Trong nghiên cứu này sẽ đánh giá tải lượng chất bẩn của lưu vực nghiên cứu từ hai nguồn: Nguồn diện và nguồn điểm. Trong đĩ tải lượng chất bẩn của nguồn diện là tải lượng chất bẩn của nước mưa chảy tràn qua các lớp phủ của lưu vực đi vào đoạn sơng nghiên cứu. Nguồn điểm được xem xét trong nghiên cứu này gồm (i) nước thải từ khu dân cư và (ii) nước thải từ các khu cơng nghiệp trong lưu vực.
Các tải lượng TSS, TCOD, TN và TP đi vào đoạn sơng nghiên cứu được đánh giá trong hai kịch bản (i) hiện tại và (ii) đến năm 2020.
≈ _
Khả năng tiếp nhận của
nguồn nước đối với chất
ơ nhiễm
Tải lượng ơ nhiễm
tối đa của chất ơ
nhiễm
Tải lượng ơ nhiễm sẵn
cĩ trong nguồn nước
3.4.4.1. Nguồn điểm
Tải lượng của các nguồn điểm được xác định như sau:
- Xác định các nguồn thải dạng điểm (nguồn thải sinh hoạt và nguồn thải cơng nghiệp) xả thải vào nguồn tiếp nhận cuối cùng là đoạn sơng chính của lưu vực (đoạn sơng Sài Gịn từ Thủ Dầu Một đến Nhà Bè),
- Áp dụng các phương pháp tính tốn đã trình bày chi tiết trong mục 3.3.1 ở trên.
3.4.4.2. Nguồn diện
Tải lượng chất ơ nhiễm của nguồn diện được tính tốn trong đề tài là tải lượng chất ơ nhiễm của nước mưa chảy tràn qua các lớp phủ của lưu vực đi vào đoạn sơng nghiên cứu. Loại lớp phủ và diện tích lớp phủ được xác định dựa theo số liệu phân tích từ ảnh vệ tinh của lưu vực nghiên cứu. Tải lượng chất rắn của nguồn diện từ nước mưa chảy tràn được xác định dựa vào lượng chất rắn rửa trơi do mưa từ lưu vực vào đoạn sơng nghiên cứu. Do giới hạn về thu thập số liệu, nên tải lượng của các chất ơ nhiễm như COD, TN, TP được tính tốn dựa vào lưu lượng và tính chất nước mưa chảy tràn.
a. Tổng tải lượng chất rắn lơ lửng (TSS)
Lượng chất rắn bị rửatrơi do nước mưa chảy tràn từ lưu vực của đoạn sơng nghiên cứu được xác định theo mơ hình RULSE. Phương pháp này dùng để ước tính sự thất thốt đất do nước mưa và nước chảy tràn theo mơ hình Phương trình thất thốt đất toàn cầu được chỉnh sửa (Revised Universal Soil Loss Equation,
Rusle, Renard et al., 1997). RUSLE là mơ hình thực nghiệm dựa trên Phương trình thất thốt đất toàn cầu (Universal Soil Loss Equation, ULSE, Wischmeier and Smith, 1978). RULSE được Bộ nơng nghiệp Mỹ phát triển bằng phương pháp phân tích thống kê các đồ thị theo năm của các số liệu như lượng mưa, lượng chảy tràn, dữ liệu thất thốt cặn lắng từ các mặt phủ dưới những điều kiện cụ thể.
Mơ hình RULSE
Mơ hình RUSLE được sử dụng vì (i) Cơng thức tính đơn giản, các hệ số trong cơng thức cũng tính tốn đơn giản hơn các mơ hình khác và (ii) Mơ hình này được
sử dụng rộng rãi và phổ biến trên thế giới, phù hợp với điều kiện số liệu thực tế đã cĩ.
