Đặc tính thuỷ văn lưu vực được đặc trưng bởi vận tốc, chiều sâu và lưu lượng của sông. Trong từng đoạn tính toán đặc tính thuỷ văn xem như không đổi, mối liên hệ
này thể hiện bằng các công thức sau:
1 1 b Q a d = × 2 2 b Q a v= ×
Các thông số a1, a2, b1, b2 được xác định bằng cách áp dụng mô hình hồi qui tuyến tính với một chuỗi các số liệu đo lưu lượng, mực nước và vận tốc tại các trạm đo thuỷ văn.
2.2. Mô hình tính toán phát thải cho các loại nguồn xả thải khác nhau
Lượng nước thải sinh hoạt (NTSH) được tính toán dựa trên dân số và tiêu chuẩn cấp nước. Nếu dân cư khu vực trải dài theo dọc sông thì được xem là nguồn thải phân tán.
Lưu lượng NTSH được tính theo công thức:
Error! Objects cannot be created from editing field codes.
Trong đó:
- Qtb :Lưu lượng NTSH trung bình - N :Dân số khu vực
- q :Tiêu chuẩn cấp nước
- α :Tỷ lệ thất thoát nước, đô thị lấy α = 10%, nông thôn α = 20%
Bảng 2.1. Tiêu chuẩn vấp nước theo vùng
Vùng Tiêu chuẩn cấp nước 2005 (lít/người.ngày)
2007 2010 2015
Nông thôn 120 100 110 140 Thành thị 80 120 150 200
Theo số liệu xã hội của tỉnh Thái Bình, dân số hàng năm của tỉnh tăng trung bình khoảng 9.5%, dự đoán dân số năm 2010 dân số tăng khoảng 9.5% và tới năm 2015 tăng 9.2%.
Bảng2.2. Lưu lượng nguồn thải khu dân cư năm 2007-2015
Dân số Q thải Dân số Q thải Dân số Q thải Khu vực Loại nguồn thải 2007 (m3/s) 2010 (m3/s) 2015 (m3/s) F.Phúc Khánh Phân tán 1342 0.002531 1355 0.002485 1367 0.002509
Quang Trung Phân tán 1285 0.002424 1297 0.00238 1309 0.002402 Xã Vũ Phúc Phân tán 7386 0.012542 7456 0.01231 7525 0.012427 Vũ Chính Phân tán 8679 0.012281 8761 0.012054 8842 0.012168 Xã Phú Xuân Phân tán 7985 0.011299 8061 0.01109 8135 0.011196 Minh Quang Phân tán 7268 0.010285 7337 0.010094 7405 0.01019
Vũ Quý Phân tán 6527 0.009236 6589 0.009065 6650 0.009151 Vũ Ninh Phân tán 5986 0.008469 6043 0.008314 6098 0.008393 Vũ Trung Phân tán 6371 0.009015 6432 0.008849 6491 0.008933 Thị Trấn Vũ Thư Phân tán 7524 0.010646 7595 0.01045 7665 0.010549 Vũ Hội Phân tán 6795 0.009615 6860 0.009438 6923 0.009528 Việt Thuận Phân tán 7831 0.011081 7905 0.010876 7978 0.010979 Song An Phân tán 7213 0.010207 7282 0.010018 7349 0.010114
Tam Quang Phân tán 6854 0.009699 6919 0.009519 6983 0.00961 Tự Tân Phân tán 7391 0.010458 7461 0.010265 7530 0.010363 Tân Lập Phân tán 7462 0.010558 7533 0.010364 7602 0.010463
Bảng2.3. Tải lượng thải theo đầu người và hiệu quả xử lý của bể tự hoại
Các chỉ tiêu ô nhiễm đặc trưng Tải lượng thải 2007 g/người.ngày 2010 2015 Hiệu quả xử lý của bể tự hoại BOD5 40 45 60 65 SS 80 85 100 50 N-NH4 3.5 4 4.5 70 T-N 9 9.5 11 70 T-P 2.5 3 4.5 75 nông thôn:75 80 90 Tỉ lệ dùng bể tự hoại đô thị: 80 90 100
Nồng độ các chất ô nhiễm được tính theo công thức:
