Nhìn chung trên địa bàn, hệ thống thoát nước thải và nước mưa đang đi chung. Nước thải sinh hoạt dân cư ở trung tâm các xã, cơ quan và cơng trình cơng
cộng mới được xử lý qua bể tự hoại rồi chảy ra hệ thống thốt nước mưa, chưa có
hệ thống thốt nước thải riêng.
Hiện tại hệ thống thoát nước chỉ mới được đầu tư xây dựng một số tuyến cống, mương xây nắp đan dọc theo các tuyến đường, tập trung chủ yếu tại các khu vực trung tâm xã. Còn lại phần lớn lượng nước thải sinh hoạt và nước mặt đang
thoát chung vào hệ thống mương hở hoặc tự thấm, các hộ dân nông nghiệp hầu hết vẫn chưa có hệ thống bể tự hoại, chủ yếu thốt theo kiểu tự tiêu chảy gây mất vệ sinh mơi trường và là mầm mống gây bệnh tật cho con người.
Tình trạng thu gom và xử lý nước thải tại khu vực xã Hải Hịa có dân cư
phân tán và một vài khách sạn (khoảng 7 khách sạn trung bình 15 - 20 phịng), và một số nhà hàng nhỏ (chủ yếu đặt sai quy hoạch) nên lượng nước thải không lớn, chủ yếu được xử lý bằng bể tự hoại và cho tự thấm, khu vực này đã và đang phát
triển quy hoạch nhiều và tốc độ phát triển chưa cao. Xã Hải Thanh có dân số tập
trung đông, nước thải được xử lý qua các bể tự hoại và tự thấm, mặt khác hệ thống hạ tầng kỹ thuật khơng có từ trong mỗi gia đình nên khó xây dựng hệ thống thu
gom nước thải tập trung. Khu dân cư xã Nguyên Bình là khu dân tái định cư từ khu kinh tế (KKT) Nghi Sơn đến đây nên đang được KKT nghiên cứu đầu tư hệ thống thu gom và xử lý nước thải. Trung tâm thị trấn Tĩnh Gia khoảng hơn 6000 người,
nước thải sinh hoạt tại khu vực này được thu về các tuyến cống chung và đổ ra kênh Cầu Trắng gây ra tình trạng ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng đến cuộc sống của nhân dân hai bên tuyến kênh này [4].
3.1.2. Hiện trạng chất lượng nước lưu vực kênh Than
Kết quả phân tích chất lượng các mẫu nước mặt trên tuyến kênh Than năm
2017 (kết quả chi tiết trong các Bảng của Phụ lục PL3) cho thấy, hầu hết các thông số đều nằm trong giới hạn cho phép so với Quy chuẩn Kỹ thuật Quốc gia về chất
lượng nước mặt (QCVN 08-MT:2015/BTNMT). Tuy nhiên, so với QCVN 08- MT:2015/BTNMT chỉ số TSS vượt từ 1,52 – 1,84 lần và chỉ số Coliform vượt từ
1,05 – 1,36 lần. Nguyên nhân chủ yếu do hiện trạng xả trực tiếp nước thải từ các hộ
dân và các cơ quan xí nghiệp dọc theo tuyến kênh Than và kênh Cầu Trắng.
Tại khu vực trung tâm thị trấn do chưa có nhiều nhà máy xí nghiệp hoạt
động nên nguồn nước ngầm ít bị ơ nhiễm bởi nguồn thải này. Chỉ cần xử lý sơ bộ
bằng phương pháp lắng cặn trước khi cấp nước sinh hoạt cho người dân [4].
3.2. Áp dụng mơ hình và kết quả
3.2.1. Các thơng tin đầu vào cho mơ hình thủy lực
3.2.1.1 Số liệu thu thập
Trên cơ sở tài liệu mặt cắt ngang tồn bộ kênh Than được sử dụng trong mơ hình từ kết quả đo đạc năm 2010 trong Dự án “Nâng cấp, sửa chữa, cải tạo hệ
thống tiêu Kênh Than huyện Tĩnh Gia tỉnh Thanh Hóa”. Với có chiều dài 23,2 km,
đổra 2 đầu cống Bến Ngao (đổ ra sơng n) và cống Đị Bè đổ ra sơng Bạng.
Các kênh đổ vào kênh Than gồm: kênh tiêu Đồng Chìa, kênh tiêu Đồng Hậu, kênh tiêu Cẩm Lệ, kênh tiêu Cầu Nhớt, kênh tiêu Cầu Trắng, kênh tiêu Văn Sơn.
