Hình 3.9. So sánh mực nước giữa tính tốn với số liệu thực đo tại Đị Bè
Kết quả kiểm định tính tốn mơ phỏng
Chọn số liệu vềlũ năm 1999 (diễn ra từ 13 - 19/10/1999), trận lũ được coi là khá lớn để tính tốn mơ phỏng và so sánh kiểm định mơ hình. Kết quả được thể
hiện trong Bảng 3.2.
Bảng 3.2. Thống kê đánh giá sai số trận lũ kiểm định mơ hình tại các vị trí đo trên kênh Than
TT Trạm so sánh Dịng chính Mực nước so sánh
Sai số
Thực đo Tính tốn
1 Đầu Bè phía kênh Than Kênh Than 1,63 1,7 0,07
2 Hạ lưu cầu Hang Kênh Than 2,69 2,6 0,09
3 Hạlưu cầu Đen Kênh Than 3,25 3,2 0,05
4 Thượng lưu cầu Kênh Kênh Than 3,10 3,05 0,05
5 Hạlưu cầu Đáy Kênh Than 1,96 2,02 0,06
6 Bến Ngao phía kênh Than Kênh Than 1,65 1,7 0,05
Nhận xét:
Kết quả mô phỏng trận lũ từ 13/10 - 19/10/1999 cho thấy: Sai số giữa kết quả mô phỏng và giá trị thực tếkhơng đáng kể, mơ hình mơ phỏng rất tốt hiện trạng diễn biến q trình dịng chảy và mực nước trên toàn bộ mặt cắt của kênh Than. Có
thể kết luận rằng bộ thơng số được sử dụng trong mơ hình đã phản ánh được khá chính xác chếđộ dịng chảy thủy văn của kênh Than, có thể lấy bộ thơng số này để
xây dựng các kịch bản tính tốn tiếp theo.
Qua điều tra, khảo sát thực tế kết hợp giữa so sánh, chồng xếp bản đồ đo vẽ địa hình tuyến kênh Than (năm 2009 - 2010) với ảnh chụp vệ tinh qua phần mềm Google Earth trong khoảng thời gian từ năm 2000 - đến nay bằng ứng dụng phần mềm GIS, tác giả nhận thấy hiện trạng lưu vực kênh Than khá tương đồng về mặt hình dạng, kích thước mặt cắt các đoạn tuyến kênh. Vì vậy, trong điều kiện khn khổ nghiên cứu của đề tài mặc định địa hình tuyến là tương đối đồng dạng, biến
động qua các năm nhỏ, không đáng kể về chiều rộng kênh, địa hình lịng dẫn,… để
tiếp tục sử dụng các số liệu quan trắc qua các năm khác nhau nhằm phục vụ cho công tác tính tốn, dự báo chất lượng nước của lưu vực kênh Than.
3.2.3. Kết quả hiệu chỉnh và kiểm định mơ hình chất lượng nước kênh Than
Mục đích hiệu chỉnh và kiểm định mơ hình
Mục đích là để xác định bộ thông số chất lượng nước phù hợp nhất cho khu vực nghiên cứu. Do hạn chế về thời gian, kinh phí và tài liệu chất lượng nước nên trong nghiên cứu này tác giả chỉ tập trung vào tính tốn một số chỉ tiêu chất lượng
nước cơ bản quan tâm trong kênh theo thời gian và không gian như DO, BOD, nhiệt
độ, nitrat, amoni tương ứng với các điều kiện biên thủy lực và các nguồn thải.
Hiệu chỉnh mơ hình
Các điều kiện biên phục vụ công tác hiệu chỉnh mơ hình chất lượng nước
kênh Than được thống kê chi tiết dưới đây:
+ Điều kiện biên trên là nồng độ chất lượng nước gồm 5 chỉ tiêu được đo
ngày 8/10/2010 tại điểm đo NM7 (Cầu Hang, xã Ninh Hải, huyện Tĩnh Gia).
