3.3.2.1. Tính toán lợng dinh dỡng theo mô hình kinh nghiệm
Do lu vực Hồ Tây không có các khu công nghiệp nên lợng Nitơ và Photpho xâm nhập vào hồ hiện nay đều thuộc dạng nguồn phân tán.
Nguồn phân tán là nguồn thải vào hồ qua các quá trình rửa trôi, xói mòn do ma và do sử dụng nớc trên vùng lu vực vào hồ không theo một hệ thống cống rãnh cố định nào.
Đối với sự phú dỡng của hồ vai trò chính thuộc về nguồn phân tán. Các nguồn thải dinh dỡng theo con đờng phân tán gồm:
+ Lợng dinh dỡng từ vùng lu vực liên quan đến loại đất, phơng thức sử dụng và mức độ thâm canh đất đai (nếu là đất nông nghiệp).
+ Lợng dinh dỡng từ khí quyển thông qua lợng ma, trực tiếp rơi vào hồ L- ợng dinh dỡng này liên quan đến tổng lợng ma và diện tích bề mặt hồ.
+ Lợng dinh dỡng thải ra từ lợng c dân, lợng gia súc, gia cầm sống xung quanh hồ.
+ Lợng dinh dỡng từ trầm tích đáy quay trở lại hồ qua quá trình khoáng hóa các dinh dỡng dạng hạt, dạng keo tụ.
Để đánh giá lợng dinh dỡng phân tán từ vùng lu vực bên ngoài vào hồ, ngời ta thờng dùng phơng pháp gián tiếp thông qua các hệ số xuất dinh dỡng còn gọi là lợng dinh dỡng của một đơn vị diện tích trong một đơn vị thời gian (kg/ha.năm). Khi đó có thể dựa vào mô hình kinh nghiệm (empirical watershed
model) để xác định lợng dinh dỡng xâm nhập vào hồ hàng năm.
Mô hình kinh nghiệm đợc sử dụng để tính toán lợng dinh dỡng phân tán từ vùng lu vực có dạng sau:
A = a0 + a1X1 + a2X2 + a3X3 + a4X4 +. . . + amXm
Trong đó:
A: Tổng lợng dinh dỡng hàng năm (kg/năm) đến hồ từ vùng lu vực.
X1; X2; X3; X4 . . .Xm: Diện tích (ha) của các loại hình đất và phơng thức sử dụng đất kiểu 1, 2, 3 ,4 . . . m.
a0, a1, a2, a3, a4. . . am: Các hệ số xuất dinh dỡng (kg/ha/năm) của từng kiểu đất 1, 2, 3, 4 . . . m.
Trong điều kiện hiện nay, chỉ có thể đánh giá đợc một số lợng dinh dỡng phân tán từ vùng lu vực và từ khí quyển trên cơ sở các hệ số xuất của tiêu chuẩn kỹ thuật của OECD (Organization for Economic Cooperation and Development). ♦ Tính toán nguồn Nitơ, Photpho từ các loại hình đất sử dụng
Bảng 9. Hệ số xuất dinh dỡng (kg/ha.năm) từ các loại hình đất khác nhau trên vùng lu vực ( theo Loehr, 1974).
Đất sử dụng Nitơ tổng số (kg/ha.năm) Photpho tổng số (kg/ha.năm) Đất rừng 0,007-0,88 1,0-6,3 Đất không sử dụng 0,050-0,25 0,5-6,0 Đất nông nghiệp 0,060-2,90 2,1-79,6 Đồng cỏ 0,050-0,60 3,2-14,0 Đất khu dân c 0,770-2,20 5,0-7,3 Hồ Tây có diện tích đất sử dụng quanh hồ là 78,72ha, trong đó đất nông nghiệp là 26,24ha và dân c chiếm 52,48ha.
Căn cứ vào hệ số xuất dinh dỡng ở bảng 10, chúng tôi tính đợc lợng Nitơ và Photpho từ nguồn này cung cấp cho hồ.
Bảng 10. Nguồn N, P từ các loại hình sử dụng đất vào Hồ Tây hàng năm
Đất sử dụng Diện
tích Hệ số xuất NNitơ Photpho (kg/ha.năm) Lợng N (kg/ha.năm) Hệ số xuất P (kg/ha.năm) Lợng P (kg/ha.năm) Nông nghiệp 26,24 0,06 - 2,9 1,58 - 76,1 2,1 - 79,6 55,1- 2088,7 Dân c 52,48 0,77 - 2,2 40,4 - 115,5 5 - 7,3 262,4 - 383,1 Tổng cộng (N1, P1) 41,98-191,6 317,5-2471,8 Cụ thể là: N1 = 41,98 - 191,6kg/năm. P1 = 317,5 - 2471,8kg/năm. ♦ Tính toán nguồn Nitơ, Photpho từ khí quyển
Căn cứ vào hệ số xuất dinh dỡng ở bảng 11, đối với Hồ Tây diện tích mặt hồ vào mùa khô là 515ha, và mùa ma là 537ha, hệ số xuất dinh dỡng Nitơ là 0,12-0,97kg/ha.năm; hệ số xuất Photpho là 10,5- 38kg/ha.năm , Hồ Tây chỉ có vùng nông nghiệp nên chúng tôi tính đợc nguồn dinh dỡng bổ sung từ khí quyển là:
P2 =5407,5-19570kg/ha.năm (mùa khô) và 5638,5-20406kg/ha.năm (mùa ma).
