a Khảo sát sơ bộ
Chuyến khảo sát được tiến hành ngày 17/12/2013. Các thiết bị hỗ trợ bao gồm: 01 máy định vị GPS, 02 máy chụp hình, sổ ghi chép, bút, 01 tàu. Khảo sát dọc theo bờ sông Hậu và các con rạch trong vùng nghiên cứu (rạch Cái Chôm, rạch Sang Trắng 1 và 2, rạch Bình Thủy) đểxác định:
Vị trí các cống xả thải và các điểm đo đạc (xác định tọa độ vị trí xả thải, ghi lại hình ảnh);
Hình thức xả thải của KCN và khu dân cư (tập trung hay phân tán); Hiện trạng môi trường nước mặt vùng nghiên cứu (Hình 3.3).
Hình 3.3 Khảo sát hiện trạng môi trường trên sông, rạch tại vùng nghiên cứu
b Khảo sát thực địa kết hợp với thu thập số liệu sơ cấp
Khảo sát được tiến hành vào ngày 25 - 27/3/2014.
Phương tiện khảo sát và thu mẫu: (i) xe máy di chuyển đến các vị trí thu mẫu cặp bờ sông; (ii) tàu thu mẫu ở giữa sông Hậu; (iii) máy định vị GPS; (iv) máy đo DO, nhiệt độ; (v) máy đo lưu tốc; (vi) can thu mẫu 1 lít; (vii) thùng đá ướp mẫu; (vii) sổ tay, bút.
Thời gian thu mẫu: bắt đầu lúc 12h ngày 25/3/2014 và kết thúc 8h ngày 27/3/2014. Các thời điểm thu mẫu trong ngày: 8 giờ (bắt đầu ca sản xuất), 12 giờ (cuối
--- ca sản xuất sáng), 16 giờ (cuối ca sản xuất chiều), 20 giờ (không sản xuất), 24 giờ (không sản xuất), 4 giờ (không sản xuất).
Vị trí thu mẫu: gồm 08 vị trí (Hình 3.4);
Hình 3.4 Sơ đồ vị trí thu mẫu
Trong đó, có 02 vị trí thu mẫu ở giữa sông Hậu, 04 vị trí thu mẫu là cống xả, 02 vị trí thu mẫu trên rạch Sang Trắng và Cái Chôm (Bảng 3.1).
Bảng 3.1 Vịtrí các điểm thu mẫu
Ký hiệu Sông/nhánh sông Mô tả vị trí
S1 Hậu Cách KCN Trà Nóc 2.500 m hướng về
phía thượng lưu
S2 Cái Chôm Rạch Cái Chôm cách sông Hậu 100m S3 Hậu Công ty Cổ phần Thủy sản Bình An S4 Hậu Công ty Xuất nhấp khẩu Caseamex S5 Sang Trắng Rạch Sang Trắng cách sông Hậu 100 m S6 Hậu Công ty TNHH Thủy sản Trường
Nguyên
S7 Hậu Xí nghiệp Chế Biến Thực phẩm Meko S8 Hậu Cách KCN Trà Nóc 1.100 m về phía hạ
Các chỉ tiêu thu thập gồm có: nhiệt độ, DO, BOD. Tổng số mẫu thu là 96 mẫu nhiệt độ, 96 mẫu DO, 96 mẫu BOD; trong đó, các mẫu DO và nhiệt độđược đo đạc tại hiện trường (Phụ lục 4).
Trong quá trình thu mẫu, kết hợp đo lưu tốc dòng chảy, kích thước các cống xả thải (chiều ngang, dọc) đểtính lưu lượng xả thải.
Hình 3.5 Đo DO và nhiệt độ tại hiện trường
Để có những đánh giá tổng hợp về hiện trạng môi trường của khu vực nghiên cứu có tính cập nhật cao hơn, cần tiến hành khảo sát thực địa khu vực nghiên cứu: sử dụng tàu có thể chạy ở dọc theo sông Hậu và các kênh rạch nhỏ (phụ lưu) (đoạn qua KCN Trà Nóc) để xác định các nguồn thải chính (từ KCN và khu dân cư) nhằm xác định các nguồn xả thải tập trung và phân tán làm đầu vào cho mô hình chất lượng nước và hỗ trợ các kết quả từ mô hình mô phỏng;
3.2.4 Phương pháp thu thập số liệu thứ cấp
Kế thừa số liệu từ Viện Khoa học thủy lợi miền Nam về mạng lưới sông ngòi, mặt cắt sông.
