QR1(t) Nút (1) QR3 QRtưới Nút (2) QR4 QRhồi quy Nút (3) QR5
Hình 2-4. Mô tả cân bằng nước tại nút cân bằng nước
- Tại nút (1): Lưu lượng nước tại nút hợp lưu bằng tổng lưu lượng của các nhánh: QR3R = QR1R + QR2R
- Tại nút (2): Lưu lượng chảy về hạ lưu tại nút cấp nước: QR4R = QR3R - QRtưới
- Tại nút (3): Lưu lượng chảy về hạ lưu tại nút cấp nước: QR5R = QR4R + QRhồiquy
Tính toán nguồn nước đến các lưu vực bộ phận: Nguồn nước đến các lưu vực bộ phận có thể là dòng chảy thực đo hoặc dòng chảy được tính toán theo phương pháp thuỷ văn thuần tuý, cũng có thể sử dụng các mô hình toán mưa - dòng chảy: NAM, UHM và SMAP để tính toán dòng chảy đến lưu vực bộ phận.
Tính toán các nhu cầu nước : Nhu cầu nước cho các khu tưới, khu công nghiệp, khu dân cư… và chuẩn bị số liệu đầu vào cho mô hình.
Các thông số của mô hình: Bao gồm các thông số cuả lượng nước hồi quy từ các khu tưới ( 20 – 30% ), thời gian chảy truyền trên các tiểu lưu vực đến các khu tưới.
Kết quả tính toán: Kết quả của mô hình sẽ cho ta thông tin về hoạt động của các hồ chứa và các hộ dùng nước trong toàn bộ thời gian mô phỏng bao gồm cả mức độ thiếu nước và thời gian thiếu nước. Hơn nữa liệt dòng chảy tháng tại tất cả các nút cũng được đưa ra cho phép ta xác định và đánh giá được ảnh hưởng tổng hợp của các công trình cũng như các khu tưới đối với dòng chảy trong sông. Các kết quả được xuất ra dưới dạng bảng, biểu đồ tại các nút
Hình 2-5. Kết quả tính toán tại nút từ mô hình
Khả năng ứng dụng của mô đun: Tính toán cân bằng nước phục vụ việc phân bổ, chia sẻ nguồn nước mặt cho các đối tượng sử dụng nước trên lưu vực sông…
cR2R) Mô đun chất lượng nước (Mike Basin WQ)
Với Mô đun Chất lượng nước – WQ (không có trong phiên bản nền), MIKE BASIN có thể mô phỏng sự vận chuyển và hoà tan của các chất quan trọng tác động đến chất lượng nước trong sông, nước ngầm và hồ chứa: Amôniac, nitơ, oxy, tổng lượng phốt pho, E.coli, các chất do người sử dụng xác định và lượng hữu cơ hoà tan. Lượng hữu cơ hoà tan được trình bày trên khía cạnh là nhu cầu oxy sinh học và hoá học (COD và BOD). Một vài hộp thuộc tính sẽ được mở rộng bằng cách thêm tab “water quality” để mô tả đầu vào và thời gian vận chuyển: Branches, Specific Runoff, Water Supply và Irrigation.
Các phương trình được sử dụng để mô phỏng diễn biến chất lượng nước trong sông
Quá trình suy giảm các chất hữu cơ:
3d d d d dBOD k BOD dt = −
Quá trình diễn biến của amôniăc
3 3 4 3 3 4 3 d d d dNH Y k BOD k NH dt = −
Quá trình diễn biến của nitơ:
3 4 3 6 3 4 3 6 3 dNO k NH k NO dt = − Cân bằng ôxy 2( s ) d3 d 1 4 3 ( ) / dDO k C DO k BOD Y k NH R P B d dt = − − − − + −
Tổng lượng phốt pho, COD, E.coli và các chất do người sử dụng xác định được coi là tuân theo quy luật tỷ lệ thứ tự đầu tiên (exponential decay). Với X đại diện cho các giá trị này, phương trình sẽ là:
x dX
k X dt = − Trong đó:
kRd3R: hệ số tỷ lệ hòa tan cho các chất BOD tại nhiệt độ 20P
0
P
C (1/ngày) kR2R: hệ số tỷ lệ quạt khí cacbonic tại nhiệt độ 20P
0
P
C (1/ngày) kR4R: hệ số tỷ lệ nitơ hoá tại nhiệt độ 20P
0 P C (1/ngày) kR6R: hệ số tỷ lệ khử nitơ ở 20P 0 P C (1/ngày) KRcodR: hệ số tỷ lệ hoà tan cho COD ở 20P
0
P
C (1/ngày) KRecoliR: hệ số tỷ lệ hoà tan cho E.coli ở nhiệt độ 20P
0
P
C (1/ngày) KRptotR: hệ số tỷ lệ hoà tan cho tổng lượng phốt pho ở nhiệt độ 20P
0
P
C (1/ngày) KRuserR: hệ số tỷ lệ hoà tan cho các chất do người dùng xác định ở 20P
0
PC C CRsR: Nồng độ ôxy bão hoà (mgOR2R/l), với nước ở nhiệt độ 20P
0
P
C thì CRsR=9.02mg/l R : Tiêu thụ ôxy từ sự hô hấp của cây cối (g OR2R/mP
2
P/day) /day) P : Sản xuất ôxy do hiện tượng quang hợp (g OR2R/mP
2
P/day) /day)
B : Nhu cầu ôxy cho phù sa (g OR2R/mP
2
P/day) /day) d : Độ sâu của nước (m)
YRdR: thành phần nitơ trong các chất hữu cơ (mg NHR3R-N/mg BOD).
