(Luận Văn Thạc Sĩ) Nghiên Cứu Xác Định Khả Năng Chịu Tải Của Môi Trường Nước Và Đề Xuất Các Giải Pháp Giảm Thiểu Ô Nhiễm Nguồn Tài Nguyên Nước Mặt Lưu Vực Sông Vu Gia-Thu Bồn.pdf
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.31 MB, 131 trang )
LỜI CẢM ƠN
Sau một thời gian thực hiện, dưới sự hướng dẫn tận tình của TS. Lê Xuân
Quang và PGS.TS Nguyễn Tuấn Anh, được sự ủng hộ động viên của gia đình,
bạn bè, đồng nghiệp, cùng sự nỗ lực phấn đấu của bản thân, tác giả đã hoàn
thành luận văn thạc sỹ kỹ thuật chuyên ngành Kỹ thuật Tài nguyên nước đúng
thời hạn và nhiệm vụ với đề tài: “Nghiên cứu xác định khả năng chịu tải của
môi trường nước và đề xuất các giải pháp giảm thiểu ô nhiễm nguồn tài
nguyên nước mặt LVS Vu Gia- Thu Bồn’’.
Tuy nhiên do thời gian có hạn, trình độ cịn hạn chế chắc chắn khơng thể
tránh khỏi những thiếu sót. Do đó, tác giả rất mong nhận được sự chỉ bảo giúp
đỡ của các thầy cô giáo cũng như những ý kiến đóng góp của bạn bè và đồng
nghiệp.
Qua đây tác giả xin bày tỏ lịng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới TS. Lê
Xuân Quang và PGS.TS Nguyễn Tuấn Anh, người đã trực tiếp tận tình hướng
dẫn, giúp đỡ và cung cấp những tài liệu, những thông tin cần thiết cho tác giả
hoàn thành luận văn này.
Tác giả xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Thủy Lợi, các thầy cô
giáo Khoa Kỹ thuật tài nguyên nước, các thầy cô giáo bộ môn đã truyền đạt
những kiến thức chuyên môn trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận
văn.
Tác giả cũng xin trân trọng cảm ơn các cơ quan, đơn vị đã nhiệt tình
giúp đỡ tác giả trong quá trình điều tra thu thập tài liệu cho Luận văn này.
Cuối cùng, tác giả xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới gia đình, cơ quan, bạn
bè và đồng nghiệp đã động viên, giúp đỡ, tạo điều kiện và khích lệ tác giả
trong suốt q trình học tập và hồn thành luận văn.
Xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày tháng 4 năm 2016
Tác giả
Trần Anh Toàn
LỜI CAM KẾT
Tên tác giả : Trần Anh Toàn
Học viên cao học : CH22Q11
Người hướng dẫn 1: TS. Lê Xuân Quang
Người hướng dẫn 2 : PGS.TS Nguyễn Tuấn Anh
Tên đề tài luận văn: "Nghiên cứu xác định khả năng chịu tải của môi
trường nước và đề xuất các giải pháp giảm thiểu ô nhiễm nguồn tài
nguyên nước mặt LVS Vu Gia- Thu Bồn".
Tác giả xin cam đoan đề tài luận văn được làm dựa trên các số liệu, tư
liệu được thu thập từ nguồn thực tế, được công bố trên báo cáo của các cơ
quan nhà nước.Trong quá trình làm tơi có tham khảo các tài liệu liên quan
nhằm khẳng định thêm sự tin cậy và cấp thiết của đề tài. Các tài liệu trích dẫn
rõ nguồn gốc và các tài liệu tham khảo được thống kê chi tiết. Những nội
dung và kết quả trình bày trong Luận văn là trung thực, nếu vi phạm tơi xin
hồn tồn chịu trách nhiệm.
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1
1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI ..........................................................................1
2. MỤC ĐÍCH VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU ..........................................................3
2.1 Mục đích nghiên cứu .............................................................................................3
2.2 Phạm vi nghiên cứu ...............................................................................................3
3. CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .....................................3
3.1 Cách tiếp cận .........................................................................................................3
3.2 Phương pháp nghiên cứu.......................................................................................4
4. KẾT QUẢ DỰ KIẾN ĐẠT ĐƯỢC ........................................................................5
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH KHẢ NĂNG
CHỊU TẢI CỦA LVS TRÊN THẾ GIỚI VÀ TRONG NƯỚC ............................6
1.1 Tổng quan các phương pháp xác định khả năng chịu tải của LVS trên thế giới ..6
1.1.1 Các nghiên cứu tại Mỹ .......................................................................................6
1.1.2 Nghiên cứu tại Trung Quốc..............................................................................18
1.1.3 Nghiên cứu tại Úc ............................................................................................20
1.2 Tổng quan các phương pháp xác định khả năng chịu tải của LVS trong nước ..20
1.3 Nhận xét chương 1 ..............................................................................................35
CHƯƠNG 2: CỞ SỞ KHOA HỌC XÁC ĐỊNH KHẢ NĂNG CHỊU TẢI CỦA
LVS VU GIA-THU BỒN ........................................................................................37
2.1 Xác định các nguồn xả thải .................................................................................37
2.1.1 Hiện trạng môi trường của lưu vực ..................................................................37
2.1.2 Phân chia hệ thống khu sử dụng nước trong công nghiệp ...............................41
2.1.3. Phân chia hệ thống khu sử dụng nước trong sinh hoạt ...................................43
2.1.4. Phân chia hệ thống khu sử dụng nước cho chăn nuôi .....................................43
2.1.5. Phân chia hệ thống khu sử dụng nước cho thủy sản .......................................43
2.1.6. Dòng chảy hồi quy của các khu tưới ...............................................................43
2.2 Chất lượng môi trường nước lưu vực sông Vu Gia – Thu Bồn ..........................43