Thu thập số liệu quan trắc chất lượng nước năm 2008 và 2010 về các chỉ tiêu BOD, DO và nhiệt độ từ Trung tâm Quan trắc tài nguyên và môi trường Cần Thơ; số liệu thủy văn về mực nước, lưu lượng được thu thập từTrung tâm khí tượng thủy văn ĐBSCL. Các số liệu về mực nước, lưu lượng (theo giờ, từ ngày 01/01/2008 - 31/5/2008) cho hiệu chỉnh mô hình, (theo giờ, từ 01/01/2010 – 31/05/2010) cho kiểm định mô hình tại trạm Cần Thơ và điều kiện biên tại các trạm Châu Đốc, Vàm Nao, Rạch Giá, Đại Ngãi.
---
3.2.5 Phương pháp mô hình hóa
Đối với phần ứng dụng mô hình MIKE 11, phương pháp thực hiện gồm 2 phần: xây dựng mô hình thủy lực và mô phỏng chất lượng nước được mô tả cụ thểnhư Hình 3.6.
Hình 3.6 Tiến trình thực hiện mô phỏng thủy lực và chất lượng nước trong Mike 11
Xây dựng mô hình thủy lực:
Nhập dữ liệu mặt cắt trên sông Hậu đoạn từ Châu Đốc tới cửa Định An, Trần Đề;
Nhập điều kiện biên và điều kiện ban đầu của mô hình. Điều kiện biên phải thỏa điều kiện sau: những thay đổi bên trong vùng nghiên cứu không ảnh hưởng đến điều kiện biên, ngược lại sự thay đổi của điều kiện biên sẽ ảnh hưởng tới diễn biến bên trong vùng nghiên cứu;
Hiệu chỉnh mô hình: dựa trên số liệu đầu vào đo đạc được để xác định và hiệu chỉnh hệ số nhám nhằm thu được kết quả tốt nhất;
Dự báo diễn biến chất
lượng nước
đạt Nhập dữ liệu hình học, điều kiện biên, điều kiện ban đầu, tải lượng và lưu lượng xả thải
Hiệu chỉnh mô hình Mô phỏng thủy lực Kiểm định mô hình Mô phỏng chất lượng nước Hiệu chỉnh mô hình Kiểm định mô hình chất lượng nước đạt Mô phỏng chất lượng nước theo các kịch bản Bộ thông số thủy lực phù hợp không đạt không đạt
Kiểm định mô hình: kiểm tra lại mô hình với bộ thông sốđầu vào khác để kiểm chứng tham số của mô hình được xác định ở trên có đúng với các kết quả không.
Mô phỏng chất lượng nước:
Nhập điều kiện biên và điều kiện ban đầu đối với từng chỉ tiêu mô phỏng; Nhập tải lượng và lưu lượng của các nguồn xả thải tập trung và phân tán; Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình.
Mô hình thủy lực sử dụng mô-đun thủy động lực (HD) một chiều (1D) để mô phỏng thủy lực lưu vực sông Hậu đoạn qua KCN Trà Nóc. Mô-đun thủy động lực giải các phương trình tổng hợp theo phương đứng đểđảm bảo tính liên tục và động lượng (momentum), nghĩa là hệ2 phương trình Saint Venant.
Phương trình liên tục: + = 0 Phương trình động lượng: ∂ α ∂x + gA ∂h ∂x+ gQ|Q| C AR = 0
Mô hình được hiệu chỉnh dựa vào thông số thủy lực thực đo từ 0 giờ ngày 1/1/2008 đến 23 giờ ngày 31/5/2008 bằng cách thay đổi hệ số nhám thủy lực Manning’s n dựa vào độ sâu cột nước trong mô hình. Hệ số nhám thủy lực là một giá trị quan trọng trong việc tính toán trong kênh hở, có thể thay đổi theo lưu lượng, độ sâu, đặc điểm tự nhiên và cấu trúc của kênh; hệ số nhám thủy lực của sông/kênh trên nền phù sa của đồng bằng nằm trong khoảng n = 0.01 – 0.05 (Chow, 1959). Sai số giữa số liệu tính toán và thực đo được đánh giá theo chỉ số Nash-Sutcliffe.