yR1R : hệ số sinh. Lượng ôxy tương đối sản xuất trong quá trình nitơ hoá (gOR2R/gNHR3R-N)
Tính toán tải lượng chất ô nhiễm và chuẩn bị số liệu đầu vào: Ô nhiễm điểm (Point sources)
Ô nhiễm điểm liên quan đến cấp nước. Loại hình xử lý nước thải có thể được người sử dụng xác định. Có vài loại hình xử lý nước thải chung được xác định trước trong MIKE BASIN WQ, và người sử dụng đơn giản chỉ việc chọn một trong số các loại hình đó. Xem phần hội thoại mở rộng cho điểm nút cấp nước và điểm nút tưới.
Kết quả mô phỏng tại các điểm nút cấp nước sẽ chỉ ra nồng độ tìm thấy trong nước được lấy mà tại các điểm cấp nước. Nồng độ cụ thể cho điểm cấp nước chỉ có hiệu quả trong dòng chảy hồi từ điểm cấp nước.
Ô nhiễm không điểm (non-point sources)
Đối với những ô nhiễm không điểm cho lượng N-tot, và P-tot được xác định trong hội thoại cho điểm nút lưu vực (dialogs for catchment nodes). Người sử dụng phải xác định làm thế nào để N-tot được lần lượt chia thành NOR3R và NHR3/4R. Đối với nguồn ô nhiễm không điểm bao gồm: ô nhiễm nông nghiệp, sinh hoạt thì thực hiện tính toán tải lượng chất ô nhiễm BODR5R, N-tot, P-tot theo phương pháp ước tính tải lượng ô nhiễm tiềm năng và thực tế để làm đầu vào cho mô hình chất lượng nước.
Như vậy trên các lưu vực bộ phận phải thực hiện tính toán xác định được tải lượng các chất ô nhiễm sinh ra do hoạt động nông nghiệp và sinh hoạt (non – point sources). Xác định các điểm công nghiệp, dân cư gây ô nhiễm nghiêm trọng đến chất lượng nước, thu thập số liệu thực đo nồng độ các chât ô nhiễm của các điểm ô nhiễm này.
Các thông số của mô hình: Thông số của mô hình chất lượng nước chính là các chuỗi thời gian của các hệ số hiệu chỉnh và kiểm định các chất ô nhiễm, các hệ số tỷ lệ phân huỷ các chất gây ô nhiễm.
Các kết quả tính toán: Được lấy ra tại các nút lưu vực, nút trên sông ...dưới dạng nồng độ của các chất ô nhiễm diễn biến theo thời gian theo bảng số liệu hoặc dạng biểu đồ (mg/l), các kết quả tính toán này được lấy ra cùng kết quả tính toán cân bằng nước.
Khả năng ứng dụng của mô đun: Mô đun Mike Basin WQ có khả năng tính toán truyền tải các chất ô nhiễm từ trên các tiểu lưu vực xuống dòng sông, từ đó mô phỏng được vai trò của nước sông trong việc pha loãng các chất gây ô nhiễm nguồn nước.
2.2 Lập sơ đồ hệ thống cân bằng nước và chất ô nhiễm hạ lưu sông Trà khúc khúc
Trong phần này luận văn chủ yếu xây dựng sơ đồ hệ thống cho cả 2 bài toán cân bằng số lượng và chất lượng nước sông, cụ thể là:
- Phân chia các lưu vực bộ phận để tính toán nguồn nước đến
- Phân chia các vùng sử dụng nước cho nông nghiệp, công nghiệp, sinh hoạt
- Lập sơ đồ mô hình hệ thống
2.2.1 Phân chia lưu vực bộ phận, lưu vực nhập lưu
Căn cứ theo đường chia nước lưu vực sông Trà Khúc được chia thành l26Tưu v26Tực bộ phận như bảng 2-1.
Sử dụng bản đồ và các thông tin tính toán xác định được diện tích các lưu vực gộ phận và lưu vực khu giữa.
Bảng 2-1. Diện tích của các lưu vực bộ phận và lưu vực nhập lưu khu giữa lưu vực sông Trà Khúc
STT Lưu vực bộ phận Diện tích tiểu lưu vực (km
P2 2 P ) 1 ĐăkRinh 745 2 Khu giữa 1 386
3 Suối nước Trong 185.5 4 Khu giữa 2 207