2.2.1 Các điểm quan trắc và thông số quan trắc .......................................................44
2.2.2 Yêu cầu chất lượng môi trường nước theo các mục đích sử dụng...................62
2.2.3 Kết quả quan trắc chất lượng nước mặt ...........................................................65
2.3 Nhận xét chung ...................................................................................................68
CHƯƠNG 3: XÁC ĐỊNH KHẢ NĂNG CHỊU TẢI LVS VU GIA – THU BỒN
VÀ ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP GIẢM THIỂU Ô NHIỄM .............................71
3.1. Mạng lưới sông suối và cửa sông.......................................................................71
3.1.1. Mạng lưới sơng ngịi .......................................................................................71
3.1.2. Cửa sơng ..........................................................................................................73
3.2. Mạng lưới quan trắc khí tượng thủy văn ............................................................74
3.2.1 Tình hình tài liệu ..............................................................................................74
3.3 Mơ hình thủy lực kiệt hệ thống sơng ..................................................................78
3.3.1 Phương pháp tính tốn .....................................................................................78
3.3.2. Sử dụng mơ hình tính tốn ..............................................................................80
3.3.3. Mơ hình MIKE 11- Thủy lực dịng chảy ........................................................80
3.3.4. Mơ hình MIKE 11 –Ecolab .............................................................................86
3.3.4.1. Giới thiệu mơ hình .......................................................................................86
3.3.4.2 Hiệu chỉnh mơ hình và kiểm định .................................................................88
3.4 Xác định lưu lượng kiệt ứng với tần suất 85 % ..................................................92
3.4.1 Trường hợp hiện tại ..........................................................................................92
3.4.2. Trường hợp dự báo đến 2020 ..........................................................................96
3.5 Xác định khả năng chịu tải ..................................................................................97
3.5.1 Công thức xác định khả năng chịu tải ..............................................................97
3.5.2 Xác định khả năng chịu tải trong trường hợp hiện tại .....................................99
3.5.3 Dự báo đến năm 2020 khả năng chịu tải của LVS Vu Gia - Thu Bồn ..........107
3.6. Nghiên cứu đề xuất các giải pháp giảm thiểu ô nhiễm trên LVS Vu Gia- Thu
Bồn ..........................................................................................................................114
3.7. Nhận xét chương 3 ...........................................................................................117
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.................................................................................118
1.KẾT LUẬN ..........................................................................................................118
2.KIẾN NGHỊ .........................................................................................................118
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................120
a. Tài liệu trong nước ..............................................................................................120
b. Tài liệu nước ngồi..............................................................................................121
DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1: Vị trí hạ lưu của lưu vực sơng Fox .............................................................9
Hình 1.2: Nở trầm tích ở hạ lưu vịnh Green sau 3 inches nước mưa trong tháng tư
năm 2011 .....................................................................................................................9
Hình 1.3: Hồ Tahoe ...................................................................................................10
Hình 1.4: Xả trung bình hàng ngày, tập trung các phân tử năm 1985 và 1986 ........13
Hình 1.5 - 1.6: Khả năng tiêp nhận BOD sơng VCĐ năm 2009; 2020 ....................29
Hình 2.1:Cầu Rồng trên sơng Hàn ............................................................................45
Hình 2.2: Cầu Nguyễn Văn Trỗi trên sơng Hàn .......................................................46
Hình 2.3: Cầu Tun Sơn trên sơng Hàn ..................................................................47
Hình 2.4: Sơng Cẩm Lệ tại vị trí bến đị Su ..............................................................47
Hình 2.5:Cửa vào cống lấy nước cấp nhà máy nước Cầu Đỏ ...................................48
Hình 2.6: Sơng Túy Loan xã Hịa Phan huyện Hịa Vang ........................................49
Hình 2.7: Sơng Đị Toản tại phường Kh Mỹ Quận Ngũ Hành Sơn ......................49
Hình 2.8: Đập Dâng An Trạch trên sơng n tại xã Hịa Tiến .................................50
Hình 2.9: Cửa Đại tỉnh Quảng Nam..........................................................................51
Hình 2.10: Sơng Thu Bồn xã Duy Châu huyện Duy Xun .....................................52
Hình 2.11: Sơng Thu Bồn tại xã Đại Cường huyện Ái Nghĩa ..................................52
Hình 2.12: Sơ đồ vị trí quan trắc và lấy mẫu ............................................................62