Error! Objects cannot be created from editing field codes. Trong đó:
C: Nồng độ các chất ô nhiễm (mg/l) N: Dân số tạo ra nguồn thải
Lo Tải lượng thải theo đầu người (g/ng.ngày) f: Tỷ lệ dân cư dùng bể tự hoại
Hiệu quả phân huỷ của bể tự hoại
0.8: Tỷ lệ các chất bị phân huỷ trên đường di chuyển 20% Qthải: Lưu lượng thải trung bình ngày (m3/ngày)
Bảng 2.4. Nồng độ chất thải nguồn nông nghiệp năm 2015
BOD5 TSS N-NH4 T-N T-P Khu vực Qthải (m3/s) (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) (mg/l) F.Phúc Khánh 0.002531 105 237.5 6.75 16.5 4.38 Quang Trung 0.002424 105 237.5 6.75 16.5 4.38 Xã Vũ Phúc 0.012542 127.5 277.08 8.375 20.472 5.59 Vũ Chính 0.012281 153 332.5 10.05 24.567 6.71 Xã Phú Xuân 0.011299 166 348.33 11.1 27.133 7.58 Minh Quang 0.010285 166 348.33 11.1 27.133 7.58 Vũ Quý 0.009236 166 348.33 11.1 27.133 7.58 Vũ Ninh 0.008469 166 348.33 11.1 27.133 7.58 Vũ Trung 0.009015 166 348.33 11.1 27.133 7.58 Thị Trấn Vũ Thư 0.010646 166 348.33 11.1 27.133 7.58
Vũ Hội 0.009615 166 348.33 11.1 27.133 7.58 Việt Thuận 0.011081 166 348.33 11.1 27.133 7.58 Song An 0.010207 166 348.33 11.1 27.133 7.58 Tam Quang 0.009699 166 348.33 11.1 27.133 7.58 Tự Tân 0.010458 166 348.33 11.1 27.133 7.58 Tân Lập 0.010558 153 332.5 10.05 24.567 6.71
2.2.2. Nước thải công nghiệp
Nước thải công nghiệp thải ra từ các nhà máy khu công nghiệp đượct ính toán dựa trên diện tích, tỉ lệ cho thuê và mức thải trên mỗi hécta cho thuê. Mức thải trên
được tính trung bình, mức nước cấp là 60m3/ha.ngày. tỉ lệ nước thải bằng 80% lượng nước cấp vào, tương đương 48m3/ha.ngày.
Error! Objects cannot be created from editing field codes. (m3/nngày)
Trong đó:
A: Tỏng diện tích khu côpng nghiệp
q: Mức thải trung bình q = 48 m3/ha.ngày
β: tỉ lệ khu công nghiệp
Bảng 2.5. Nguồn thải khu công nghiệp năm 2015
Stt Nguồn thải Tỉ lệ lấp đầy Mức thải tb Q(m3/s)
1 Cty cổ phần xe tơ Thái Bình 100 53 0.002159 2 Cty dệt may Thăng Long 100 53 0.000607 3 Cty thực phẩm Thái Bình 100 53 0.001742 4 Công ty TNHH may Lan Lan 100 53 0.000061 5 Cty SX KD to tằm Phú khánh 100 53 0.000945 6 cty cơ khí phương đông 100 53 0.001215 7 NM tôn mạ màu Viko 100 53 0.002601 8 XN dệt Hồng quân 100 53 0.00165 9 Cty Đức nam 100 53 0.002552 10 Nhà máy thức ăn chăn nưoi Thai Bình 100 53 0.002221 11 Cty AT 100 53 0.001239 12 Cty Vinaconex 100 53 0.000552 13 Cty thương mại và thủđô 100 53 0.002073 14 Cty TNHH Thái Hiệp Hưng 100 53 0.000847 15 Cty Acqui Kornam 100 53 0.000331 16 NM dệt may Đông Nam Á 100 53 0.002221 17 Cty TNHH Poongshin Vina 100 53 0.000969
2.2.3. Nước thải sản xuất nông nghiệp
Diện tích sản xuất nông nghiệp của các khu vực ngày một giảm đi do chương trình xây dựng các khu cụm, khu công nghiệp trên các huyện.
