Đánh giá, mô phỏng lan truyền ô nhiễm nguồn nước trên sông Cầu năm 2015, 2016 (đoạn từ Bắc Kạn đến Phả Lại)
ĐÁNH GIÁ, MÔ PHỎNG LAN TRUYỀN Ô NHIỄM NGUỒN NƯỚC TRÊN
SÔNG CẦU NĂM 2015, 2016 ꢀĐOẠN TỪ BẮC KẠN ĐẾN PHẢ LẠIꢁ
Phùng Đức Chính, Lê Ngọc Cầu, Nguyễn Thanh Tường, Lê Văn Linh, Trần Xuân Phong,
Ngô Thị Vân Anh, Trần Thùy Nhung, Trần Thị Thu Huyền
Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Biến đổi khí hậu
Ngày nhận bài 1/8/2018; ngày chuyển phản biện 2/8/2018; ngày chấp nhận đăng 21/8/2018
Tóm tắt: Bài báo trình bày kết quả đánh giá, mô phỏng lan truyền ô nhiễm nguồn nước trên sông Cầu
năm 2015, 2016 (đoạn từ Bắc Kạn đến Phả Lại). Trên cơ sở phân ꢀch số liệu đo đạc và sử dụng mô hình MIKE
+
-
3-
11 ꢀnh toán, mô phỏng lan truyền các chất BOD, DO, NH4 , NO3 , PO4 , TSS trong sông có xét đến các nguồn
+
-
xả thải ở hai bên bờ sông. Kết quả ꢀnh toán, mô phỏng cho thấy nồng độ các chất BOD, NH4 , NO3 , PO43- ở
khu vực hạ lưu lớn hơn ở khu vực thượng lưu, nồng độ DO ở hạ lưu nhỏ hơn nồng độ DO ở khu vực thượng
lưu. Trong mùa mưa, hầu hết nồng độ các chất nằm trong giới hạn ꢁêu chuẩn nước mặt (QCVN 08-MT:
2015/BTNMT). Trong mùa khô nồng độ NH4+ trên sông Cầu khá cao, nhất là đoạn sông chảy qua địa phận
thành phố Thái Nguyên, tỉnh Thái Nguyên và thị trấn Hiệp Hòa, tỉnh Bắc Giang, vượt quá giới hạn cho phép
cột B2 của (QCVN 08-MT: 2015/BTNMT).
Từ khóa: Nguồn nước, ô nhiễm, sông Cầu, MIKE 11.
1. Mở đầu
Sông Cầu là dòng chính của hệ thông sông
2. Phương pháp và dữ liệu
2.1. Phương pháp
Thái Bình chiếm 47% diện tích toàn lưu vực,
chảy qua địa phận các tỉnh Bắc Kạn, Thái
Nguyên, Bắc Giang, Hà Nội (Sóc Sơn), Bắc
Giang và đổ vào sông Thái Bình tại Phả Lại,
(Hải Dương). Tổng chiều dài của sông Cầu là
288km. Hiện tại, sông Cầu đang chịu tác động
rất lớn do các nguồn nước thải từ các khu đô
thị, khu công nghiệp, tiểu thủ công nghiệp,...
trên lưu vực. Năm 2015, 2016, trên cơ sở
thực hiện dự án “Điều tra, khảo sát, xác định
Mô hình MIKE 11 là một phần mềm kỹ thuật
chuyên dụng được ứng dụng để mô phỏng chế
độ thủy lực, chất lượng nước và vận chuyển bùn
cát trong sông, hệ thống tưới, kênh dẫn,... MIKE
11 bao gồm nhiều mô đun có các khả năng và
nhiệm vụ khác nhau như: Mô đun mưa - dòng
chảy (RR), mô đun thuỷ động lực (HD), mô đun
tải - khuếch tán (AD), mô đun sinh thái (Ecolab)
và một số mô đun khác. Trong đó, mô đun thuỷ
lực (HD) được coi là phần trung tâm của mô
hình. Tuỳ theo mục đích ꢀnh toán mà có thể kết
hợp sử dụng một hay nhiều mô đun khác nhau.
