ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN PHẠM SÓNG BIỂN ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE 11 TRONG QUẢN LÝ NƯỚC SÔNG NHUỆ, ĐOẠN CHẢY QUA ĐỊA PHẬN THÀNH PHỐ HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - Năm 2014 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Phạm Sóng Biển ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE 11 TRONG QUẢN LÝ NƯỚC SÔNG NHUỆ, ĐOẠN CHẢY QUA ĐỊA PHẬN THÀNH PHỐ HÀ NỘI Chuyên nghành:Khoa học môi trường Mã số: 60 44 03 01 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PSG. TS. DƯƠNG HỒNG SƠN PSG. TS. TRỊNH THỊ THANH Hà Nội - Năm 2014 i LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, em xin chân thành cảm ơn thầy PGS.TS. Dương Hồng Sơn và cô PGS.TS. Trịnh Thị Thanh đã giao đề tài và tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em trong quá trình em thực hiện luận văn. Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các thầy, cô trong khoa Môi Trường, đặc biệt các thầy cô trong bộ môn Công nghệ Môi Trường đã dạy dỗ và truyền đạt cho em những kiến thức chuyên nghành hữu ích trong suốt quá trình học tập tại Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên, Đại Học Quốc Gia Hà Nội. Em cũng xin giử lời cảm ơn tới các chuyên viên phòng Nghiên cứu Dự Báo Môi Trường-Trung tâm Nghiên cứu Môi trường-Viện Khoa Học Khí Tượng Thủy Văn Và Biến đổi khí hậu đã tận tình giúp đỡ em trong quá trình thu thập số liệu đo đạc, tài liệu và cài đặt chạy mô hình MIKE 11. Em xin dành lời cảm ơn tới bố mẹ, những người thân trong gia đình và bạn bè đã động viên tạo điều kiện tốt nhất để em hoàn thành luận văn thạc sĩ. Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, Ngày 15 tháng 1 năm 2015 Phạm Sóng Biển ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i MỤC LỤC ii DANH MỤC HÌNH iv DANH MỤC BẢNG v DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT vi MỞ ĐẦU 1 Chương 1 - TỔNG QUAN 2 1.1. Giới thiệu mô hình MIKE 11 2 1.1.1. Mô đun thủy động lực (HD) 3 1.1.2. Mô đun truyền tải - khuyếch tán (AD) 7 1.1.3. Mô đun sinh thái (Ecolab) 11 1.2. Những nghiên cứu bằng mô hình MIKE11 và lưu vực sông Nhuệ 12 1.2.1. Khái quát về điều kiện tự nhiên, kinh tế-xã hội lưu vực sông Nhuệ 12 1.2.2. Những nghiên cứu chất lượng nước trên lưu vực nghiên cứu 23 1.2.3. Tổng quan tình hình sử dụng các mô hình trong tính toán chất lượng nước 24 1.2.4. Những nghiên cứu chất lượng nước sử dụng mô hình MIKE 11 29 Chương 2 - MỤC TIÊU – NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 32 2.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 32 2.2. Mục tiêu nghiên cứu 32 2.3. Nội dung nghiên cứu 33 2.4. Phương pháp nghiên cứu 34 2.4.1. Phương pháp thống kê, thu thập tài liệu 34 2.4.2. Phương pháp tính toán ước lượng nhu cầu sử dụng và nước thải cho từng đoạn sông 34 2.4.3. Phương pháp mô hình 37 Chương 3 - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 38 iii 3.1. Mô phỏng, kiểm định chất lượng nước sông Nhuệ bằng mô hình MIKE11 38 3.1.1. Phân đoạn sông Nhuệ chảy qua thành phố Hà Nội 38 40 40 3.1.2. Mô phỏng, kiểm định chất lượng nước sông Nhuệ 40 3.2. Dự báo diễn biến chất lượng nước sông Nhuệ đoạn chảy qua thành phố Hà Nội đến năm 2015 và