Bảng2.6. Kết quả tính toán cho nguồn thải nông nghiệp năm 2007
Khu vực T-N thải(kg/ha/năm) T-P thải(kg/ha/năm) Q(m3/s) T-N(mg/l) T-P(mg/l) Xã Vũ Phúc 30 1 0.041821424 13.3645 0.4454839 Vũ Chính 30 1 0.041943142 13.3645 0.4454839 Xã Minh Quang 30 1 0.042875608 13.3645 0.4454839 Xã Vũ Quý 30 1 0.049508212 13.3645 0.4454839 Xã Vũ Trung 30 1 0.042217188 13.3645 0.4454839 Thị Trấn Vũ Thư 30 1 0.022546441 13.3645 0.4454839 Xã Vũ Hội 30 1 0.040135156 13.3645 0.4454839 Xã Việt Thuận 30 1 0.044853715 13.3645 0.4454839 Xã Song An 30 1 0.040663316 13.3645 0.4454839 Xã Tam Quang 30 1 0.042217188 13.3645 0.4454839 Xã Tự Tân 30 1 0.049059063 13.3645 0.4454839 2.2.4. Nước thải kênh rạch
Các kênh rạch nhỏ mang nước thải từ vùng có khu công nghiệp và nước thải sinh hoạt đổ vào khu vực sông
Bảng 2.7. Thông số về nguồn thải kênh rạch
Nhiệt độ pH T-N T-P BOD5 TSS
Sông Bạch 27 6.7 14.6 1.3 43 73
Pari 26 7 12.5 1.02 26 43
2.3. Phần mềm ENVIMQ2K ứng dụng GIS mô phỏng chất lượng nước kênh sông kênh sông
Mặc dù QUAL2 là một sản phẩm nổi tiếng trong lĩnh vực mô phỏng chất lượng nước kênh sông nhưng nó có một nhược điểm là không ứng dụng GIS. Bên cạnh đó quá trình tự động hoá tính toán theo các kịch bản gặp nhiều khó khăn. Chính vì vậy nhóm tác giả thuộc Phòng Geoinformatics, Viện Môi trường và Tài nguyên thuộc Đại học Quốc gia tp. HCM đã xây dựng phần mềm ENVIMQ2K kết hợp thế mạnh về tính
toán của QUAL2K và khả năng ứng dụng GIS cũng như tựđộng hoá tính toán của các phần mềm ENVIM truyền thống. Phần mềm ENVIMQ2K phiên bản 1.0 ra đời tháng 9/2007.
2.3.1. Nhập thông tin cho các đối tượng tham gia tính toán mô phỏng
Đối với phần mềm ENVIMQ2K, các đối tượng quản lý chính của chương trình là: các nguồn thải, các điểm nhạy cảm cần giám sát đặc biệt. Trong ENVIMQ2K xem xét bốn loại đối tượng thải nước thải vào các nguồn thải: khu dân cư; nhà máy và khu công nghiệp; các cánh đồng xung quanh lưu vực sông; và một số kênh rạch đổ vào sông Thị Tính.
Phần này sẽ hướng dẫn cách nhập thông tin cho 3 loại đối tượng trên.
Cách nhập thông tin cơ bản cho các nguồn thải
Thông tin về các nguồn thải bao gồm tên nguồn thải, mô tảđịa điểm, vị trí đầu và cuối của nguồn thải tính từ đầu nguồn đoạn sông đang xét, tọa độ X, Y vủa nguồn thải và loại nguồn thải (nguồn thải điểm hay nguồn thải phân tán). Cấu trúc bảng được thể hiện ở hình dưới đây
Hình 2.2 Cấu trúc bảng Nguồn thải
Giao diện than thiện của EVNVIMQ2K giúp người sử dụng có thểđễ dàng dán dữ liệu sao chép từ một bảng dữ liệu dạng Word hay Excel. Từ dữ liệu được cung cấp, các bạn có thề làm như sau:
Hình 2.3 Nhập thông tin cho các nguồn thải – copy dữ liệu từ file Word
Mở chương trình ENVIMQ2K lên, vì trong dữ liệu được cung cấp không có dữ liệu ở cột ghi chú nên có thể làm ẩn đi cột ghi chú bằng cách đưa chuột vào đầu cột ghi chú, giữ và rê chuột để kéo tiêu đề cột xuống phía dưới hàng tiêu đề.