Phương trình thất thốt đất toàn cầu như sau:
P C LS K R A2.47 ( ) (11) Trong đĩ:
A = sự thất thốt đất hàng năm trên mỗi hecta
R = Hệ số xĩi mịn do nước mưa và nước chảy tràn cho một khu vực xác định ở vùng nhiệt đới R = 0.5 PR (lượng mưa rơi xuống trung bình hàng năm)
K = Hệ số xĩi mịn đất, K = 0.42 (0.42 – 0.48 (Julien, 2006)) L = Hệ số chiều dài sườn dốc
S = Hệ số độ dốc củasườn dốc C= Hệ số quản lý và bao phủ
P = Hệ số biện pháp canh tác hoặc bảo vệ
Hình 3-10. Các bước tính tốn xĩi mịn đất theo mơ hình RULSE
Nhân tố R:
Tính theo cơng thức của Bols (1978) Ri =a.Pib.Dic.Pdmax i (12)
Vì: Lượng mưa rơi
Bản đồ độ cao Phân tích mẫu đất Sự canh tác Bản đồ lớp phủ đất Hệ số R Hệ số K
Chiều dài sườn
dốc Độ dốc của sườn dốc Hệ số C Hệ số P LS
Ước tính hàm lượng TSS và TOC
trong đất do xĩi mịn đi vào lượng
cặn lắng trên đoạn sơng nghiên cứu
Khơng đủ số liệu chính xác và chi tiết cho từng trận mưa hoặc kích thước hạt mưa.
Việt Nam nằm trong khu vực nhiệt đới giĩ mùa phù hợp với điều kiện khí hậu của Indonesia
Cơng thức của Bols tuy khơng thể tính chính xác theo từng trận mưa nhưng cĩ thể tính chỉ số xĩi mịn do mưa EI30 khá chính xác.
Nhân tố K:
Sử dụng bản đồ thổ nhưỡng để tính nhân tố K cho từng tiểu lưu vực.
Nhân tố lớp phủ thực vật C:
Tương tự như nhân tố K, nhân tố C cũng được tính cho từng tiểu lưu vực dựa vào bảnđồ phân loại sử dụng đất.
Hệ số quản lý và che phủ, C, dựa vào loại và điều kiện che phủ bể mặt đất. Che phủ thực vật giúp bảo vệ khỏi các tác động của mưa và nước chảy tràn. Nếu điều kiện che phủ nghèo nàn thì hệ số C sẽ cao. Ngược lại, khi lớp thực vật phát triển tốt thì sự xĩi mịn và hệ số C sẽ giảm. Hệ số C được sử dụng trong nghiên cứu này tham khảo của Julien (2006) và cho trong Bảng 3-19.
Bảng 3-19. Hệ số quản lý và che phủ (C)đối với mơ hình RUSLE (Julien, 2006) TT Loại che phủ đất Hệ số quản lý và che phủ
1 Nước 0.00 2 Đơ thị 0.01 3 Đất ngập nước 0.00 4 Rừng 0.03 5 Ruộng lúa 0.06 6 Ruộng rẫy 0.37
Nhân tố biện pháp canh tác P:
Được tính tốn dựa vào biện pháp canh tác trên khu vực nghiên cứu
Hệ số biện pháp canh tác cũng được tham khảo theo Julien (2006) và cho trong Bảng 3-20.
Bảng 3-20. Hệ số biện pháp canh tác (P) đối với mơ hình RUSLE (Julien, 2006)
Độ dốc (%) Đường đồng mức Trồng theo luống Đất bậc thang
0.0 – 7.0 0.55 0.27 0.10 7.0 – 11.3 0.60 0.30 0.12 11.3 – 17.6 0.80 0.40 0.16 17.6 – 26.8 0.90 0.45 0.18 > 26.8 1.00 0.50 0.20 Nhân tố LS:
Sử dụng dữ liệu DEM để tính nhân tố xĩi mịn LS với sự hỗ trợ của phần mềm HEC-GEO-HMS
Các hệ số địa hình L và S được sử dụng để hiệu chỉnh sự xĩi mịn cĩ liên quan đến chiều dài và độ dốc của sườn dốc. Mức độ gây xĩi mịn của nước chảy tràn sẽ tăng lên cùng với vận tốc của nước chảy tràn. Độ dốc của sườn dốc sẽ làm tăng vận tốc nước chảy tràn. Độ dài của sườn dốc được tính từ điểm bắt đầu của nước chảy tràn cho đến điểm mà độ dốc của sườn dốc giảm gây ra sự lắng đọng hoặc đến điểm tại đĩ nước chảy tràn đi vào một kênh thốt nước xác định. Thơng thường hai hệ số L và S được kết hợp thành một hệ số duy nhất, LS, gọi là hệ số địa hình đơn giản.