Trong nghiên cứu này, đã sử dụng các mô đun
HD, AD và Ecolab.
Mô đun mưa - dòng chảy (RR): Được sử
dụng để ꢀnh toán, mô phỏng dòng chảy từ mưa
ở những lưu vực nhập lưu không có số liệu đo
đạc. Mô đun RR được xây dựng trên nguyên tắc
các hồ chứa tuyến ꢀnh bao gồm 5 bể chứa theo
chiều thẳng đứng: Bể chứa tuyết tan; bể chứa
mặt; bể chứa tầng dưới; bể chứa nước ngầm
tầng trên; bể chứa nước ngầm tầng dưới. Mưa
hoặc tuyết tan đều đi vào bể chứa mặt. Lượng
-
nguồn gốc và đặc ꢀnh ô nhiễm Nitrate (NO3 ) và
3-
Phosphate (PO4 ) phục vụ kiểm soát ô nhiễm
nước mặt lưu vực sông Cầu” do Viện Khoa
học Khí tượng Thủy văn và Biến đổi khí hậu
làm chủ trì, nhóm nghiên cứu đã tiến hành
đánh giá, mô phỏng lan truyền các chất BOD,
+
-
3-
CO, NH4 , NO3 , PO4 , TSS trong sông có xét
đến các nguồn xả thải ở hai bờ sông. Kết quả
mô phỏng được trình bày lên bản đồ bằng
công cụ GIS.
*Tác giả liên hệ: Phùng Đức Chính
Email: ducchinh.imh@gmail.com
TẠP CHÍ KHOA HỌC BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU
Số 7 - Tháng 9/2018
51
nước (U) trong bể chứa mặt liên tục cung cấp
cho bốc hơi và thấm thành dòng chảy sát mặt.
Khi U đạt đến Umax, lượng nước thừa là dòng
chảy tràn trực ꢁếp ra sông và một phần còn
lại sẽ thấm xuống các bể chứa tầng dưới và bể
chứa ngầm.
Mô đun thủy lực HD: Được sử dụng để diễn
toán dòng chảy trong sông. Mô đun này được
xây dựng trên cơ sở hệ phương trình Saint - Venant
một chiều cho dòng không ổn định, gồm hai
phương trình sau:
lòng dẫn hở, dựa trên giả thiết các chất này là
hỗn hợp đều, được biểu diễn qua phương trình
sau:
AC QC
x
C
x
(3)
AKC C2q
AD
t
x
Trong đó, hệ số phân huỷ sinh học K chỉ
được dùng khi các hiện tượng hay quá trình
xem xét có liên quan đến các phản ứng sinh
hoá.
Mô đun sinh thái (Ecolab): Được sử dụng
để giải quyết khía cạnh chất lượng nước trong
sông tại những vùng bị ảnh hưởng bởi các hoạt
động dân sinh, kinh tế,... Mô đun này phải được
đi kèm với mô đun tải - khuếch tán, có nghĩa
là mô đun chất lượng nước giải quyết các quá
trình biến đổi sinh học của các hợp chất trong
sông còn mô đun tải - khuếch tán được dùng để
mô phỏng quá trình truyền tải khuếch tán của
các hợp chất đó.
Phương trình liên tục:
Q A
(1)
q
x t
Phương trình động lượng:
Q2
A
gQ Q
Q
t
h
(2)
gA
0
x
x C2 AR
Là một hệ hai phương trình vi phân đạo hàm
riêng bậc nhất, hệ phương trình dạng này nói
chung không có nghiệm giải ꢀch. Do đó, người
ta đã giải hệ phương trình này bằng phương
pháp số với lược đồ sai phân hữu hạn 6 điểm ẩn
(Abboꢂ-Inoescu).
