Hiệu chỉnh kiểm định thơng số mơ hình
Dựa vào bộ thông số thuỷ lực đã được hiệu chỉnh kiểm định ở trên, kết hợp với chuỗi số liệu quan trắc tại 09 điểm trong Hình 3-18:, tiến hành hiệu chỉnh kiểm định bộ thông số của mô đun chất lượng nước.
Bảng 3-5: Một số thơng số chính sử dụng trong mơ đun chất lượng nước
Thơng số Asen Cadimi Đồng Thuỷ ngân
Tỉ lệ không hấp phụ trong nước 1,05 1,05 1,05 1,05
Tỉ lệ khơng hấp phụ trong trầm tích 0,12 0,12 0,12 0,12
Tốc độ lắng của chất lơ lửng 0,15 0,15 0,15 0,15
Nguyên tử khối của KL nặng 74,92 112,411 63,54 200,59
Thông số khuếch tán 0,05 0,06 0,05 0,06
Trong luận văn, học viên đã sử dụng số liệu năm 2015 để hiệu chỉnh tìm bộ thông số chất lượng nước và số liệu năm 2016 để kiểm định lại bộ thơng số mơ hình chất lượng nước. Dưới đây là kết quả hiệu chỉnh mơ hình MIKE 21 FM Ecolab:
Bảng 3-6: Bảng sai số các chất ô nhiễm tháng 8 năm 2015 Vị trí Asen Cd Cu Hg Vị trí Asen Cd Cu Hg NB1 13,2% 17,3% 9,6% 3,8% NB2 5,5% 20,4% 7,9% 9,0% NB3 14,5% 8,5% 21,3% 13,5% NB4 6,1% 23,6% 9,4% 16,8% NB5 7,8% 18,3% 6,4% 19,3% NB6 7,9% 13,5% 12,6% 2,8% NB7 15,6% 4,7% 5,5% 5,8% NB8 19,7% 29,4% 14,9% 14,7% NB9 24,0% 10,0% 5,8% 23,2%
Bảng 3-7: Bảng sai số các chất ô nhiễm tháng 11 năm 2015 Vị trí Asen Cd Cu Hg Vị trí Asen Cd Cu Hg NB1 13,2% 8,5% 5,7% 14,2% NB2 10,2% 17,9% 12,4% 6,4% NB3 8,1% 15,8% 14,5% 17,9% NB4 18,3% 19,5% 12,4% 12,8% NB5 9,1% 14,2% 4,9% 8,0% NB6 14,0% 22,1% 8,5% 11,5% NB7 7,3% 12,3% 22,2% 2,0% NB8 28,4% 22,6% 13,7% 21,9% NB9 27,5% 7,0% 21,1% 15,1%
Học viên đã sử dụng số liệu tháng 8 và tháng 11 năm 2015 để hiệu chỉnh tìm bộ thơng số mơ hình chất lượng nước phù hợp với khu vực nghiên cứu. Kết quả mô phỏng cho thấy sai số tương đối giữa giá trị nồng độ chất ơ nhiễm tính tốn và thực đo tại 09 vị trí kiểm tra là có thể chấp nhận được. Kết quả từ việc hiệu chỉnh mô đun chất lượng nước ECOLab cho thấy các giá trị tính tốn có sự tương đồng cao so với các giá trị thực đo tại cùng một vị trí và thời gian tương ứng (tháng 11 năm 2015). Sai số tuyệt đối giữa giá trị thực đo và tính tốn của các chất đều thấp, sai số tuyệt đối của Asen tại các vị trí dao động từ 0.000024 mg/l đến 0.00162 mg/l, sai số tuyệt đối của Cadimin tại các vị trí dao động từ từ 0.000017 mg/l đến 0.000177 mg/l, sai số tuyệt đối của Đồng tại các vị trí dao động từ 0.000241 mg/l đến 0.001119 mg/l, sai số tuyệt đối của Thuỷ ngân tại các vị trí dao động từ 0.000006 mg/l đến 0.000118 mg/l. Sai số tương đối giữa giá trị tính tốn và giá trị thực đo dao động từ 7.3% đến 20%. Có thể nhận thấy kết quả mơ phỏng tháng 8/2015 cho xu thế tính tốn lớn hơn thực đo trong khi mô phỏng tháng 11/2015 thì xu thế ngược lại; điều này là hợp lý vì mơ hình chất lượng nước chịu tác động và ảnh hưởng khá nhiều từ hướng gió và sóng chủ đạo trong thời gian mơ phỏng.
