Đặc điểm của kênh Than là lịng dẫn duy trì được nhờ năng lượng của dòng triều tại tại các cửa sông đẩy vào. Đoạn giáp triều giữa sông Yên và sông Bạng trên
kênh Than là đoạn cầu Hang do vậy lưu vực kênh Than đổ về sông Bạng sẽ được tính từ cầu Hang. Trên kênh Than đã xây dựng cống ngăn mặn giữ ngọt đò Bè.
Cống này chỉ mở khi ruộng đất phía thượng lưu cống cần tiêu. Về phía nam kênh
Than đã bị chặn lại bằng đập Thạch Luyện.
Ngoài các cống tiêu trực tiếp vào kênh, cịn có một số nhánh suối nhỏ như, suối Đò Bè đổ vào kênh Than cách cống Đò Bè khoảng 2200 m; Nhánh suối Đồng Thùng bắt nguồn từsườn Tây núi Bợm có cao độ trên 400 m so với mực nước biển. Ngồi ra, cịn có một số nhánh suối nhỏ bắt nguồn từcác vùng đồi núi của xã Hải Thanh, Hải Lĩnh, Định Hải,… các nhánh suối này nhỏ có diện tích lưu vực khoảng từ 1 - 5 km2.
Các hệ thống kênh tiêu liên xã đổ ra kênh Than bao gồm: Kênh Đồng Chìa là kênh tiêu cho 2 xã Hải An, Triều Dương với diện tích tiêu là 350 ha; Kênh Đồng Hậu, kênh tiêu cho 3 xã Anh Sơn, Hùng Sơn, Ngọc Lĩnh với diện tích tiêu là 410 ha; Kênh Cẩm Lệ là kênh tiêu cho 2 xã Hải Nhân, Hải Hòa với diện tích tiêu là 610,4 ha; Kênh Cầu Nhớt, kênh tiêu cho 2 xã Hải Nhân, Ninh Hải với diện tích tiêu là 265 ha; Kênh Cầu Trắng, kênh tiêu cho 4 xã Hải Nhân, thị trấn Tĩnh Gia, Nguyên
Bình, Bình Minh với diện tích tiêu là 960 ha. Hiện trạng gồm 3 lưu vực sau:
Lưu vực 1: Có diện tích là 3669,4 ha. Tồn bộ phần phía Tây của đường sắt Bắc Nam. Nước mưa chứa vào các hồ Ao Quan, hồ khe Miễu, hồ khe Chan, hồ khe Dầu và thoát theo các suối như suối Cầu Hung, suối khe Chan, khe Dầu xả xuống sông Bạng.
Lưu vực 2: Có diện tích là 960 ha gồm các xã Hải Nhân, Thị trấn, Nguyên Bình, Bình Minh một phần phía Đơng của đường sắt Bắc Nam và Q.Lộ 1A nước
mưa thoát xuống kênh Cầu Trắng chảy vào kênh Than xả ra sông Bạng.
Lưu vực 3: Có diện tích 1.118,1 ha gồm các xã Ninh Hải, Hải Hịa, Bình
Minh nước mưa thốt xuống kênh Than xả ra sông Bạng.
2.2. Phương pháp nghiên cứu
2.2.1. Phương pháp thu thập số liệu, tài liệu thứ cấp
Tài liệu, số liệu liên quan tới nội dung nghiên cứu được thu thập từ các cơ
quan, ban ngành liên quan (Sở Tài nguyên và Mơi trường, UBND huyện Tĩnh
tầng, phịng Tài ngun và Mơi trường), Trạm khí tượng thủy văn) và từthư viện, internet, … bao gồm các số liệu về thuỷvăn, thuỷ lực và chất lượng nước.
Các tài liệu, số liệu liên quan tới địa hình tuyến kênh được thu thập tại phòng Kinh tế Hạ tầng, UBND huyện Tĩnh Gia. Tài liệu khí tượng thủy văn về mực nước
và lưu lượng được sử dụng để làm điều kiện biên trên (Q~t), biên dưới (H~t) hoặc
để hiệu chỉnh và kiểm định mơ hình được thu thập từ các trạm thủy văn trong và lân cận vùng nghiên cứu được liệt kê trong Bảng 2.1.