+ Điều kiện biên dưới là nồng độ chất lượng nước gồm 5 chỉ tiêu được đo
ngày 8/10/2010 tại điểm đo NM1 (Cầu Đị Bè, xã Bình Minh, huyện Tĩnh Gia). + Điều kiện biên nhập lưu là nồng độ chất lượng nước gồm 5 chỉ tiêu chất
dựa trên các điểm xả từ các khu vực dân cư đổ trực tiếp vào kênh Than) gồm: NM4 (Cầu Nôi, đại diện cho nước thải sinh hoạt xã Hải Hòa); NM5 (Cầu Mai, đại diện
cho nước thải sinh hoạt xã Ninh Hải); NM6 (Cầu Máng, đại diện cho nước thải sinh hoạt xã Ninh Hải). Kết quả hiệu chỉnh mơ hình chất lượng nước tại các điểm đo trên
với 04 chỉ tiêu DO, BOD5, NH4+, NO3-được mô tảnhư trên các Hình 3.10 - 3.13.
Hình 3.10. So sánh chỉ tiêu DO giữa kết quả tính tốn với số liệu thực đo tại các vị trí quan trắc
Hình 3.11. So sánh chỉ tiêu BOD5 giữa kết quả tính tốn với số liệu thực đo tại các vị trí quan trắc 6.4 6.6 6.87 7.2 7.4 7.6 7.88 8.2 8.4
Cầu Hang Cầu Nôi Cầu Mai Cầu Máng Cầu Đị Bè
DO Tính tốn (mg/l) Thực đo (mg/l) 0 5 10 15 20 25
Cầu Hang Cầu Nơi Cầu Mai Cầu Máng Cầu Đị Bè
BOD5
Hình 3.12. So sánh chỉ tiêu NH4+ giữa kết quả tính tốn với số liệu thực đo tại các vị trí quan trắc
Hình 3.13. So sánh chỉ tiêu NO3- giữa kết quả tính tốn với số liệu thực đo tại các vị trí quan trắc
Theo kết quả tính tốn biểu diễn ở trên cho thấy sai số giữa kết quả tính tốn với kết quả thực đo nhỏ hơn 25 %, như vậy việc hiệu chỉnh mơ hình chất lượng
nước đã xây dựng được bộ thơng số có thể sử dụng cho các bước tính tốn tiếp theo.
Kiểm định tính tốn chất lượng nước lưu vực kênh Than
Kiểm định mơ hình nhằm đánh giá mức độ phù hợp của bộ thông sốđã xác định trong phần hiệu chỉnh mơ hình. Tuy nhiên, các thơng sốnày trong mơ hình đã được kiểm định ởcác nước phát triển nên trong phạm vi nghiên cứu, điều kiện kinh tế cho phép luận văn sẽ áp dụng gần đúng bộ thông số của phần mềm đã qua bước hiệu chỉnh trên để tiến hành đánh giá, dự báo chất lượng nước của lưu vực kênh
Than trong tương lai.
0 0.05 0.1 0.15 0.2
Cầu Hang Cầu Nôi Cầu Mai Cầu Máng Cầu Đị Bè NH4+ Tính tốn (mg/l) Thực đo (mg/l) 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
Cầu Hang Cầu Nơi Cầu Mai Cầu Máng Cầu Đò Bè
NO3-
3.2.4. Đánh giá hiện trạng chất lượng nước lưu vực kênh Than
Giới hạn phạm vi và mục tiêu mô phỏng mơ hình chất lượng nước
Chất lượng nước của một hệ thống sơng phụ thuộc vào điều kiện khí tượng,
đặc biệt là mưa làm tác dụng pha loãng chất ô nhiễm tham gia vào q trình dịng chảy của hệ thống sông. Đểđánh giá chất lượng nước của một hệ thống sông thông
thường sẽ chọn thời đoạn có điều kiện bất lợi nhất khi dịng chảy cơ bản của hệ
thống sông là thấp nhất tức là vào mùa kiệt. Khi đó lượng mưa ít, dịng chảy nhỏ và làm giảm khảnăng pha loãng và tự làm sạch dẫn đến nguy cơ ô nhiễm tăng lên.