năm 2020 47 3.2.1. Cơ sở dự báo nguồn thải 48 3.2.2. Kết quả dự báo 58 3.3. Đề xuất giải pháp cải thiện chất lượng nước sông Nhuệ 62 KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO 69 PHỤ LỤC 71 iv DANH MỤC HÌNH Hình 1. Sơ đồ hữu hạn sai phân 6 điểm ẩn Abbott 5 Hình 2. Sơ đồ sai phân 6 điểm ẩn Abbott trong mặt phẳng x-t 5 Hình 3. Sơ đồ sai phân 9 Hình 4. Bản đồ lưu vực hệ thống sông Nhuệ 32 Hình 5. Sơ đồ phân đoạn khúc sông Nhuệ 40 Hình 6. Sơ đồ mặt cắt hệ thống sông Nhuệ-Đáy sử dụng để tính toán trong MIKE 11 41 Hình 7. Sơ đồ mạng lưới thủy lực 42 Hình 8. Mô phỏng, kiểm định nồng độ DO với số liệu thực đo sông Nhuệ, tháng 3/2008 44 Hình 9. Mô phỏng, kiểm định nồng độ BOD với số liệu thực đo sông Nhuệ, tháng 3/2008 45 Hình 10. Mô phỏng, kiểm định nồng độ T-N với số liệu thực đo sông Nhuệ, tháng 3/2008 45 Hình 11. Dự báo nồng độ BOD năm 2015 59 Hình 12. Dự báo nồng độ DO năm 2015 59 Hình 13. Dự báo nồng độ N năm 2015 60 Hình 14. Dự báo nồng độ BOD năm 2020 61 Hình 15. Dự báo nồng độ DO năm 2020 61 Hình 16. Dự báo nồng độ N tổng năm 2020 62 v DANH MỤC BẢNG Bảng 1. Tiêu chuẩn cấp nước sinh hoạt cho các cấp đô thị (l/người/ngàyđêm) 36 Bảng 2. Phân đoạn sông Nhuệ 39 Bảng 3. Các biên sử dụng trong mô hình 42 Bảng 4. Đánh giá mức hiệu quả mô phỏng mô hình thủy lực 43 Bảng 5. Đánh giá hiệu quả mô phỏng chất lượng nước dọc sông Nhuệ năm 2008 46 Bảng 6. Dự báo lưu lượng nước thải sinh hoạt của thành phố Hà Nội theo thời gian 49 Bảng 7. Tải lượng ô nhiễm nước thải sinh hoạt tính cho một người trong ngày đêm 50 Bảng 8. Ước lượng dân số và chất thải rắn đổ vào sông Nhuệ năm 2015 và 2020 50 Bảng 9. Danh sách các khu công nghiệp đổ vào sông Nhuệ năm 2008 51 Bảng 10. Ước lượng chất thải rắn công nghiệp đổ váo sông Nhuệ năm 2015 và 2020. 53 Bảng 11. Ước lượng chất thải rắn y tế đổ vào sông Nhuệ năm 2015 và năm 2020 54 Bảng 12. Dự báo nhu cầu sử dụng nước nước đến năm 2015 và năm 2020 54 Bảng 13. Dự báo các nguồn thải vào sông Nhuệ vào năm 2015 55 Bảng 14. Dự cáo các nguồn thải vào sông Nhuệ năm 2020 57 Bảng 15. Bảng số liệu lưu lượng mực nước 71 Bảng 16. Giá trị nguồn thả theo đoạn sông 88 Bảng 17. Dự báo các nguồn thải vào sông Nhuệ vào năm 2015 90 Bảng 18. Dự cáo các nguồn thải vào sông Nhuệ năm 2020 91 Bảng 19. Dự báo lưu lượng nước thải sinh hoạt của thành phố Hà Nội theo thời gian . 92 Bảng 20. Tải lượng ô nhiễm nước thải sinh hoạt tính cho một người trong ngày đêm . 93 Bảng 21. Danh sách các khu công nghiệp đổ vào sông Nhuệ năm 2010 93 Bảng 22. Giá trị quan trắc nước mặt sông Nhuệ t3 năm 2008 94 vi DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT QCVN08/2008 BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước mặt HD: Thủy động lực AD: Truyền tải – Khuyếch tán WQ : Chất lượng nước DO: Oxy hòa tan T-N: Tổng Nitơ BOD: Nhu cầu ôxy sinh học COD : Nhu cầu ôxy hóa học KB1: Kịch bản 1 KB2: Kịch bản 2 KB3: Kịch bản3 KB4: Kịch bản 4 KB5: Kịch bản 5 KB6: Kich bản 6 KCN: Khu công nghiệp CCN: Cụm công nghiệp Q : Lưu lượng H : Mực nước vii 1 MỞ ĐẦU Dân số gia tăng nhanh chóng cùng với quá trình công nghiệp hóa hiện đại hóa đã làm gia tăng vấn đề ô nhiễm môi trường không khí, đất, nước trong đó đặc biệt có môi trường