Dữ liệu về mặt cắt kênh bao gồm hai bộ dữ liệu, dữ liệu thô và dữ liệu đã xử
lý. Dữ liệu thô là bộ số liệu được mô tả dưới dạng cột từ tài liệu mặt cắt đo đạc
được bằng cách dùng trục toạ độ (x,z) thường được lấy từ những cuộc khảo sát, đo đạc lịng kênh. Dữ liệu đã xửlý được tính từ dữ liệu thơ và có chứa các giá trị tương ứng về cao trình, diện tích mặt cắt, chiều rộng kênh, bán kính thủy lực, lực cản. Bảng dữ liệu đã xửlý được dùng trực tiếp vào mơ đun tính tốn.
Mỗi một mặt cắt đơn nhất được xác định bằng ba yếu tố chủ yếu sau đây: Tên kênh (river name) là chuỗi, không giới hạn độ dài.
Đặc điểm địa hình (topo ID) là chuỗi khơng giới hạn độ dài.
Vị trí (chainage) là số biểu thị vị trí của mặt cắt trên kênh.
Bảng 3.1. Địa hình lịng dẫn lưu vực kênh Than
TT Tên kênh Đoạn kênh Chiều dài (km) Số mặt cắt
1 Kênh Than Từ cống Đò Bè đến Cầu Kênh 9,446 73 2 Kênh Than Từ cống Bến Ngao đến Cầu Kênh 13,754 103
Kết quả một số mặt cắt ngang điển hình của hệ thống các kênh đổ vào kênh
Than được thể hiện trong mơ hình MIKE 11 như trên các Hình 3.3 (a,b,c).
b)
c)
Hình 3.3. Một số mặt cắt ngang điển hình của hệ thống kênh Than trong mơ hình MIKE 11
3.2.1.2 Điều kiện biên và điều kiện ban đầu trong mơ hình thủy lực
Việc thiết lập điều kiện biên để thực hiên bài tốn thuỷ lực trên mơ hình MIKE 11 cho hệ thống kênh Than. Lưu lượng thực đo đợt lũ, trong tháng 10/1999
được chọn làm tháng kiệt để chạy hiệu chỉnh mơ hình thuỷ lực.
a) Biên trên là biên lưu lượng từ các kênh tiêu đổ vào Kênh Than
(i) Biên lưu lượng từ Đồng Chìa; (ii) Biên lưu lượng Đồng Hậu; (iii) Biên
lưu lượng Cẩm Lệ; (iv) Biên lưu lượng Văn Sơn; (v) Biên lưu lượng Cầu Trắng; (vi) Biên lưu lượng Cầu Nhớt (Bảng số liệu chi tiết thể hiện ở Phụ Lục PL1).
b) Biên dưới
Biên dưới mơ hình là mực nước của các kênh tiêu đổ ra kênh Than tại cống Bến Ngao và mực nước tại cửa ra Đò Bè (Bảng số liệu chi tiết ở Phụ Lục PL2).
c) Vị trí kiểm tra
Cống Đị Bè phía kênh Than; hạ lưu cầu Hang; hạ lưu cầu Đen; thượng lưu
cầu Kênh; hạlưu cầu Đáy; Cống Bến Ngao phía kênh Than như trên Hình 2.5.
d) Kết quả điều kiện ban đầu trong mơ hình thủy lực (HD)
Mực nước và lưu lượng ban đầu trên toàn hệ thống kênh được lấy tại thời
điểm bắt đầu tính cho mỗi thời điểm tính tốn theo số liệu thực đo tại các trạm số
liệu thủy văn cơ bản. Mực nước ban đầu tại từng nút tính tốn được nội suy tuyến tính theo khoảng cách từ mực nước của các nút có số liệu thực đo mực nước. Lưu lượng đầu đoạn và cuối đoạn ban đầu của từng đoạn kênh được tính tốn từ lưu lượng thực đo tại các trạm thuỷ văn dựa trên tỷ số phân chia lưu lượng trung bình giữa các nhánh kênh, với giảđịnh chếđộ chảy tại thời điểm ban đầu là ổn định đều.
Trường hợp khác có thể sử dụng dạng dữ liệu theo định dạng của mơ hình dưới dạng file hoststart.
Đối với chất lượng nước trên các kênh, tại các kênh thượng lưu có thể lấy bằng 0, đối với vùng cửa kênh chất lượng nước ban đầu được lấy giá trị chất lượng
nước tại các trạm có đo chỉ số chất lượng nước trên hệ thống và tiến hành nội suy tuyến tính đối với các vị trí trên kênh khơng có số liệu thực đo. Cũng như mực nước
và lưu lượng, chất lượng nước ban đầu cũng có thể tạo ra bằng cơng cụ trong mơ
hình dưới dạng tệp hoststart.