Bảng 11. Hệ số xuất dinh dỡng (kg/ha.năm) từ khí quyển đến hồ theo loại hình đất sử dụng u thế trên vùng lu vực (theo Loehr, 1974).
Vùng Nitơ tổng số (kg/ha.năm) Photpho tổng số (kg/ha.năm) Vùng có rừng (cây gỗ) 0,07-0,54 0,99-11,3 Vùng nông nghiệp 0,12-0,97 10,5-38,0
Khu công nghiệp 0,26-3,70 4,70-25,0
♦ Tính toán nguồn Nitơ, Photpho liên quan đến dân c
Bảng 12. Hệ số xuất dinh dỡng từ khu dân c vùng lu vực vào hồ (Theo tiêu chuẩn kỹ thuật OECD, 1982)
Đơn vị tơng đơng
BOD5 Nitơ tổng số Photpho tổng số
1c dân không có hệ thống xử lý chất thải
1,0 1,0 1,0
1 c dân có hố xí tự hoại 1 đơn vị gia súc, gia cầm (= 1 trâu, bò, ngựa hoặc 6 lợn, 14 cừu hoặc 150
ngỗng, vịt)
0,7 0,8
12,0
0,8
5,0
1 đơn vị ứng với 54gr BOD5, 13gr Nitơ và 2 gr Photpho.
Để tính toán nguồn Nitơ, Photpho thải vảo hồ liên quan đến dân c chúng tôi sử dụng hệ số xuất dinh dỡng ở bảng 12.
Theo mô hình kinh nghiệm, với mỗi một c dân có hố xí tự hoại thì hệ số xuất Nitơ là 0,8 và hệ số xuất Photpho cũng là 0,8 (1 đơn vị sẽ ứng với 0,013kg Nitơ và 0,002kg Photpho).
Theo kết quả điều tra ở tài liệu của Hoàng Dơng Tùng thì số dân sống giáp xung quanh Hồ Tây là 33.123 ngời [9], với giả thiết là tất cả số dân sống xung quanh giáp Hồ Tây đều có hố xí tự hoại, chúng tôi tính đợc lợng Nitơ, Photpho mà nguồn này cung cấp cho hồ hàng năm:
N3 = 0,8 x 0,013 x 33123 = 344,5kg/năm. P3 = 0,8 x 0,002 x 33123 = 53kg/năm.
♦ Tính toán nguồn Nitơ, Photpho liên quan đến gia súc, gia cầm
Trên cơ sở sử dụng hệ số xuất dinh dỡng ở bảng 12 và các số lợng gia súc, gia cầm đợc chăn nuôi xung quanh Hồ Tây nh sau: 67 con bò; 6060 con lợn và 9150 con vịt, chúng tôi xác định đợc lợng Nitơ, Photpho nguồn này đổ vào hồ hàng năm:
N4 = 12 x 0,013 x (67 + 6060/6 + 9150/150) = 177,53kg/năm P4 = 5 x 0,002 x (67 + 6060/6 + 9150/150) = 11,38kg/năm
Tổng lợng dinh dỡng (Nitơ, Photpho) theo nguồn phân tán đổ vào hồ hàng năm chính là tổng của các nguồn thải liên quan đến loại hình đất, nguồn thải từ khí quyển, nguồn thải liên quan đến dân c và nguồn thải liên quan đến gia súc, gia cầm.
Lợng Nitơ , Photpho vào hồ hàng năm trong mùa khô là: N = N1 + N2 + N3 + N4 = 625,8 - 1213,2kg/năm.
P = P1 + P2 + P3 + P4 = 5789,4 - 22106,2kg/năm. Và mùa ma là:
N = N1 + N2 + N3 + N4 = 628,5 - 1234,5kg/năm. P = P1 + P2 + P3 + P4 = 6020,4 - 22942,2kg/năm.