Hình 2.13: Biểu đồ hàm lượng TSS và Coliform đợt 1 ngày 10/9/2013 ..................68
Hình 2.14: Biểu đồ hàm lượng TSS và Coliform đợt 2 ngày 21/4/2014 .................. 70
Hình 2.15: Biểu đồ DO, COD, BOD5 đợt 1 ngày 10/9/2013 ...................................70
Hình 3.1: Bản đồ mạng lưới trạm khí tượng thủy văn lưu vực Vu Gia - Thu Bồn...80
Hình 3.2: Sơ đồ tính tốn thủy lực mạng sơng Vu Gia – Thu Bồn ........................... 85
Hình 3.3: Đường q trình đo tại các vị trí trên sơng Vu Gia trong giai đoạn mô
phỏng 02/09/2013 đến 14/09/2013 ........................................................................... 90
Hình 3.4: Đường q trình đo tại các vị trí trên sông Thu Bồn trong giai đoạn mô
phỏng 02/09/2013 đến 4/09/2013............................................................................. 90
Hình 3.5: So sánh giá trị DO giữa mơ phỏng và thực đo tại thời điểm lấy mẫu 10h
ngày 10/09/2013 ........................................................................................................ 90
Hình 3.6: So sánh giá trị BOD 5 giữa mô phỏng và thực đo tại thời điểm lấy mẫu
10h ngày 10/09/2013 ................................................................................................. 91
Hình 3.7: So sánh giá trị NH 4 + giữa mô phỏng và thực đo tại thời điểm lấy mẫu 10h
ngày 10/09/2013 ........................................................................................................ 91
Hình 3.8: So sánh giá trị NO 3 giữa mơ phỏng và thực đo tại thời điểm lấy mẫu 10h
ngày 10/09/2013 ........................................................................................................ 91
Hình 3.9: So sánh giá trị DO giữa mô phỏng và thực đo tại thời điểm lấy mẫu 10h
ngày 21/04/2014 ........................................................................................................ 92
Hình 3.10: So sánh giá trị BOD 5 giữa mô phỏng và thực đo tại thời điểm lấy mẫu
10h ngày 21/04/2014 ................................................................................................. 92
Hình 3.11: So sánh giá trị NH 4 + giữa mô phỏng và thực đo tại thời điểm lấy mẫu
10h ngày 21/04/2014 ................................................................................................. 93
Hình 3.12: So sánh giá trị NO 3 giữa mô phỏng và thực đo tại thời điểm lấy mẫu 10h
ngày 21/04/2014 ........................................................................................................ 93
Hình 3.13: Biều đồ khả năng tiếp nhận BOD của LVS ..........................................113
Hình 3.14: Biều đồ khả năng tiếp nhận COD của LVS ..........................................113
Hình 3.15: Biều đồ khả năng tiếp nhận NH4+ của LVS ........................................114
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1: Licit vực sông John Day 303 (d) Nguồn dữ liệu tại TMD: Phương pháp
DEQ (Department of Environmental Quality) ............................................................7
Bảng 1.2: Tổng tải trọng tối đa của lưu vực sông John Day: Phương pháp EPA
(Environmental Protection Agency) ...........................................................................8
Bảng 1.3: Hệ số biến đổi của tải trọng tức thời ........................................................14
Bảng 1.4: Độ khơng chính xác và sai lệch của bốn phương pháp tính tải trọng, từ
thử nghiệm Monte Carlo của 40 mẫu vẽ. 200 lần với sự thay thế từ bộ dữ liệu chất
lượng nước của 89 mẫu (1985) và 136 mẫu (1986) ..................................................17
Bảng 1.5: Tóm tắt các điểm đường cong kết quả hồi quy, cho 200 điểm hồi quy của
nhật ký Log Ci vs. Log Qi, với n = 40 ......................................................................18
Bảng 2.1: Phương pháp phân tích mẫu trong phịng thí nghiệm ..............................56
Bảng 2.2: Vị trí các điểm quan môi trường trên LVS Vu Gia- Thu bồn ..................58
Bảng 2.3:Giá trị giới hạn các thông số chất lượng nước mặt ...................................62
Bảng 2.4: Tổng hợp chỉ tiêu chất lượng nước mặt sông Vu Gia – Thu Bồn đợt 1
tháng 9/2013 ..............................................................................................................66
Bảng 2.5: Tổng hợp chỉ tiêu chất lượng nước mặt sông Vu Gia – Thu Bồn đợt 2
tháng 4/2014 ..............................................................................................................67
Bảng 3.1: Đặc trưng hình thái sơng chính vùng nghiên cứu .....................................73
Bảng 3.2: Mạng lưới các trạm đo khí tượng thuỷ văn lưu vực Vu Gia - Thu Bồn ..76
Bảng 3.3: Thống kê các trạm thủy văn trong vùng ...................................................78
Bảng 3.4: Kết quả mực nước thực đo và tính tốn mơ phỏng .................................. 86
Bảng 3.5: Kết quả mực nước thực đo và tính tốn kiểm định mơ hình .................... 87
Bảng 3.6: Lưu lượng dòng chảy 9/2013 ...................................................................93
Bảng 3.7: Lưu lượng dòng chảy 4/2014 ...................................................................95
Bảng 3.8: Lưu lượng dòng chảy kiệt (85%) đến 2020 ..............................................97
Bảng 3.9: Kết quả tính khả năng tiếp nhận BOD 5 của nguồn nước sông Vu Gia –
Thu Bồn (thời điểm 9/2013)....................................................................................100
Bảng 3.10: Kết quả tính khả năng tiếp nhận BOD 5 của nguồn nước sông Vu Gia –