Mô đun truyền tải khuếch tán: Được sử dụng
để mô phỏng vận chuyển một chiều của chất
huyền phù hoặc hoà tan phân huỷ trong các
2.2. Dữ liệu
Để đánh giá, mô phỏng chất lượng nước
sông Cầu, trong nghiên cứu đã sử dụng các số
liệu sau:
Số liệu mặt cắt: Được Tổng cục Khí tượng
Thủy văn đo đạc năm 2000 và được cập nhật
năm 2016, phục vụ xây dựng hệ thống thủy lực
sông Cầu (Hình 1).
Hình 1. Sơ đồ mô phỏng thủy lực hệ thống sông Cầu trong mô hình MIKE 11
TẠP CHÍ KHOA HỌC BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU
Số 7 - Tháng 9/2018
52
Số liệu mưa và bốc hơi thời kỳ 1962- 2016
các trạm: Điềm Mạc, Đại Từ, Kỳ Phú, Phổ Yên,
Tam Đảo, Phúc Yên và Đông Anh; số liệu lưu
lượng trạm Tân Cương (1962-1975), Phú Cường
(1968-1975) phục vụ hiệu chỉnh kiểm định mô
hình, từ đó ꢀnh toán, mô phỏng dòng chảy năm
2015, 2016 làm biên trên cho mô hình thủy lực.
Số liệu lưu lượng năm (2013-2016) tại các
trạm thủy văn Thác Riềng, Chũ; số liệu mực
nước năm (2013-2016) tại các trạm Đáp Cầu,
Phủ Lạng Thương, Lục Nam, Cầu Sơn được sử
dụng để hiệu chỉnh, kiểm định mô phỏng thủy
lực năm 2015, 2016 cho lưu vực sông Cầu.
Các nguồn thải chính trên lưu vực sông Cầu
được xác định gồm 141 nguồn thải, trong đó:
Bắc Giang (27), Bắc Kạn (01); Bắc Ninh (27), Hải
Dương (01), Thái Nguyên (62) và Vĩnh Phúc (23).
Loại hình nguồn thải này chủ yếu gồm: Khu công
nghiệp, làng nghề, y tế, khai khoáng, luyện kim,
thực phẩm, điện tử, chăn nuôi, vật liệu xây dựng,
cơ khí, phân bón,... Tỷ lệ đóng góp nước thải trên
lưu vực sông Cầu được trích trong Hình 2a.
Hình 2a. Tỷ lệ đóng góp nước thải trên lưu vực sông Cầu
+
Số liệu nồng độ các chất BOD, DO, NH4 ,
chỉnh mô hình và năm 2015, 2016 để ꢀnh toán
mô phỏng lan truyền ô nhiễm trên sông Cầu
(Hình 2b).
-
3-
NO3 , PO4 , TSS tại 43 điểm quan trắc trên lưu
vực sông Cầu năm 2014 được sử dụng để hiệu
Hình 2b. Vị trí các điểm lấy mẫu chất lượng nước trên sông Cầu
3. Kết quả và thảo luận
mô hình thủy lực cho sông Cầu. Kết quả hiệu
chỉnh và kiểm định mô hình thủy lực trên lưu
vực sông Cầu được đánh giá bằng chỉ số Nash-
Sutcliffe. Bảng 1 cho thấy, kết quả ꢀnh toán khá
phù hợp với tài liệu thực đo (Hình 3, 4).
Từ số liệu mưa, bốc hơi, sử dụng mô hình
MIKE - NAM ꢀnh toán, mô phỏng dòng chảy đến
trạm Tân Cương, Phú Cường thời kỳ 2013-2016
làm biên trên phục vụ hiệu chỉnh và kiểm định
TẠP CHÍ KHOA HỌC BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU
Số 7 - Tháng 9/2018
53
Bảng 1: Kết quả hiệu chỉnh và kiểm định mô hình MIKE 11
TT
1
Trên trạm
Hiệu chỉnh
Kiểm định
Đáp Cầu
93%
91%
2
Phủ Lạng Thương
Lục Nam
89%
92%
3
95%
92%
Hình 3. Kết quả hiệu chỉnh mô hình
tại trạm Phủ Lạng Thương
Hình 4. Kết quả kiểm định mô hình
tại trạm Phủ Lạng Thương
Để mô phỏng lan truyền các chất BOD, DO,
Bảy, Hoàng Văn Thụ, Hòa Bình, Chợ Mới. Vị
trí các điểm quan trắc được trình bày trong
Bảng 2.