Các bước tính tốn LS sử dụng cho mơ hình RULSE:
Bước 1: Xác định ranh lưu vực (Chi tiết về xác định ranh giới lưu vực được trình bày trong phần phụ lục 1): Sử dụng cơng cụ HEC-GEO-HMS để xác định ranh giới lưu vực. Việc xác định ranh giới lưu vực dựa vào độ cao địa hình và hướng dịng chảy. Kết quả tính tốn được phạm vi lưu vực như sau:
Hình 3-11. Ranh giới lưu vực đoạn sơng nghiên cứu
Bước 2: Tạo DEM : Sử dụng cơng cụ 3D Analyst để xây dựng mơ hình số độ cao cho khu vực cần tính tốn. Quá trình tính tốn này dựa vào 2 lớp dữ liệu độ cao và ranh giới lưu vực. Cấu trúc dữ liệu của DEM được tổ chức theo dạng TIN.
Bước 3: Tính tốn LS: Từ dữ liệu DEM của khu vực nghiên cứu, ta tiến hành tính tốn độ dốc, quá trình tính tốn độ dốc được thực hiện tự động thơng qua cơng cụ Spatial analyst.
Hình 3-13. Bản đồ độ dốc của lưu vực
Từ bản đồ độ dốc, tiến hành tính tốn thơng số tích lũy dịng chảy và xác định LS của khu vực nghiên cứu theo cơng thức:
LS = (Flowaccumulation*cellsize/22,13)0,6(sin(Slope*0,01745)/0,09)1,3*1,6 (13) Các theo tác này được thực hiện bởi cơng cụ Map Caculation của phần mềm ArcView GIS, dưới đây là hộp thoại nhập phương trình tính tốn LS:
Sau đĩ chọn Evaluate. Tạo lớp dữ liệu LS.
Hình 3-14. Bản đồ LS của lưu vực
Dựa vào kết quả tính tốn trong bước (c) cho thấy, khu vực nghiên cứu khơng cĩ sự chênh lệch nhiều về độ cao, LS chủ yếu nằm trong khoảng 1 (94.4%), chỉ cĩ một số ít vùng cĩ LS lân cận 2 (5.6%), nên ta xem gần đúng giá trị LS trên tồn bộ lưu vực nghiên cứu là 1.
b. Tổng tải lượng COD, TN và TP
Tải lượng của các thơng số khác được xác định dựa trên giả thiết sau:
- Lượng chất hữu cơ (COD), chất dinh dưỡng (N và P) của nguồn rộng đi vào đoạn sơng chủ yếu từ lượng chất rắn rửa trơi;
- Thành phần nước mưa cĩ nồng độ chất hữu cơ và dinh dưỡng khơng đáng kể; - Thành phần chất ơ nhiễm hồ tan (N, P) trong nước mưa chảy tràn bề mặt bắt
nguồn từ lượng chất rắn bị thuỷ phân trong khoảng thời gian di chuyển từ đất xuống nước;
- Thành phần chất ơ nhiễm trong nước ngầm bổ cập vào sơng là khơng đáng kể.
Bảng 3-21. Phần trăm một số chỉ tiêu so với SS trong nước mưa chảy tràn vùng
đơ thị và đất vườn
Chỉ tiêu Đất vườn Đơ thị
TOC 0,0550 0,3438
BOD 0,0825 0,5156
COD 0,1375 0,8594
TN 0,0008 0,2843
TP 0,0002 0,0096
Nguồn: Các thơng số được tham khảo từ kết quả khảo sát nước mưa chảy tràn của thành
phố Kansas, Missouri
Lưu lượng nước mưa
Lưu lượng nước mưa chảy tràn được tính theo phương trình Rational Q = c x i x A (14)
Trong đĩ: + Q: Lưu lượng thải (ft3/s)
+ c: Hệ số chảy tràn theo phương pháp Rational + Đất vườn: c = 0.08 – 0.41 chọn c = 0.25 + Đất đơ thị: c = 0.3 – 0.75 chọn c = 0.53 + A: Diện tích chảy tràn (ha)
Bảng 3-22. Lưu lượng mưa trên khu vực khảo sát
Tháng Lượng mưa
trung bình Tháng
Lượng mưa trung
bình
1 7 228
2 8 146,3
4 9,6 10 388,6
5 143,6 11 264,5
6 273,9 12 105,4
Trung bình 193,64
Nguồn: Bộ mơn Tin Học - Khoa Mơi Trường ĐHKHTN – TP.HCM