3.3. Đánh giá chất lượng nước lưu vực sông Cầu bằng mơ hình SWAT
3.3.1. Các bước chạy mơ hình
Sau khi xây dựng cơ sở dữ liệu và lựa chọn các thơng số, nhập dữ liệu vào mơ hình SWAT. Học viên sử dụng tool ArcSWAT cài đặt trong phần mềm ArcGIS để chạy mơ hình.
Hình 3. 19. Giao diện mơ hình SWAT trong phần mềm Arcgis
Các bước thực hiện nhập dữ liệu và chạy mơ hình SWAT như sau: Bước 1: Nhập dữ liệu mơ hình số độ cao (DEM)
Bước 2: Nhập dữ liệu sử dụng đất Bước 3: Nhập dữ liệu thổ nhưỡng
Bước 4: Phân cấp dữ liệu độ dốc sau khi thành lập từ DEM Bước 5: Nhập dữ liệu thời tiết
0 5 10 15 20 25 30 35 Tem Tem
Bước 6: Chạy mơ hình và kiểm tra kết quả
Hình 3. 20. Thứ tự các bước nhập dữ liệu vào mơ hình
3.3.2. Kết quả đánh giá
Trong mục 2.2.2 đã nêu những thông số cần thiết để phục vụ việc đánh giá chất lượng nước theo hàm lượng các chất dinh dưỡng là NO3, PO4, NH4.
Trước khi sử dụng kết quả này, ta cần phải đánh giá độ tin cậy của kết quả. Trong quá trình thu thập số liệu đo chất lượng nước thực tế, học viên đã có được dữ liệu đo hàm lượng NO3 năm 2010 của sông Cầu đoạn chảy qua TX. Bắc Kạn thuộc tiểu lưu vực số 7. Vì vậy, học viên đã lấy kết quả tính hàm lượng NO3 của tiểu lưu vực số 7 để đánh giá.
Hình 3. 21. Biểu đồ hàm lượng NO3tiểu lưu vực số 7 theo thời gian tính từ mơ hình SWAT
(đơn vị: mg/l)
Đánh giá độ tin cậy của kết quả
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 NO 3 (m g/l ) Month Swat SL do
Hình 3. 22. Hiểu đồ tương quan giữa số liệu tính tốn và thực đo của hàm lượng NO3
Ta nhận thấy hệ số tương quan (căn bậc hai của hệ số xác định bội R2) giữa số liệu tính tốn hàm lượng NO3 trong nước trung bình tháng của tiểu lưu vực số 7 và số liệu đo thực tế là R> 0.85, vì thế có thể kết luận kết quả tính tốn từ mơ hình cho độ tin cậy cao, việc sử dụng kết quả tính tốn này để đánh giá chất lượng nước cho tồn lưu vực là hợp lý, có cơ sở.
Hình 3. 23. Kết quả hàm lượng trung bình năm các chất trong nước các tiểu lưu vực năm 2010
So sánh kết quả tính tốn được với bảng quy định giá trị giới hạn của các thông số chất lượng nước theo QCVN 08: 2008/BTNMT làm cơ sở đánh giá chất lượng nước theo chỉ tiêu về hàm lượng các chất dinh dưỡng.
Bảng 3. 11. Phân cấp chất lượng nước theo giá trị giới hạn nồng độ chất dinh dưỡng theo QCVN 08: 2008/BTNMT
Trong đấy chức năng sử dụng nước theo các cấp như sau:
A1 - Sử dụng tốt cho mục đích cấp nước sinh hoạt và các mục đích khác như loại A2, B1 và B2.
A2 - Dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt nhưng phải áp dụng công nghệ xử lý phù hợp; bảo tồn động thực vật thủy sinh, hoặc các mục đích sử dụng như loại B1 và B2.
B1 - Dùng cho mục đích tưới tiêu thủy lợi hoặc các mục đích sử dụng khác có u cầu chất lượng nước tương tự hoặc các mục đích sử dụng như loại B2.