Hình 2.4 Nhập thông tin cho các nguồn thải - Ẩn đi một cột thông tin trong một bảng của ENVIMQ2K
Cột ghi chú đã được ẩn đi
- Lúc này, nhấn tổ hợp phím Ctrl + V để dán dữ liệu từ bảng Word vào bảng ENVIMQ2K.
Dữ liệu sau khi dán có dạng như sau:
Hình 2.6 Nhập thông tin cho nguồn thải – dữ liệu sau khi nhập
Cách nhập dữ liệu môi trường cho các nguồn thải
Thông tin về các đối tượng phát sinh nguồn thải (4 đối tượng) gồm các thông tin chung về các đối tượng (tên, vị trí, diện tích v.v…) và nêu rõ nguồn thải mà đối tượng đó đổ nước thải vào (cột Nguồn thải).
Cấu trúc 4 bảng thông tin được liệt kê dưới đây. Bảng thông tin
Bảng thông tin nhà máy và khu công nghiệp Bảng thông tin về các nguồn thải nông nghiệp Bảng thông tin về các kênh rạch đổ vào đoạn sông đang xét
Tương tự như đối với bảng nguồn thải, người sử dụng có thể copy dữ liệu từ
bảng dữ liệu trong file word để dán vào các bảng thông tin đang xét. Ví dụ đối với bảng Dân cư
- Copy dữ liệu từ bảng Dân cư trong file word:
Hình 2.7 Nhập thông tin cho đối tượng phát sinh nguồn thải – Copy dữ liệu từ file word
- Dâu đi các cột không có dữ liệu (cột Hình ảnh và Ghi chú)
Thông tin sau khi dán thành công
Hình 2.8 Nhập thông tin cho đối tượng phát sinh nguồn thải – Nhập thành công
2.3.2. Cách nhập thông tin cho các điểm nhạy cảm
Tương tự nhưđối với các bảng trên, người sử dụng có thể copy dữ liệu từ bảng dữ liệu trong file word để dán vào các bảng thông tin đang xét. Các bước cụ thể như
sau:
- Copy dữ liệu từ bảng Điểm nhạy cảm trong file word:
Hình 2.9 Nhập thông tin cho điểm nhạy cảm – copy dữ liệu từ file word
- Nhấn Ctrl + V để dán dữ liệu vào bảng thông tin của ENVIMQ2K. Thông tin sau khi dán thành công
Hình 2.10 Nhập thông tin cho điểm nhạy cảm – nhập thành công
2.3.3. Cách chạy chương trình ENVIMQ2K và xây dựng báo cáo tự động Lựa chọn các thông số và chạy mô hình
Để chạy mô hình ENVIMQ2K, người sử dụng click chuột vào biểu tượng trên thanh công cụ mô hình.
Hình 2.11 Lựa chọn thông số để chạy mô hình – Bước 1
Cửa sổ mô hình “Qual2K – bước 1” được hiển thị. Người sử dụng chọn kịch bản trong khung Chọn kịch bản, sau đó click chuột vào nút để tiếp tục.
Chú ý:
Đối với kịch bản 2 và 4 – hai kịch bản vào mùa mưa, người sử dụng chú ý vào Bảng Thông tin sông (menu Thông tin/ Sông) sửa thông số lưu lượng sông lại là 40.04
Hình 2.13 Lựa chọn thông số để chạy mô hình – Bước 3
Ở cửa sổ “Mô hình Qual2K – Bước 2”, người sử dụng chọn nguồn cần tính toán. Theo mặc định của chương trình, cả 4 nguồn ô nhiễm đổ vào sông Thị Tính đều
được chọn để tính toán ảnh hưởng. Để bỏđi ảnh hưởng của nguồn nào, người sử dụng click chuột vào ô vuông phía trên, bên trái cửa sổ tương ứng với tên nguồn tương ứng. Sau đó click chuột vào nút để tiếp tục.