nước sông quanh đô thị. Các sông đô thị chịu tác động từ rất nhiều nguồn gây ô nhiễm như: khu công nghiệp, rác thải sinh hoạt, bệnh viện,…sông Nhuệ là một con sông như vậy. Theo số liệu quan trắc trong nhiều năm gần đây, chất lượng nước sông Nhuệ ngày càng xuống cấp nghiêm trọng tại nhiều điểm quan trắc, nồng độ oxy hòa tan khá thấp không đạt quy chuẩn B1, nồng độ COD và BOD 5 vượt tiêu chuẩn tới 37,1 và 54,1 lần, các hợp chất chứa Nitơ (NH 4 + , NO 2 - , NO 3 - ) khá cao đều vượt quy chuẩn chất lượng nước mặt QCVN 08/2008 BTNMT với mục đích sử dụng cho tưới tiêu B1. Xuất phát từ thực tế trên đã đặt ra nhu cầu cấp thiết cần những nghiên cứu dự báo chất lượng nước là cơ sở phục vụ công tác quản lý môi trường tổng thể, giúp cân bằng giữa quá trình phát triển kinh tế xã hội và môi trường nước sông. Cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ và tin học ngày càng nhiều ứng dụng mô hình được sử dụng trong nghiên cứu mô phỏng, dự báo chất lượng nước. Một ưu điểm không thể phủ nhận của việc sử dụng mô hình một cách phù hợp là tiết kiệm kinh phí, hiệu quả cao, chính xác nhất là các nghiên cứu trong một khu vực rộng lớn như lưu vực sông. Mô hình MIKE 11 với rất nhiều ưu điểm như: là một bộ phần mềm tích hợp đa tính năng, đã được kiểm nghiệm thực tế, cho phép tính toán thủy lực và chất lượng nước với độ chính xác cao, giao diện thân thiện, dễ sử dụng, có ứng dụng kỹ thuật GIS, có một kỹ thuật mới với độ chính xác cao, đang ngày càng trở nên hiệu quả trong nghiên cứu dự báo.Vì vậy đề tài “ Ứng dụng mô hình MIKE 11 trong quản lý nước sông Nhuệ, đoạn chảy qua địa phận thành phố Hà Nội”, là cấp thiết. [...]...TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu mô hình MIKE 11 Mô hình MIKE 11 là bộ mô hình một chiều được phát triển bởi Viện thủy lực Đan Mạch (DHI) từ mô hình gốc đầu tiên ra đời năm 1972 dùng để mô phỏng thủy lực nước trong sông Hiện nay MIKE 11 có thể tích hợp nhiều mô đun như mô đun truyền tải–khuyếch tán (AD), mô đun chất lượng nước (WQ), mô đun vận chuyển bùn cát (ST) và mô đun mưa rào–dòng chảy( RR) Mô hình MIKE 11. .. Liêm (thành phố Hà Nội) và điểm kết thúc của nó là cống Phủ Lý khi hợp lưu với sông Đáy gần thành phố Phủ Lý (tỉnh Hà Nam) Sông chảy qua các quận, huyện, thị gồm quận Cầu Giấy, Hà Đông, huyện Từ Liêm, Thanh Trì, Hoài Đức, Thường Tín, Thanh Oai, Phú Xuyên và cuối cùng đổ vào sông Đáy qua cống Lương Cổ ở khu vực thành phố Phủ Lý Về mùa kiệt cống Liên Mạc luôn mở để lấy nước sông Hồng vào sông Nhuệ, còn... 0 0 - Sông bắt nguồn từ cống Liên Mạc (21 05’27” vĩ độ Bắc, 105 46’12” kinh độ Đông) lấy nước từ sông Hồng trong địa phận huyện Từ Liêm (thành phố Hà Nội) và điểm kết thúc là cống Phủ Lý khi hợp lưu với sông Đáy gần thành phố Phủ Lý 0 0 (20 32’42” vĩ độ Bắc, 105 54’32” kinh độ Đông) - Lưu vực sông Nhuệ dài 74 km tính từ nguồn là cống Liên Mạc về đến cống Phủ Lý (Hà Nam) Trên địa phận Hà Nội sông có... dụng rộng rãi ở các nước châu âu và trên thế giới Mô đun thủy lực trong MIKE1 1 mô phỏng động lực cả ở trong sông và cửa sông, có thể áp dụng cho mạng sông phân nhánh và mạng sông phức tạp Vì mô hình là một chiều nên nó tuân theo các giả thiết rằng điều kiện dòng chảy trên toàn dòng