Ứng dụng phương pháp mô hình hóa dự đoán diễn biến chất lượng nước sông Cầu đoạn chảy qua tỉnh Thái Nguyên và đề xuất giải pháp quản lý phù hợp

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP MƠ HÌNH HĨA DỰ ĐỐN DIỄN BIẾN CHẤT LƯỢNG NƯỚC SÔNG CẦU ĐOẠN CHẢY QUA TỈNH THÁI NGUYÊN VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP QUẢN LÝ PHÙ HỢP CHUYÊN NGÀNH: KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG NGUYỄN TƯỜNG KHƯƠNG DUY HÀ NỘI, NĂM 2018 BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP MÔ HÌNH HĨA DỰ ĐỐN DIỄN BIẾN CHẤT LƯỢNG NƯỚC SƠNG CẦU ĐOẠN CHẢY QUA TỈNH THÁI NGUYÊN VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP QUẢN LÝ PHÙ HỢP NGUYỄN TƯỜNG KHƯƠNG DUY CHUYÊN NGÀNH: KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG MÃ SỐ: 60440301 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS HOÀNG ANH HUY NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS PHẠM THỊ MAI THẢO HÀ NỘI, NĂM 2018 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu thực tơi khoảng thời gian học tập nghiên cứu theo quy định Các số liệu, kết nghiên cứu luận văn đảm bảo tính trung thực, khoa học chưa công bố cơng trình khoa học tác giả khác khơng thuộc nhóm nghiên cứu Mọi số liệu kế thừa luận văn đồng thuận tác giả có nguồn gốc rõ ràng Hà Nội, tháng năm 2018 Học viên Nguyễn Tường Khương Duy i LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, em xin trân trọng cảm ơn đến Ban giám hiệu, thầy cô giáo Khoa Môi trường, thầy cô giáo Trường Đại học Tài nguyên Môi trường Hà Nội tạo điều kiện thuận lợi cho em thời gian học tập, nghiên cứu hoàn thành luận văn Với lịng kính trọng biết ơn sâu sắc, em xin gửi lời cảm ơn tới PGS.TS Hoàng Anh Huy TS Phạm Thị Mai Thảo, suốt thời gian học tập nghiên cứu giúp đỡ, hướng dẫn tận tình em việc giải vấn đề nghiên cứu ủng hộ, động viên, hỗ trợ để em hồn thành luận văn Em xin chân thành cảm ơn lãnh đạo Trung tâm Quan trắc môi trường Tổng cục Môi trường tạo điều kiện thuận lợi cho em trình học tập công tác Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới tồn thể bạn bè đồng nghiệp phịng Hệ thống Quan trắc mơi trường, phịng Hệ thống thơng tin báo cáo mơi trường Phịng Thí nghiệm mơi trường động viên, giúp đỡ em trình thực luận văn Xin chân thành cảm ơn quyền địa phương, lãnh đạo cơng ty, xí nghiệp, phịng ban chun mơn địa bàn tỉnh Thái Nguyên nhiệt tình cộng tác giúp đỡ em trình điều tra, khảo sát thu thập số liệu trường Đặc biệt, chân thành cảm ơn Ủy ban nhân dân tỉnh Thái Nguyên, Sở Tài nguyên Môi trường tỉnh Thái Nguyên, Trung tâm Tư vấn Công nghệ Môi trường – Tổng cục Môi trường tạo điều kiện cho phép em tiếp cận trích dẫn nguồn tư liệu, số liệu khổng lồ từ báo cáo cần thiết phục vụ cho cơng tác hồn thành Luận văn Cuối cùng, em xin tỏ lịng biết ơn tới gia đình, bạn bè người quan tâm, ủng hộ em hồn thành cơng việc học tập nghiên cứu cách tốt Hà Nội, tháng năm 2018 Học viên Nguyễn Tường Khương Duy ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .İ LỜI CẢM ƠN İİ DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT V DANH MỤC HÌNH Vİ DANH MỤC BẢNG Vİİ MỞ ĐẦU CHƯƠNG I TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN 1.1 Mơ hình hóa chất lượng nước 1.2 Các nghiên cứu ứng dụng mơ hình chất lượng nước giới 1.3 Các nghiên cứu ứng dụng mơ hình chất lượng nước nước có liên quan 1.4 Kết nghiên cứu, ứng dụng mơ hình MIKE 11 để đánh giá chất lượng nước giới Việt Nam 1.5 Bộ phần mềm mơ hình MIKE 11 13 1.6 Vị trí nghiên cứu 20 CHƯƠNG II ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 37 2.1 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 37 2.2 Phương pháp nghiên cứu 38 2.2.1 Phương pháp thu thập tài liệu, số liệu 38 2.2.2 Phương pháp điều tra khảo sát thực địa thu thập nguồn thải 39 2.2.3 Phương pháp quan trắc phân tích mẫu 39 2.2.4 Phương pháp ứng dụng mơ hình hóa 41 2.2.5 Phương pháp dự báo diễn biến 48 2.2.6 Phương pháp xử lý số liệu viết báo cáo 48 CHƯƠNG III KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 50 3.1 Kết khảo sát chất lượng nước lưu vực sông Cầu đoạn chảy qua tỉnh Thái Nguyên 50 3.2 Vị trí nguồn thải liệu đầu vào mơ hình 54 3.3 Kết ứng dụng mơ hình Mike 11 62 3.3.1 Dự báo thay đổi chất lượng nước sông Cầu đoạn chảy qua tỉnh Thái Nguyên năm 2020 66 3.3.2 Dự báo thay đổi chất lượng nước sông Cầu đoạn chảy qua tỉnh Thái Nguyên năm 2030 69 3.4 Một số giải pháp quản lý phù hợp nhằm kiểm sốt nhiễm nguồn nước sơng Cầu đoạn chảy qua địa bàn tỉnh Thái Nguyên 72 iii KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO 78 TÀİ LİỆU TİẾNG VİỆT 78 TÀİ LİỆU TİẾNG ANH 80 PHỤ LỤC 1: KẾT QUẢ QUAN TRẮC MÔİ TRƯỜNG NƯỚC MẶT LƯU VỰC SÔNG CẦU ĐOẠN CHẢY QUA ĐỊA BÀN TỈNH THÁİ NGUYÊN 81 PHỤ LỤC 2: MỘT SỐ HÌNH ẢNH THỰC TẾ 85 PHỤ LỤC 3: CÁC ĐİỂM QUAN TRẮC, LẤY MẪU TRÊN ĐOẠN SÔNG NGHİÊN CỨU 87 iv DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Giải thích AD Mơ đun truyền tải khuếch tán BTNMT Bộ Tài nguyên Môi trường Cv Ecolab Hệ số dịng chảy năm Mơ đun sinh thái EPA United States Environmental Protection Agency FDI Foreign Direct Investment GDP Gross Domestic Product HD Mô đun thủy động lực học LVS Lưu vực sông QCVN Quy chuẩn Kỹ thuật Quốc gia TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam USACE United States Army Corps of Engineers Wo WHO Tổng lượng dòng chảy trung bình World Health Organization v DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Sự vận chuyển chất hịa tan q trình truyền tải khuếch tán .16 Hình 1.2: Bản đồ hành tỉnh Thái Nguyên 21 Hình 1.3: Bản đồ sơng Cầu đoạn chảy qua tỉnh Thái Nguyên .26 Hình 2.1: Lưu vực sơng Cầu đoạn chảy qua tỉnh Thái Nguyên 37 Hình 2.2: Sơ đồ điểm lấy mẫu đoạn sông nghiên cứu 39 Hình 2.3: Mạng lưới đoạn sơng nghiên cứu 42 Hình 2.4: Sơ đồ mạng lưới nguồn thải đoạn sông nghiên cứu 42 Hình 2.5: Mạng lưới dịng chảy đoạn sơng nghiên cứu 43 Hình 2.6: Mạng lưới mặt cắt đoạn sông nghiên cứu 44 Hình 2.7: Mặt cắt vị trí đoạn sơng nghiên cứu 44 Hình 2.8: Một số hệ số nhám áp dụng đoạn sơng nghiên cứu .45 Hình 2.9: Lưu lượng biên điểm Trạm thủy văn Gia Bảy 46 Hình 2.10: Mơ hình mơ Module Ecolab .46 Hình 2.11: Dữ liệu biên thủy lực .47 Hình 2.12: Các bước ứng dụng mơ hình MIKE11 đoạn sơng 48 Hình 3.1: Diễn biến DO đoạn sông nghiên cứu .51 Hình 3.2: Diễn biến BOD5 đoạn sông nghiên cứu 51 Hình 3.3: Diễn biến NH4+ đoạn sông nghiên cứu .52 Hình 3.4: Diễn biến NO3- đoạn sơng nghiên cứu .53 Hình 3.5: Diễn biến PO43- đoạn sông nghiên cứu 53 Hình 3.6: Diễn biến Coliform đoạn sông nghiên cứu .54 Hình 3.7: Kết hiệu chỉnh mơ hình chất lượng nước – Thơng số DO 62 Hình 3.8: Kết hiệu chỉnh mơ hình chất lượng nước – Thơng số BOD5 62 Hình 3.9: Kết hiệu chỉnh mơ hình chất lượng nước – Thơng số NH4+ .63 Hình 3.10: Kết hiệu chỉnh mơ hình chất lượng nước – Thông số NO3- 63 Hình 3.11: Kết hiệu chỉnh mơ hình chất lượng nước – Thông số PO43- 64 Hình 