Nghiên cứu tác động của đê biển vũng tàu gò công đến chất lượng nước vịnh gành rái

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI LÊ THỊ VÂN LINH NGHIÊN CỨU TÁC ĐỘNG CỦA ĐÊ BIỂN VŨNG TÀU GÒ CÔNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG NƯỚC VỊNH GÀNH RÁI Chuyên ngành: Xây dựng cơng trình biển Mã số: 60.58.45 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Người hướng dẫn khoa học: TS Nghiêm Tiến Lam Hà Nội - 2013 LỜI CẢM ƠN Trước tiên tác giả xin gửi lời cảm ơn đến Trường Đại học Thủy lợi, Khoa Kỹ thuật Biển, Phòng Đào tạo Đại học Sau đại học tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả thời gian học tạp, nghiên cứu hoàn thành Luận văn Với lịng kính trọng biết ơn sâu sắc, tác giả xin gửi lời cảm ơn tới thầy giáo hướng dẫn TS Nghiêm Tiến Lam ln tận tình giúp đỡ tác giả từ bước xây dựng ý tưởng nghiên cứu, suốt trình nghiên cứu hồn thiện Luận văn Thầy ủng hộ, động viên hỗ trợ điều kiện tốt để tác giả hoàn thành luận văn Tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành tới TS Phạm Hồng Sơn tận tình giúp đỡ tác giả q trình nghiên cứu sử dụng mơ hình EFDC Tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy, cô giáo khoa Kỹ Thuật Bờ Biển, bạn lớp cao học 19bb anh chị đồng nghiệp văn phòng Dynamic Solution Internatinal tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ tác giả thời gian học tập nghiên cứu Cuối cùng, tác giả xin gửi lời cảm ơn tới bố, mẹ, anh chị em, người thân u gia đình ln bên cạnh tác giả, động viên tác giả vật chất tinh thần để tác giả vững tâm hoàn thành luận văn TÁC GIẢ… Lê Thị Vân Linh LỜI CAM ĐOAN Tôi Lê Thị Vân Linh Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các nội dung kết nghiên cứu Luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khoa học TÁC GIẢ… Lê Thị Vân Linh i MỤC LỤC MỤC LỤC i T T DANH MỤC BẢNG v T T DANH MỤC HÌNH vi T T KÝ HIỆU VIẾT TẮT ix T T MỞ ĐẦU T T Tính cấp thiết đề tài: T T Mục tiêu đề tài T T Đối tượng Phạm vi nghiên cứu T T Phương pháp nghiên cứu T T Chương T GIỚI THIỆU VỀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU T 1.1 T T 1.2 T T 1.3 T T T T Vị trí địa lý T T Đặc điểm địa hình T T Đặc điểm khí hậu T T 1.3.1 Chế độ gió T T T T 1.3.2 Bức xạ mặt trời T T T T 1.3.3 Chế độ nhiệt T T T T 1.3.4 Độ ẩm bốc T T T T 1.3.5 Chế độ mưa .10 T T 1.4 T T 1.5 T T 1.6 T 1.7 T T T T T Mạng lưới sông suối 11 T T Mạng lưới trạm khí tượng thủy văn vùng vịnh Gành Rái 13 T T Chế độ thủy văn lưu vực nghiên cứu 14 T T Đặc điểm cửa sông ven biển vùng vịnh Gành Rái 16 T T ii Chế độ thủy triều vùng vịnh Gành Rái 17 1.8 T T T 1.9 T T Tình hình kinh tế xã hội 18 T T T 1.10 Hiện trạng môi trường 19 T T T T 1.10.1 Nguồn thải từ khu đô thị 20 T T T T 1.10.2 Nguồn thải từ khu công nghiệp tập trung 21 T T T T 1.10.3 Nguồn thải từ sở công nghiệp phân tán .21 T T T