Kết quả hiệu chỉnh và kiểm định chất lượng nước
tại một số vị trí được trình bày ở các Hình 5, 6, 7, 8, 9.
3-
NH4+, NO3-, PO4 , TSS trong sông, tiến hành
hiệu chỉnh chất lương nước. Theo số liệu tại
các điểm quan trắc: Hiền Lương, Vạn Phúc,
Hương Lâm, Cầu Vát, Cầu Mây, Trà Vườn, Gia
Bảng 2. Vị trí các điểm quan trắc được sử dụng để hiệu chỉnh, kiểm định mô hình chất lượng nước
STT
1
Vị trí
Vĩ độ
Kinh độ
Hoàng Văn Thụ
Cầu Gia Bảy
Cầu Loàng
Cầu Trà Vườn
Cầu Vát
21° 36' 38,35"
21° 35' 51,64"
21° 33' 52,34"
21° 33' 52,95"
21° 18' 55,09"
21° 51' 26,17"
21° 09,394’
105° 49' 37,47"'
105° 50' 14,49"
105° 51' 32,439"
105° 53' 38,04"
105° 53' 45,97"
105° 48' 34,03"
106° 12,443’
2
3
4
5
6
Chợ Mới
7
Hiền Lương
Hòa Bình
8
21° 45' 25,67"
21° 15' 44,41"
21° 12' 22,23"
105° 49' 45,41"
105° 55' 31,72"
106° 2' 10,90"
9
Hương Lâm
Vạn Phúc
10
+
Hình 5. Kết quả hiệu chỉnh NH4 tại Hương Lâm
TẠP CHÍ KHOA HỌC BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU
Số 7 - Tháng 9/2018
54
-
Hình 7. Kết quả kiểm định NO3 tại Cầu Vát
Hình 6. Kết quả hiệu chỉnh DO tại Hiền Lương
3-
Hình 8. Kết quả kiểm định PO4 tại xã Hòa Bình
Hình 9. Kết quả kiểm định TSS tại Chợ Mới
Kết quả hiệu chỉnh và kiểm định BOD, DO,
xác yêu cầu và có thể sử dụng bộ thông số ꢃm
được để mô phỏng chất lượng nước năm 2015,
2016 cho lưu vực sông Cầu.
Từ bộ thông số mô hình chất lượng nước
ꢃm được, ꢁến hành ꢀnh toán mô phỏng chất
lương nước năm 2015, 2016 cho lưu vực sông
Cầu. Kết quả mô phỏng chất lượng nước sông
Cầu trong mùa khô, mùa mưa năm 2015, 2016
được trình bày trong Hình 10, 11, 12, 13, 14 và
trong Bảng 3.
3-
NH4+, NO3-, PO4 , TSS tại các trạm được trình
bày chi ꢁết tại báo cáo tổng kết dự án “Điều tra,
khảo sát, xác định nguồn gốc và đặc ꢀnh ô nhiễm
3-
Nitrate (NO3-) và Phosphate (PO4 ) phục vụ
kiểm soát ô nhiễm nước mặt lưu vực sông Cầu”.
