1.2.1. Tổng quan sông Kiến Giang
Sông Kiến Giang bắt nguồn từđập La Uyên ( Vũ Thư) chảy qua khu vực Phúc Khánh( Tp Thái Bình) và chảy qua các xã thuộc huyện Vũ Thư, Kiến Xương, Tiền Hải rồi đổ ra biển. Đây là con sông tiếp nhận nhiều nguồn nước thải ô nhiễm của khu vực như: Khu công nghiệp Phúc Khánh, Nguyễn Đức Cảnh, nơi tiếp nhận nước từ con Sông Bạch, cánh đồng, và khu dân cư sống tập trung…
Qua khảo sát môi trường khu vực sông Kiến Giang ta thấy trên khúc sông khảo sát hầu nhưđược kè hai bên bờ một cách chắc chắn, trên mặt sông có nhiều lục bình trôi nổi, có khúc sông bè rau muống kết phủ kín mặt sông gây hạn chế dòng chảy trên sông gây ô nhiễm môi trường. Thêm vào đó là các hoạt động sinh hoạt của dân cư
trong vùng như: chợ búa, chăn nuôi gia cầm nhỏ, trồng lúa,… làm ảnh hưởng tới chất lượng nước trên sông.
Từ việc khảo sát hiện trạng môi trường ta thấy các chỉ tiêu COD, BOD5 không
đạt tiêu chuẩn, cao hơn nhiều lần so với TCVN 5942-1995, NH4+ cao hơn nhiều so vơi mức cho phép, gây nên hiện tượng phú dưỡng hoá, tạo điều kiện cho tảo phát triển, dẫn tới là dòng sông bị ô nhiễm.
Theo quy hoạch của tỉnh Thái Bình thì từ nay đến năm 2020 sẽ quy hoạch xây dựng các khu công nghiệp, cụm công nghiệp mà trong đó cũng có các khu công nghiệp được xây dựng gần sông Kiến Giang như: Cụm công nghiệp Vũ Quý, Thanh Nê( kiến Xương)..., ngoài ra tỉnh cũng có quy hoạch xây dựng nhà máy nước tại Vũ
Quý. Những năm gần đây, nhiều địa phương ở trong tỉnh Thái Bình xuất hiện các gia trại, trang trại chăn nuôi lợn tập trung với số lượng lớn, có gia đình nuôi hàng trăm, hoặc hàng nghìn con gia súc, gia cầm nhưng hầu hết chưa giải quyết được nguồn phân và nước tiểu của số vật nuôi nói trên cũng gây ô nhiễm cao trong khu vực chăn nuôi,
ảnh hưởng không tốt đến sức khỏe những người chung quanh. Còn ở xã Vũ Hội (huyện Vũ Thư), những chất thải của hàng trăm cơ sở sản xuất chế biến nông sản và sản xuất hàng tiểu thủ công nghiệp như làm bún bánh, đúc xoong nhôm, làm nhựa tái chế... đều được tuôn xuống ao hồ, cống rãnh trong xóm, ngoài làng cũng phần nào gây
ảnh hưởng tới môi trường sông Kiến Giang.
1.2.2. Vị trí lấy mẫu
Error! Objects cannot be created from editing field codes.
Hình 1.2. Xác định nguồn thải
Bảng 1.11. Vị trí lấy mẫu nước thải Tên Vị trí
M1 Chân cầu Phúc Khánh 1 M2 Dưới cầu Phúc Khánh 2 M3 Nước sông Kiến Giang
M4 Nước thải nghĩa trang Thành phố
Hình 1.3. Vị trí lấy mẫu nước
1.2.3. Phương pháp phân tích mẫu và các chỉ tiêu phân tích, kết quảPhương pháp lấy lấy mẫu Phương pháp lấy lấy mẫu
Mẫu lấy là mẫu đơn (TCVN 5981-1995), mẫu được lấy ở các tầng mặt trên các
đoạn sông. Tiêu chuẩn sau được tham khảo trong lấy mẫu: lấy mẫu và hướng dẫn lấy mẫu ở sông và suối (TCVN 5996- 1995)
Các chỉ tiêu phân tích
Bao gồm các chỉ tiêu: T0, pH, DO, TSS, COD, BOD, tổng nitơ, tổng phốt pho, NH4+ .