3.2.1.3 Tóm tắt q trình tính tốn
Bước 1: Chọn các thơng số ban đầu tính tốn cho từng mơ đun (HD, AD, WQ). Lựa chọn dạng Parameter file với mực nước được chọn là 0,2 m trên cơ sở số
liệu thu thập tại Phụ lục PL1;
Bước 2: Chạy mơ hình để tính tốn;
Bước 3: So sánh (trực quan) kết quả tính tốn của mơ hình với dữ liệu thực
Bước 4: Nếu kết quảso sánh đạt yêu cầu thì dừng bước hiệu chỉnh thơng số. Nếu kết quảchưa đạt phân tích, đánh giá sai lệch hiệu chỉnh lại thông số.
Các thơng số đã được hiệu chỉnh cho kết quả tính tốn:
- Thơng số tính tốn thủy động lực: Thơng số quan trọng nhất ảnh hưởng đến kết quả mô phỏng là phải chọn bước tính tốn (maximum dx) phù hợp, luận văn lựa chọn bước tính tốn dx = 100 m như trên Hình 3.4.
Hình 3.4. Lựa chọn thơng số tính tốn thủy động lực
- Thơng số tính tốn lan truyền, khuếch tán: thơng số quan trọng trong tính tốn mà ảnh hưởng đến kết quả mô phỏng là phải chọn hệ số phát tán (dispersion factor) phù hợp, luận văn đã lựa chọn hệ sốnày là 25 như trên Hình 3.5.
- Thơng số tính tốn chất lượng nước: Thơng số cho các q trình động học phản ứng trong môi trường nước được thể hiện chi tiết trong Phụ lục PL13.
3.2.2. Kết quả hiệu chỉnh và kiểm định mơ hình thủy lực
Kết quả hiệu chỉnh tính tốn mơ phỏng
Căn cứ sơ đồ trên Hình 3.2 và bộ số liệu biên thực đo các biên trên, số liệu mực nước và chất lượng nước được khơi phục từ mơ hình một chiều tại các cửa sơng tiến hành thực hiện tính tốn hiệu chỉnh bộ thơng số mơ hình cho tồn bộ
mạng lưới kênh Than với bước thời gian tính tốn thủy lực là 10 phút và tính tốn lan truyền chất lượng nước với bước thời gian tính là 5 giây.
Các thông số thủy lực được hiệu chỉnh chủ yếu là hệ số nhám lòng dẫn và
điều kiện ban đầu. Điều kiện ban đầu trong lần chạy đầu tiên được xác định dựa trên mực nước, lưu lượng tại các trạm thủy văn từ đó nội suy tuyến tính cho các mặt cắt còn lại. Đối với các lần chạy sau, điều kiện ban đầu được xác định bằng cách lấy toàn bộ trạng thái thủy lực ở bước thời gian trước đó làm điều kiện ban đầu, tính
năng này được tích hợp trong mơ hình và như vậy có thể dễ dàng xác định được
điều kiện ban đầu cho mỗi lần tính tốn được thể hiện trên Hình 3.6.
Hình 3.6. Kết quả hiệu chỉnh điều kiện ban đầu
Đối với hệ số nhám, việc hiệu chỉnh có thể tự động, tuy nhiên trong thực tế đối với vùng nghiên cứu thì hệ sốnhám được chỉnh theo thứ tự, ban đầu là xác định
sơ bộ hệ số nhám căn cứ vào địa hình lịng dẫn của từng đoạn kênh, tiếp theo tiến
hành thay đổi thủ công với hàm mục tiêu là sự phù hợp giữa mực nước, lưu lượng tính tốn và thực đo tại các vị trí kiểm tra. Sau nhiều lần thay đổi thơng số của mơ hình, kết quả hệ số nhám trung bình trong từng kênh được thể hiện trên Hình 3.7 và kết quả hiệu chỉnh mơ hình thủy lực tại các điểm đo cầu Bến Ngao và Đò Bè được thể hiện trên các Hình 3.8, Hình 3.9.
Hình 3.7. Kết quả hiệu chỉnh hệ số nhám
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, khơng đáng kể về chiều rộng kênh, địa hình lòng dẫn,… để
tiếp tục sử dụng các số liệu quan trắc qua các năm khác nhau nhằm phục vụ cho cơng 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 Nơi 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