Mô hình chất lượng nước sử dụng mô-đun truyền tải khuếch tán (AD) và mô- đun sinh hóa (ECOlab). Mô-đun sinh hóa giải quyết các vấn đề biến đổi sinh học của các hợp chất trong sông, còn mô-đun tải khuyếch tán được dùng để mô phỏng quá trình truyền tải khuyếch tán của các hợp chất đó. Phương trình cơ bản trong hai mô- đun này là phương trình truyền tải khuếch tán:
+ − AD =−AKC + C q
Hiệu chỉnh nồng độ sinh hóa từ 0 giờ ngày 01/01/2008 đến 23 giờ ngày 31/5/2008 và kiểm định năm 2014.
3.2.6 Phương pháp hiệu chỉnh và kiểm định
Mô hình được hiệu chỉnh qua 2 bước với bộ số liệu bao gồm: bộ số liệu thủy lực và chất lượng nước từ ngày 01/01/2008 đến 31/05/2008 tại trạm quan trắc TPCT bằng cách thay đổi các thông số trong mô hình (hệ số nhám Manning’s n trong mô-đun
--- thủy lực và hệ số khuếch tán trong mô-đun truyền tải khuếch tán) cho đến khi kết quả mô hình phù hợp với kết quả thực đo. Các thông số trong mô hình được hiệu chỉnh dựa vào bộ thông sốđã được dùng để hiệu chỉnh cho ĐBSCL: hệ số nhám Manning’s n trong khoảng 0,018 – 0,03; hệ số khuếch tán trong khoảng 300 – 700 cho sông chính và từ 50 – 125 cho các sông khác (Trần Quốc Đạt, 2008). Sau đó mô hình được kiểm định bằng bộcơ sở dữ liệu năm 2010.
3.2.7 Xây dựng các kịch bản dự báo chất lượng nước
Việc xây dựng kịch bản (KB) cho mô hình dựa trên sự thay đổi tải lượng thải của vùng nghiên cứu. Sựthay đổi tải lượng thải của các doanh nghiệp dựa vào các dự án gia tăng quy mô, công suất của nhà máy sản xuất và dự án nhà máy xửlí nước thải tập trung của KCN Trà Nóc trong tương lai. Bên cạnh đó, việc xây dựng các kịch bản còn dựa vào các quyết định ban hành về quy hoạch phát triển kinh tế - xã hội vùng nghiên cứu, cụ thể là: (i) Quyết định phê duyệt Quy hoạch tổng thể phát triển kinh tế - xã hội thành phố Cần Thơ đến năm 2020, tầm nhìn đến năm 2030; (ii) Quyết định 1711/QĐ-UBND phê duyệt quy hoạch xây dựng vùng Vĩnh Long (giai đoạn 2011 – 2020 và tầm nhìn đến năm 2030).
CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ THẢO LUẬN
Kết quả nghiên cứu thể hiện qua 4 phần: (i) Xây dựng mô hình; (ii) Kết quả tính toán thủy lực sông Hậu (đoạn qua KCN Trà Nóc); (iii) Kết quả mô phỏng chất lượng nước sông Hậu (đoạn qua KCN Trà Nóc); (iv) Dự báo diễn biến chất lượng nước sông Hậu (đoạn qua KCN Trà Nóc) theo các kịch bản đã được xây dựng.
4.1 XÂY DỰNG MÔ HÌNH 4.1.1 Dữ liệu hình học
a Hệ thống sông kênh
Do mạng lưới sông, kênh của hệ thống sông trong vùng nghiên cứu khá dày đặc nên việc mô phỏng chi tiết hệ thống sông, kênh là công việc khó khăn. Chính vì vậy, trong phạm vi đề tài này chỉ mô phỏng các nhánh sông và kênh rạch chính trong khu vực nghiên cứu. Hệ thống sông, kênh của mô hình bao gồm sông Hậu và các kênh rạch nội đồng trong khu vực nghiên cứu, được thể hiện trong Hình 4.1.
Hình 4.1 Sơ đồ hệ thống sông kênh trong mô hình
Hệ thống mạng lưới sông có 93 sông kênh (18 sông, 16 kênh cấp I, 6 kênh cấp II và 69 kênh cấp III). Tổng chiều dài sông Hậu là 190 km tính từđầu vào Châu Đốc đến cửa biển Trần Đề, trong đó, đoạn qua TPCT dài 65 km (qua KCN Trà Nóc 3,5 km). Khoảng cách trung bình giữa 2 nhánh sông kênh gần nhau là 8 – 10 km.
b Mặt cắt ngang
Hệ thống mặt cắt ngang gồm 309 mặt cắt được thu thập từ Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam (SIWRR). Số liệu mặt cắt được đo đạc năm 1998, vì vậy, độ tin cậy
---
Hình 4.2 Sơ đồ mặt cắt hệ thống sông Hậu và các kênh rạch
Khoảng cách giữa 2 mặt cắt liên tiếp từ1.000 m đến 10.000 m (Bảng 4.1).