Phương pháp phân tích nước mặt
Bảng 1.12. Phương pháp phân tích nước mặt
STT CHỈ TIÊU PHƯƠNG PHÁP THIẾT BỊ ( MÁY)
1 Ph Ph Meter
2 COD Đo quang UV-1601
3 BOD Chuẩn độ
4 Tổng Nitơ Đo quang DR- 2010
5 Tổng Phốt pho Đo quang DR- 2010
6 NH4+ Đo quang UV1601 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Kết quả phân tích
Bảng 1.13. Kết quả phân tích nước số liệu phân tích ngày 4/9/2007
STT Thông số Đơn vị M1 M2 M3 M4 M5 1 Nhiệt độ 0 C 25 25 25.5 26 25 2 Chất rắn lơ lửng Mg/l 91 90 68 60 66 3 pH 6.5 6.7 6.3 6.5 7 4 COD Mg/l 94 86 60.5 50.6 98 5 BOD Mg/l 68 64 45 54 46 6 DO Mg/l 4.35 4.67 5.2 4.5 3.6 7 NH4+ Mg/l 18.6 17.6 23.5 13.4 15 8 Tổng Nitơ Mg/l 16.7 27.9 33.6 17.6 18 9 Tổng photpho Mg/l 1.98 2.5 2.72 1.1 1.5 Bảng 1.14. Kết quả phân tích nước
STT Thông số Đơn vị N1 N2 N3 Giá trị giới
hạn 1 Nhiệt độ 0C 23.5 23 23 2 Chất rắn lơ lửng Mg/l 16 8 6 80 3 Ph 6.3 6.5 6.5 5.5-9 4 COD Mg/l 110 112 62 <35 5 BOD Mg/l 46 51 28.5 <25 6 Độ dẫn Mg/l 205 188 168 7 Tổng nitơ Mg/l 14.2 16.2 16.6 8 NH4+ Mg/l 13.8 16.03 14.4 1 9 Tổng photpho Mg/l 1.04 1.02 0.92 10 Độđục Mg/l 19.5 16.7 15.7 11 Hg Mg/l vết 1E-05 KPH 0.002 12 As Mg/l KPH vết KPH 0.1 13 Pb Mg/l vết 0.0001 1E-04 0.1 14 Cd Mg/l KPH vết KPH 0.02 15 Fe Mg/l 0.028 0.48 0.18 2 16 Mn Mg/l 0.016 0.16 0.12 0.8 17 Tổng coliform MNP/100ml 33.10(4) 27.10(4) 26.10(4) 10000 18 Hóa chất BVTV Mg/l vết KPH KPH 0.15
( Theo báo cáo hiện trạng môi trường khu công nghiệp Phúc Khánh – 2005) N1: dưới chân cầu Phúc Khánh
N2: dưới chân cầu Phúc Khánh 2 N3: nước sông Kiên Giang
1.2.4. Đánh giá tổng quan hiện trạng môi trường khu vực dự khảo sát
Đánh giá hiện trạng môi trường nước được thực hiện nhằm đánh giá mức độ ô nhiễm nguồn nước. Đánh giá để cung cấp thông tin về hiện trạng chất lượng môi trường hiện nay của thị xã trên lưu vực sông Kiên Giang có nguy cơ ảnh hưởng đến các hoạt động kinh tế và sức khoẻ con người.
Nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường nước mặt
Nguyên nhân chủ yếu gây ô nhiễm nguồn nước mặt là do nước thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp, nước thải do sản xuất nông nghiệp, nước mưa chảy tràn, các hoạt động sản xuất của các làng nghề.