Do vậy, các mô phỏng truyền chất và chất lượng nước được thiết lập dưới
đây trên cơ sở mô phỏng thuỷđộng lực - MIKE11-HD dòng chảy kiệt lưu vực kênh Than vào tháng 10.
Modul chất lượng nước trên MIKE11 có thể ứng dụng ở nhiều q trình phức tạp khác nhau từđơn giản đến phức tạp các mức 1 đến mức 6 (Hướng dẫn sử dụng MKE11).
Trong nghiên cứu này, các mô phỏng truyền chất và quá trình biến đổi chất
lượng nước với mục tiêu chính là đánh giá và dự báo chất lượng nước lưu vực kênh Than. Chất lượng nước được quan tâm bao gồm các chỉ tiêu chính BOD5, DO, và các chỉ tiêu chất dinh dưỡng Amoni và Nitrat. Căn cứvào điều kiện tài liệu và khả năng tính tốn, nghiên cứu sẽ thiết lập modul MIKE11-ECOlab mức 3 mô phỏng quá trình chất lượng nước các chỉ tiêu DO, nhiệt độ, amoni, nitrat và BOD5 (5 chỉ
tiêu) ứng với kịch bản hiện trạng [22].
Để mô phỏng các mudul chất lượng nước trên cơ sở MIKE11-HD, tài liệu sử
dụng để mô phỏng chất lượng nước bao gồm:
• Chất lượng nước trong dịng chảy cơ bản của kênh Than.
• Tồn bộ các nguồn thải: Nguồn nước thải sinh hoạt, nước thải dịch vụ, tiểu thủ công nghiệp, và nước thải từ sản xuất nơng nghiệp.
• Đối với mỗi nguồn thải, yêu cầu phải có đủ 5 chỉ tiêu chất lượng nước nêu trên đồng thời xác định lưu lượng thải cho mỗi nguồn.
Xác định các biên nguồn thải
Các biên nguồn được phân thành các loại nước thải sinh hoạt, nước thải dịch vụ, tiểu thủ công nghiệp và nước thải từ các khu vực sản xuất nơng nghiệp. Việc
tính tốn lưu lượng của từng nguồn thải dựa vào chỉ số trung gian và trong mô phỏng sẽ gộp nhiều điểm nằm rải rác thành các điểm tập trung.
Các nguồn nước thải sinh hoạt
Đểxác định khối lượng phương pháp tốt nhất là đo các nguồn thải, tuy nhiên nghiên cứu này khơng có đủ hết các điều kiện để khảo sát nguồn nước thải, do đó
có thể sử dụng phương pháp định lượng khối lượng nước thải thông qua số lượng
người dân sinh sống ở những vùng dọc các tuyến kênh, khối lượng nước thải của các khu vực được xác định bằng sốngười dân nhân với 80 % của định mức nước sử
dụng. Đối với các khu vực nông thôn, định mức sử dụng khoảng 80 lít/người.ngày,
ở khu vực thành thị 120 lít/người.ngày [11].
Vị trí xác định từ báo cáo khảo sát địa hình tuyến kênh Than từ dự án “Nâng
cấp, sửa chữa, cải tạo hệ thống tiêu kênh Than huyện Tĩnh Gia tỉnh Thanh Hóa” (2010). Vịtrí các điểm lấy mẫu được trình bày chi tiết trong Phụ lục PL4.
Dựa vào thống kê dân số, phân bố dân cư theo địa hình và hành chính, biên khối lượng được xác định như trong Bảng 3.3.
Bảng 3.3. Biên các nguồn nước thải sinh hoạt đổ vào kênh Than
Biên của nguồn nước thải
trong mơ hình Xã, thị trấn Dân số
(2015)
Lưu lượng nước thải
TT Tên Vị trí (L/ngày) m3/s 1 NM1 12782,92 TT Tĩnh Gia 6312 605952 0,007 2 NM4 11487,22 Xã Hải Hòa 8414 538496 0,006 3 NM5 8892,87 Xã Hải Thanh 17327 1108928 0,013 4 NM6 7002,72 Xã Ninh Hải 5470 350080 0,004 5 NM2 13821,92 Xã Bình Minh 6293 402752 0,005 Chất lượng nước thải sinh hoạt được khai báo trong phần mềm thuộc phạm vi của dự án “Nâng cấp, sửa chữa, cải tạo hệ thống tiêu kênh Than huyện Tĩnh Gia tỉnh Thanh Hóa” (2010) (Chi tiết trong Phụ lục PL3).
