̉ k t qu nghiên cứu phân tích mối t ơng quan CO2 CH4 v i ćc thông số ch t l ợng n c, đề xu t m t số biện pháp gi m thiểu khí nhà kính từ hồ thuỷ điện Sơng Bung T̀ăkhóaăậ phân tích; khí nhà kính; hồ thủy điện; ph́t th i; Sơng Bung GREEN HOUSE GAS EMISSIONS ASSESSMENT AND APPLYING REGRESSION MODEL IN ORDER TO BUILD THE EQUATION OF CO2 AND CH4 EMISSIONS ANALYSIS ON SONG BUNG HYDROPOWER RESEVOIR, NAM GIANG DISTRICT Student: Trần Th Thanh Trang Specialized: Enviromental engineer Mã số: 60.52.03.20 Science: 34 Polytechnic University ậ ĐN University Abstract ậ The project presents the study results of CO2 and CH4 emissions analysis and applied the Eview software & regression model in order to build the equation of greenhouse gas emission estimation on Song Bung hydropower resevoir, Nam Giang, Quang Nam The CO2 and CH4 emissions in the area of 15.65 km2 are in the range of 164.17-286.55 tons/day and 3.60-5.95 tons/day, respectively, with a capacity of 240 MW The result of constructing with the high-confidence estimation equation for the relationship between water parameters (temperature, DO, pH, COD, total N, total P, TDS, alkalinity, conductivity) with CO2 emissions (R2 = 0.95) and CH4 (R2 = 0.994) Based on the results of the study on the correlation between CO2 and CH4 with water quality parameters, some measures to mitigate greenhouse gas from Song Bung hydropower reservoir may be proposed Key words ậ analysis; greenhouse gas; hydropower reservoir; emission; Song Bung DANHăM CăB NG S hịu b̉ng 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 2.10 2.11 2.12 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 3.11 3.12 3.13 3.14 3.15 3.16 3.17 Tên b̉ng L ợng m a trung bình th́ng l ợng m a trung bình năm (mm) đo v tŕ đ p Sông Bung (từ năm 2000 - 2005) Mực n c đo đ ợc trạm Sông Bung (m a.s.l) Dịng ch y trung bình năm đ p Sông Bung Ch t l ợng không khí khu vực hồ thủy điện Sơng Bung Ch t l ợng khơng khí khu vực hồ thủy điện Sơng Bung [1] V trí l y m u quan trắc ch t l ợng n c mặt K t qu đo đạc, phân tích m u n c mặt Điều kiện l y m u quan trắc Đ́nh gí mối liên hệ từ hệ số x́c đ nh [31] Dữ liệu đầu vào mơ hình Các thông số n c mặt ph ơng ph́p x́c đ nh Th i gian l y m u K t qu đo l ợng khí CO2 mặt hồ K t qu đo l ợng khí CH4 mặt hồ Mối quan hệ CO2, CH4 v i nhiệt đ Mối quan hệ CO2, CH4 v i DO Mối quan hệ CO2, CH4 v i COD Mối quan hệ CO2, CH4 v i đ kiềm Mối quan hệ CO2, CH4 v i tổng Nitơ Mối quan hệ CO2, CH4 v i PO Mối quan hệ CO2, CH4 v i pH Mối quan hệ CO2, CH4 v i TDS Mối quan hệ CO2, CH4 v i đ d n điện Mối t ơng quan CO2 v i m t số ch tiêu n c Hệ số x́c đ nh CO2 v i m t số ch tiêu n c Mối t ơng quan CH4 v i m t số ch tiêu n c Hệ số x́c đ nh CH4 v i m t số ch tiêu n c Tỷ lệ ph́t th i kh́ CO2 từ hồ thủy điện Sông Bung Tỷ lệ ph́t th i kh́ CH4 từ hồ thủy điện Sông Bung Trang 19 20 20 22 22 22 23 25 27 27 28 31 32 33 34 35 36 37 39 40 41 42 43 44 45 46 47 47 48 DANHăM CăHỊNH V S hịu hình v 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 2.10 3.1 3.2 3.3a 3.3b 3.4a 3.4b 3.5a 3.5b 3.6a 3.6b 3.7a 3.7b 3.8a 3.8b Tên hình v Trang Phân loại ćc v̀ng kh́ h u th gi i Nguyên nhân gây hiệu ứng nhà ḱnh Kh́ CO2 kh́ tăng ćc năm Kh́ CH4 kh́ tăng ćc năm Sơ đồ l ch sử nghiên cứu khí nhà kính kh phát th i khí nhà kính từ hồ thủy điện Chu trình khí nhà kính từ m t l u vực tự nhiên Chu trình cacbon hệ sinh thái thủy sinh V trí cơng trình thủy điện sơng Bung Sơ đồ v trí hồ thủy điện sơng Bung B n đồ đ t l u vực sông Bung Các trạm kh́ t ợng ậ thủy văn l u vực sông Vu Gia ậ Thu Bồn Sơ đồ ćc b c thực V trí l y m u để nghiên cứu Khu vực hồ chứa (R1, R2, R3) Sơ đồ nguyên lý l y m u khí CO2 Thi t k h p l y m u quan trắc khí CO2 Hình nh l y m u n c khí