T 1.10.4 Nguồn thải từ bãi rác 22 T T T T 1.10.5 Hiện trạng chất lượng nước lưu vực nghiên cứu .23 T T T T 1.11 Kết luận 26 T T T T TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP MƠ HÌNH TỐN 27 Chương T T 2.1 T T 2.2 T T 2.3 T T T T Tổng quan mơ hình thủy lực 27 T T Tổng quan mơ hình chất lượng nước 28 T T Mơ hình EFDC 29 T T 2.3.1 Giới thiệu chung mơ hình EFDC .29 T T T T 2.3.2 Cấu trúc mô hình EFDC 29 T T T T 2.3.3 Cơ sở lý thuyết mơ hình thủy động lực EFDC 31 T T T T 2.3.4 Cách giải toán mơ hình EFDC 33 T T T T 2.3.5 Một số đặc điểm tính phần mềm .38 T T T ỨNG DỤNG MƠ HÌNH EFDC ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG NƯỚC Chương T T T T VỊNH GÀNH RÁI 43 T 3.1 T T Tình hình số liệu 43 T T 3.1.1 Tài liệu địa hình 43 T T T T 3.1.2 Số liệu khí tượng 44 T T T T 3.1.3 Số liệu thủy văn 44 T T T T iii 3.1.4 Số liệu chất lượng nước 45 T T 3.2 T T 3.3 T T 3.4 T T T T Thiết lập miền tính tốn 46 T T Thiết lập địa hình 50 T T Thiết lập điều kiện biên điều kiện ban đầu 50 T T 3.4.1 Thiết lập điều kiện biên 50 T T T T 3.4.2 Thiết lập điều kiện ban đầu 52 T T 3.5 T T T T Hiệu chỉnh kiểm định mơ hình thủy động lực 52 T T 3.5.1 Thời kỳ tính tốn 52 T T T T 3.5.2 Thiết lập thơng số mơ hình thủy lực .53 T T T T 3.5.3 Kết hiệu chỉnh mơ hình thủy lực .54 T T T T 3.5.4 Kết kiểm định mơ hình thủy lực 56 T T 3.6 T T T T Hiệu chỉnh kiểm định mô hình chất lượng nước 57 T T 3.6.1 Miền tính mơ hình Chất Lượng Nước 58 T T T T 3.6.2 Thiết lập điều kiện biên cho mơ hình chất lượng nước 58 T T T T 3.6.3 Bộ thơng số mơ hình chất lượng nước .60 T T T T 3.6.4 Kết hiệu chỉnh kiểm định mơ hình chất lượng nước 65 T T 3.7 T T T Kết luận 70 T T ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG NƯỚC QUA CÁC KỊCH BẢN 71 Chương T T 4.1 T T T T T Xây dựng kịch 71 T T 4.1.1 Tuyến đê biển Vũng Tàu – Gị Cơng: 71 T T T T 4.1.2 Xây dựng kịch 73 T T 4.2 T T T T Phân tích chất lượng nước vịnh Gành Rái điều kiện tự nhiên năm T 2005 – Kịch 75 T 4.3 T T Phân tích chất lượng nước vịnh Gành Rái điều kiện xây dựng cơng T trình với điều kiện xả thải năm 2005 – Kịch 79 T iv 4.3.1 Sự biến đổi chế độ thủy động lực vùng cửa sông Sài Gòn – Đồng Nai T T T xây dựng đê biển vũng Tàu – Gị Cơng 79 T 4.3.2 Chất lượng nước vùng hạ du sơng Sài Gịn – Đồng Nai xây dựng đê T T T biển Vũng Tàu – Gị Cơng 80 T Phân tích, so sánh đánh giá hai kịch 83 4.4 T T T Phân tích đánh giá chất lượng nước vịnh Gành Rái điều kiện tự 4.5 T T T T nhiên lưu lượng xả thải dự báo đến năm 2020 (KB3) 86 T Phân tích đánh giá chất lượng nước vịnh Gành Rái điều kiện xây 4.6 T T T dựng cơng trình lưu lượng xả thải dự báo đến năm 2020 (KB4) 89 T Phân tích, so sánh đánh giá kết KB3 KB4 93 4.7 T T T Kết luận 96 4.8 T T T T T KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 98 T T Kết luận 98 4.9 T T T T 4.10 Kiến