Hình 3-21: Nồng độ các chất ơ nhiễm thực đo và tính toán tháng 8 năm 2016 Bảng 3-8: Bảng sai số các chất ơ nhiễm tháng 8 năm 2016
Vị trí Asen Cd Cu Hg NB1 7,0% 12,5% 19,4% 9,4% NB2 17,6% 26,2% 16,4% 25,3% NB3 16,4% 16,0% 16,1% 15,5% NB4 6,0% 5,5% 8,4% 7,1% NB5 - 9,1% 9,1% 9,9% NB6 6,6% 13,3% 24,6% 20,5% NB7 8,5% - 27,0% - NB8 16,9% 9,9% 11,1% 10,0% NB9 21,3% 24,9% 4,6% 7,7%
Hình 3-22: Nồng độ các chất ô nhiễm thực đo và tính tốn tháng 11 năm 2016 Bảng 3-9: Bảng sai số các chất ô nhiễm tháng 11 năm 2016
Vị trí Asen Cd Cu Hg NB1 16,6% 23,0% 12,5% 16,3% NB2 12,0% 6,8% 22,5% 14,0% NB3 5,8% 8,7% 7,8% 8,4% NB4 17,8% 14,5% 16,9% 21,6% NB5 16,1% 5,9% 22,0% 15,3% NB6 18,6% - 17,7% 15,1% NB7 9,3% 24,1% 12,4% 22,9% NB8 - 16,6% 6,9% 11,6% NB9 10,7% 13,0% 14,0% 12,8%
Sau khi hiệu chỉnh bộ thơng số mơ hình chất lượng nước năm 2015, để có thể sử dụng bộ thông số để mô phỏng cho khu vực nghiên cứu, học viên đã tiến hành kiểm định bộ thơng số vừa tìm được với số liệu độc lập. Học viên đã sử dụng số liệu chất lượng nước năm 2016 để kiểm định lại bộ thơng số mơ hình chất lượng nước cho khu vực nghiên cứu. Kết quả được thể hiện trong hình 3-19, hình 3-20 và bảng 3-6, bảng 3-7. Kết quả cho thấy sai số tuyệt đối giữa giá trị thực đo và tính tốn của
các chất như sau: sai số tuyệt đối của Asen tại các vị trí dao động từ 0.00007 mg/l đến 0.001615 mg/l, sai số tuyệt đối của Cadimin tại các vị trí dao động từ từ 0.000016 mg/l đến 0.00021 mg/l, sai số tuyệt đối của Đồng tại các vị trí dao động từ 0.00021 mg/l đến 0.00169 mg/l, sai số tuyệt đối của Thuỷ ngân tại các vị trí dao động từ 0.000014 mg/l đến 0.000206 mg/l.
Kết quả hiệu chỉnh mơ hình chất lượng nước cho thấy tại các vị trí có số liệu thực đo, sai số tương đối đều nhỏ hơn 20%, kết quả này có thể chập nhận được với bài tồn nghiên cứu áp dụng mơ hình để mơ phỏng đánh giá chất lượng nước cho khu vực nghiên cứu. Để có thể áp dụng vào bài tốn thực tế thì cần tiếp tục hiệu chỉnh kiểm định để sai số nhỏ hơn 10%, tuy nhiên do thời gian làm luận văn còn hạn chế nên học viên mới chỉ dừng tại thời điểm bộ thơng số cho sai số có thể chấp nhận được trong nghiên cứu tham khảo.