Thu Bồn (thời điểm 4/2014)....................................................................................101
Bảng 3.11:Kết quả tính khả năng tiếp nhận COD của nguồn nước sông Vu Gia –
Thu Bồn (thời điểm 9/2013)....................................................................................102
Bảng 3.12: Kết quả tính khả năng tiếp nhận COD của nguồn nước sông Vu Gia –
Thu Bồn (thời điểm 4/2014)....................................................................................103
Bảng 3.13: Kết quả tính khả năng tiếp nhận NH 4 + của nguồn nước sông Vu Gia –
Thu Bồn (đợt 9/2013) ..............................................................................................103
Bảng 3.14: Kết quả tính khả năng tiếp nhận NH 4 + của nguồn nước sông Vu Gia –
Thu Bồn (đợt 4/2014) ..............................................................................................104
Bảng 3.15: Kết quả tính khả năng tiếp nhận TSS của nguồn nước sông Vu Gia –Thu
Bồn (đợt 9/2013) .....................................................................................................105
Bảng 3.16: Kết quả tính khả năng tiếp nhận TSS của nguồn nước sông Vu Gia –Thu
Bồn (đợt 4/2014) .....................................................................................................106
Bảng 3.17: Dự báo đến 2020 khả năng tiếp nhận BOD 5 của nguồn nước sông Vu
Gia –Thu Bồn ..........................................................................................................108
Bảng 3.18: Dự báo đến 2020 khả năng tiếp nhận COD của nguồn nước sông Vu Gia
–Thu Bồn .................................................................................................................108
Bảng3.19: Dự báo đến 2020 khả năng tiếp nhận NH 4 + của nguồn nước sông Vu Gia
–Thu Bồn .................................................................................................................110
Bảng 3.20: Dự báo đến 2020 khả năng tiếp nhận TSS của nguồn nước sông Vu Gia
–Thu Bồn .................................................................................................................111
CHỮ VIẾT TẮT
LVS
Lưu vực sơng
BOD 5
Lượng oxy cần thiết để oxy hóa hết các chất hữu cơ và sinh
hóa do vi khuẩn (có trong nước nói chung và nước thải nói
riêng) gây ra, với thời gian xử lý nước là 5 ngày ở điều kiện
nhiệt độ là 20°C
TSS
Tổng chất rắn lơ lửng
COD
Lượng oxy cần thiết để ô xy hóa các chất hữu cơ và vơ cơ có
trong nước
DO
Lượng ô xy hòa tan trong nước
NCN
Nhu cầu nước
DCTT
Dòng chảy tối thiếu
KNCT
Khả năng chịu tải
TCXDVN
Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam
1
MỞ ĐẦU
1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Khả năng chịu tải của môi trường nước là khả năng tiếp nhận các lọai
chất thải tối đa mà vẫn đáp ứng các yêu cầu chất lượng cho những mục đích
sử dụng được quy định tại khu vực nghiên cứu (duy trì cân bằng sinh thái,
đảm bảo các mức chất lượng cho mục đích tưới tiêu, sinh họat).
Do đó việc tìm hiểu về khả năng chịu tải và khả năng tự làm sạch của
lưu vực sơng là rất cần thiết để có thể phát triển và bảo vệ môi trường lưu vực
sông. Hiện nay, phép phân tích khả năng chịu tải là một hướng tiếp cận mới
và đang phổ biến trên thế giới nhằm ngăn ngừa sự quá tải môi trường gây ra
bởi hoạt động của con người.
Cùng với sự phát triển đất nước theo hướng cơng nghiệp hóa và hiện
đại hóa, q trình đơ thị hố diễn ra mạnh mẽ, mơi trường nói chung và mơi
trường nước nói riêng đang bị tác động rất lớn. Chất lượng nước các con sông
đang bị ô nhiễm nghiêm trọng, dẫn đến khả năng tiếp nhận chất thải của
chúng cũng bị mất dần, vùng thượng lưu cũng như hạ lưu các con sông đã
chịu tác động mạnh mẽ từ các hoạt động sinh hoạt, y tế, hoạt động sản xuất
nông, lâm nghiệp và công nghiệp…khi chất thải lớn hơn khả năng tự làm sạch
của sông sinh ra sức chịu tải của sông. Phương pháp xác định khả năng chịu
tải của lưu vực sông trở thành vấn đề được các nhà nghiên cứu khoa học trong
nước và thế giới vô cùng quan tâm.
Hệ thống sông Vu Gia Thu Bồn là một trong những hệ thống sông lớn
ở miền duyên hải Trung Bộ Việt Nam với tổng diện tích lưu vực 10.350 km2
nằm trên địa phận 3 tỉnh Quảng Nam, Đà Nẵng và Kon Tum. Sông bắt nguồn
từ địa bàn tỉnh Kon Tum chảy qua tỉnh Quảng Nam, thành phố Đà Nẵng đổ ra
biển Đông ở hai cửa biển là Cửa Đại và Cửa Hàn. Toàn bộ lưu vực nằm ở
2
sườn Đơng Trường Sơn có tiềm năng lớn về đất đai, tài nguyên nước, thuỷ
năng và rừng.
Lưu vực nằm ở trung độ của đất nước, có Đà Nẵng là thành phố trực
thuộc Trung ương, là đầu mối quan trọng của vùng có mạng lưới giao thơng
hàng khơng, đường sắt, đường bộ Bắc- Nam lên Tây Nguyên, sang Lào, có
cảng biển thuận tiện giao lưu quốc tế. Trong vùng có nhiều danh lam thắng
cảnh đẹp như bán đảo Sơn Trà, Đèo Hải Vân, Ngũ Hành Sơn, có di sản văn
hố thế giới như Hội An, Mỹ Sơn…Thành phố Đà Nẵng và tỉnh Quảng Nam
là tỉnh nằm trong vùng kinh tế trọng điểm Miền Trung, được Đảng và Nhà
Nước quan tâm, tập trung đầu tư cao nhằm tạo điều kiện đẩy nhanh q trình
phát triển kinh tế- xã hội. Các khu cơng nghiệp Liên Chiểu - Hoà Khánh - Đà
Nẵng - Điện Ngọc - Điện Nam đã và đang đi vào sử dụng và khai thác thu hút
đầu tư trong, ngoài nước là những thuận lợi và cơ hội rất lớn cho phát triển
nền kinh tế lưu vực.
Tuy nhiên, do những đặc thù chung của Miền Trung, điều kiện tự nhiên
của lưu vực Vu Gia - Thu Bồn cũng gây nhiều khó khăn cho phát triển kinh
tế- xã hội. Địa hình lưu vực khá phức tạp, phần lớn là núi cao, bị chia cắt
mạnh, độ dốc lớn, khó xây dựng cơ sở hạ tầng, nhất là giao thông thuỷ lợi.