3.12: Kết hiệu chỉnh mơ hình chất lượng nước – Thơng số Coliform .64 Hình 3.13: Giá trị DO 66 Hình 3.14: Giá trị NH4+ 66 Hình 3.15: Giá trị NO3- 67 Hình 3.16: Giá trị BOD5 67 Hình 3.17: Giá trị PO43- 67 Hình 3.18: Giá trị Coliform .68 Hình 3.19: Giá trị DO 69 Hình 3.20: Giá trị NH4+ 70 Hình 3.21: Giá trị NO3- 70 Hình 3.22: Giá trị BOD5 70 Hình 3.23: Giá trị PO43- 71 Hình 3.24: Giá trị Coliform .71 vi DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Đặc trưng hình thái sơng thuộc lưu vực 24 Bảng 1.2: Đặc trưng dòng chảy năm trạm thủy văn lưu vực 27 Bảng 2.1: Phương pháp lấy mẫu bảo quản mẫu 40 Bảng 2.2: Phương pháp lấy mẫu phân tích tiêu nghiên cứu 40 Bảng 3.1: Vị trí nguồn thải đoạn sông nghiên cứu .54 Bảng 3.2: Lượng nước thải sinh hoạt địa tỉnh [11] 57 Bảng 3.3: Nguồn tiếp nhận nước thải đô thị địa bàn Thái Nguyên[11] 57 Bảng 3.4: Nhu cầu sử dụng nước khu dân cư [11] 58 Bảng 3.5: Dự báo lưu lượng nước thải sinh hoạt đổ vào đoạn sông theo [9] [11] 59 Bảng 3.6: Tổng hợp nhu cầu sử dụng nước theo [9] [11] 59 Bảng 3.7: Nhu cầu sử dụng nước cho chăn nuôi theo [9] [11] 60 Bảng 3.8: Dự báo lượng nước thải nông nghiệp theo [9] [11] .60 Bảng 3.9: Nhu cầu sử dụng nước cho công nghiệp theo [9] [11] .61 vii MỞ ĐẦU Sự phát triển mạnh mẽ khoa học kỹ thuật ngày dẫn tới phát triển nhanh chóng sản xuất hàng hóa q trình thị hóa giới Quá trình phát triển kinh tế xã hội mặt khơng ngừng tạo vấn đề suy thối mơi trường tồn cầu, đặc biệt nước phát triển Vì vậy, việc bảo vệ mơi trường trở thành vấn đề thiết toàn xã hội Trong đó, vấn đề bảo vệ mơi trường nước chiếm vị trí quan trọng Lưu vực sơng Cầu lưu vực sơng quan trọng hệ thống sơng Thái Bình, có diện tích lưu vực khoảng 6.030 km2, với chiều dài lưu vực 288 km bao gồm toàn hay phần lãnh thổ tỉnh: Bắc Kạn, Thái Nguyên, Bắc Ninh, Bắc Giang, Vĩnh Phúc, Hải Dương Hà Nội Trong vị trí tỉnh Thái Ngun khu vực tương đối quan trọng Thái Nguyên tỉnh có khu gang thép nước địa phương có nhiều sở cơng nghiệp quan trọng Mặc khác, xu phát triển kinh tế - xã hội tỉnh năm gần đây, tác động yếu tố tự nhiên hoạt động người, môi trường nước LVS Cầu đoạn chảy qua tỉnh dần có tượng ô nhiễm nguồn nước, nhiều vấn đề môi trường diễn phức tạp Chất lượng nước đoạn sông chịu tác động nhiều từ hoạt động người Do vậy, để có sở đề xuất giải pháp quản lý, giải pháp kỹ thuật nhằm bảo vệ chất lượng nước sông Cầu đoạn chảy qua địa bàn tỉnh Thái Nguyên, phục vụ an toàn cho cấp nước đồng thời phục vụ cho mục đích phát triển bền vững tồn lưu vực cần phải áp dụng nhiều phương pháp khác mơ hình hóa kết hợp với đo đạc thực địa để lấy số liệu Trước lý đề tài: “Ứng dụng phương pháp mơ hình hóa dự đốn diễn biến chất lượng nước sơng Cầu đoạn chảy qua tỉnh Thái Nguyên đề xuất giải pháp quản lý phù hợp” đưa nhằm phục vụ công tác quản lý môi trường việc đánh giá dự báo ô nhiễm nước sông thời gian tới ... chất lượng nước sông Cầu đoạn chảy qua tỉnh Thái Ngun - Ứng dụng mơ hình hóa dự đốn diễn biến chất lượng nước sông Cầu đoạn chảy qua tỉnh Thái Nguyên - Đề xuất giải pháp quản lý chất lượng nước. .. Trước lý đề tài: ? ?Ứng dụng phương pháp mơ hình hóa dự đốn diễn biến chất lượng nước sông Cầu đoạn chảy qua tỉnh Thái Nguyên đề xuất giải pháp quản lý phù hợp? ?? đưa nhằm phục vụ công tác quản lý môi... TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP MƠ HÌNH HĨA DỰ ĐỐN DIỄN BIẾN CHẤT LƯỢNG NƯỚC SÔNG CẦU ĐOẠN CHẢY QUA TỈNH THÁI NGUYÊN