Kết quả mô phỏng lan truyền nồng độ một số kim loại nặng năm 2016
Hình 3-24: Kết quả mơ phỏng Asen triều xuống
Hình 3-26: Kết quả mơ phỏng Cd triều xuống
Hình 3-28: Kết quả mơ phỏng Cu triều xuống
Hình 3-30: Kết quả mô phỏng Hg triều lên
Trường hợp xảy ra sự cố
Q trình tính tốn lan truyền các chất ơ nhiễm ra môi trường tại khu vực ven biển Đình Vũ, thành phố Hải Phịng phụ thuộc vào nhiều yếu tố như lưu lượng xả thải, nồng độ các chất ơ nhiễm, nhiệt độ, sóng, hướng và tốc độ gió, hướng và tốc độ dịng chảy,… tại khu vực. Do đó, các kịch bản tính tốn được lựa chọn mang tính chất đại diện cho các điều kiện khí tượng, thủy - hải văn ở khu vực nghiên cứu, dưới sự tác động của các hoạt động phát triển kinh tế - xã hội. Dựa trên các đặc điểm chính về điều kiện khí hậu, thủy - hải văn, các kịch bản tính tốn được lựa chọn bao gồm: Kịch bản lan truyền khuếch tán chất ô nhiễm cho mùa hè và kịch bản lan truyền khuếch tán chất ô nhiễm cho mùa đông.
Thời gian mô phỏng cho mỗi kịch bản là 7 ngày (168 giờ) nhằm đánh giá được sự lan truyền chất ô nhiễm dưới tác động của các quá trình thủy động lực trong khu vực nghiên cứu. Mơ hình trong khoảng thời gian đầu bắt đầu mô phỏng sẽ bị bất ổn định, cần một khoảng thời gian để chạy ổn định và cho kết quả mơ phỏng tốt nhất.
Chính vì vậy mơ hình sẽ được chạy ổn định trong 24 giờ trước thời điểm bắt đầu ghi kết quả. Chi tiết các kịch bản tính tốn được mơ tả trong Bảng 3-10: dưới đây:
Bảng 3-10: Các kịch bản mô phỏng sự cố
STT Tên kịch bản Thời gian mô
phỏng
Thời gian xảy ra sự cố Nồng độ các thông số ô nhiễm I. Mùa Hè 1 KB1: Hệ thống xử lý nước thải tập trung của khu cơng nghiệp Đình Vũ gặp sự cố 7 ngày. Từ 0h00 ngày ngày 1/8/2016 – 0 giờ ngày 8/8/2016 0 giờ ngày 2/8/2016 – 12 giờ ngày 3/8/2016. Nồng độ thông số các chất ô nhiễm xả thải khi gặp sự cố so với QCVN 40/2011/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp; tại cột B.
- As gấp 10 lần - Cd gấp 10 lần - Cu gấp 10 lần - Hg gấp 10 lần
II. Mùa Đông
2 KB2: Hệ thống xử lý nước thải tập trung của khu cơng nghiệp Đình Vũ gặp sự cố 7 ngày. Từ 0 giờ 4/11/2016 – 0h00 ngày 11/11/2016 0:00 ngày 5/11/2016 – 12:00 ngày 6/11/2016. Nồng độ thông số các chất ô nhiễm xả thải khi gặp sự cố so với QCVN 40/2011/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp; tại cột B.