Thời tiết khắc nghiệt, chất lượng thảm thực vật bị suy giảm, thiên tai bão lũ
ln xảy ra và có xu hướng ngày càng ác liệt. Mưa lũ lớn gây xói mịn đất,
xói lở bờ và cắt dịng sơng, gây úng ngập và lũ lụt nghiêm trọng, trong khi
mùa khơ ít mưa gây khô hạn nặng.
Trong những năm gần đây, nhánh Quảng Huế nối giữa sông Vu Gia và
Thu Bồn liên tục bị sạt lở, đổi dòng nên phần lớn lượng nước từ Vu Gia đã
được chuyển sang sông Thu Bồn sẽ gây ngập lụt nghiêm trọng cho Hội An về
mùa lũ và thiếu nước cho vùng hạ lưu Vu Gia về mùa kiệt.
3
Ngoài ra, sau khi xây dựng hệ thống các hồ chứa lớn đặc biệt việc
chuyển nước của thủy điện Đakmi 4, đã gây ra những hậu quả không nhỏ cho
hạ du. Nước chuyển nhiều hơn về phía Thu Bồn đã làm cho phía Vu Gia dịng
chảy kiệt suy giảm mạnh, mực nước giảm sút nghiêm trọng, mặn xâm nhập
cao, uy hiếp các nhà máy cấp nước chính cho TP. Đà Nẵng, hậu quả đến nông
nghiệp, sinh hoạt, công nghiệp… là rất lớn.
Dòng chảy suy giảm còn làm ở hạ lưu đập thủy điện, ở hạ du của sông
Vu Gia- Thu Bồn còn là nguy cơ gây ra các ẩn họa về môi trường. Nước về
hạ du trở nên quá đục và đặc biệt tốc độ phát triển rất nhanh của các khu công
nghiệp ở Đà Nẵng, Quảng Nam sẽ làm gia tăng mức độ xả thải. Trong khi,
các cơ quan ban ngành vẫn còn đang tranh cãi nhau về quy hoạch, về vận
hành của hệ thống thủy điện hợp lý… nhằm đảm bảo cho sự phát triển bền
vững của vùng trong tương lai.
Vì vậy xác định khả năng chịu tải của LVS Vu Gia- Thu Bồn nhằm đề
xuất các giải pháp khai thác hiệu quả bền vững lưu vực sông trong tương lai
là rất cần thiết và cấp bách.
2. MỤC ĐÍCH VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
2.1 Mục đích nghiên cứu
Xác định được khả năng chịu tải của LVS Vu Gia- Thu Bồn làm cơ sở
làm cơ sở đề xuất các giải pháp quản lý khai thác hiệu quả và bền vững nguồn
tài nguyên nước mặt lưu vực sông Vu Gia- Thu Bồn.
Đề xuất được các giải pháp giảm thiểu ô nhiễm trên lưu vực sông Vu
Gia – Thu Bồn
2.2 Phạm vi nghiên cứu
Lưu vực sông Vu Gia- Thu Bồn
3. CÁCH TIẾP CẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
3.1 Cách tiếp cận
4
- Tiếp cận thực tế: đi khảo sát, nghiên cứu, thu thập các số liệu liên quan
đến đề tài luận văn.
- Tiếp cận hệ thống: Tiếp cận, tìm hiểu, phân tích hệ thống từ tổng thể
đến chi tiết, đầy đủ và hệ thống.
- Tiếp cận các phương pháp nghiên cứu mới mơ hình hóa, các phương
pháp nghiên cứu tiên tiến trên thế giới và trong nước về xác định khả năng
chịu tải.
3.2 Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp điều tra, thu thập các số liệu, tài liệu có liên quan, phân
tích thống kê các tài liệu.
- Phương pháp kế thừa: nghiên cứu, phân tích, tổng hợp các kết quả
nghiên cứu trong và ngồi nước và kế thừa có chọn lọc của các kết quả này
thông qua các thư viện trong nước, mạng internet, các báo cáo khoa học, báo
cáo đánh giá hiện trạng khai thác sử dụng nguồn nước và môi trường của các
cơ quan chuyên môn, định hướng phát triển kinh tế của vùng.
- Phương pháp khảo sát thực địa: tiến hành đi thực địa để tìm hiểu sự
biến động của các hệ sinh thái cũng như các ảnh hưởng trực tiếp đến các hoạt
động khác về kinh tế, xã hội bằng cách phỏng vấn, đo đạc bổ sung…
- Phương pháp phân tích trong phịng thí nghiệm: Phân tích chất lượng
nước theo các chỉ số cơ bản để làm cơ sở xác định khả năng chịu tải của LVS
Vu Gia- Thu Bồn;
- Phương pháp chuyên gia: lấy ý kiến chuyên gia đa ngành để xem xét và
giải quyết bài tốn dưới góc độ tổng hợp.
- Phương pháp mơ hình hóa:Ứng dụng mơ hình NAM; MIKE 11 trong
xác định mưa dịng chảy và lưu lượng kiệt của lưu vực sơng Vu Gia- Thu
Bồn;
5
4. KẾT QUẢ DỰ KIẾN ĐẠT ĐƯỢC
- Xác định được khả năng chịu tải của LVS Vu Gia Thu Bồn
- Đề xuất được được các giải pháp giảm thiểu ô nhiễm trên lưu vực sông
Vu Gia – Thu Bồn
6
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH KHẢ NĂNG CHỊU
TẢI CỦA LVS TRÊN THẾ GIỚI VÀ TRONG NƯỚC
1.1 Tổng quan các phương pháp xác định khả năng chịu tải của LVS trên
thế giới
1.1.1 Các nghiên cứu tại Mỹ
Báo cáo chất lượng nước: “ Kế hoạch quản lý chất lượng nước và
tổng tải trọng tối đa hàng ngày của lưu vực sơng John Day” (Nhóm tác giả:
Don Butcher, với sự hỗ trợ của Julia Crown, Kevin Brannan, KotoKishida
Phụ lục: Julia Crown (A & B), Don Butcher ( C ), Kevin Brannan(D & E),
Shannon Hubler (F)- Văn phịng Mơi trường chất lượng nước của tiểu bang
Oregon, 811 SW 6th Avenue Portland, OR 97204 1-800-452-4011).