nghị 98 T T T T v DANH MỤC BẢNG Bảng 0-1 Bốc trung bình tháng TU T U Bảng 0-2 Lượng mưa bình quân tháng 10 TU T U Bảng 0-3 Đặc trưng thủy văn số trạm đo sông Sài Gòn – Đồng Nai 15 TU T U Bảng 0-4 Lưu lượng trung bình số trạm đo sơng Sài Gịn – Đồng Nai 16 TU T U Bảng 3-1 Danh sách trạm thủy văn sử dụng 45 TU T U Bảng 3-2 Chỉ tiêu đánh giá sai số thực đo tính tốn 54 TU T U Bảng 3-3 Bảng số Nash 56 TU T U Bảng 3-4 Các thông số chất lượng nước thể mơ hình EFDC 60 TU T U Bảng 3-5 Ước tính số thông số chất lượng nước thải sinh hoạt (mg/l) 61 TU T U Bảng 3-6 Ước tính số thơng số chất lượng nước sông (mg/l) 62 TU T U Bảng 4-1 Lưu lượng tải lượng xả thải lưu vực sơng Sài Gịn – Đồng Nai 74 TU T U vi DANH MỤC HÌNH Hình 0-1 Tuyến đê biển Vũng Tàu – Gị Cơng TU T U Hình 0-1.Lưu vực sơng Sài Gòn – Đồng Nai TU T U Hình 0-2 Bản đồ mạng lưới sơng suối lưu vực sơng Sài Gịn – Đồng Nai 13 TU T U Hình 0-3 Sơ đồ vị trí trạm thủy văn 14 TU T U Hình 0-4 Mực nước triều trạm Vũng Tàu 18 TU T U Hình 0-5 Phân bố lưu lượng nước thải theo lưu vực 20 TU T U Hình 2-1 Cấu trúc mơ hình EFDC 30 TU T U Hình 2-2 Cấu trúc mơ hình thủy động lực học EFDC 30 TU T U Hình 2-3 Cấu trúc mơ hình chất lượng nước 30 TU T U Hình 2-4 Miền lưới dạng Uniform Grid 39 TU T U Hình 2-5 Miền mơ hình tạo dạng Expanding Grid 40 TU T U Hình 2-6 Miền mơ hình tạo dạng Centerline Dominant 41 TU T U Hình 2-7 Lưới cong tạo theo tùy chọn Equi-Distance Widths 41 TU T U Hình 2-8 Bảng tính thời gian sử dụng mơ hình 42 TU T U Hình 3-1 Địa hình lưu vực sơng Sài Gịn – Đồng Nai 44 TU T U Hình 3-2 Sơ họa miền tính tốn hạ du lưu vực sơng Sài Gịn Đồng Nai Vịnh Gành Rái46 TU T U Hình 3-3 Mơ Hình Delft3D 47 TU T U Hình 3-4 Giao diện làm việc Delft 3D 47 TU T U Hình 3-5 Đưa Lưới vào mơ hình EFDC 48 TU T U Hình 3-6 Lưới tính tốn mơ hình EFDC 49 TU T U Hình 3-7 Địa hình miền tính tốn EFDC 50 TU T U Hình 3-8 Vị trí biên tính tốn 51 TU T U Hình 3-9 Quá trình lưu lượng thực đo Trị An Dầu Tiếng 52 TU T U Hình 3-10 Vị trí hiệu chinh mơ hình 53 TU T U Hình 3-11 Đường trình mực nước thực đo tính tốn Thủ Dầu Một 55 TU T U vii Hình 3-12 Đường trình mực nước thực đo tính tốn Biên Hịa 55 TU T U Hình 3-13 Đường trình mực nước thực đo tính tốn Thủ Dầu Một 56 TU T U Hình 3-14 Đường trình mực nước thực đo tính tốn Biên Hòa 57 TU T U Hình 3-15 Miền mơ hình chất lượng nước 58 TU T U Hình 3-16 Vị trí biên tính tốn mơ hình chất lượng nước 59 TU T U Hình 3-17 Các thơng số hóa lý liên quan đến cacbon 63 TU T U Hình 3-18 Các thơng số hóa lý liên quan đến Nitơ 64 TU T U Hình 3-19 Thông số liên quan đến photpho 65 TU T U Hình 3-20 Thơng số liên quan đến DO COD 65 TU T U Hình 3-21 Sự biến đổi DO theo Green Algae 66 TU T U Hình 3-22 Sự biến đổi BOD5 theo Green Algae 67 TU T U Hình 3-23 Đường trình DO thực đo tính tốn mơ hình hiệu chỉnh 67 TU T U Hình 