Lưu vực sông Kiên Giang có nhiều cơ sở sản xuất, nhà hàng khách sạn nằm đan xen với khu dân cư, trường học, khu nghĩa trang liệt sỹ, khu công nghiệp tập trung… các cống thoát nước của các khu dân cư xung quanh lưu vực này chưa có hệ thống xử
lý. Phần lớn nước thải và nước mưa đều thoát ra sông của khu vực này, gây ô nhiễm môi trường nước sông ở một số vị trí. Hơn nữa nó cũng tiếp nhận nguồn nước từ các con sông ô nhiễm chảy vào như: Sông Bạch, sông Pari...
Hiện trạng môi trường khu vưc sông Kiến Giang
Qua khảo sát môi trường khu vực sông Kiến Giang ta thấy trên khúc sông khảo sát hầu nhưđược kè hai bên bờ một cách chắc chắn, trên mặt sông có nhiều lục bình trôi nổi, có khúc sông bè rau muống kết phủ kín mặt sông gây hạn chế dòng chảy trên sông fây ô nhiễm môi trường. Thêm vào đó là các hoạt động sinh hoạt của dân cư
trong vùng như: chợ búa, chăn nuôi gia cầm nhỏ, trồng lúa,các làng nghề thủ công... thải trực tiếp nước thải ra sông mà chưa qua hệ thống xử lý nào làm ảnh hưởng tới chất lượng nước trên sông.
Nhiệt độ
Từ việc khảo sát hiện trạng môi trường ta thấy các chỉ tiêu COD, BOD5 không
đạt tiêu chuẩn, cao hơn nhiều lần so với TCVN 5942-1995, NH4+ cao hơn nhiều so vơi mức cho phép, gây nên hiện tượng phú dưỡng hoá, tạo điều kiện cho tảo phát triển, dẫn tới là dòng sông bị ô nhiễm
Error! Objects cannot be created from editing field codes.
Qua khảo sát ta thấy nhiệt độ nước sông kiến Giang dao động từ 25-260C. Thông thường nhiệt độ nước sông trong khu vực thay đổi theo mùa, thấp nhất vào các tháng 12 tới tháng 3, tháng 4 năm sau, cao nhất vào khoảng tháng 6 tới tháng 9. theo biểu đồ
ta thấy rằng nhiệt độ tại diểm M4 là cao nhất (gần nghĩa trang Thành Phố): 26oC.
pH
Qua số liệu khảo sát ta thấy pH của khúc sông ít biến động, dao động từ khoảng 6.3 đến 7, mùa khô thì pH thấp hơn so với mùa mưa và ít có sự thay đổi hơn.
Do lưu lượng chảy của sông không lớn lắm nên pH ít khi bịảnh hưởngvà thường không thay đổi theo không gian và thời gian.
Error! Objects cannot be created from editing field codes.
Hình 1.5. Biểu diễn giá trị pH trên sông Kiến Giang
Chất rắn lơ lửng
Chất rắn lơ lửng của sông Kiến Giang phụ thuộc vào các yếu tố như: dòng chảy, cường độ sóng, độ sâu, độ xáo trộn tự nhiên, hoặc do các hoạt động của con người. do con sông chảy qua khu vực các làng nghề (bún), bên cạnh đó các cánh đồng canh tác lượng nước chảy từ các cánh đồng cũng làm tăng hàm lượng chất thải rắn lơ lửng.