Văn phịng mơi trường chất lượng nước đã làm việc tại các lưu vực
sông John Day ( Lưu vực sông Jonh Day thuộc quận Clatsop – Tây Bắc tiểu
bang Oregon của Mỹ) trong nhiều năm để đánh giá chất lượng nước ở các
sông, suối. Tại một số địa điểm và thời gian, nước ở đây khơng cịn sạch cho
con người có thể bơi, uống hoặc cho sự sống cịn của các lồi cá. Vấn đề liên
quan bao gồm nhiệt độ cao và mức độ vi khuẩn, nồng độ oxy thấp, đời sống
thủy sinh bị suy yếu và quá nhiều hạt mịn trầm tích lịng suối.
Đã đưa ra phương pháp xác định khả năng chịu tải của LVS John Day
thuộc quận Clatsop - Tây Bắc tiểu bang Oregon của Mỹ theo công thức sau:
LC = WLA + LAh + LAbkgd + MOS + RC [1.1]
Trong đó:
LC= Khả năng chịu tải.
WLA= Phân bổ tải trọng chất thải.
LAh= Tải trọng phân bổ từ các nguồn không đáng kể của con người
LAbkgd= Tải trọng phân bổ từ nền tự nhiên
7
MOS= Biên an tồn
RC = Cơng suất dự trữ, cho sự tăng trưởng dân số hoặc tăng tải của
con người
Dữ liệu hỗ trợ có sẵn từ năm 1972 đến năm 2009. DEQ thực hiện giám
sát TMDL cụ thể từ năm 2002 đến năm 2006. DEQ phân tích dữ liệu này
trong thời gian 2004-2010.
Các nhà nghiên cứu đã dùng biện pháp lấy số liệu và phân tích các chỉ
tiêu về nhiệt độ, lượng Oxy hòa tan, mức độ vi khuẩn, trầm tích, tiêu chuẩn
sinh học của lưu vực sơng, từ đó lập bảng số liệu tổng hợp theo phương pháp
DEQ và phương pháp EPA.
Bảng 1.1: Licit vực sông John Day 303 (d) Nguồn dữ liệu tại TMD: Phương
pháp DEQ (Department of Environmental Quality)
Thơng
số
Tiêu
chuẩn
sinh
học
Vi
khuẩn
Oxy
hịa
tan
Nhiệt
độ
Tiêu
chuẩn
Phụ lưu Bắc
Miles
Đoạn
Thuyết
minh
29.0
Tống
phụ
29.0
Phu lưu giữa
Phụ lưu trên
Miles
Đoạn
Miles
Đoạn
2
15.8
1
14.2
2.0
15.8
1.0
14.2
Miles
Đoạn
Phụ lưu dưới
Phụ lưu giao
cắt
Miles
Đoạn
2
59.0
5
2.0
59.0
5
Miles
Đoạn
Tổng
E. Coll
- mùa
hè
83.0
1
83.0
1
Fecal
Confor
m–
Mùa
83.0
1
83.0
1
Tổng
phụ
166.0
2
166.0
2
Nước
lạnh
61.7
1
61.7
1
Tổng
phụ
61.7
1
61.7
1
176.4
22
69.2
7
Cá hồi
93.4
13
66.7
7
Sinh
sản
44.8
5
24.4
2
16.3
2
8
Môi
trường
sống
nước
lạnh
81.6
6
40.6
1
Nuôi
trồng
362.3
27
100.3
15
290.2
15
8.6
1
341.2
31
Khu
vực di
cư
Tổng
phụ
Tổng số Miles
582.1
51
611.1
232.0
25
232.0
Tổng số đoạn
290.2
15
306.0
53
366.1
34
380.3
25
16
130.8
8
61.7
1
1155.7
89
181.6
1
181.6
1
243.3
2
1713.7
127
471.0
2000.4
36
5
135
Bảng 1.2: Tổng tải trọng tối đa của lưu vực sông John Day: Phương pháp
EPA (Environmental Protection Agency)
Thơng sổ
Phụ lưu
giao cắt
Tổng
Vi khuẩn
1
1
Oxy hịa tan
1
1
Phu lưu
Bắc
Phụ lưu
giữa
Phụ lưu
dưới
Phu lưu
trên
Nhiệt độ
46
23
15
34
2
120
Tổng số đoạn
46
23
15
34
4
122
Báo cáo chất lượng nước: “Sức chịu tải đa hàng ngày và kế hoạch quản lý
nguồn nước dựa trên việc phân tích chỉ số photpho và tổng chỉ số chất rắn lơ
lửng trong vùng hạ lưu lưu vực sông Fox và hạ lưu vịnh Green”.
Sông Mississippi là một con sơng ở Bắc Mỹ. Sơng có chiều dài là 6.275
km (3.900 dặm) từ hồ Itasca đến Vịnh Mexico, sông Mississippi được công
nhận là hệ thống sông dài thứ 3 trên thế giới. Sông Mississippi hợp lưu với
một loạt các phụ lưu như : Minnesota, Saint croix, cannon, lllinois... trong đó
sơng Fox là một phụ lưu của sông lllinois.
