Nhận xét: Ước tính tổng tải lượng COD vào lưu vực sơng Cầu khoảng 634 tấn/ ngày. Trong đó đóng góp vào tải lượng COD lớn nhất vẫn là chăn nuôi 40,6% vào khoảng 258 tấn/ngày, dân sinh (24,2%), dịch vụ (1,9%), công nghiệp (13,4%), sử dụng đất (19,9%).
Ước tính tổng tải lượng T - N (kg/ngày)
Biểu đồ 3.4. Tải lượng T-N đóng góp hàng năm của các loại nguồn ơ nhiễm
Nhận xét: Tổng tải lượng T – N hằng năm từ các loại nguồn ô nhiễm vào khoảng 127 tấn. trong đó dân sinh (11,7%), dịch vụ (4,8%), cơng nghiệp (11%), sử dụng đất
(22,7%). Đóng góp nhiều nhất vẫn là chăn nuôi chiếm 49,8%, khu vực phát sinh thuộc lưu vực 41 thuộc các huyện Phổ n, Phú Bình thuộc tỉnh Thái Ngun. Ước tính tổng tải lượng T - P (kg/ngày)
Biểu đồ 3.5. Tải lượng T - P đóng góp hằng năm của các loại nguồn ô nhiễm
Nhận xét: Hằng năm các nguồn ô nhiễm đóng góp khoảng 33 tấn T - P vào lưu vực sông Cầu. Các nguồn ơ nhiễm đóng góp tải lượng khác nhau: dân sinh (12,8%), chăn nuôi (69%), dịch vụ (5%) công nghiệp (11%), sử dụng đất (1,7%). Chăn nuôi là nguồn ơ nhiễm đóng góp tải lượng lớn nhất (khoảng 23 tấn), chiếm phần lớn tổng tải lượng T – P.
Nhận xét chung: Với các số liệu thống kê năm 2016 của các Tỉnh Bắc
Kạn, Thái Nguyên, Bắc Giang, Bắc Ninh, kết quả nghiên cứu cho thấy mỗi ngày Sông Cầu nhận khoảng 634 tấn COD , 357 tấn BOD, 127 tấn Tổng N, 33 tấn Tổng P từ các nguồn thải điểm công nghiệp và các nguồn thải phân tán như sinh hoạt, chăn ni, trồng trọt, ni trồng thủy sản…Chúng ta có thể thấy rằng chăn ni là nguồn ơ nhiễm chính ở khu vực tính tốn, sự đóng góp của nó thay đổi từ tiểu lưu vực đến tiểu lưu vực khác, nhưng tổng cộng nó cung cấp khoảng 50% tải lượng ô nhiễm của khu vực.
Bảng 3.7. Sự đóng góp hàng năm (%) của các hoạt động vào tổng tải lượng ô nhiễm
Chỉ tiêu Sinh hoạt Chăn nuôi Dịch vụ Sử dụng đất Nguồn điểm
BOD 22.71 40.00 2.04 19.59 15.65
COD 24.21 40.62 1.88 19.89 13.40
3.2. Thiết lập mơ hình QUAL2K đối với sơng Cầu
3.2.1 Thời đoạn tính tốn
Kế thừa hiệu chỉnh mơ hình các giai đoạn khảo sát hiện trường trong báo cáo JiCa [25]. Mơ hình được kiểm định cho số liệu mới trong 2 giai đoạn:
Mùa khô: tháng 11/2016 Mùa mưa: tháng 7/2016
3.2.2. Mạng sông và đầu vào chất lượng nước
QUAL2K yêu cầu đầu vào là các thành phần của Nitơ (NH4, NO3, NO2, Nitơ hữu cơ) và Phốt pho (Phốtpho vô cơ (PO4), Phốtpho hịa tan) để tính tổng Nitơ (T- N) và Tổng Phốt pho (T-P), nhưng hầu như các dữ liệu này đều bị thiếu. Để lấp đầy các dữ liệu thiếu, các thành phần N và P được tính tốn các theo tỷ lệ thành phần trung bình từ kết quả khảo sát của CEM và các nghiên cứu khác (trong khoảng 2010-2015) theo Bảng 3.8 dưới đây:
Bảng 3.8. Tỷ lệ các thành phần N và P trong nước sông và nguồn thải LVS Cầu
Thành phần Nước sông Cầu Nguồn thải NO3+NO2 36.38 22.97 NH4 20.00 34.81 N Org 43.62 42.12 T-N 100.00 100.00 PO4 (inOrg) 36.37 62.02 P Dis 63.63 37.98 T-P 100.00 100.00