Bảng 4.1 Khoảng cách trung bình giữa 2 mặt cắt ngang liên tiếp
STT Loại sông kênh Khoảng cách giữa 2 mặt ngang cắt liên tiếp
1 Sông chính từ1.000 m đến 4.000 m 2 Sông từ2.000 m đến 6.000 m 3 Kênh cấp 1 từ3.000 m đến 6.000 m 4 Kênh cấp 2, 3 từ2.000 m đến 10.000 m
Hầu hết những mặt cắt của các sông chính (sông Hậu, Cần Thơ, Vàm Nao, Ô Môn) có dạng mặt cắt hình chữ U (Hình 4.3, 4.4) và các kênh rạch nội đồng có dạng mặt cắt ngang hình thang.
Hình 4.3 Mặt cắt ngang tại trạm quan trắc Châu Đốc (Hauriver, chainage 122.600)
Hình 4.4 Mặt cắt ngang sông Hậu vùng nghiên cứu (Hauriver, chainage 236.000) 4.1.2 Xác định biên vùng tính toán
Biên vùng tính toán là các biên mở thỏa mãn các điều kiện sau:
Biên giới hạn vùng tính toán trùng với biên tự nhiên khống chế chếđộ thủy văn và thủy lực hệ thống sông, kênh vùng nghiên cứu.
Tại các biên mở và biên nhập lưu đều có các trạm đo khí tượng và thủy văn thuộc mạng lưới trạm Kĩ thuật thủy văn quốc gia.
--- Số liệu chuỗi giá trị mực nước và lưu lượng theo thời gian từ ngày 01/01/2008 đến ngày 31/05/2008. Bước thời gian tính toán trong mô hình là 1 giờ. Biên vùng tính toán thể hiện Bảng 4.2.
Bảng 4.2 Dữ liệu biên vùng tính toán
STT Mô tả biên Kiểu biên
Sông/nhánh
sông Chainage
1 Biên mở Lưu lượng Hậu 122600
2 Biên mở Lưu lượng Vàm Nao 0
3 Biên mở Mực nước Hậu 317400
4 Biên mở Mực nước Cái Lớn 37988
5 Biên mở Mực nước Cái Bé 0
6 Biên mở Mực nước Trần Đề 35130
7 Nguồn xả tập trung Lưu lượng Hậu 223100 8 Nguồn xả tập trung Lưu lượng Hậu 223300 9 Nguồn xả tập trung Lưu lượng Hậu 223650 10 Nguồn xả tập trung Lưu lượng Hậu 224650 11 Nguồn xả tập trung Lưu lượng Hậu 226400 12 Nguồn xả phân tán Lưu lượng Hậu 22000 - 227700
Biên tính toán trong mô hình gồm:
Biên trên: 2 biên lưu lượng (Q~t) tại thượng lưu (trạm Châu Đốc và Vàm Nao); Biên dưới: 4 biên mực nước (H~t) ờ hạ lưu tại trạm Rạch Giá (sông Cái Lớn,
sông Cái Bé) và Đại Ngãi (cửa Định An, cửa Trần Đề);
Biên chất lượng nước: biên lưu lượng gia nhập, nguồn xả tập trung, nguồn xả phân tán (Hình 4.5).
Hình 4.5 Bản đồ vịtrí các điểm biên vùng tính toán 4.1.3 Số liệu thủy văn
Nghiên cứu sử dụng bộ số liệu thủy văn các năm 2008 và 2010 (lưu lượng và mực nước theo giờ) làm điều kiện biên và dùng để hiệu chỉnh và kiểm định mô hình thủy lực (Bảng 4.3).
Bảng 4.3 Số liệu các trạm thủy văn được dùng trong mô hình
Stt Tên trạm Sông Số liệu Mục đích
1 Châu Đốc Hậu Q ~ t Biên trên
2 Vàm Nao Vàm Nao Q ~ t Biên trên
3 Rạch Giá Cái Lớn, Cái Bé H ~ t Biên dưới
4 Đại Ngãi Hậu, Trần Đề H ~ t Biên dưới