1.4. Mục tiêu nghiên cứu
Sơng Nhuệ có vai trò đặc biệt quan trọng đối sự phát triển của thủ đô Hà Nội và những khu vực lân cận, trong những năm gần đây và sắp tới sông Nhuệ bị ô nhiễm
nặng nề đã đặt ra nhu cầu cấp thiết của việc dự báo chất lượng nước sông và đề xuất những giải pháp quản lý chất lượng nước ứng phó với thực trạng ơ nhiễm. Vì vậy luận văn có mục tiêu chính là dự báo chất lượng nước (DO, BOD, T-N) sông Nhuệ, đoạn chảy qua thành phố Hà Nội tới năm 2015 và năm 2020, trên cơ sở đưa ra kết luận và kiến nghị.
1.5. Nội dung nghiên cứu
Để đạt được mục tiêu trên luận văn thực hiện các nội dung chính sau -Tổng quan các nghiên cứu chất lượng nước sơng bằng mơ hình MIKE 11. -Tổng quan về điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội, hiện trạng môi trường nước sông Nhuệ.
-Xác định những áp lực từ nguồn thải theo đoạn sông từ các tài liệu thu thập năm 2008 để phục vụ cho số liệu đầu vào chạy mơ hình mơ phỏng chất lượng nước.
-Ứng dụng mơ hình MIKE 11 mô phỏng chất lượng nước sông Nhuệ theo số liệu nguồn thải năm 2008.
-Hiệu chỉnh và kiểm định mơ hình chất lượng nước bằng số liệu quan trắc 2008 -Dự báo nguồn thải đổ vào sông Nhuệ tới năm 2015 và năm 2020.
-Ứng dụng mơ hình MIKE 11 dự báo chất lượng nước sông Nhuệ tới năm 2015 và năm 2020, trên cơ sở đó đưa ra kết luận và kiến nghị.
Do đề tài thực hiện khơng có nguồn kinh phí chỉ dựa trên tài liệu thu thập nên
không thể thực hiện đề tài với số liệu thủy văn và môi trường cập nhật tại thời gian làm luận văn,vì vậy đề tài đã phải sử dụng số liệu thủy văn và môi trường năm 2008 để mô phỏng, kiểm định chất lượng nước cũng là kiểm định độ chính xác của mơ hình MIKE 11 trong nghiên cứu mơ phỏng, sau đó giữ nguyên phần thủy văn năm 2008 để thay số liệu dự báo vào chạy mơ hình để đưa ra kết quả dự báo. Tuy Nhiên theo kiến thức động lực học dòng chảy thì sơng Nhuệ có động lực dòng chảy nhỏ, êm đềm và sơng chỉ có thể bồi lắng một lượng nhỏ khơng đáng kể hàng năm nên ta có thể xem mặt
cắt sơng gần như không thay đổi theo thời gian hay mơ đun Thủy Lực HD có thể sử dụng năm 2008.
1.6. Phương pháp nghiên cứu
1.6.1. Phương pháp thống kê, thu thập tài liệu
Phương pháp thu thập, thống kê sử dụng thu thập các tài liệu, báo cáo có liên quan đến khu vực nghiên cứu và các tài liệu mơ hình MIKE11, các nguồn tài liệu này rất quan trọngđặc biệt là tài liệu về số liệu nguồn thải theo đoạn sông và số liệu quan trắc chất lượng nước nhằm mô phỏng và kiểm định mơ hình MIKE 11, tài liệu quan trọng nhất là Báo cáo tổng kết Đánh Giá Ngưỡng Chịu Tải và Đề Xuất Các Giải Pháp Quản Lý, Khắc Phục Tình Trạng Ơ Nhiểm Mơi Trường Nước Sơng Nhuệ-Đáy, đây là nguồn tài liệu cung cấp đầy đủ số liệu nguồn thải( vị trí, lưu lượng,nồng độ chất ô nhiễm) và số liệu quan trắc chất lượng nước năm 2008 theo từng đoạn khúc sông Nhuệ giúp mơ phỏng, kiểm định mơ hình MIKE11. Đây cũng là tài liệu cơ sở để rà soát, dẫn đường cho nghiên cứu. Ngoài ra luận văn còn tham khảo các tài liệu về mơ hình, sử dụng mơ hình để mơ phỏng kiểm định chất lượng nước, các tài liệu về lưu vực nghiên cứu, đặc biệt là các Quy hoạch tổng thể phát triển kinh tế xã hội thành phố Hà Nội và các huyện đổ thải trong lưu vực sơng Nhuệ để có số liệu dự báo dân số và số liệu những khu công nghiệp mới.