B2 - Giao thông thủy và các mục đích khác với yêu cầu nước chất lượng thấp. Kết quả phân loại chất lượng nước trung bình mỗi tiểu lưu vực được thể hiện thông qua các bảng biểu và bản đồ dưới đây:
Hình 3. 24. Kết quả phân loại chất lượng nước theo QCVN 08: 2008/BTNMT của mỗi tiểu lưu vực
Sau khi có kết quả phân cấp chất lượng nước theo từng tiểu lưu vực, học viên thực hiện đánh giá chất lượng nước chung của từng tiểu lưu vực theo vấn đề ô nhiễm các chất dinh dưỡng (phú dưỡng) theo bảng sau:
Bảng 3. 12. Đánh giá chung chất lượng nước từng tiểu lưu vực theo ô nhiễm chất dinh
dưỡng
Lưu vực PLNO3- PLPO4 3- PLNH4 Đánh giá chung
1 A2 A1 A2 A2 2 A1 A1 A1 A1 3 B1 A2 B1 B1 4 A2 B1 B1 B1 5 A2 A1 A2 A2 6 A2 A1 A1 A2 7 A2 A2 A2 A2 8 A2 A1 A1 A2 9 A2 A1 A2 A2 10 A1 A1 A1 A1 11 A2 A1 A1 A2 12 A2 A1 A1 A2 13 A2 A1 A2 A2
Từ bảng trên ta thành lập bản đồ phân cấp chất lượng nước trung bình các tiểu lưu vực thuộc lưu vực sơng Cầu năm 2010 (hình 3.28).
Hình 3. 28. Bản đồ phân cấp chất lượng nước theo chỉ tiêu ô nhiễm chất dinh dưỡng trung bình năm 2010
Sau khi xử lý kết quả đầu ra từ mơ hình và thành lập bản đồ phân cấp chất lượng nước theo QCVN 08: 2008/BTNMT thì ta thấy phần lớn nước trong các tiểu lưu vực ở mức A2 là mức dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt nhưng phải áp dụng công nghệ xử lý phù hợp; bảo tồn động thực vật thủy sinh, hoặc các mục đích sử dụng như loại B1 và B2. Chỉ có 2 tiểu lưu vực có chất lượng nước đạt mức A1 là tiểu lưu vực 2 và 10, bên cạnh đấy có 2 tiểu lưu vực có chất lượng nước kém ở mức B1 là tiểu lưu vực 3 và 4. Với chất lượng nước ở hai tiểu lưu vực 3 và 4 thì chỉ có thể dùng cho mục đích tưới tiêu thủy lợi hoặc các mục đích sử dụng khác có yêu cầu chất lượng nước tương tự hoặc các mục đích sử dụng như loại B2.
3.4. Kiến nghị một số giải pháp hỗ trợ quản lý tài nguyên nước lưu vực sông Cầu Cầu
- Qua quá trình xử lý và chạy mơ hình, học viên đã tìm và đánh giá mối tương quan giữa phần trăm diện tích rừng của từng tiểu lưu vực tới chất lượng nước, vì rừng có vai trò hết sức quan trọng trong việc điều hòa vòng tuần hoàn của nước cũng như các chất dinh dưỡng. Kết quả thu được như hình 3.29:
Thông qua biểu đồ ta nhận thấy mối tương quan nghịch khá rõ (hệ số tương quan < -0.8) giữa % diện tích rừng và hàm lượng các chất NO3, PO4, NH4. Vì vậy, cơng tác bảo vệ diện tích rừng tự nhiên cũng như phát triển mở rộng cả về diện tích và trữ lượng rừng trồng sẽ góp phần quan trọng trong việc bảo vệ nguồn tài nguyên nước.
- Hàm lượng các chất dinh dưỡng có trong nước cao nhất tập trung vào mùa mưa. Đây cũng là một kết quả quan trọng trong việc sử dụng nguồn nước từng tiểu lưu vực. Vào mùa mưa cần phải có những biện pháp xử lý cần thiết trước khi đưa nước vào sử dụng cũng như tiết kiệm chi phí xử lý vào mùa khơ.