Từ kết quả hiệu chỉnh, kiểm định mô hình có
thể thấy, sai số giữa kết quả ꢀnh toán với giá trị
thực đo nhỏ hơn 20% ở hầu hết các vị trí. Như
vậy mô hình chất lượng nước đạt được độ chính
Bảng 3. Bảng giá trị lớn nhất của các yếu tố trong mùa khô
và mùa mưa năm 2015, 2016 trên sông Cầu (đơn vị: mg/l)
Yếu tố
2015
2016
Giá trị giới hạn theo
(QCVN 08-MT: 2015/BTNMT)
A
B
Mùa khô Mùa mưa Mùa khô Mùa mưa
A1
≥6
4
A2
≥5
6
B1
≥4
B2
≥2
DO
6,0< <7,7 5,0< <7,7 6,0< <7,5 5,0< <8,0
BOD
<3,5
>0,9
<1,2
<0,16
< 70
<5,0
<0,45
<1,05
<0,08
<40
<6
>1,1
<1,5
<0,09
<40
<7
<0,3
<1,4
<0,65
<40
15
0,9
10
0,3
50
25
+
NH4
0,3
2
0,3
5
0,9
15
-
NO3
3-
PO4
0,1
20
0,2
30
0,5
100
TSS
TẠP CHÍ KHOA HỌC BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU
Số 7 - Tháng 9/2018
55
+
Hình 10: Bản đồ phân bố nồng độ NH4 trong mùa khô năm 2015
-
Hình 11: Bản đồ phân bố nồng độ NO3 trong mùa khô năm 2015
TẠP CHÍ KHOA HỌC BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU
Số 7 - Tháng 9/2018
56
Hình 12: Bản đồ phân bố nồng độ BOD trong mùa khô năm 2015
Hình 13: Bản đồ phân bố nồng độ PO43- trong mùa khô năm 2016
Hình 14: Bản đồ phân bố nồng độ TSS trong mùa khô năm 2016
TẠP CHÍ KHOA HỌC BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU
Số 7 - Tháng 9/2018
57
bị ô nhiễm cao thường là nơi tập trung các khu
công nghiệp, đô thị.
Kết quả mô phỏng nồng độ các chất BOD, DO,
+
-
3-
NH4 , NO3 , PO4 , TSS trên sông Cầu trong mùa
khô và mùa mưa năm 2015, 2016 được trình
bày chi ꢁết trong cáo tổng kết dự án “Điều tra,
khảo sát, xác định nguồn gốc và đặc ꢀnh ô nhiễm
- Nồng độ NH4+ ở hạ lưu lớn hơn ở vùng thượng
lưu, nơi có nồng độ NH4+ cao nhất tại khu vực chảy
qua địa phận thành phố Thái Nguyên và thị trấn
Hiệp Hòa, tỉnh Bắc Giang (năm 2015) và từ thành
phố Thái Nguyên và Yên Dũng, tỉnh Bắc Giang
(2016), vượt quá chỉ ꢁêu B2, nơi cao nhất là khu
vực thành phố Thái Nguyên có NH4+ > 1,1 mg/l.
- Nồng độ các chất khác đều trong giới hạn
cho phép trong QCVN 08-MT: 2015/BTNMT.
Kiến nghị: Trong nghiên cứu này mới chỉ
ꢀnh toán mô phỏng nồng độ các chất BOD, DO,
-
3-
Nitrate (NO3 ) và Phosphate (PO4 ) phục vụ kiểm
soát ô nhiễm nước mặt lưu vực sông Cầu”.
Trong đó:
A1 - Sử dụng cho mục đích cấp nước sinh
hoạt (sau khi áp dụng xử lý thông thường), bảo
tồn động thực vật thủy sinh 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
hoặc các mục đích sử dụng như loại B1 và B2.
B1 - Dùng cho mục đích tưới ꢁêu, 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.
B2 - Giao thông thuỷ và các mục đích khác
với yêu cầu nước chất lượng thấp.
4. Nhận xét
Kết quả mô phỏng chất lượng nước lưu vực
sông Cầu trong mùa khô 2015 và 2016 cho thấy:
- Nồng độ các chất có khả năng gây ô nhiễm
trên sông Cầu biến đổi dọc theo dòng sông, nơi
+
-
3-
NH4 , NO3 , PO4 , TSS mà chưa xét đến các yếu
tố khác, nhất là những yếu tố ảnh hưởng tới sức
khỏe con người như: Xyanua (CN-), Asen (As),
Chì (Pb), Thủy ngân (Hg), Tổng dầu, mỡ,… Đây
là các chất được sản sinh trong quá trình khai
thác khoáng sản, ꢁnh luyện kim loại,… và ở các
khu công nghiệp, nên chưa đánh giá hết được
mức độ ô nhiễm trên sông Cầu. Do đó, cần đo
đạc và mô phỏng nồng độ các chất nói trên để
có thể đánh giá đầy đủ mức độ ô nhiễm trên lưu
vực sông Cầu trong các năm ꢁếp theo, làm cơ sở
trong công tác giám sát, bảo vệ môi trường lưu
vực sông Cầu.