3.3.2.2.Tính toán lợng dinh dỡng theo mô hình Jorgensen
Để đánh giá sự phú dỡng của Hồ Tây (Hà Nội) một cách tốt nhất, cũng nh để có thể so sánh các phơng pháp đánh giá khác nhau, chúng tôi sử dụng thêm mô hình phú dỡng của Jorgensen. Thực tế thì mô hình này có chung nguyên tắc tính toán với mô hình kinh nghiệm, nhng sự khác biệt quan trọng nhất giữa hai mô hình này là ở giá trị của các hệ số xuất dinh dỡng.
Theo mô hình Jorgensen, có 3 nguồn bổ sung dinh dỡng cho hồ: nguồn dinh dỡng liên quan đến tình hình sử dụng đất (N1,; P1,), nguồn liên quan đến l- ợng ma (N2,; P2,), nguồn liên quan đến dân c (N3,; P3,). Chúng tôi sẽ lần lợt tính toán lợng dinh dỡng Hồ Tây nhận đợc từ các nguồn này.
♦ Tính toán nguồn Nitơ, Photpho liên quan đến tình hình sử dụng đất
Bảng 13. Hệ số xuất dinh dỡng theo mô hình Jorgensen
Đất sử
dụng Diệntích Nitơ Photpho
Hệ số xuất N
(kg/ha. năm) (kg/ha.năm)Lợng N Hệ số xuất P(kg/ha.năm) (kg/ha.năm)Lợng P Nông
Khác với mô hình kinh nghiệm, trong mô hình của Jorgensen, ảnh hởng của dân c đến hồ đợc đánh giá hoàn toàn bằng hệ số xuất của mỗi ngời, nghĩa là không sử dụng hệ số xuất cho đất khu dân c. Các loại hình đất sử dụng ở Hồ Tây chỉ là đất nông nghiệp và dân c, và nh vậy, trong mô hình Jorgensen đối với Hồ Tây thì nguồn Nitơ, Photpho liên quan đến tình hình sử dụng đất chỉ đợc thể hiện qua loại đất nông nghiệp.
Căn cứ vào hệ số xuất Nitơ và Photpho ở bảng 13, diện tích đất nông nghiệp là 26,24ha, chúng tôi tính đợc nguồn này cung cấp cho Hồ Tây hàng năm với kết quả là: Lợng Photpho: 26,24 x 0,22 = 5,77kg/năm. 26,24 x 1 = 26,24kg/năm. P1, = 5,77 – 26,24kg/năm. Lợng Nitơ: 26,24 x 5 = 131,2kg/năm 26,24 x 12 = 314,88kg/năm N1,= 131,2 – 314,88kg/năm. ♦ Tính toán nguồn Nitơ, Photpho liên quan đến l ợng m a
Lợng dinh dỡng (Nitơ, Photpho) mà nguồn nớc ma cung cấp cho hồ đợc xác định bởi công thức:
IPP = P . CPP . A INP = P. CNP . A Trong đó:
P : tổng lợng ma trung bình hàng năm. CPP : hàm lợng Photpho trong nớc ma. CNP : hàm lợng Nitơ trong nớc ma. A : diện tích mặt hồ.
INP : lợng Nitơ cung cấp cho hồ từ nớc ma. IPP : lợng Photpho cung cấp cho hồ từ nớc ma.
Bảng 14. Hàm lợng Photpho (CPP), Nitơ (CNP) trong nớc ma
CPP (mg/l) CNP (mg/l)
0,025 – 0,1 0,3 – 1,6
Lợng ma trung bình hàng năm tại Hồ Tây vào mùa khô là41,7 mm và vào mùa ma là235,2mm ; diện tích mặt hồ vào mùa khô là 515ha và vào mùa ma là 537ha. Từ đó, dựa vào bảng 14 và theo công thức trên, chúng tôi tính đợc lợng dinh dỡng mà nguồn nớc ma cung cấp cho Hồ Tây là:
+ Mùa khô: Lợng Photpho đổ vào hồ là: 515 x 41,7 x 0,025 = 536,89 kg/ha.năm. 515 x 41,7 x 0,1 = 2147,55kg/ha.năm. P2, = 536,89 – 2147,55kg/ha.năm. Lợng Nitơ đổ vào hồ là: 515 x 41,7 x 0,3 = 6442,65kg/ha.năm. 515 x 41,7 x 1,6 = 34360,8kg/ha.năm. N2, = 6442,65 – 34360,8kg/ha.năm. + Mùa ma: Lợng Photpho đổ vào hồ là: 537 x 235,2 x 0,025 = 3157,56kg/ha.năm. 537 x 265,2 x 0,1 = 12630,24kg/ha.năm. P2, = 3157,56 – 12630,24kg/ha.năm. Lợng Nitơ đổ vào hồ là: 537 x 235,2 x 0,3 = 37890,72kg/ha.năm. 537 x 235,2 x 1,6 = 202083,84kg/ha.năm. N2, = 37890,72 – 202083,84kg/ha.năm.