Mạng sông suối gồm có: dịng chính từ Chợ Mới đến Phả Lại và 7 nhánh sông (sông Nghinh Tường, sông Đu, Bến Oánh, Bạch Dương, sông Công, sông Cà Lồ và sơng Ngũ Huyện Khê). Vị trí của điểm đầu nguồn (Headwater) (Chợ Mới) và các nhánh sông và các tiểu lưu vực thượng lưu được trình bày ở Bảng 3.9 dưới đây:
Tên Nhánh Thượng lưu (km)
Hạ lưu (km)
Các tiểu lưu vực thượng lưu
Trong vùng tính tốn Ngồi vùng tính tốn Chợ Mới 206.933 191.660 15-19,20,21 1-14 NghinhTường 191.660 189.660 22,23 Sông Đu 165.620 163.620 24,25,29 Bến Oánh 154.922 152.922 26,27,31 Bạch Dương 146.222 140.928 34 Sông Công 82.877 81.738 37-40,43 Một phần của 43 Sông Cà Lồ 65.061 61.998 54 49,53, Một phần của 54 Ngũ Huyện Khuê 42.665 39.151 55-57 Một phần của 55, 57
Hệ số nhám Manning: Đối với sông Cầu hệ số nhám này được chọn theo Chow et. al. 1988. Dựa vào quan sát các mặt đáy và hình thái sơng (độ quanh co), sông Cầu từ Chợ Mới đến Phả Lại có thể phân chia thành hai đoạn với các độ nhám khác nhau. Đoạn đầu tiên từ Chợ Mới đến ngã ba sơng Cơng có đặc điểm là có độ quanh co lớn và một số cây cỏ ven sơng, do đó hệ số độ nhám Manning đối với đoạn này có thể dao động từ 0,03 đến 0,05. Ngược lại, đoạn thứ hai từ ngã ba sơng Cơng đến Phả Lại có đặc điểm có độ quanh co nhỏ và bề mặt nhẵn (bùn đáy), nên hệ số nhám Manning đối với đoạn này có thể dao động từ 0,02 đến 0,03. Trong thực tế, hệ số nhám Manning có thể thay đổi trong phân khúc và nó có thể được xác định bởi sự thay đổi mực nước và lưu lượng đo dọc theo đoạn sông. Tuy nhiên, do ở lưu vực sơng Cầu khơng có đủ dữ liệu quan trắc để xác định hệ số Manning chi tiết, vì vậy chúng ta có thể giả định hệ số Manning là hằng số cho mỗi đoạn. Đầu tiên, chúng
với 0,035 và phân đoạn sông từ hợp lưu sông Công tới Phả Lại bằng 0,025. Những giá trị này có thể được thay đổi để phù hợp hơn cho mơ hình thủy lực hoặc mơ hình chất lượng nước.
Đập Thác Huống có chiều cao 6,5 m (từ lịng sơng) và chiều rộng 100 m. Kênh tưới từ đập Thác Hương được điều tiết bởi cửa cống Đá Gân. Lượng nước vào rất quan trọng cho thủy lợi trong suốt tháng Một và tháng Hai, đối với khoảng thời gian khác có thể giả định rằng các cửa này đóng và khơng lấy nước từ đập.
Hệ số rửa trôi:
Hệ số rửa trôi Ks được lấy bằng 0.3 đối với các tiểu lưu vực ở thượng lưu và 0.1 với hạ lưu (Ldaily). Tải lượng ô nhiễm từ sử dụng đất (như nông nghiệp, rừng,…) khơng được tính đến do đây là giai đoạn mùa khô. Tổng tải lượng ô nhiễm nguồn phân tán (Ltt) trong một giai đoạn được tính như sau:
Ltt=Ldaily+kmưa*Llanduse
Trong đó Ldaily là tải lượng chất ơ nhiễm thải ra môi trưởng hàng ngày (như sinh hoạt, chăn nuôi,….); Llanduse là tải lượng ô nhiễm thải ra mơi trường do dịng chảy bề mặt như nông nghiệp, rừng; Hệ số kmưa được giả thiết tỷ lệ với lượng mưa trong giai đoạn, do đó:
krunoff=(pperiod/prlength)/(pannual/365)
Trong đó pperiod, prlength tương ứng là khoảng thời gian (ngày) và lượng mưa (mm) trong giai đoạn tính, và pannual là tổng lượng mưa năm.
Các số liệu dùng để kiểm định mơ hình gồm: lưu lượng dịng chảy các thơng số chất lượng nước đo đạc tại các điểm quan trắc dọc theo sông Cầu.