Tài liệu tham khảo
1. Chi cục Bảo vệ môi trường lưu vực sông Cầu và Cục Quản lý chất thải và cải thiện môi trường
(2015), Báo cáo thực trạng môi trường nước và các nguồn thải chính gây ô nhiễm môi trường nước
trên lưu vực song Cầu - Nguyên nhân và giải pháp, Bắc Giang, 2015.
2. Hoàng Văn Hùng, Trường Đại học Nông Lâm - Đại học Thái Nguyên (2013), Nghiên cứu thực trạng
ô nhiễm môi trường nước song Cầu đoạn chảy qua địa bàn tỉnh Bắc Kạn, Tạp chí Khoa học và Công
nghệ.
3. Trung tâm Quan trắc Môi trường, Tổng cục Môi trường (2012), Đánh giá chất lượng nước mặt lưu
vực sông Cầu dựa trên các kết quả đạt được trong năm 2010-2012 thuộc nhiệm vụ: Phân vùng môi
trường phục vụ quản lý và cải thiện chất lượng các đoạn sông thuộc lưu vực sông Cầu, Hà Nội.
4. Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Thái Nguyên, Báo cáo hiện trạng môi trường tỉnh Thái Nguyên
năm 2004-2005, Thái Nguyên 7/2005.
TẠP CHÍ KHOA HỌC BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU
Số 7 - Tháng 9/2018
58
SIMULATION AND EVALUATION OF POLLUTANT TRANSPORT
IN CAU RIVER IN 2015 AND 2016 ꢀFROM BAC KAN TO PHA LAIꢁ
Phung Duc Chinh, Le Ngoc Cau, Nguyen Thanh Tuong, Le Van Linh, Tran Xuan Phong,
Ngo Thi Van Anh, Tran Thuy Nhung, Tran Thi Thu Huyen
Viet Nam Insꢁtute of Meteorology, Hydrology and Climate Change
Received: 1/8/2018; Accepted 21/8/2018
Abstract: This paper presents results of the simulaꢁon and evaluaꢁon of pollutants transport in Cau river
+
-
in 2015 and 2016 (from Bac Kan to Pha Lai). The propagaꢁon of BOD, NH4 , NO3 , PO43- , and TSS in the river
was simulated based on the basis of measurement data and the use of MIKE 11 considering the sources of
+
-
3-
river discharge on both river banks. The results showed that the concentraꢁons of BOD, H4 , NO3 , PO4 , and
TSS in the downstream area were higher than those in the upstream area. Addiꢁonally, downstream areas’
DO concentraꢁon was lower than that in the upper area. In the rainy season, most concentraꢁons do not
+
exceed the surface water standard (QCVN 08-MT: 2015 / BTNMT). In the dry season, the NH4 concentraꢁon
in Cau river is rather high, especially in the part crossing Thai Nguyen city, Thai Nguyen province and Hiep
Hoa town, Bac Giang province, exceeding B2 collumn of the surface water standard (QCVN 08-MT: 2015 /
BTNMT).
Keywords: Water source, polluꢁon, Cau river, MIKE 11.
TẠP CHÍ KHOA HỌC BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU
Số 7 - Tháng 9/2018
59
9 trang
13/01/2024
13600
Free
Bạn đang xem tài liệu "Đánh giá, mô phỏng lan truyền ô nhiễm nguồn nước trên sông Cầu năm 2015, 2016 (đoạn từ Bắc Kạn đến Phả Lại)", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- danh_gia_mo_phong_lan_truyen_o_nhiem_nguon_nuoc_tren_song_ca.pdf