- As gấp 10 lần - Cd gấp 10 lần - Cu gấp 10 lần - Hg gấp 10 lần
Với bộ thơng số đã tìm được, học viên đã tiến hành mô phỏng lan truyền các chất ơ nhiễm từ khu cơng nghiệp Đình Vũ trong trường hợp xảy ra sự cố để có thể đánh giá được quá trình lan truyền chất ơ nhiễm cũng như phạm vi ảnh hưởng của các chất đó đến khu vực nghiên cứu nếu có sự cố xảy ra để từ đó đưa ra được những
biện pháp giảm thiểu tác động ô nhiễm kịp thời và hiệu quả, dưới đây là kết quả mô phỏng kịch bản xảy ra sự cố.
Kịch bản 1
Kết quả tính tốn lan truyền nồng độ các chất ơ nhiễm tại khu vực ven biển quận Hải An thành phố Hải Phòng cho kịch bản 1 được thể hiện như kết quả dưới đây.
a) Kết quả mô phỏng chất Asen
(a) Triều lên (b) Triều xuống
Hình 3-31: Kết quả mô phỏng asen với kịch bản 1
Kết quả tính tốn trong kịch bản 1 cho thấy nồng độ asen tại vùng cửa sông ven biển Hải An, thành phố Hải Phòng thay đổi theo dao động của chu kì triều tại khu vực nghiên cứu. Thời điểm bắt đầu tính tốn trong kịch bản là đỉnh triều cường, thời gian triều bắt đầu xuống, nước từ trong các sơng đi ra ngồi biển.
Tại thời điểm 1 giờ, 3 giờ và 6 giờ sau khi xảy ra sự cố, do tác động của trường dịng chảy và q trình triều đang xuống làm cho nồng độ asen tại khu vực nghiên cứu lan truyền và khuếch tán từ trong các sơng đi ra ngồi biển. Nồng độ asen trên toàn khu vực nghiên cứu nằm trong khoảng 0,001 mg/l đến trên 0,012 mg/l. Tại vị trí xả thải tập trung của khu cơng nghiệp Đình Vũ nồng độ asen trên 0,03 mg/l tuy nhiên khi lan truyền và khuếch tán ra phía biển thì nồng độ asen có xu hướng giảm dần.
Dịng chảy sơng Cấm khi đổ ra biển theo hướng Đông Bắc kết hợp với trường dịng chảy của khu vực ven biển Đình Vũ nên nồng độ asen lan truyền và khuếch tán theo hướng Đơng Bắc và đi ra phía Đơng của khu vực nghiên cứu. Tại thời điểm 1 giờ sau khi xảy ra sự cố, nồng độ asen được lan truyền và khuếch tán ra phía biển khoảng 500 m so với nguồn thải. Tại thời điểm 3 giờ sau khi xảy ra sự cố, nồng độ asen được lan truyền và khuếch tán ra phía biển khoảng 1.000 m so với nguồn thải. Tại thời điểm 6 giờ sau khi xảy ra sự cố, nồng độ asen được lan truyền và khuếch tán ra phía biển khoảng 1.200 m so với nguồn thải. Vào thời điểm 7 giờ sau khi xảy ra sự cố, do đây là thời điểm nước đứng, nên nồng độ asen tại khu vực cửa sơng ven biển Hải An có xu hướng tập trung tại vị trí xả thải của khu cơng nghiệp Đình Vũ. Nồng độ asen tại vị trí xả thải lên đến 0,05 mg/l.
Tại thời điểm 10 giờ sau khi xảy ra sự cố, do tác động của trường dòng chảy quá trình triều đang lên làm cho nồng độ asen tại vùng cửa sông ven biển Hải An lan truyền và khuếch tán từ ngoài biển đi vào trong các sơng. Nồng độ asen trên tồn khu vực nghiên cứu nằm trong khoảng 0,001 mg/l đến trên 0,007 mg/l. Tại khu vực biển ven bờ nồng độ asen dao động trong khoảng 0,001 - 0,003 mg/l. Nồng độ asen tại vị trí xả thải tập trung của khu cơng nghiệp Đình Vũ theo dịng triều đang lên đi vào phía trong sơng làm cho nồng độ asen tại đây dao động trong khoảng từ 0,009 đến 0,025 mg/l cao hơn nồng độ asen tại khu vực ngoài biển. Tại thời điểm 168 giờ (thời gian kết thúc q trình mơ phỏng tính tốn, đỉnh triều cường) nồng độ asen tại khu vực nghiên cứu nằm trong khoảng 0,001 mg/l và dưới 0,002 mg/l.