Hình 3. 30. Hàm lượng NO3 cao nhất tập trung chủ yếu vào mùa mưa
- Theo định hướng quy hoạch của tỉnh Bắc Kạn đến năm 2015, tỉnh tập trung vào phát triển các khu công nghiệp, khai thác khống sản và ni trồng thuỷ hải sản với mục tiêu thay đổi cơ cấu ngành kinh tế và phát triển. Vì vậy việc làm thay đổi chất lượng nước theo chiều hướng xấu là khó tránh khỏi, đặc biệt là khi chất lượng nước lưu vực sông Cầu đã có tiểu lưu vực xuống đến cấp B1. Để giảm thiểu ảnh hưởng của những hoạt động này cần có những biện pháp quản lý, xử lý nước thải theo quy chuẩn. Dưới đây là một số giải pháp kiểm sốt ơ nhiễm nước: [10]
Bảng 3. 13. Các giải pháp kiểm sốt ơ nhiễm nước
Nguyên lý Phương pháp Ví dụ
A. Giảm sự phát sinh chất thải
1. Cấp nước cho tuần hoàn sản xuất Thu gom nước làm nguội để
tái tuần hồn và sử dụng 2. Tách dịng thải có nồng độ chất ô
nhiễm cao
Loại chất thải rắn bằng thủ
công hay cơ khí và thải
riêng biệt một cách dễ dàng
3. Loại trừ chất thải Dùng bã thải công nghiệp
thực phẩm để nuôi da súc hoặc nuôi cá
4. Thay đổi loại nguyên liệu đầu vào Nghiên cứu tìm ngun liệu thay thế thích hợp
5. Thay đổi q trình cơng nghệ sản
xuất
Đổi từ chiết suất bằng áp
lực sang bằng dung môi trong công nghiệp dầu thực vật để đạt hiệu suất chiết cao và giảm hàm lượng dầu trong dòng thải
6. Thay đổi hoàn thiện sản phẩm đầu ra Thay đổi vật liệu bao bì, từ
loại thải bỏ sang loại co thể thu hồi tuần hoàn
B. Giảm chất thải sau phát sinh
7. Thu hồi vật liệu Thu gom xơ quả trong công
nghiệp dầu cọ, phơi khơ làm nhiên liệu đốt lị hơi
8. Sản xuất sản phẩm phụ Kết hợp chăn nuôi, trồng
trọt thành thể thống nhất
như hệ chăn nuôi gia cầm,
gia súc, thực vật thuỷ sinh và cây trồng
9. Xủ lý chất thải Kênh ơ xy hố tuần hồn,
nước
10. Tái sử dụng dịng thải Nuôi trồng thực vật thuỷ
sinh, tưới cây làm mầu mỡ đất, sản xuất khí sinh học C. Tăng cường khả năng tự làm sạch của nguồn tiếp nhận nước thải
11. Bổ sung nước pha loãng 12. Xả nước thải phân tán 13. Khuấy trộn nước trong hồ
14. Cung cấp ô xy cưỡng bức cho sông hồ
15. Quy hoạch, bố trí lại dịng thải và sơng hồ
D. Các giải pháp sinh thái chống
phú dưỡng
nguồn nước
16. Xử lý hoá học trong hồ Dùng các loại phèn nhôm
hoặc phèn sắt để kết tủa Phốt pho
17. Giảm sinh khối trong nguồn nước Đưa động vật ăn cỏ và ăn cỏ
trong hồ hoặc phun thuốc diệt cỏ để kiểm soát tảo và cỏ
KẾT LUẬN
Sau khi thực hiện đề tài luận văn, Học viên rút ra một số kết luận như sau: - Lưu vực sông Cầu là một trong những lưu vực sông lớn của nước ta, nó chảy qua nhiều tỉnh thành (Bắc Kạn, Bắc Giang, Thái Nguyên, Hà Nội, Bắc Ninh, Bắc Giang) vì thế nguồn nước trong lưu vực đang ngày càng ô nhiễm do khơng có sự thống nhất trong quản lý giữa các địa phương đẫn đến tình trạng “Cha chung khơng ai khóc”. Luận văn tuy mới chỉ nghiên cứu cho phần thượng lưu ở tỉnh Bắc Kạn vì lý do khơng đủ cơ sở dữ liệu, nhưng đây là một hướng nghiên cứu mới, cho kết quả đánh giá nhanh về chất lượng nước. Mơ hình nghiên cứu SWAT sẽ hỗ trợ tốt cho người ra quyết định trong việc quản lý, bảo vệ tài nguyên nước.
- Kết quả chạy ra từ mơ hình SWAT cho chúng ta thông số về hàm lượng các chất dinh dưỡng có trong nước, phục vụ việc đánh giá nhanh chất lượng nước đầu ra. Theo số liệu so sánh giữa kết quả mơ hình và số liệu đo thực tế thì độ tin cậy của mơ hình là khá cao, vì vậy việc sử dụng mơ hình để đánh giá tác động của các phương án quy hoạch thay đổi sử cơ cấu sử dụng đất tới chất lượng môi trường nước là khả thi, thông qua đấy đưa ra cho người quản lý cơ sở để lựa chọn phương pháp tối ưu nhất để cân bằng giữa phát triển và bảo vệ nguồn tài nguyên nước quý giá trong lưu vực.