Lưu lượng tại các nhánh sơng:
Lấy từ mơ hình SWAT đã hiệu chỉnh [25], lưu lượng các nhánh sông vào các mùa được trình bày cụ thể như trong Bảng 3.10, Bảng 3.11
Bảng 3.10. Lưu lượng các nhánh sông mùa khô (tháng 11/2016) Điểm đầu nguồn Nhánh số Lƣu lƣợng (m3
/s)
Nghinh tường 23 5.425 Sông Đu 29 5.265 Bến Oánh 31 1.817 Bạch Dương 34 1.565 Sông Công 43 4.334 Sông Cà Lồ 54 3.642 Ngũ Huyện Khê 56 3.974
Bảng 3.11. Lưu lượng các nhánh sông mùa mưa (tháng 7/2016) Điểm đầu nguồn Nhánh số Lƣu lƣợng (m3
/s) Chợ mới 21 56.206 Nghinh tường 23 18.872 Sông Đu 29 8.090 Bến Oánh 31 13.176 Bạch Dương 34 6.523 Sông Công 43 25.795 Sông Cà Lồ 54 15.638 Ngũ Huyện Khê 56 4.000
3.2.3. Kết quả kiểm định mơ hình (2 mùa)
Kết quả kiểm định mùa khô:
Kết quả kiểm định mơ hình thủy lực và chất lượng nước vào tháng 11 năm 2016 được trình bày trên hình từ Hình 3.1 đến Hình 3.6 dưới đây.
Hình 3.1. Kết quả kiểm định nhiệt độ nước sông tháng 11 năm 2016 dọc theo sông
Cầu
(kết quả mơ hình - đường liền; kết quả khảo sát –)
Hình 3.1 Cho thấy kết quả nhiệt độ nước sông đo được trong đợt khảo sát là phù hợp với kết quả tính tốn của mơ hình, nhiệt độ ở các vị trí hầu hết khơng thay đổi nhiều.
Hình 3.2. Kết quả kiểm định nồng độ DO tháng 11/2016 dọc theo sơng Cầu
(kết quả mơ hình - đường liền; kết quả khảo sát – trong tháng 11 từ 2010-2016) Hình 3.2 cho thấy kết quả nồng độ ơ xy hịa tan (DO) trong nước sông đo được trong đợt khảo sát cao hơn với kết quả tính tốn của mơ hình ở phần thượng du
sơng. Tuy nhiên kết quả của mơ hình hồn tồn phù hợp với số liệu đo đạc ở hạ du và các số liệu quan trắc trong tháng 11 từ 2010 đến 2015. Lý do nồng độ ơ xy hịa tan đo được cao hơn kết quả tính tốn và nồng độ ơ xy bão hịa có thể do tại thời điểm đo nước sơng ở những vùng cao có lẫn bọt khí do điều kiện khí hậu và dịng chảy khác nhau.
Hình 3.3. Kết quả kiểm định nồng độ BOD tháng 11/2016 dọc theo sông Cầu
(kết quả mơ hình - đường liền; kết quả khảo sát – trong tháng 11 từ 2010-2016) Hình 3.3 cho thấy kết quả nồng độ BOD trong nước sông đo được trong đợt khảo sát tương đối phù hợp với kết quả tính tốn của mơ hình dọc theo sơng.
Hình 3.4. Kết quả kiểm định nồng độ COD tháng 11/2016 dọc theo sơng Cầu
Hình 3.4 cho thấy kết quả nồng độ COD trong nước sông đo được trong đợt khảo sát phù hợp với kết quả tính tốn của mơ hình dọc theo sơng.
Hình 3.5. Kết quả kiểm định nồng độ Tổng N tháng 11/2016 dọc theo sơng Cầu
(kết quả mơ hình - đường liền; kết quả khảo sát – trong tháng 11 từ 2010-2015) Hình 3.5 cho thấy kết quả khảo sát nồng độ tổng N cao hơn so với kết quả tính tốn của mơ hình, các này một phần cũng do ảnh hưởng của DO
Hình 3.6. Kết quả kiểm định nồng độ Tổng P tháng 11/2016 dọc theo sông Cầu
(kết quả mơ hình - đường liền; kết quả khảo sát – trong tháng 11 từ 2010-2015) Hình 3.6 cho thấy kết quả nồng độ Tổng P trong nước sông đo được trong đợt khảo sát phù hợp với kết quả tính tốn của mơ hình dọc theo sơng.
Tóm lại: Kết quả kiểm định mơ hình với các số liệu tháng 11/2016 cho kết quả phù hợp. Các thơng số của mơ hình chất lượng đã được xác định trong quá trình hiệu
chỉnh có thể được sử dụng để mô phỏng diễn biến chất lượng nước cho khu vực nghiên cứu.