9
Vịnh Green ( Green Bay) ở tiểu bang Wisconsin nước Mỹ.
Hình 1.1: Vị trí hạ lưu của
lưu vực sơng Fox
Hình 1.2: Nở trầm tích ở hạ lưu vịnh Green sau
3 inches nước mưa trong tháng tư năm 2011
Tháng 3 năm 2012, Cơ quan bảo vệ môi trường Hoa Kỳ (The United States
Environmental Protection Agency (EPA)) đã nghiên cứu về vấn đề ô nhiễm chất
lượng nước của hạ lưu lưu vực sông Fox và hạ lưu vịnh Green. Sau một loạt các
nghiên cứu và phân tích sự liên kết của chỉ số phopho và trầm tích, điều kiện mơi
trường... của hạ lưu lưu vực sông Fox và hạ lưu vịnh Green, nhóm nghiên cứu đã
đưa ra được cơng thức xác định sức chịu tải tối đa hàng ngày của lưu vực sơng như
sau:
TMDL = ∑WLA +∑ LA + MOS [1.2]
Trong đó:
TMDL: Tổng tải trọng tối đa hàng ngày.
WLA: Phân bổ tải trọng chất thải
LA: Phân bổ tải.
MOS: Biên an tồn.
Cơng thức này được áp dụng rất hiệu quả trong qua trình nghiên cứu và
xác định khả năng chịu tải của các lưu vực sông.
10
“Phương pháp tính khả năng chịu tải của lưu vực hồ TAHOE ở
CALIFORNIA- NEVADA, Mỹ " ( Nhóm tác giả: Robert Coats, Fengjing Liu,
and Charles R. Goldman- Báo Hôi tài nguyên nước của Mỹ tháng 6/2012).
Hình 1.3: Hồ Tahoe
Hồ Tahoe là một hồ nước ngọt lớn ở Sierra Nevada của Hoa Kỳ - nằm
dọc theo biên giới giữa bang Califomia và Nevada, phía tây của thành phố
Carson. Độ cao bề mặt hồ: 1.897m. Diện tích: 496,2km2. Khối lượng:
11
150,7km3. Chiều dài: 35km.
Việc lấy mẫu của các dòng suối và ước tính tổng tải trọng của nitơ,
phốt pho, và phù sa lơ lửng đóng một vai trị quan trọng trong nỗ lực kiểm
soát các hiện tượng phú dưỡng của hồ Tahoe. Nhóm tác giả đã sử dụng
phương pháp MonteCarlo để kiểm tra độ chính xác và sự sai lệch của bốn
phương pháp tính tổng tải trọng cho thành nitrate-nitrogen, phosphorus phản
ứng hòa tan, hạt phốt pho, tổng số phốt pho và trầm tích lơ lửng trong một
nhánh lớn của hồ. Các phương pháp xét nghiệm đều là hai hình thức: ước tính
Ratio (tỷ lệ) của Beale, mẫu trọng lượng theo giai đoạn và tỷ lệ đường cong.
Lấy mẫu chuyên sâu năm 1985 (một năm khô) và 1986 (một năm ẩm ướt)
cung cấp cơ sở cho việc ước tính tải trọng từ phương pháp xử lý số liệu đo để
so sánh, ước tính dựa trên dữ liệu thực tế ở cường độ thấp hơn, đặc trưng của
chương trình giám sát hiện nay. Kết quả cho thấy: (1) phương pháp lấy mẫu
trọng lượng theo giai đoạn là vượt trội so với các phương pháp khác cho tất cả
các thành phần trong năm 1985; và (2) cho tổng phốt pho, hạt phốt pho, và
phù sa lơ lửng, các điểm đường cong đã cho kết quả tốt nhất trong năm 1986.
Thay đổi các chương trình lấy mẫu và phương pháp tính tốn tải trọng hiện
nay là cần thiết để cải thiện độ chính xác và giảm thiểu sự thiên vị của các
ước tính tổng tải phốt pho trong dòng lưu vực. (Giới hạn chính: các hệ sinh
thái thuỷ sinh, phân tích thống kê; chất lượng nước; quản lý lưu vực sông; hồ
Tahoe, hiện tượng phú dưỡng; tính tốn tải trọng).
Kể từ khi chính sách sử dụng đất và các chương trình kiểm sốt chất
lượng nước trong lưu vực được thực thi nhằm mục đích chủ yếu trong việc
kiểm sốt hoặc giảm tải trọng của nitơ và phốt pho đến hồ, điều quan trọng là
rất nhiều dưỡng nhánh được ước tính một cách chính xác (Reuter et al.,
1999).
Về mặt khái niệm, các tính tốn tải trọng của hàng loạt phụ lưu đòi hỏi phải
12
đánh giá tách rời. Tải trọng trong một khoảng thời gian nhất định giữa
và
được đưa ra theo công thức sau:
L=
[1.3]
Trong đó:
L: Tổng tải trọng trong khoảng thời gian từ t a đến t b .
K: Đơn vị yếu tố chuyển đổi.
Q t : Xả tức thời tại thời điểm t.
C t : Nồng độ cô đặc tức thời tại thời điểm t.
Việc xả tức thời có thể được đo bằng các kỹ thuật đo chiều dòng tiêu
chuẩn tại thời điểm lấy mẫu, và liên tục (hoặc ít nhất là hàng ngày) dữ liệu xả
thường có sẵn. Vấn đề là nồng độ của hầu hết các thành phần không thể được
đo liên tục, nhưng đã được lấy mẫu và xác định bằng phương pháp hóa học.