Bảng 2.1. Mạng lưới quan trắc trong vùng và lân cận
TT Trạm Sông Yếu tốđo Liệt kê tài liệu
1 Tĩnh Gia X T, A, V, E, S 1960 - 2008 1960 - 2001 2 Ngọc Trà Yên H X 1962 - 2008 1963 - 2001 3 Du Xuyên (Vạn Thắng) Bạng H 1964 - 1976 4 Bến Nghè Hoàng Mai Q, H 1971 - 1975
Ghi chú: X - Lượng mưa; T, A - Nhiệt độ, độ ẩm khơng khí; V - Tốc độ gió; E - Lượng bốc hơi; S - Số giờ nắng; H - Mực nước; Q - Lưu lượng
Số liệu chất lượng nước mặt quan trắc tại các điểm lấy mẫu vào năm 2010
thuộc dự án “Nâng cấp, sửa chữa, cải tạo hệ thống tiêu kênh Than huyện Tĩnh Gia tỉnh Thanh Hóa” (2010), do Ban Quản lý các dự án, UBND huyện Tĩnh Gia
thực hiện. Các nguồn thải gây ơ nhiễm chính đối với hệ thống lưu vực kênh Than
được nhận diện là nguồn thải từ khu đô thị, từ các làng nghề - tiểu thủ công nghiệp tập trung, hoạt động sản xuất nông nghiệp.
Các số liệu thuỷ văn, thuỷ lực trước tiên được sử dụng để diễn toán chế độ
thuỷ lực trong hệ thống sông nghiên cứu, làm đầu vào cho bài tốn chất lượng nước,
sau đó kết hợp với các số liệu chất lượng nước để tính tốn mơ phỏng chất lượng
nước trong kênh.
2.2.2. Phương pháp điều tra, khảo sát thực địa
Đã tiến hành khảo sát thực tế tại khu vực nghiên cứu để điều tra vị trí chính xác các nguồn thải, vị trí lấy mẫu quan trắc chất lượng nước, hệ thống thu gom
nước thải và quan sát, lựa chọn các vị trí dự kiến đặt hố ga, trạm bơm, trạm xử lý
nước thải.
Mẫu nước gồm 12 vị trí lấy mẫu nước mặt (tổng số có 14 mẫu) dọc theo tuyến kênh Than và kênh Cầu Trắng với điểm đầu là xã Ninh Hải, điểm cuối thuộc xã Hải Thanh và 4 vị trí lấy mẫu nước thải tại khu vực trung tâm thị trấn Tĩnh Gia. Thời gian lấy mẫu vào tháng 10 năm 2017. Sơ đồ vị trí lấy mẫu được thể hiện trên Hình 2.2.
Hình 2.2. Sơ đồ các vị trí lấy mẫu quan trắc mơi trường nước 2.2.3. Phương pháp lấy mẫu, bảo quản và phân tích mẫu
Các mẫu nước được lấy và bảo quản theo TCVN 5992 - 1995 và TCVN 5993 – 1995, được gửi phân tích tại Cơng ty TNHH 1TV Kỹ thuật Tài nguyên và
Bảng 2.2. Một số các phương pháp phân tích các chỉ tiêu chất lượng nước Chỉ tiêu Phương pháp Chỉ tiêu Phương pháp pH TCVN 6492:2011 Tổng Fe TCVN 6184:1996 Tổng Mn TCVN 6002: 1995 Độđục TCVN 6177: 1996 Amoni (NH4+) TCVN 6179-1:1996 Tổng Colifrom TCVN 6187-1:2009
Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD5) TCVN 6001-1: 2008 Nhu cầu oxy hóa học (COD) TCVN 6491:1999
Tổng rắn lơ lứng (TSS) TCVN 6625: 2000 DO TCVN 6492:2011 P-PO43- SMEWW4500P.D-2012 N-NH4+ SMEWW5210B-2012 Thủy ngân (Hg) TCVN 7877:2008 Chì (Pb) TCVN 6193:1996 Asen (As) TCVN 6626:2000
2.2.4. Phương pháp đánh giá nhanh
Bằng cách quan sát và tính tốn các đại lượng trung bình trong trường hợp cần thiết, phương pháp này cho phép hoàn chỉnh thêm số liệu về môi trường của khu vực trong thời gian nghiên cứu như màu và mùi của nước, các điểm xả thải trên các tuyến của lưu vực kênh Than; hiện trạng hệ thống thu gom: hố ga, cống thu