Biên các nguồn nước thải dịch vụ, tiểu thủ công nghiệp
Cho đến nay trên địa bàn nghiên cứu chưa có khu cơng nghiệp nào, các hoạt
động chủ yếu là thương mại, dịch vụ (nhà hàng, khách sạn…) và làng nghề tiểu thủ
công nghiệp khác tập trung tại các xã ven biển (xã Ninh Hải, Hải Hịa, Hải Thanh)
trong đó có làng nghề làm mắm, chế biến hải sản tại xã Hải Hòa và Hải Thanh. Đa
phần các cơ sở sản xuất khơng có hệ thống xửlý nước thải hoặc hệ thống xử lý hoạt
động không hiệu quả nằm xen kẽ trong các khu dân cư. Lưu lượng nước thải của các khu vực qua khảo sát tương đương với lượng nước cấp cho các đơ thị, ước tính khoảng 151 lít/ngày đối với các nhà hàng, khách sạn thuộc phạm vi nghiên cứu. Số
liệu quan trắc các nguồn thải này cho kết quả các chỉ tiêu DO, nhiệt độ, amoni, nitrat và BOD5 có giá trị lần lượt là: 4,5 mg O2/L; 22oC; 2,3 mg/L; 15,1 mg/L và 210 mg O2/L.
Đối với làng nghề chế biến thủy sản và làm mắm, qua điều tra khảo sát
lượng nước thải bao gồm nước thải sinh hoạt và nước thải sản xuất chủ yếu là nước rửa, làm sạch cá trước khi tiến hành ngâm ủ, nước rửa vệ sinh bể và dụng cụ sản xuất, lưu lượng nước thải ước tính 400 - 500 m3/ngày đêm. Tham khảo Tài liệu kỹ
thuật của Tổng cục Môi trường về Đánh giá công nghệ xử lý nước thải ngành chế
biến thủy sản thì đặc tính nước thải cho hệ thống cơng suất 400 m3/ngày.đêm hàm
lượng BOD5 và nitrat sẽ có giá trị lần lượt là 1610 mg O2/L và 115 mg/L.
Biên của nguồn nước thải nông nghiệp
Hoạt động trồng trọt sử dụng phân bón khơng đúng quy trình, sử dụng quá nhiều hóa chất bảo vệ thực vật cũng đã và đang là nguồn gây ô nhiễm môi trường
nước các lưu vực kênh sơng, trong đó có lưu vực kênh Than.
Nguyên nhân là phân bón và hóa chất bảo vệ thực vật tồn dư trong đất do sử
dụng quá liều lượng bị rửa trơi theo các dịng chảy mặt và đổ vào các con sơng.
Theo tính tốn chưa đầy đủ, nhu cầu sử dụng phân bón cho các hoạt động sản xuất nơng nghiệp của khu vực phía Bắc chiếm khoảng 30 - 40 % tổng nhu cầu toàn
quốc [1]. Lượng phân bón và hóa chất nêu trên là nguồn gây ô nhiễm đáng kể cho
các con sông trong mùa mưa, khi các chất gây ô nhiễm bị rửa trơi sau các cơn mưa.