Nồng độ asen tại cửa sông ven biển Hải An chịu ảnh hưởng lớn từ các trường dịng chảy và q trình triều. Trong kịch bản 1 nồng độ asen trong khu vực nghiên cứu dao động trong khoảng từ 0,001 mg/l đến trên 0,05 mg/l và thay đổi theo không gian và thời gian. Từ kết quả mơ phỏng tính tốn cho ta thấy, khi hệ thống xử lý nước thải của các công ty, nhà máy, doanh nghiệp trong khu cơng nghiệp Đình Vũ gặp sự cố thì nồng độ asen tại vùng cửa sơng ven biển Hải An có nhiều sự biến động. Đối với khu vực bãi tắm, thể thao dưới nước và các khu vực với mục đích sử dụng khác thì nồng độ asen đạt quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước biển. Đối với
khu vực ni trồng thủy sản, bảo tồn thủy sinh thì nồng độ asen vượt quy chuẩn cho phép lên đến 5 lần.
b) Kết quả mô phỏng Cadimi (Cd)
(a) Triều lên (b) Triều xuống
Hình 3-32: Kết quả mô phỏng cadimi với kịch bản 1
Với thời gian mô phỏng sự cố xảy ra trong vịng 1 ngày, kết quả tính tốn trong kịch bản 1 cho thấy nồng độ cadimi tại vùng cửa sông ven biển Hải An, thành phố Hải Phịng trong các thời kì triều lên, triều xuống và nước đứng thay đổi rõ rệt.
Tại giai đoạn triều xuống từ 1 giờ đến 6 giờ sau khi xảy ra sự cố, dịng chảy có hướng từ sông ra biển làm cho nồng độ cadimi tại khu vực nghiên cứu lan truyền và khuếch tán theo hướng Đông, Đông Nam ra vùng cửa sông ven biển. Nồng độ cadimi trên toàn khu vực nghiên cứu nằm trong khoảng 0,0005 mg/l đến trên 0,01 mg/l. Tại vị trí xả thải tập trung của khu cơng nghiệp Đình Vũ nồng độ cadimi trên 0,03 mg/l, khi lan truyền và khuếch tán ra phía biển thì nồng độ cadimi có xu hướng giảm dần. Tại thời điểm 1 giờ sau khi xảy ra sự cố, nồng độ cadimi được lan truyền và khuếch tán ra phía biển khoảng 800 m so với nguồn thải. Tại thời điểm 3 giờ sau khi xảy ra sự cố, nồng độ cadimi được lan truyền và khuếch tán ra phía biển khoảng 3.400 m so với nguồn thải. Tại thời điểm 6 giờ sau khi xảy ra sự cố, nồng độ cadimi được lan truyền và khuếch tán ra phía biển khoảng 3.500 m so với nguồn thải.
Vào thời điểm 7 giờ sau khi xảy ra sự cố, do đây là thời điểm nước đứng, nên nồng độ cadimi tại khu vực cửa sơng ven biển Hải An có xu hướng tập trung tại vị trí xả thải của khu cơng nghiệp Đình Vũ. Nồng độ cadimi tại xung quanh vị trí xả thải lên đến 0,045 mg/l.
Trong q trình triều đang lên làm cho nồng độ cadimi tại vùng cửa sông ven biển Hải An lan truyền và khuếch tán từ ngồi biển đi vào trong các sơng. Tại thời điểm 10 giờ sau khi xảy ra sự cố, nồng độ cadimi được lan truyền và khuếch tán