gom, hướng tuyến đặt cơng trình; hiện trạng vị trí dự kiến xây dựng trạm xửlý nước thải: loại đất, cao trình vị trí, mức độ giải phóng mặt bằng…
2.2.5. Phương pháp phân tích, so sánh và đánh giá tổng hợp
Để đánh giá khu vực nghiên cứu, đã sử dụng các Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia vềmôi trường dưới đây:
+ QCVN 08-MT:2015/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về chất lượng
+ QCVN 14:2008/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia về chất lượng nước thải sinh hoạt;
Để đề xuất biện pháp xây dựng trạm thu gom, xử lý nước thải, sử dụng các tiêu chuẩn và quy phạm dưới đây:
+ TCXD - 33/2006: Cấp nước - Mạng lưới đường ống và cơng trình – Tiêu chuẩn thiết kế; TCVN 7957 - 2008: Thoát nước – Mạng lưới và cơng trình bên ngồi – Tiêu chuẩn thiết kế;
+ Quy chuẩn xây dựng Việt Nam tập II, III ban hành theo văn bản số
439/BXD-CSXD ngày 25/9/1997;
+ QCXDVN 01:2008/BXD: Quy chuẩn Kỹ thuật quốc gia về quy hoạch xây dựng; QCVN 07:2010/BXD: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về các cơng trình hạ tầng kỹ thuật đơ thị.
Các tài liệu, số liệu và kết quảđược tổng hợp theo các nội dung phù hợp của luận văn để có báo cáo hồn chỉnh.
2.2.6. Phương pháp mơ hình tốn
Với mục tiêu mơ phỏng và tính tốn chếđộ thủy văn, thủy lực và chất lượng
nước cho lưu vực kênh Than, đã lựa chọn áp dụng bộ mơ hình MIKE 11 với các mơ
đun thủy lực (HD), mô đun tải - khuếch tán (AD) và mô đun sinh thái (Ecolab). Các
đầu vào (Input), đầu ra (Output) của mơ hình được thể trong Bảng 2.3.
Bảng 2.3. Các yếu tố đầu vào, đầu ra của mơ hình MIKE 11
Đầu vào (Input) Đầu ra (Output)
Biên trên là quá trình lưu lượng thực đo của các trạm (Q ~ t);
Biên dưới là quá trình mực nước thực đo
của các trạm (H ~ t);
Biên kiểm tra là quá trình lưu lượng hoặc mực nước thực đo của các trạm trong hệ
thống;
Thành phần hạt bùn cát, kết cấu thành phần hạt (dính hay khơng dính);
Thành phần các chất dinh dưỡng (Nitơ,
Phốt pho, dầu mỡ…).
Q trình lưu lượng, mực nước tại vị
trí cần tính tốn;
Hình dạng lịng dẫn;
Các điều kiện ban đầu và điều kiện biên
Các điều kiện ban đầu
Khi sử dụng các mơ hình thủy động lực (HD model), mơ hình lan truyền, khuếch tán (AD model) và mơ hình chất lượng nước (WQ model) là: (i) Mực nước;
(ii) Lưu lượng và (iii) Hàm lượng/nồng độ các thành phần chất. Khi bắt đầu tính tốn cần phải chọn cách xác định điều kiện ban đầu. Đối với mô đun thủy lực (HD), MIKE 11 có 3 dạng điều kiện ban đầu để lựa chọn: dạng Steady-state: Hệ thống kênh, sông ở trạng thải ổn định ln có nước; dạng Prameter file: dựa vào file thông số do người sử dụng đã khai báo trong file *.hd11; dạng Hotstart: dựa vào file kết quả thủy lực đã có sẵn (lấy từ kết quả mô phỏng trước) [20].