3-24 Đường q trình BOD5 thực đo tính tốn mơ hình hiệu chỉnh 68 TU T U Hình 3-25 Đường trình DO thực đo tính tốn mơ hình kiểm định 69 TU T U Hình 3-26 Đường trình BOD5 thực đo tính tốn mơ hình kiểm định 69 TU T U Hình 3-27 Đường q trình mực nước thực đo tính tốn trạm Nhà Bè 70 TU T U Hình 4-1 Sơ họa tuyến đê biển Vũng Tàu – Gị Cơng 72 TU T U Hình 4-2 Sự biến đổi DO theo khơng gian-Kịch 75 TU T U Hình 4-3 Sự biến đổi DO theo thời gian_ Kịch 76 TU T U Hình 4-4 Sự biến đổi tổng hữu cacbon theo không gian – Kịch 76 TU T U Hình 4-5 Sự biến đổi tổng hữu cacbon theo thời gian – Kịch 77 TU T U Hình 4-6 Sự biến đổi DO trung vùng Vịnh Gành Rái triều lên – Kịch 78 TU T U Hình 4-7 Sự biến đổi DO vùng vịnh Gành Rái triều xuống – Kịch 78 TU T U Hình 4-8 Sự biến đổi mực nước vùng vịnh vùng hồ theo thời gian có đê biển 79 TU T U Hình 4-9 Sự biến đổi mực nước vùng vịnh có đê biển 80 TU T U Hình 4-10 Sự biến đổi DO vùng Vịnh Gành Rái – Kịch 81 TU T U 87 Hình 4-15 Sự biến đổi DO theo khơng gian – Kịch Hình 4-16 Sự biến đổi DO vùng vịnh – Kịch 88 -10 -15 -30 12500 25000 37500 S Vam Co -25 Legend Specified IJ, Time:313.583 Dissolved Oxygen 10 (mg/l) Nha Be -20 S Sai Gon Elevation (m) -5 50000 62500 75000 Vung Tau 87500 100000 112500 Distance (m) Hình 4-17 Sự biến đổi DO dọc sơng Đồng Nai (từ Biên Hịa tới tuyến đê biển)_KB3 Hình 4-18 Sự biến đổi TOC theo không gian – Kịch 89 -10 -15 -30 12500 25000 37500 S Vam Co -25 Legend Specified IJ, Time:313.583 Total Organic Carbon (mg/l) 100 Nha Be -20 S Sai Gon Elevation (m) -5 50000 62500 75000 Vung Tau 87500 100000 112500 Distance (m) Hình 4-19 Sự biến đổi TOC dọc sơng Đồng Nai (từ Biên Hịa tới tuyến đê biển)_KB3 4.6 Phân tích đánh giá chất lượng nước vịnh Gành Rái điều kiện xây dựng cơng trình lưu lượng xả thải dự báo đến năm 2020 (KB4) Kết mô chất lượng nước vùng hạ du sơng Sài Gịn – Đồng Nai đến năm 2020 điều kiện xây dựng tuyến đê biển Vũng Tàu – Gị Cơng thể hình từ Hình 4-20 đến Hình 4-24 Kết mơ cho thấy chất lượng nước sơng Sài Gịn sơng Đồng Nai (đoạn từ nhập lưu sơng Sài Gịn đến cửa sơng Sồi Rạp) đến năm 2020 bị nhiễm nghiêm trọng DO < 1mg/l,TOC sông Sài Gịn ln lớn 150mg/l tương ứng với BOD > 20mg/l, BOD sông Đồng Nai dao động từ – 13mg/l Sông Đồng Nai đoạn từ nhập lưu sơng Sài Gịn tới Biên Hịa có tốt hơn, DO từ – 3mg/l,TOC khoảng 25-26mg/l tương ướng với BOD khoảng 3mg/l Sông Đồng Nai đoạn từ nhập lưu Sông Sài Gịn Tới Sơng Nhà Bè DO bờ phải ln lớn bờ trái Sơng Lịng Tàu đoạn từ Biên Hịa tới nhập lưu sơng Đồng Tranh, DO biển đổi từ 1-1.5mg/l, BOD khoảng 7mg/l từ đoạn nhập lưu với sơng Đồng Tranh cửa sơng chất lượng nước sơng Lịng Tàu tốt hơn, DO = 2-3mg/l, BOD = 4-7mg/l Sông thị Vải, DO dao động khoảng 2mg/l, BOD lớn, khoảng 20mg/l Vùng Vịnh Gành Rái: Vùng hồ tạo tuyến đê biển có chất lượng nước tốt, DO ln lớn 7mg/l, BOD