Kết quả kiểm định mùa mƣa:
Kết quả kiểm định mơ hình thủy lực và chất lượng nước vào tháng 7 năm 2016 được trình bày trên hình từ Hình 3.7 đến Hình 3.11 dưới đây.
Hình 3.7. Kết quả kiểm định nhiệt độ nước sơng tháng 7 năm 2016 dọc theo sông
Cầu
(kết quả mơ hình - đường liền; kết quả khảo sát – trong tháng 7 từ 2010-2015) Hình 3.7 Cho thấy kết quả nhiệt độ nước sông đo được trong đợt khảo sát là phù hợp với kết quả tính tốn của mơ hình, khoảng trên dưới 30 0C.
Hình 3.8 cho thấy kết quả nồng độ BOD trong nước sông đo được trong đợt khảo sát phù hợp với kết quả tính tốn của mơ hình dọc theo sơng.
Hình 3.9. Kết quả kiểm định nồng độ COD tháng 7/2016 dọc theo sông Cầu
(kết quả mơ hình - đường liền; kết quả khảo sát – trong tháng 7 từ 2010-2015) Hình 3.9 cho thấy kết quả nồng độ COD trong nước sông đo được trong đợt khảo sát phù hợp với kết quả tính tốn của mơ hình dọc theo sơng.
Hình 3.10. Kết quả kiểm định nồng độ Tổng N tháng 7/2016 dọc theo sông Cầu
(kết quả mơ hình - đường liền; kết quả khảo sát – trong tháng 7 từ 2010-2015) Hình 3.10 cho thấy kết quả khảo sát nông độ tổng N cao hơn với kết quả tính tốn của mơ hình, các này một phần cũng do ảnh hưởng của DO.
Hình 3.11. Kết quả kiểm định nồng độ Tổng P tháng 7/2016 dọc theo sơng Cầu
(kết quả mơ hình - đường liền; kết quả khảo sát – trong tháng 7 từ 2010-2015) Hình 3.11 cho thấy kết quả nồng độ Tổng P trong nước sông đo được trong đợt khảo sát phù hợp với kết quả tính tốn của mơ hình dọc theo sơng.
Tóm lại: Kết quả kiểm định mơ hình với các số liệu tháng 7/2016 cho kết quả phù hợp. Các thông số của mơ hình chất lượng đã được xác định trong quá trình hiệu chỉnh có thể được sử dụng để mô phỏng diễn biến chất lượng nước cho khu vực nghiên cứu
Bảng giá trị các thơng số mơ hình chất lượng nước nhận được cho đoạn sơng nghiên cứu trong lưu vực sơng Cầu được trình bày trên Bảng 3.12
Bảng 3.12. Thơng số mơ hình chất lượng nước cho đoạn sơng Cầu sau hiệu chỉnh
Tham số Giá trị Đơn vị Ký hiệu BOD:
Tốc độ ơxy hóa (Oxidation rate) 0.09 /d kdc Hệ số điều chỉnh nhiệt độ (Temp correction) 1.047 qdc
Organic N:
Tốc độ thủy phân (Hydrolysis) 0.2 /d khn Hệ số điều chỉnh nhiệt độ (Temp correction) 1.07 qhn Tốc độ lắng đọng (Settling velocity) 0.1 m/d von
Tốc độ Ni tơ hóa (Nitrification) 0.3 /d kna Hệ số điều chỉnh nhiệt độ (Temp correction) 1.07 qna
Nitrate:
Tốc độ khử Ni tơ (Denitrification) 0.15 /d kdn Hệ số điều chỉnh nhiệt độ (Temp correction) 1.07 qdn Hệ số khử Ni tơ trao đổi đáy (Sed
denitrification transfer coeff) 0.1 m/d vdi Hệ số điều chỉnh nhiệt độ (Temp correction) 1.07 qdi
Organic P:
Tốc độ thủy phân (Hydrolysis) 1.2 /d khp Hệ số điều chỉnh nhiệt độ (Temp correction) 1.07 qhp Tốc độ lắng đọng (Settling velocity) 0.8 m/d vop
Inorganic P:
Tốc độ lắng đọng (Settling velocity) 0.5 m/d vip Hệ số hấp thụ P vô cơ (Inorganic P sorption
coefficient) 0
L/mg
D Kdpi Hằng số giảm ô xy đáy (Sed P oxygen
attenuation half sat constant) 0.5
mgO
2/L kspi
COD
Tốc độ phân hủy (First-order reaction rate) 0.05 /d Hệ số điều chỉnh nhiệt độ (Temp correction) 1.024 qdx Tốc độ lắng đọng (Settling velocity) 0.015 m/d vdt
Oxy:
Mơ hình tái nạp ơ xy (Reaeration model)
Cung cấp bởi
người sử dụng Hệ số α (User reaeration coefficient α) 2.6 α Hệ số β (User reaeration coefficient β) 0.5 β Hệ số γ (User reaeration coefficient γ) 0.1 γ Hệ số điều chỉnh nhiệt độ (Temp correction) 1.024 qa Hiệu ứng gió (Reaeration wind effect) khơng
3.3. Áp dụng mơ hình tính tốn sức chịu tải cho đoạn sông cầu chạy qua tỉnh Bắc Ninh Bắc Ninh
3.3.1 Các đoạn sông và phân vùng sử dụng nước
Trên cơ sở mơ hình QUAL2K đã được thiết lập cho khu vực nghiên cứu, sức chịu tải của từng đoạn sông được tính tốn với cho mùa khô kịch bản thủy lực 7Q10 (trung bình 7 ngày nhỏ nhất 10 năm từ 2006-2015) tương ứng với lưu lượng tại Gia Bẩy là 10.38 m3/s và mùa mưa (từ tháng 01/6 đến tháng 30/9) là 26.13 m3
/s.