1.6.2. Phương pháp tính tốn ước lượng nhu cầu sử dụng và nước thải cho từng đoạn sông
Phương pháp tính tốn ước lượng nhu cầu nước và nước thải được sử dụng trong luận văn trong 2 bước:
-Bước 1:Xác định số liệu nguồn thải theo từng khúc sông năm 2008 dùng để chạy mơ phỏng và kiểm định mơ hình MIKE11, phần số liệu này một phần thu thập từ các tài liệu, một phần ước lượng theo phương pháp này.
-Bước 2: Dự báo nhu cầu nước và lượng nước thải của từng nguồn đến năm 2015 và năm 2020, đều sử dụng phương pháp này xuất phát từ dự báo dân số và nhu
cầu sử dụng nước, nước thải theo mục đich ví dụ sinh hoạt một người trung bình sử dụng bao nhiêu lít và lượng nước thải bằng 70% lượng nước sinh hoạt, nhu cầu sử dụng nước và thải nước của bệnh viện ước tính theo giường bệnh vvv…
Một số nội dung trong phương pháp tính tốn ước lượng nhu cầu sử dụng và nước thải:
-Nước thải sinh hoạt được ước tính theo quy định TCXDVN 33/2006 của bộ xây dựng là lượng nước cấp trung bình 120l/người/ngày đối với khu vực thành thị và 80l/người/ngày đối với khu vực nông thôn. Lượng nước thải được ước tính bằng 80% lượng nước cấp.
-Nhu cầu nước dùng cho trồng trọt: mùa vụ cây trồng, diện tích các loại cây trồng, đặc trưng khí tượng khí hậu( lượng mưa, bức xạ mặt trời, nhiệt độ khơng khí, độ ẩm khơng khí, tốc độ gió) của 7 trạm khí tượng thủy văn trong vùng nghiên cứu, hiện trạng và quy họach thủy lợi.
-Nhu cầu nước cho chăn nuôi thường không lớn tuy nhiên có những yêu cầu nhất định về chất lượng nguồn nước để đảm bảo an tồn sức khỏe cho vật ni. Trong chăn ni nước dùng để cung cấp cho vật nuôi ăn uống, vệ sinh chuồng trại, và tạo môi trường sống. Tiêu chuẩn dùng nước theo chăn nuôi được lấy theo “ Định mức nông nghiệp cùng cơng nghiệp thực phẩm 1990” (l/con/ngàyđêm).
- Trâu, bị: 100l/con/ngàyđêm - Lợn: 80l/con/ngàyđêm - Gia cầm: 20l/con/ngàyđêm
- Chăn ni gia đình lấy bằng 100% nước sinh hoạt theo các năm.
-Nhu cầu nước dùng cho nuôi trồng thủy sản: căn cứ vào hiện trạng mặt nước ni trồng thủy sản hiện có tại các địa phương, chủ yếu tính cho ni trồng thủy sản nước ngọt. Tiêu chuẩn dùng nước cho nuôi trồng thủy sản của vùng được tính từ 8000- 12000m3/ha/năm ( cho ao hồ nhỏ và vùng ruộng trũng dành cho nuôi trồng thủy sản).
-Nhu cầu sử dụng nước cho sinh hoạt: dựa theo dân số của các quận huyện tại thời điểm nghiên cứu( theo niên giám thống kê của thành phố); định mức sử dụng nước; tỉ lệ dân số được cấp nước và số lượng sử dụng đối với nguồn nước cấp trong sinh hoạt; chất lượng nước cấp phải đảm bảo tiêu chuẩn vệ sinh do nhà nước quy định.