Sử dụng 800 tập dữ liệu cho năm 1985 và 1200 tập cho năm 1986,
nhóm tác giả đã tính tổng tải trọng cho 02 năm nước bằng 4 phương pháp
khác nhau như sau: Phương pháp ước tính tỷ lệ của Beale (The Beale's Ratio
Estimator (BRE)), Phương pháp ước tính tỷ lệ các phân tầng của Beale (The
Stratified Beale’s Ratio Estimator (SBRE)), Phương pháp lấy mẫu trọng
lượng theo giai đoạn (The Period Weighted Sample Method), Phương pháp
đánh giá đường cong (The Raiting Curve Method).
13
Hình 4a
Hình 4b
Hình 4a: Xả trung bình hàng ngày, tổng P, hạt
P, và trầm tích bị đình chỉ;
Hình 4b: Chỉ ra nitrate-N và phản ứng P hòa
tan. Các điểm - đại diện cho các mẫu chất
lượng nước thực tế (được sử dụng trong các thử
nghiệm Monte Carlo), và các dòng (lines) - đại
diện cho ước tính dữ liệu đã xử lý của nồng độ
trung bình hàng ngày.
Hình 1.4: Xả trung bình hàng ngày, tập trung các phân tử năm 1985 và
1986
14
Bảng 1.3: Hệ số biến đổi của tải trọng tức thời
%
Các thành phần
Năm 1985
Năm 1986
Ni-trát (N)
103
114
Hoat tính hịa tan P
82
176
Hạt P
119
409
Tổng P
86
379
Trầm tích
251
383
(Bộ dữ liệu được sử dụng trong thứ nghiệm Mote Carlo)
• Phương pháp ước tính tỷ lệ của Beale (The Beale 's Ratio Estimator (BRE)
Trong phương pháp này, nồng độ trung bình xả trọng được nhân với
tổng lưu lượng trong khoảng thời gian xác định, và kết quả điều chỉnh bằng
cách sử dụng một yếu tố kết hợp các tỉ số của hiệp phương sai của tải với lưu
lượng phương sai của xả. Các BRE đã được lựa chọn cho nghiên cứu này vì
nó đã được sử dụng thành cơng để ước tính tổng tải phốt pho trong các lĩnh
vực khác. Các phương trình được sử dụng từ Cohn (1995) là:
=
.
.
[1.4]
Trong đó:
: Xả nước trung bình trong khoảng thời gian xác định
L : Tải trọng tức thời Q i . C i
[1.5]
=
[1.6]
15
[1.7]
[1.8]
N= Số lượng mẫu trong khoảng thời gian xác định.
• Phương pháp ước tính tỷ lệ các phân tầng của Beale(The Stratified
Beale's Ratio Estimator (SBRE)
Nhóm tác giả đã phân tầng dữ liệu (một hậu) theo bốn phần tư xả trung
bình hàng ngày, tính tốn tải trọng riêng biệt cho từng phần, và tổng kết các
kết quả.
• Phương pháp lấy mẫu trọng lượng theo giai đoạn (The Period Weighted
Sample Method).
Trong phương pháp này, nồng độ của một cặp hai mẫu kế tiếp trong
năm nước được tính trung bình và trung bình nhân với xả tích lũy giữa các lần
lấy mẫu. Xả được lấy từ các bản ghi của USGS xả trung bình hàng ngày, chia
cho ngày đó có một hoặc nhiều hơn các mẫu được lấy. Việc gia tăng kết quả
của tải được tóm tắt qua mỗi năm nước.
• Phương pháp đánh giá đường cong (The Rating Curve Method).
Nhật ký của nồng độ tức thời (logCi) đã bị thụt lùi so với nhật ký xả tức
thời (logQi). Đối với mỗi ngày trong năm nước, có nghĩa là dịng chảy ngày
đã được sử dụng để ước tính nồng độ trung bình hàng ngày, theo phương
trình:
C d =k.10a.
Trong đó:
Cd: nồng độ trung bình hàng ngày.
k: hệ số hiệu chỉnh đơn vị.
.e2.65.MSE
[1.9]
16
a: hằng số hồi quy.
b: hệ số hồi quy.
MSE: lỗi bình phương trung bình từ hồi quy của nhật ký Ci và nhật ký
Qi.
Điều này về cơ bản là phương pháp được sử dụng bởi các Nhóm nghiên
cứu Tahoe để tính tổng tải trọng cấu thành trong lưu vực suối, ngoại trừ việc
họ sử dụng hồi quy là log (QiCi) và log Qi. Các yếu tố e2.65.MSE là một yếu tố
điều chỉnh cho phép biển đổi sai lệch (Ferguson, 1986).
Sử dụng 200 tổng dự tải cho mỗi phương pháp, năm và kích thước
mẫu, nhóm tác giả đã tính tốn, độ lệch chuẩn, các biểu thức sai lệch và thiếu
chính xác. Sai lệch cho một phương thức được định nghĩa là độ lệch của giá
trị trung bình của các ước tính tải từ các ước tính dữ liệu đã làm (theo phần
trăm của cái sau); khơng chính xác được định nghĩa là hệ số biến đổi của một
phương pháp (độ lệch chuẩn theo phần trăm của phương pháp giá trị trung
bình). Nhóm tác giả đã tính tốn độ lệch chuẩn theo phần trăm của các ước
tính dữ liệu đã làm.
Một thống kê hữu ích để thể hiện cả sự sai lệch và thiếu chính xác của
ước lượng là gốc, có nghĩa là lỗi bình phương trung bình (RMSE), được định
nghĩa là:
RMSE=
[1.10]
Trong đó:
B: độ lệch so với ước tính dữ liệu đã làm.
S:độ lệch chuẩn của mẫu (Dolan etal., 1981).
Thống kê này được tính tốn cho tất cả các thành phần, phương pháp
và cỡ mẫu.