Các khúc sông khác nhau cho các kết quả phân tích chất rắn lơ lửng cũng khác nhau, thường có sự chênh lệch khá cao: tại các điểm cầu Phúc Khánh hàm lượng chấ (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
rắn lơ lửng cao là do tại đây là nơi tập trung các cống xả từ các nhà máy xí nghiệp,
đồng thời là nơi tiếp nhận nguồn nước thải sinh hoạt từ khu dân cư và nguồn nước thải từ khu công nghiệp Nguyễn Đức Cảnh đổ vào sông Bạch rồi theo dòng chảy chảy ra sông Kiến Giang. 0 20 40 60 80 100 M1 M2 M3 M4 M5 TSS TCVN B
Hình 1.6. Biểu diễn chất rắn lơ lửng trên sông Kiến Giang
Nồng độ BOD và COD
Hàm lượng chất BOD và COD hầu hết là vượt giới hạn cho phép, nguyên nhâ là do tại các khúc sông khảo sát các chất ô nhiễm từ các hoạt động sản xuất của nhà máy trực tiếp đổ ra sông mà không qua hệ thống xử lý sơ bộ nào cả, làm cho dòng sông bị ô
nhiễm gây ảnh hưởng tới sức khoẻ của con người cũng như làm ảnh hưởng tới sản xuất và làm mất cảnh quan của khu vực. 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 M1 M2 M3 M4 M5 COD TCVN(B)
Hình 1.7. Biểu diễn nồng độ COD trên sông Kiến Giang
0 10 20 30 40 50 60 70 M1 M2 M3 M4 M5 BOD TCVN B
Hình 1.8. Biểu diễn chất BOD trên sông Kiến Giang
Ô xy hoà tan
Nhìn chung hàm lượng DO là phù hợp với tiêu chuẩn cho phép dao động từ 3.5
0 1 2 3 4 5 6 M1 M2 M3 M4 M5 DO TCVN(A)
Hình 1.9. Biểu diễn DO trên sông Kiến Giang
1.2.5. Kết luận
Qua việc khảo sát thì nhiệt độ và DO, pH trong khúc sông khảo sát tương đối ổn
định và đạt giá trị cho phép trong TCVN.
Chỉ có chỉ tiêu BOD, COD, TSS ở một sốđiểm vượt quá giới hạn cho phép, gây ô nhiễm nguồn nước.
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA LUẬN VĂN
Rất nhiều bài toán bảo vệ môi trường trong giai đoạn hiện nay chỉ có thể giải quyết bằng phương pháp ứng dụng các mô hình toán. Mô hình toán ứng dụng trong môi trường ngày nay là một lĩnh vực có kỹ thuật riêng của nó. Ngày nay, các phương pháp toán đã xâm nhập rất sâu vào các lĩnh vực khác nhau của khoa học môi trường như phân tích mối quan hệ giữa các loài trong các hệ sinh thái, quá trình di cư, đánh giá ảnh hưởng của các quá trình hoạt động kinh tế - xã hội khác nhau lên môi trường, nghiên cứu các bài toán quản lý tối ưu các nguồn tài nguyên thiên nhiên.
Trong những năm gần đây do sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin,
đặc biệt là của lĩnh vực giao diện đồ họa cũng như GIS, một lĩnh vực khoa học mới
được phát triển rất mạnh – đó là mô phỏng bằng công cụ máy tính- phương pháp giải bài toán phân tích hay tổng hợp hệ trên cơ sởứng dụng các phần mềm máy tính. Ởđây ta hiểu phần mềm máy tính là một bộ chương trình mô phỏng quá trình diễn ra cụ thể
nào đó của môi trường dưới tác động của các yếu tố khác nhau. Các phần mềm này giúp nhận được các kết quảđịnh lượng và định tính của một mô hình toán cụ thể.
Trong chương này trình bày các cơ sở khoa học được tác giả ứng dụng để thực hiện Luận văn này. Phần lớn các kiến thức này được tác giả kế thừa từ bài giảng về
Tin học môi trường, đã được giảng dạy cho sinh viên ngành môi trường. Bên cạnh đó trong quá trình thực hiện Luận văn, tác giả đã được tham khảo một số kết quả thực hiện các đề tài nghiên cứu các cấp được thực hiện vừa qua.
2.1. Tống quan về mô hình QUAL2
Những công trình đầu tiên về QUAL2 được trình bày trong tài liệu Qual I & II, Stream Water Quality, Texas Water Development Board, Environmental Protection Agency; (1971, 1973) và sau này được trình bày trong công trình Qual2E, Enhanced Stream Water Quality Model; EPA, Center for Exposure Assessment Modeling (1985). QUAL2E-UNCAS là một phiên bản nâng cao của QUAL2E nó cung cấp những khả năng để phân tích tính không chắc chắn.