Các điều kiện biên: Để tính tốn và mơ phỏng chất lượng nước, các điều kiện
biên được xác định cho các mô đun trong MIKE 11 như sau:
Mơ đun thủy lực (HD): Có 3 dạng điều kiện biên có thể lựa chọn để đưa vào tính tốn trong mơ đun HD:
- Biên mực nước (H) và lưu lượng (Q) không đổi theo thời gian; - Biên mực nước (H) và lưu lượng (Q) biến đổi theo thời gian; - Biên quan hệ H/Q.
Mỗi loại điều kiện biên đưa vào tính tốn dựa trên các phương trình nút khác
nhau. Việc lựa chọn điều kiện biên chô mô đun HD tùy thuộc vào hiện trạng thực tế được mơ phỏng và sự sẵn có của số liệu.
- Biên lưu lượng (Q) được sử dụng tại các vị trí: thượng lưu của sơng; dịng bên ra nhập (lateral inflow); hạlưuvà lưu lượng điều tiết (bơm).
- Biên mực nước (H) được sử dụng tại các vị trí: hạlưu của sơng và cửa sơng. - Biên quan hệ Q/H chỉ áp dụng ở hạlưu của sông hoặc dịng ra tới hạn từ mơ hình tính tốn.
Mô đun lan truyền, khuếch tán và mô đun chất lượng nước
Có các dạng điều kiện biên sau đây để lựa chọn sử dụng trong tính tốn vận chuyển và chuyển hóa các thành phần chất:
- Biên nồng độ/ hàm lượng mở dòng vào và dòng ra: Các biên nồng độ mở trong mô đun AD tương ứng với các biên lưu lượng, mực nước hoặc các biên Q-h
trong mô đun thủy động lực HD;
- Biên vận chuyển mở: Các điều kiện biên vận chuyển mở chỉ sử dụng tại những biên khi có dịng vào. Chuyển vận vào khu vực mơ hình được tính bằng cách sử dụng lưu lượng tại biên được tính bằng mơ đun thủy lực HD nhân với nồng độ biên được xác định theo công thức: C = Cbf Q.C = Qbf.Cbf trong đó Cbf - Nồng
độ biên (giá trịđược chỉ ra ởđầu vào mơ hình);
- Biên kín: Điều kiện biên kín là tại những điểm khơng có chất gì được vận chuyển vào và ra khỏi mơ hình tính tốn.
- Điều kiện biên nhiệt độ: Khi sử dụng mơ hình chất lượng nước kết nối với mơ hình lan truyền, khuếch tán thì trong mơ hình chất lượng nước cần thiết phải có biên nhiệt độ (T) [21].
Các thơng số và số liệu tính tốn
Các thơng số, số liệu tính tốn thủy động lực
Thơng số thủy động lực cho phép người sử dụng xác định các giá trị cho một số biến trong mơ hình tính tốn thủy động lực (HD).
- Mực nước và lưu lượng ở điều kiện ban đầu: Hai thông số này có thểđược áp dụng trên tồn bộ các nút tính tốn trong mơ hình hoặc tại một số nút trên các nhánh sông hoặc kênh dẫn.
- Hệ số lực cản đáy (Bed Resistance): Có thể lựa chọn 1 trong 3 dạng sau: (i) Hệ số Manning’n; (ii) Hệ số Manning M (M = 1/n) - hệ số này đã được mặc định; (iii) Hệ số Chezy (C = R1/6/n = M. R1/6).
- Ứng suất di chuyển của gió (wind shear stress): τw = tfac.Cw.ρa.V102. Trong
đó: Cw - Hệ số ma sát gió (3,24.10-6); tfac - Hệ số phụ thuộc địa hình; V10 - Vận tốc gió trên bề mặt (10 m); ρa - Mật độkhơng khí. Khi người sử dụng đưa thơng số dịch chuyển của gió vào tính tốn thì một điều kiện biên là biến thời gian (t) cho trường gió phải được đưa vào mơ phỏng. Điều kiện biên trường gió bao gồm các mơ tả về hướng gió và vận tốc gió.
- Thông số kiểm sốt dịng giảổn định (Quasi steady).