Bảng 1. Tiêu chuẩn cấp nước sinh hoạt cho các cấp đô thị(l/người/ngàyđêm)
Cấp đô thị
Tiêu chuẩn dùng nước
Thời điểm hiện tại
2014 Năm 2015 Năm 2020
Cấp 1 150 165 180
Cấp 2 120 150 165
Cấp 3 100 120 150
Các thị trấn, Thị Tứ 60 90 120
-Nhu cầu nước dùng cho công nghiệp: bao gồm nhu cầu của các khu công nghiệp tập trung và các khu công nghiệp phân tán. Nhu cầu nước cho các khu công nghiệp tập trung được tính tốn dựa trên số liệu điều tra khảo sát của cục quản lý tài nguyên nước và hiện trạng phát triển các khu công nghiệp trong vùng. Nhu cầu nước cho các khu sản xuất phân tán được tính tốn dựa vào tỉ lệ phần trăm của lượng nước sinh hoạt( theo TCVN 4449-1987). Thông số về tải lượng và lưu lượng của các khu công nghiệp tập trung được thống kê trong bản số liệu.
-Các nhu cầu dùng nước khác: nhu cầu sử dụng nước phục vụ việc khai thác các cơng trình cơng cộng; tưới cây; rửa đường; rị rỉ; thất thoát; nước cho bản thân các nhà máy; và du lịch, dịch vụ được tính tốn theo phần trăm nhu cầu nước cho sinh hoạt, cụ thẻ như sau:
-Nước cho cơng trình cơng cộng: 10% nước cho sinh hoạt. -Nước cho tưới cây, rửa đường: 8% nước sinh hoạt.
-Nước dự phịng thất thốt: 30% nước sinh hoạt. -Nước bản thân nhà máy: 5% nước sinh hoạt.
-Nước dùng cho dịch vụ và du lịch: 15-35% nước sinh hoạt.
-Số liệu nước thải công nghiệp dựa trên các báo cáo quan trắc môi trường khu công nghiệp, quy mô và tần suất hoạt động.
-Số liệu nước thải sinh hoạt ước tính dựa trên dân số và lượng nước cấp trong từng khu vực[15].
1.6.3. Phương pháp mô hình
Phương pháp mơ hình sử dụng mơ hình MIKE 11 với mục đích mơ phỏng u cầu 3 mơ đun: mô đun thủy lực HD, mô đun truyền tải-khuyếch tán AD, mơ đun sinh thái Ecolab. Tích hợp 3 mơ đun này ta có thể đưa ra kết quả mô phỏng chất lượng nước[16].
Mô đun thủy lực HD với đầu vào gồm: 43 mặt cắt, lưu lượng, mực nước làm biên trên, biên dưới, hiệu chỉnh, kiểm định (phần phụ lục). Mô đun chất lượng nước WQ bao gồm truyền tải-khuyếch tán AD và sinh thái Ecolab, đầu vào của mô đun truyền tải khuyếch tán AD là số liệu nguồn thải bao gồm: vị trí, lưu lượng, nồng độ, và đầu vào của mô đun Ecolab mô tả các quá trình sinh học trong nước đực giả định. Để thực hiện đưa ra kết quả dự báo chất lượng nước( DO, BOD, T-N) luận văn đã thực hiện mô phỏng kiểm định chất lượng nước sông năm 2008 với số liệu 3 mô đun thủy lực HD, truyền tải-khuyếch tán AD và Ecolab năm 2008, sau đó giữ ngun phần mơ đun thủy lực HD năm 2008 tích hợp với số liệu dự báo nguồn thải năm 2015 và 2020 để đưa ra kết quả mô phỏng[17].
Chương 3 - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
1.7. Mô phỏng, kiểm định chất lượng nước sơng Nhuệ bằng mơ hình MIKE11 Mục đích của việc mơ phỏng và kiểm định chất lượng nước sông Nhuệ theo số liệu nguồn thải và số liệu quan trắc năm 2008 để đánh giá độ chính xác tin cậy của mơ hình MIKE11 trong nghiên cứu mơ phỏng chất lượng nước. Trên cơ sở đó sẽ dự báo thay đổi nguồn thải đầu vào tới năm 2015 và năm 2020 để chạy mơ hình đưa ra những kết quả dự báo về chất lượng nước sông Nhuệ, đoạn chảy qua thành phố Hà Nội tới năm 2015 và năm 2020.