Ước tính lưu lượng nước thải nơng nghiệp: Để đánh giá chính xác mức độ ô nhiễm đang diễn ra trên lưu vực kênh Than, đề tài đã lựa chọn các tháng mùa khô (từ tháng 10 đến tháng 12) để mơ phỏng tính tốn chất lượng nước. Trong giai đoạn này, trong khu vực nghiên cứu thường xảy ra rất ít mưa và lượng mưa gần như không đáng kể. Với phạm vi nghiên cứu toàn vùng khoảng 2078 ha, lưu lượng nước chảy vào trong vùng có giá trị khoảng 98,6 m3/s [5]. Ước tính lượng nước mưa
ngấm xuống đất bằng 30% lượng mưa tổng. Như vậy, lượng nước mưa còn lại đổ
vào kênh, rạch rồi đổ vào kênh Than có lưu lượng Q = 69,02 m3/s. Lưu lượng này
chính là lưu lượng nước được thải ra từ nông nghiệp.
Khu vực tiếp nhận nguồn nước thải nông nghiệp chủ yếu là kênh Than, tập trung chủ yếu ở các xã Bình Minh và Hải Thanh, do đó biên tiếp nhận nguồn nước thải nơng nghiệp được khai báo vào trong mơ hình tính tốn sẽ nằm tại hai khu vực này với lưu lượng nói trên.
Nồng độ các chất ơ nhiễm từ nước thải nông nghiệp được quan trắc cho các kết quả phân tích DO, nhiệt độ, amoni, nitrat và BOD5 lần lượt là 7,9 mg O2/L; 27 °C, 0,158 mg/L; 0,2 mg/L; và 20 mg O2/L.
Biên của dòng chảy cơ bản
Nguồn nước sơng bản thân nó cũng hàm chứa các chất gây ô nhiễm. Do tuyến kênh nhỏ so với hệ thống sông trên bản đồ Việt Nam, phạm vi khu vực mang
tính địa phương trực thuộc tỉnh không tập trung nhiều các loại hình cụm, khu cơng nghiệp, hoạt động thương mại dịch vụđặc thù như Hà Nội, Bắc Ninh, Vĩnh Phúc ... Phạm vi nghiên cứu được đánh giá thuộc diện nhỏ chỉ mang tính chất đặc thù trên
phương diện cấp Huyện nên các số liệu quan trắc thường xuyên hàng năm của địa
phương chưa đầy đủ. Các số liệu mà tác giả thu thập được chưa đủ tính liên tục. Vì vậy, để thuận lợi cho cơng tác đánh giá, trên cơ sở tham khảo các cơng trình nghiên cứu về chất lượng nước đã có hiện nay, dựa vào số liệu quan trắc của các năm cho
thấy cho thấy mùa khô (từ tháng 10 đến tháng 4 năm sau) là thời kỳ dòng chảy kiệt trên kênh Than bé nhất, khi đó tình trạng ô nhiễm sẽ xảy ra cao nhất. Trong thời gian này các chỉ tiêu chất lượng nước (như DO, BOD5, nhiệt độ, amoni (NH4+), nitrat (NO3-)) xu hướng tăng cao dần bắt đầu từ giữa tháng 10 đến thời điểm đầu tháng 4 năm sau.
Do xu thế phát triển (lên - xuống) của các chỉ số chất lượng nước dọc kênh Than (thời đoạn mùa khơ) đều có thể dự báo được nên biên chất lượng nước của dòng chảy cơ bản trong thời kỳnày được lựa chọn để tính tốn mơ phỏng, biến đổi theo thời gian và nồng độ các chất gây ơ nhiễm có chung xu hướng với xu hướng biến đổi chất lượng nước thời kỳ này.
Khi tính tới các chỉ tiêu chất lượng nước dịng chảy cơ bản vào mơ phỏng chất lượng nước trước hết phải tính tốn thuỷ lực mực nước, lưu lượng trên hệ
thống. Kết quả của các điểm biên nhập vào từ tính tốn thuỷ lực mực nước (hoặc
lưu lượng) sẽđược sử dụng lại như biên đầu vào của mô phỏng chất lượng nước và kèm theo các thông số biên chất lượng nước. Kết quả tính tốn của mơ hình được thể hiện trên Hình 3.14.
Kết quả mơ phỏng chất lượng nước mặt hiện trạng lưu vực kênh Than
Để mơ phỏng hiện trạng chất lượng nước mặt, có thể chọn các điều kiện biên