hồ thủy điện Sơng Bung Đồ th l ợng khí CO2 sinh mặt hồ Đồ th l ợng khí CH4 sinh mặt hồ Mối t ơng quan CO2 nhiệt đ n c Mối t ơng quan CH4 nhiệt đ n c Mối t ơng quan CO2 DO Mối t ơng quan CH4 DO Mối t ơng quan CO2 COD Mối t ơng quan CH4 COD Mối t ơng quan CO2 đ kiềm Mối t ơng quan CH4 đ kiềm Mối t ơng quan CO2 tổng Nitơ Mối t ơng quan CH4 Tổng Nitơ Mối t ơng quan CO2 PO Mối t ơng quan CH4 PO - 6 10 12 13 16 17 18 19 24 24 26 28 29 31 32 33 35 35 36 36 37 37 38 38 39 39 40 40 S hịu hình v 3.9a 3.9b 3.10a 3.10b 3.11a 3.11b 3.12 3.13 3.14 3.15 Tên hình v Mối t ơng quan CO2 pH Mối t ơng quan CH4 pH Mối t ơng quan CO2 TDS Mối t ơng quan CH4 TDS Mối t ơng quan CO2 đ d n điện Mối t ơng quan CH4 đ d n điện K t qu chạy phần mềm Eview đối v i kh́ CO2 K t qu chạy phần mềm Eview đối v i kh́ CH4 Biểu đồ thể giá tr CO2 thực nghiệm dự b́o Biểu đồ thể giá tr CH4 thực nghiệm dự b́o Trang 41 41 42 42 43 43 45 46 48 49 M̉ Đ U T́nh c p thít c̉a đ tƠi Trong l ch sử đ a ch t tŕi đ t, bi n đổi khí h u đư x y nhiều lần v i th i kỳ lạnh nóng kéo dài hàng vạn năm ậ đ ợc bi t đ n nh th i kỳ băng hà th i kỳ gian bang [7] Trong nguyên nhân gây t ợng bi n đổi khí h u ngun nhân có mức đ nh h ̉ng l n t́c đ ng ng i, mà biểu rõ nh t nóng lên bầu khí hay hiệu ứng nhà kính việc phát th i khí nhà kính Trong Việt Nam đư ph i đ ơng đầu v i biểu ngày gia tăng t ợng hiệu ứng nhà kính Hiệu ứng nhà ḱnh đ ợc khám phá b̉i nhà khoa h c Joseph Fourier vào năm 1824, th́ nghiệm tin c y đ ợc b̉i nhà khoa h c John Tyndall vào năm 1858 b n b́o ćo đ nh l ợng kỹ đ ợc thực b̉i nhà khoa h c Svante Arrhenius vào năm 1986 [9] Nguồn l ợng đ ợc tạo từ đốt nhiên liệu hóa thạch cung c p điện cho tồn cầu kho ng 68% vào năm 2007, nguyên nhân th i khí th i nhà kính t i bầu khí ( c tính 40% [14]) So v i ngun liệu hóa thạch l ợng thủy điện đ ợc xem nh nguồn l ợng tái tạo v i u điểm khí th i nhà kính [15] Tuy nhiên nghiên cứu gần cho th y, hồ thủy điện có kh s n sinh khí Cacbon vào khí quyển, đặc biệt 20 năm đầu t́ch n c [16] Điều chủ y u l ợng sinh khối ng p lụt, l ợng hữu đ t b xói mịn đ t liên tục đổ vào hồ chứa tăng v ợt mức trình xây dựng hồ tạo nên Th i gian l u n c hồ cao, k t hợp v i l ợng ch t dinh d ỡng cao, thu n lợi cho phân hủy hữu tạo khí CO2 CH4 [17] Nhà máy thủy điện Sông Bung cơng trình thủy điện xây dựng dịng sơng Bung v̀ng đ t xư Zuôih xư Tà Pơơ, huyện Nam Giang, t nh Qu ng Nam Cơng trình Nhà máy Thủy điện Sông Bung gồm tổ máy có tổng cơng su t 156 MW kh́nh thành vào năm 2015 [32] Đ n nay, Nhà máy thủy điện thủy điện Sông Bung đư vào hoạt đ ng đ ợc ba năm, việc đ́nh gí kh ph́t th i khí nhà kính đ a ćc biện pháp gi m thiểu r t cần thi t s̉ để ứng dụng nghiên cứu cho đ nh h ng tính tốn phát th i khí nhà kính cho Dự án Thủy điện lân c n khác Nh n thức rõ tầm quan tr ng tính c p thi t v n đề trên, thực đề tài: “Đánh giá kh phát th i khí nhà kính ứng dụng mơ hình hồi quy xây dựng phương trình dự báo lượng phát th i khí CO2 CH4 hồ thủy điện sông bung 4, huyện nam giang” M c tiêu nghiên ću 2.1 Mục tiêu tổng quát Kiểm kê đ ợc l ợng khí nhà kính phát sinh từ hồ Thủy điện Sơng Bung 4, góp ... t v n đề trên, thực đề tài: ? ?Đánh giá kh phát th i khí nhà kính ứng dụng mơ hình hồi quy xây dựng phương trình dự báo lượng phát th i khí CO2 CH4 hồ thủy điện sông bung 4, huyện nam giang? ?? M... lập phương trình dự báo lượng phát thải khí CO2 CH4 hồ Thủy điện Sơng Bung - L p ph ơng trình dự báo kh ph́t th i khí CO2 cho hồ thủy điện Sông Bung 4; - L p ph ơng trình dự báo kh ph́t th i khí. .. ph́t th i kh́ CO2 từ hồ thủy điện Sông Bung Tỷ lệ ph́t th i kh́ CH4 từ hồ thủy điện Sông Bung Trang 19 20 20 22 22 22 23 25 27 27 28 31 32 33 34 35 36 37 39 40 41 42 43 44 45 46 47 47 48 DANHăM CăHỊNH