1.7.1. Phân đoạn sông Nhuệ chảy qua thành phố Hà Nội
Để thuận tiện cho công tác thống kê số liệu đầu vào cho mơ hình MIKE11 thực hiện mô phỏng, kiểm định chất lượng nước, luận văn đã chia khu vực nghiên cứu sông Nhuệ theo từng đoạn sông(6 đoạn) theo bảng 2. Tiêu chí thực hiện làm cơ sở phân đoạn sông là:
-Phạm vi đánh giá khả năng tiếp nhận chất ô nhiễm của đoạn sông. -Căn cứ vào hiện trạng và nhu cầu sử dụng nước của sông Nhuệ-Đáy.
-Việc phân đoạn sông nghiên cứu dựa vào điều kiện tự nhiên, đặc biệt là điều kiện địa hình, sơng ngịi, nguồn nước và yêu cầu phát triển nguồn nước. Việc phân đoạn sông được thực hiện theo một số nguyên tắc phù hợp theo vùng không gian địa lý –Hành chính và lưu vực sông, đồng thời phù hợp với phân hạng chất lượng nước và mục đích bảo vệ, sử dụng nguồn nước. Đây là cơ sở phân đoạn sông theo bảng sau:
Bảng 2. Phân đoạn sông Nhuệ Đoạn Đoạn sông Chiều Đoạn Đoạn sông Chiều
dài (km)
Hiện trạng sử dụng nước
Huyện đổ
thải Phân loại nguồn
1
Cống Liên Mạc-Cầu
Hà Đông 15,68 Tưới tiêu cho nông nghiệp Hồi Đức, Từ Liêm
Sinh hoạt, Nơng nghiệp, Du lịch, Bệnh viện, Công nghiệp, Làng nghề 2 Cầu Hà Đơng –Cầu Tó 4,34
Tưới tiêu cho nơng nghiệp, ni thủy sản, chứa nước thải
Hồi Đức, Hà Đơng, Thanh Trì
Sinh hoạt, Nơng nghiệp, Du lịch, Bệnh viện, Cơng nghiệp, Làng nghề
3 Cầu Tó-Cầu
Chiếc 17,14
Tưới tiêu cho nông nghiệp, nuôi thủy sản, chứa nước thải
Thanh Trì, Hà Đơng, Thanh Oai,
Thường Tín
Sinh hoạt, Nông nghiệp, Du lịch, Bệnh viện, Công nghiệp, Làng nghề
4 Cầu Chiếc –
Đồng Quan 17,33
Tưới tiêu cho nông nghiệp, nuôi thủy sản, chứa nước thải
Thanh Oai,Thườn
g Tín
Sinh hoạt, Nơng nghiệp, Du lịch, Bệnh viện, Công nghiệp, Làng nghề
5 Đồng Quan
–Cống Thần 13,56
Tưới tiêu cho nông nghiệp, nuôi thủy sản, chứa nước thải
Phú Xuyên, Ứng Hòa
Sinh hoạt, Nông nghiệp, Du lịch, Bệnh viện, Công nghiệp, Làng nghề
6 Cống Thần-
Phủ Lý 14,72
Tưới tiêu cho nông nghiệp, chăn nuôi, nuôi
thủy sản, chứa nước thải, giao
thông thủy
Kim Bảng, Duy Tiên
Sinh hoạt, Nông nghiệp, Du lịch, Bệnh viện, Công nghiệp, Làng nghề
Phân đoạn khúc sông Nhuệ phục vụ mục tiêu thống kê nguồn thải theo đoạn sông
1.7.2. Mô phỏng, kiểm định chất lượng nước sông Nhuệ
Xây dựng cơ sở dữ liệu cho mạng thủy lực MIKE 11
Khu vực nghiên cứu sông Nhuệ, đoạn chảy qua địa phận thành phố Hà Nội nằm trong hệ thống sông Nhuệ-Đáy bao gồm 4 con sông