QUAL2E do Brown và Barnwell xây dựng năm 1987. Sự ra đời của QUAL2E
đã thúc đẩy nghiên cứu ứng dụng các công cụ mô hình trong bài toán mô phỏng chất lượng nước cho hệ thống kênh sông. QUAL2K là phiên bản mới nhất ra đời vào tháng 3/2006.
Mô hình QUAL2K được sử dụng rộng rãi để dự đoán hàm lượng tải trọng của các chất thải cho phép thải vào sông. Mô hình cho phép mô phỏng 15 thành phần thông số chất lượng nước sông bao gồm nhiệt độ, BOD5,DO, tảo dưới dạng chlorophyl, nitơ hữu cơ ( Norg), nitrit ( N-NO2), nitrat (N-NO3-), phốt pho hữu cơ (Porg), phốt pho hoà tan, coliform và 3 thông số khác ít biến đổi trong nước. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Mô hình có thể áp dụng cho các sông nhánh xáo trộn hoàn toàn. Với giả thiết rằng cơ chế vận chuyển chính của dòng là lan truyền và phân tán dọc theo hướng
chính của dòng (trục chiều dài của dòng và kênh). Mô hình cho phép tính toán với nhiều nguồn thải, các điểm lấy nước cấp, các nhánh phụ và các dòng thêm vào và lấy ra. Mô hình QUAL2E cũng có thể tính toán lưu lượng cần thiết thêm vào đểđạt được giá trị ôxy hoà tan theo tiêu chuẩn.
Về mặt thủy lực mô hình QUAL2K có thể tính toán được ở 2 chế độ là trạng thái ổn định và trạng thái động. Ở trạng thái ổn định, mô hình có thểđược sử dụng để
tính toán nghiên cứu ảnh hưởng của tải trọng chất thải (cường độ, chất lượng và vị trí)
đối với chất lượng nước sông và cũng có thể sử dụng liên kết với chương trình lấy mẫu thực địa để nhận diện các đặc tính cường độ và chất lượng của tải trọng từ các nguồn diện (non-point sources). Ở trạng thái động, mô hình QUAL2E có thểđược sử dụng để
nghiên cứu ảnh hưởng do sự thay đổi khí hậu hằng ngày đối với chất lượng nước (ôxy hoà tan nhiệt độ) và cũng có thể nghiên cứu sự thay đổi oxy hoà tan hằng ngày do sự
hô hấp và tăng trưởng của tảo.
Theo quan điểm của phần mềm QUAL2K bước đầu tiên trong việc mô hình hoá một hệ thống sông là chia hệ thống sông này thành các đoạn sông (reaches), các đoạn sông này là một phần dòng chảy có đặc tính thuỷ lực tương đối đồng nhất. Mỗi đoạn sông này lại được chia thành nhiều phân tử hay phân tố tính toán (computational element) có chiều dài bằng nhau. Do đó, tất cả các đoạn sông có bao gồm một số
nguyên các phân tử tính toán.
Hình 2.1. Sự phân đoạn của QUAL2K trong hệ thống sông không có nhánh
Các đoạn sông (tập hợp của các phần tử tính toán) là cơ sở của tất cả các dữ liệu
đưa vào mô hình. Các dữ liệu về thuỷ lực, hằng số tốc độ phản ứng, các điều kiện ban
đầu, các số liệu về lưu lượng bổ sung là không đổi cho tất cả các phần tử tính toán trong một đoạn sông.
Đối với mỗi phân tử tính toán có chiều dài∆x, viết phương trình cân bằng lưu lượng các dòng vào phân tử từ thượng nguồn (Qi-1),lưu lượng nước lấy ra (Qout,i) và lưu lượng nước đi ra phân tử (Qin,i). Tương tự ta cũng có thể viết phương trình cân bằng vật chất cho một thành phần vật chất C đối với phân tử này. Trong phương trình cân bằng vật chất chúng ta xem cả hai yếu tố vận chuyển (Q.C) và khuếch tán ((A.DL.∂x)/∆x∂x) như là những động lực vận chuyển vật chất dọc theo trục thẳng