- Hệ số lực cản bãi ngập lũ (Flood Plain Resistance): Hệ số lực cản bãi ngập
được đưa vào bằng cách chỉnh các hệ số lực cản tương đối trong mơ tả dữ liệu mặt cắt hoặc có thểđiều chỉnh hệ số lực cản bãi ngập lụt bằng cách điều chỉnh hệ số lực cản (Resistance Factor) trong dữ liệu mặt cắt đã xử lý.
- Bán kính thủy lực hoặc bán kính trở lực:
+ Bán kính trở lực (Resistance radius): √𝑅𝑅 =1𝐴𝐴∫ 𝐻𝐻0𝐵𝐵 3/2𝑑𝑑𝑏𝑏
Trong đó: A - Diện tích mặt cắt ướt (m2); B - Độ rộng mặt nước (m); H - Độ
sâu dòng chảy (water depth) m.
+ Bán kính thủy lực (Hydraulic Radius): 𝑅𝑅ℎ =𝐴𝐴𝑃𝑃 với P - chu vi ướt (m). Cần
xác định nên dùng phương pháp nào để tính bán kính thủy lực dùng tổng diện tích dịng hoặc bán kính thủy lực dùng diện tích dịng hữu hiệu).
- Mặt thủy chuẩn (datum): Việc điều chỉnh mặt thủy chuẩn sẽ được đưa vào
cho tất cả các tọa độ z và tất cả các cao trình [21].
Các thơng số, số liệu tính tốn lan truyền, khuếch tán
- Nồng độ ban đầu của các thành phần cần tính tốn.
- Hệ số phát tán dọc trục: D = f.Vex trong đó: D - hệ số phát tán (m2/s); V - vận tốc dòng chảy (m/s); f - Hệ số; ex - sốmũ khơng có thứ nguyên. Hệ số phát tán tối thiểu và tối đa được xác định sao cho không vượt quá giới hạn mà hệ số khuếch
tán được tính có thay đổi.
- Hệ số phân hủy (K): Nồng độ các thành phần phân hủy được xác định theo công thức:
𝑑𝑑𝑐𝑐
𝑑𝑑𝑡𝑡 =𝐾𝐾.𝐶𝐶
Trong đó: K - hệ số phân hủy (giờ-1); C - nồng độ thành phần phân hủy.
Các thông số, số liệu tính tốn chất lượng nước
- Hệ số nhiệt độArrhennius (Θ(T-20)) - Nồng độ ơxy bão hịa (Cs):
- Nhiệt độ của nước (0C)
- Hằng số bổ cập ôxy ở 200C (ngày-1), K2
- Hằng số phân hủy chất hữu cơ dạng hòa tan ở 200C (ngày-1), Kd3 - Hằng số phân hủy chất hữu cơ dạng lơ lửng ở 200C (ngày-1), Ks3 - Tốc độ lắng đọng (m/ngày), K5
- Tốc độ pha loãng (resuspension) (g/m2/ngày), S1
- Hằng số phân hủy chất hữu cơ dạng lắng đọng ở 200C (ngày-1), Kb3 - Tốc độ Nitrat hóa ở 200C (ngày-1), K4
- Tốc độ phản Nitrat ở 200C (ngày-1), K6
- Hằng số tốc độ giải phóng photpho hịa tan, K8 - Hệ số hấp thụ, U3
- Năng suất quá trình quang hợp thực tế (g O2/m2/ngày), P - Tốc độ q trình hơ hấp thực tế (g O2/m2/ngày), R
- Hệ số sản lượng photpho (thể hiện lượng photpho giải phóng từ q trình phân hủy), Y3
- Hằng số tốc độ giải phóng photpho từ quá trình phân hủy sinh học, K3 - Tốc độ pha loãng (resuspension) của các hạt hữu cơ, S2
- Tốc độ lắng đọng trầm tích của các hạt hữu cơ, K6
- Tốc độ phân hủy tác động đến biến đổi Coliform hoặc faecal Coliform (ngày-1), Kd - Tốc độ phân hủy ở 200C (ngày-1), khơng tính đến độ mặn và ánh sáng, K
- Hệ số mặn, Θs
- Độ mặn, Sal