Hình 2.14 Lựa chọn thông số để chạy mô hình – Bước 4
Cửa sổ “Mô hình Qual2K – Bước 3” liệt kê lại các thông số về nguồn thải và các thông tin liên quan đến nguồn thải, giúp người sử dụng xem lại và có thể chọn hoặc bỏ chọn những nguồn thải mong muốn.
Hình 2.15 Lựa chọn thông số để chạy mô hình – Bước 5
Sau khi đã xem lại toàn bộ các thông số, người sử dụng click chuột vào nút
để chương trình bắt đầu chạy mô hình. Thanh tiến trình chạy mô hình sẽđược hiển thị.
Hình 2.16 Lựa chọn thông số để chạy mô hình – Bước 6
Sau khi việc chạy mô hình hoàn tất, người sử dụng tùy chọn tương ứng trong thông báo hiện ra.
Hình 2.17 Lựa chọn thông số để chạy mô hình – Bước 7
Và click chuột vào nút ở thông báo tiếp theo.
Lúc này, kết quả tính toán ô nhiễm được hiển thị trực quan trên nền sông Thị
Tính, với mặc định của chương trình: màu đỏở những nơi có nồng độ chất ô nhiễm cao nhất, màu xanh ở những nơi có nồng độ chất ô nhiễm thấp nhất.
Hình 2.19 Lựa chọn thông số để chạy mô hình – Bước 9
Hiệu chỉnh kết quả thể hiện mô hình
ENVIMQ2K cho phép tính toán sự phát tán trên sông cho 11 thông số ô nhiễm.
Để thấy được sự phân bố của các chất khác trên sông, người sử dụng có thể hiệu chỉnh kết quả thể hiện mô hình bằng cách
Click chuột vào biểu tượng trên thanh công cụ chạy mô hình.
Hình 2.20 Hiệu chỉnh kết quả thể hiện mô hình – Bước 1
Cửa sổ hiệu chỉnh kết quả chạy mô hình được hiển thị.
Hình 2.21 Lựa chọn thông số để chạy mô hình – Bước 2
Hình 2.22 Lựa chọn thông số để chạy mô hình – Bước 3
Lựa chọn màu sắc thể hiện
Hình 2.23 Lựa chọn thông số để chạy mô hình – Bước 4
Lựa chọn việc thể hiện giá trị lên bản đồ
Hình 2.24 Lựa chọn thông số để chạy mô hình – Bước 5
Hình 2.25 Lựa chọn thông số để chạy mô hình – Bước 6
Phân bố chất ô nhiễm sẽđược thể hiện lên bản đồ nhưđã chọn.
Hình 2.26 Lựa chọn thông sốđể chạy mô hình – kết quả hiệu chỉnh
CHƯƠNG 3. ỨNG DỤNG ENVIMQ2K MÔ PHỎNG CHẤT LƯỢNG NƯỚC SÔNG KIẾN GIANG -TỈNH THÁI BÌNH
Vấn đề tính toán phân bố chất ô nhiễm từ các nguồn xả thải dọc theo sông Kiến Giang được nhiều nhà quản lý quan tâm đặc biệt bởi vì đểđánh giá tác đông lên môi trường do sự ô nhiễm thì trước hết cần phải biết về bức tranh về sự phân bố nồng độ
dọc theo sông, nhất là trong phạm vi gần nguồn thải.
Giới hạn khu vực tính toán là khúc sông Kiến Giang từ xã Tự Tân (Vũ Thư)
đến Vũ Quý (Kiến Xương). phần mềm được sử dụng tính toán là phần mềm ENVIMQ2K. Phần dưới trình bày các nội dung chính của đồ án này: mô tả số liệu, mô tả kịch bản tính toán,kết quả tính toán.
3.1. Các tài liệu làm cơ sở tính toán
Các tài liệu sau đây được sử dụng cho mô hình tính toán mô phỏng chất lượng nước sông Kiến Giang:
Tài liệu vềđiều kiện tự nhiên: trình bày trong chương 1 của đồ án; Bản đồ hành chính tỉnh thái bình tỷ lệ 1/10000;
Tài liệu về nguồn thải từ các nhà máy sản xuất, từ khu công nghiệp được thu thập từ 3/8/2007 đến ngày 5/9/2007.