- Luận văn đã xác định được mối tương quan giữa hàm lượng các chất NO3, PO4, NH4 với diện tích rừng và sự phân hố của chúng theo mùa. Điều này tạo cơ sở khoa học cho việc chú trọng bảo vệ và gia tăng diện tích rừng và định hướng khai thác nguồn tài nguyên nước theo mùa ở lưu vực sông Cầu.
- Các hoạt động liên quan đến nước thường thuộc các ngành cụ thể và được quản lý bởi các thể chế theo ngành, chịu tác động của các mục tiêu và quyền lợi cụ thể. Kết quả là việc quản lý tài nguyên nước thường có khuynh hướng bị lấn át bởi quyền lợi ngành. Vì vậy việc quản lý bảo vệ nguồn tài nguyên này cần phải có sự phối hợp và điều tiết các yêu cầu xuất phát từ các quyền lợi mâu thuẫn với nhau. Việc quản lý này không thể tiến hành trong nội bộ những biên giới hành chính của
mỗi ngành, mà phải được xử lý như một vấn đề liên ngành và quản lý theo các lưu vực sông.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
A. Tiềng Việt
1. Hoàng Thị Thu Trang - Đánh giá ảnh hưởng của sự phát triển kinh tế xã hội tới chất lượng nước sông Cầu bằng cơng cụ tốn học
2. Lê Anh Tuấn - Giáo trình Thủy văn Mơi trường
3. Lê Huy Bá (2007), Sinh thái môi trường đất, Nhà xuất bản Đại học quốc gia Tp. HCM
4. Lê Văn Linh, Nguyễn Văn Sơn - Ứng dụng mơ hình SWAT đánh giá tác động của biến đổi khí hậu đến dịng chảy lưu vực sơng Đáy trên địa bàn thành phố Hà Nội
5. Luật tài nguyên nước: 17/2012/QH13
6. Ngô Trọng Thuận - Vấn đề quản lý tổng hợp lưu vực sông
7. Nguyễn Kim Lợi (2002), Tiếp cận mơ hình hóa trong nghiên cứu thay đổi sử dụng đất tại lưu vực sông Đồng Nai, Tạp chí khoa học Nơng Lâm nghiệp, số 1/2002, Đại học Nông Lâm TPHCM, trang 34 - 40.
8. Nguyễn Kim Lợi, Trần Thống Nhất (2009), Mơ hình SWAT trong đánh giá đất và nước, Bài giảng cho lớp tập huấn SWAT trường Đại học Nông Lâm 9. Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước mặt: QCVN 08 :
2008/BTNMT
10. Trần Đức Hạ - Bảo vệ và Quản lý tài nguyên nước, NXB Khoa học Kỹ thuật, 2009
B. Tiếng Anh
11. Jeff Arnold, Raghavan Srinivasan, Susan Neitsch, Chris George, Karim Abbaspour, Philip Gassman, Fang Hua Hao, Ann van Griensven, Ashvin Gosain (2008), Soil and water assessment tool (SWAT): Global applications 12. Loi, N.K., Reyes, M., Srinivasan, R., Ha, D.T., Nhat. T.T., and Trang, N.H. 2009. Assessing the Impacts of Vegetable Agroforestry System using SWAT: Nghia Trung Sub-watershed, Vietnam. Paper presented in the 5th International SWAT Conference in Boulder, Colorado on 3-7 August, 2009
13. Neitsch S.L., Arnorld J.G., Kiniry J.R., Srinivasan R., Williams J.R. (2002), Soil and Water Assessment Tool User’s Manual.
14. Neitsch S.L., Arnorld J.G., Kiniry J.R., Srinivasan R., Williams J.R. (2001), Soil and Water Assessment Tool Theoretical Documentation, Version 2000 15. R. Sirinivasan – ArcSWAT, ArcGIS Interface for Soil and Water
Assessment Tool
16. S.L. Neitsch nnk (2004), Input/ Output file documentation version 2005 C. Website
17. Bộ Tài Nguyên Môi trường: http://www.monre.gov.vn/ 18. Cục Quản lý tài nguyên nước: www.dwrm.gov.vn
19. Soil Texture Calculator - United States Department of Agriculture, Natural Resources Conservation Service:
http://soils.usda.gov/technical/aids/investigations/texture/
20. Tổng cục thống kê: www.gso.gov.vn 21. Viện Khí tượng Thuỷ văn: www.imh.ac.vn