Để phục vụ cho việc tính tốn sức chịu tải đoạn sơng nghiên cứu được chia thành các đoạn với mục đích sử dụng khác nhau. Căn cứ vào kết quả phân vùng sử dụng nước trên sông Cầu (Tổng cục Môi trường 2012) và kết quả phân chia tiểu lưu vực, đoạn sông Cầu chảy qua tỉnh Bắc Ninh được chia thành 4 đoạn với các mục đích sử dụng khác như được trình bày trên (Bảng 3.13).
Bảng 3.13. Phân vùng sử dụng nước theo các đoạn trên lưu vực sông Cầu
Tên đoạn Từ điểm Đến điểm Độ dài (km) TC CLN
Đoạn 1 trước S. Công trước S. Cà Lồ 29 B1
Đoạn 2 trước S. Cà Lồ trước hợp lưu
NHK 18 A2
Đoạn 3 trước hợp lưu NHK trước KCN QV12 24 B1
Đoạn 4 trước KCN QV12 Phả Lại 31 B1
3.3.2. Sức chịu tải đối với BOD
- Mùa khô Sức chịu tải
Sức chịu tải BOD đối với các đoạn sông được xác định khi tăng dần nồng độ BOD trong nước thải, cho đến khi nồng độ BOD tại một đoạn sơng nào đó chạm tới ngưỡng cho phép theo QCVN. Hình 3.12 cho thấy nồng độ BOD hiện trạng (đường chấm màu xanh) chưa đạt tới ngưỡng cho phép, do đó có thể tăng thêm tải lượng BOD đổ vào các đoạn sông này. Sau một vài phương án tăng tải lượng BOD theo tỷ lệ nhất định, kết quả nhận được đường phân bố nồng độ dọc theo sông tương ứng
đoạn 1, đoạn 3, đoạn 4 chưa chạm tới nồng độ tới hạn B1 (15mg/l), tuy nhiên tải lượng BOD ở đoạn 2 khơng thể tăng thêm nữa vì nếu tăng thêm, nồng tại đầu và cuối đoạn 2 sẽ vượt QCVN quy định cho đoạn A2(6 mg/L). Do đó kết quả này có thể sử dụng để xác định sức chịu tải của sông.
0.00 2.00 4.00 6.00 8.00 10.00 12.00 14.00 16.00 0.00 20.00 40.00 60.00 80.00 100.00 Nồ ng đ ộ (m g/L) Khoảng cách (km) BOD BOD-Hiện trạng BOD-SCT QCVN (đoạn 1) QCVN (đoạn 2) QCVN (đoạn 3-4)
Hình 3.12. Diễn biến nồng độ BOD dọc theo sơng Cầu (mùa khơ)
Từ hình 3.12 thấy được nồng độ BOD ở cuối đoạn 3 và đầu đoạn 4 là cao nhất xấp xỉ 10 mg/l (khoảng km 40) đây là đoạn sông bắt đầu tiếp nhận nguồn thải từ sông Ngũ Huyện Khuê. Sông NHK bị “đầu độc” một cách công khai bởi hàng chục, hàng trăm cơ sở sản xuất giấy ở khu vực hạ lưu thuộc địa phận xã phú Lâm, huyện Tiên Du và xã Phong Khê, Thành phố Bắc Ninh.
Sức chịu tải BOD phân chia cho các đoạn sông Cầu chảy qua tỉnh Bắc Ninh được