♦ Tính toán nguồn Nitơ, Photpho liên quan đến dân c (nguồn nhân tạo)
Theo Jorgensen, tính toán nguồn dinh dỡng nhân tạo bổ sung cho hồ là một công việc quan trọng và cần phải đợc tiến hành cẩn thận. Để tính toán đợc nguồn dinh dỡng nay cần lu ý:
+ Lợng dinh dỡng mà mỗi ngời thải ra trong một năm là 3 – 3,8kg Nitơ và là 0,8 – 1,8kg Photpho.
+ Các biện pháp xử lý cơ học sẽ loại bỏ 10% –15% lợng dinh dỡng. + Các biện pháp xử lý sinh học sẽ loại bỏ 10% – 15% lợng dinh dỡng. + Sự kết tủa hóa học sẽ loại bỏ 85% lợng Photpho của nguồn này. + Nền đáy của hồ có thể ảnh hởng đến lợng dinh dỡng còn lại trong hồ.
Vì cha có biện pháp xử lý nớc thải sinh hoạt (cả cơ học và sinh học) ở Hồ Tây nên các tính toán ở đây chỉ có thể đề cập tới ảnh hởng của sự kết tủa hóa học. Tác động của cấu tạo nền đáy cũng bỏ qua vì để tính đến tác động này đòi hỏi phải có những nghiên cứu rất chi tiết về địa chất.
Nh vậy dựa vào lợng dinh dỡng mà mồi ngời thải ra trong một năm là 3 – 3,8kg N và 0,8 – 1,8kg P nhng lợng Photpho đổ vào hồ sẽ chỉ còn là 15% (vì 85% lợng P từ nguồn này đã bị ảnh hởng của sự lắng đọng) và dân số quanh khu vực Hồ Tây là 33.123ngời, chúng tôi đã tính đợc lợng dinh dỡng mà dân c cung cấp cho hồ là:
3 x 33123 = 99369kg/năm. 3,8 x 33123 = 125867,4kg/năm. N3, = 99369 – 125867,4kg/năm. Lợng Photpho: 0,8 x 33123 x 15% = 3974,76kg/năm. 1,8 x 33123 x 15% = 8943,2kg/năm. P3,= 3974,76 – 8943,2kg/năm.
Từ 3 nguồn dinh dỡng trên, chúng tôi tính đợc tổng lợng dinh dỡng đổ vào hồ hàng năm bằng cách cộng gộp lợng dinh dỡng của cả 3 nguồn, kết quả cụ thể là: + Mùa khô: P = P1, + P2, + P3, = 4517,42 – 11116,99kg/năm. + Mùa ma: P = P1, + P2, + P3, = 7138,09 – 21599,68kg/năm. 3.3.3 Xác định hàm lợng Photpho tổng số
Từ kết quả tính toán lợng Photpho tổng số xâm nhập vào hồ hàng năm (mục 3.3.2) ta có thể tính hàm lợng Photpho tổng số theo công thức:
TP = (Lp/qs)/(1+ tw )
Trong đó:
TP : Hàm lợng Photpho tổng số trung bình (mg/l).
Lp = J/A : Lợng Photpho theo diện tích hàng năm (mg/m2/năm). J : Tổng lợng Photpho vào hồ hàng năm (mg/năm). A : Diện tích mặt hồ (m2).
qs = Z/tw : Lợng nớc dao động hàng năm (m/năm). tw = V/Q : Thời gian tồn lu nớc (năm).
Z : Độ sâu trung bình (m). V : Thể tích hồ (m3).
Q : Lợng nớc vào hồ (m3/năm).
Vào mùa khô các thông số của Hồ Tây có giá trị nh sau:
J = 5789 - 22106kg/năm; Z = 2m; V = 10300000m3; Q = 6701400m3/năm. Vào mùa ma các thông số có các giá trị sau:
J = 6020 - 22942kg/năm; Z =2,5m;V = 13425000m3; Q = 13749696m3/năm. Từ tổng lợng P đổ vào hồ theo mô hình kinh nghiệm (mục 3.2.2.1), thay vào công thức chúng tôi tính đợc kết quả là:
+ Mùa ma: TP = 0,2 - 0,8mg/l (Phụ lục 2).
Từ tổng lợng P đổ vào hồ theo mô hình Jorgensen (mục 3.2.2.2), thay vào công thức chúng tôi tính đợc kết quả là:
+ Mùa khô: TP = 0,3 - 1,2mg/l.
+ Mùa ma: TP = 0,2 - 0,7mg/l (Phụ lục 3).