sông là đồng nhất, tuy nhiên những dòng chảy qua đập là vẫn có thể được mô phỏng Sự vận chuyển chất hòa tan trong mô hình. .. nước sông Hồng dưới báo động cấp I và trong đồng có 19 nhu cầu cấp nước Cống Lương Cổ về mùa lũ luôn luôn mở để tiêu nước và chỉ đóng lại khi có phân lũ qua đập Đáy Nối sông Đáy với sông Nhuệ còn có các sông nhỏ như sông La Khê (qua thành phố Hà Đông), sông Vân Đình, sông Duy Tiên, sông Ngoại Độ và một số sông nhỏ khác tạo thành một mạng lưới tưới tiêu tự chảy cho hệ thống khi điều kiện cho phép Sông. .. vào môi trường cũng không phải là nhỏ[6] 1.2.2 Những nghiên cứu chất lượng nước trên lưu vực nghiên cứu Khu vực nghiên cứu sông Nhuệ, đoạn chảy qua thành phố Hà Nội là một lưu vực có ý nghĩa rất quan trọng trong sự phát triển của thủ đô Hà Nội bởi vì nó chịu tác động trực tiếp từ rất nhiều nguồn Có thể xem đây là nơi chứa đựng những phần thải dư thừa của thành phố Hà Nội Hơn thế môi trường lưu vực nước. .. cả sông Đáy, sông Nhuệ, các sông nối sông Đáy với sông Nhuệ và toàn bộ các kênh tiêu nội đồng Ngoài hai con sông lớn đó, khu vực nghiên cứu còn có nhiều dòng chảy khác, tuy nhỏ và ngắn, song gắn chặt với lịch sử lâu đời của Hà Nội Đó là sông Tô Lịch, gắn với sự hình thành của Hà Nội từ hơn 1500 năm trước Dòng chảy cũ liền với sông Hồng ở đầu phố chợ Gạo đã bị lấp từ đầu thế kỷ 20, nay chỉ còn đoạn chảy. .. nhiều năm dao động trong khoảng 60 - 100 mm Tháng có lượng bốc hơi lớn nhất trong năm là tháng VII, tới 98 mm Thời kỳ khô hanh đầu mùa đông cũng là thời kỳ có lượng bốc hơi lớn, trung bình dao động trong khoảng 90 95 mm Độ ẩm trung bình năm ở ngoại thành Hà Nội cao hơn ở nội thành (ngoại thành: 84%, nội thành: 79%) Thấp nhất vào tháng XI-XII là các tháng mùa khô (ngoại thành: 79,6% , nội thành 73,5%) Cao... nước sông 1.2.3 Tổng quan tình hình sử dụng các mô hình trong tính toán chất lượng nước Mô hình Qual2E Qual2E là sản phẩm của Cục bảo vệ môi trường Mỹ (EPA) Qual2E l mô hình thuỷ động lực và chất lượng nước 2 chiều: theo chiều dòng chảy vàchiều sâu Trong mô hình các yếu tố thuỷ lực và chất lượng nước được giả thiếtlà đồng nhất theo phương ngang nên mô hình thích hợp nhất đối với các lưuvực dài và hẹp... sâu Mô hình ược áp dụng cho sông ngòi, hồ, hồ chứa và vùng cửa sông Nó có thể môphỏng tới 15 thành phần bất kỳ trong một tổ hợp nào đó do người sử dụng đềra Các thành phần được mô phỏng là: 24 + Ôxy hoà tan DO + Nhu cầu ôxy sinh hoá BOD + Nhiệt độ + Tảo mô phỏng như diệp lục a + Nitơ mô phỏng như N + Amonia mô phỏng như N + Photpho hữu cơ mô phỏng như P + Photpho hoà tan mô phỏng như P + Coliform + Thành . “ Ứng dụng mô hình MIKE 11 trong quản lý nước sông Nhuệ, đoạn chảy qua địa phận thành phố Hà Nội , là cấp thiết. 2 TỔNG QUAN 1.1. Giới thiệu mô hình MIKE 11 Mô hình MIKE 11 là bộ mô hình. HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN PHẠM SÓNG BIỂN ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE 11 TRONG QUẢN LÝ NƯỚC SÔNG NHUỆ, ĐOẠN CHẢY QUA ĐỊA PHẬN THÀNH PHỐ HÀ NỘI . Hà Nội - Năm 2014 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Phạm Sóng Biển ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE 11 TRONG QUẢN LÝ NƯỚC SÔNG NHUỆ, ĐOẠN CHẢY QUA ĐỊA PHẬN THÀNH