Mô hình dự báo sự biến động hàm lượng oxy hòa tan trong hệ sinh thái hồ

MO
HINH
DLJ
BAO
sa
BIEN
OONG
HAM
LUqNG
oxY HOA TAN TRONG
HE
SINH
THAI
HO
LUU
LAN
HUONG,
NGO
QUANG
DU
Dai hoc Khoa hoc
Tix
nhien - DHQGHN
LlVlcfdau
Trong cac he sinh thai (HST) thuy vuc thi ho la
HST
cd nhieu vai
trd quan trgng. Ben canh cac
chiic
nang la ca'p
nude,

dieu tie't
lugng
nude thai, nude mua, tudi tieu, du
lich,
the thao, HST bd edn la nai
bao ton cac ngudn gen qui hiem ve ddng vat,
thue
vat.
Thii
dd Ha Ndi
cd he thd'ng bd (gdm 24 hd ndi thanh), day la net dac sac tao
nen
canh
quan. He thd'ng hd
cQng
dugc coi nhu la phdi xanh
ciia
thanh phd, nha
may dieu hoa khi hau tieu khu vuc. Tuy nhien, bien nay tinh trang d
nhiem mdi trudng trong cac hd da de'n
miic
bao ddng lam cho cha't
lugng nude cung nhu khu he sinh vat, canh quan ngay cang bi suy giam.
Oxy hoa tan (DO: Dissolved Oxygen) la thdng sd quan trgng de
danh gia chat lugng nude hd. DO la yeu to dam bao cho su phat trien
va ton tai cua khu he sinh vat trong hd, ham lugng DO phu thudc vao
hau bet cac qua trinh vat
ly,
boa
bgc,

sinh
bgc
xay ra trong HST hd.
Han niia, viec du bao su bien ddng
eiia
DO se gdp phan quan trgng
vao viec quan ly chat lugng nude,
phue
vu cho su phat trien ben
viing
ciia
HST. Bai bao nay se gdp
phSn
vao cdng viec ehung dd.
2.
Doi
tiTdng
va
Phucfng
phap nghien curu
Ddi tugng nghien
ciiu
la thdng sd DO, mot trong nhiing thdng sd
quan trgng khi danh gia cha't lugng nude.
Bai bao sir dung bai phuang phap chinh sau:
- Phuang phap
ke'
tbiia,
thdng ke, phan tich, tdng hgp va danh gia.
- Phuang phap md hinh toan dugc ap dung tuan theo dinh

luat
bao
loan khd'i lugng.
805
3. Ket qua va thao
luan
Thi/c
vat bam
Ctiu
trinh
sinh
dia
hoa
Tao
Bun day
BOD
<—
Anh
sang
Khong
khi
NL/dc
thai
Hinh 1: Sa dd chu
chuyen
va cdc yeu to chinh anh hudng
den DO
3.1.
Ly
thuyei

xay dung mo hinh
DO phu thudc vao rat nhieu ye'u to (ye'u to tu nhien nhu vi tri dia
ly, ye'u to nhan tao, ) va cac qua trinh xay ra trong he sinh thai ho
(qua trinh vat ly, sinh hoc, hoa hoc).
- Qua trinh tao ra oxy
+ Khuech tan
tii
khdng khi va trong
thiiy
vuc;
-t-
Quang hgp
ciia
thue vat;
-1-
Cac phan
ling
tao oxy.
- Qud trinh tieu
thii
oxy
+ Khuech tan va truyen tai;
+ Hd ha'p cua cac sinh vat;
-I-
Cac phan
ling
oxy hoa khii.
Hien tai, ngudn nude thai dd thi, sinh boat, cdng nghiep da lam cho
cac hd deu trong tinh trang "giau dinh dudng" va
mSit

can bang sinh
thai.
Do vay, mot mat dam bao cho viec dd thi hoa, cdng nghiep hoa
806
Qien
ra on
oinn,
nnung
mgi mai
cung phai dam bao cho cac hd Ha
Ngi
ludn
trong sach
c^n
thiet phai cd nhitng chinh sach va bien phap quan ly
mdi trudng
hihi
hieu, trong dd quan ly
nude
thai la khau quan trgng.
Cac cha't trong
nude
thai bao gdm nhieu chat:
hiiu
ca, vd ca, cac
chat dinh dudng, chat doc, sinh vat, theo ddng chay se vao cac hd.
Tai day cac qua trinh bien ddi, chu chuyen cua cac chat dugc dien ra
va
ehiing
da lam bien ddi ham lugng DO.

3.2.
Phirang
trinh
dong
hoc cua DO
Xuat phat tir phuang trinh bao toan khdi lugng mot chieu cho mot
phan tir the tich
Vj.
5(f^/J
= {Q,C,-Q„C,X-{Q,Cl+{QJl^,+
E
—
V
^"
dz
dz)j + \ ' dt ' dt
Trong phuang trinh nay,
Cj
la ndng do ciia cha't bat ky (vd sinh
hoac hiiu sinh) ma chuyen ddng cimg vdi cha't long hoac cd the dugc
tai bdi qua trinh khuech tan ti
le
vdi gradient ndng do
-—.
Phuang
dt
trinh nay chinh la td'c do bien ddi cua mot trang thai nao dd trong
mot don vi thai gian. Phuang trinh can bang ham lugng DO dugc viet
nhu sau:
^^2Y) = -A +

D-0—
+
a,k,(0'-0)-k,{B0D)V-k,a,(0Sy
dt
a/
-
p,a,
(NH:
)V -
p,a,
{NO-
)V -
p,a,
{DET)V
-k,ik^P)V +
k,riM,P)V±S„
Bang 1: Cac ky hieu toan hoc dung trong mo
hinh
Ky hieu
Z
T
Q„
Qi
Dien giai
D6
sau hd (m)
Nhiet
do
T6'c do tai khoi
th^

tich
xem xet trong mat phing
nSm
ngang
T6'c do tai vao phan tir
thii
i
807
Ky hieu
C
P
Q.
j
Ea
k,
k2
k.
a.f,=a.j-a.j.i
(OS)*
NH4-N
NO2-N
NO3-N
DET
BOD
a„a2,
a.
P>.
P2.
P
K

s„
"¥
0
0*
A
D
K
Di^n
giai
Nhiet
luong
rieng
Mat do
Liru
lugng theo chieu thing
diing
Chi so phan tir
(j=l
tai day)
He sd khuech tan theo chieu thang
diing
He sd nhu cau oxy sinh hoa
(1/ngay)
Tdc dp tai hoa tan oxy (1/ngay)
He sd nhu cau oxy
ciia
bun day (1/ngay)
Dien
tich
be mat day lien quan

tdi
phan tir
thii
j
(m^)
Sir tich luy
do
lang
chat
hiJu co
trong
m6t
don vi dien
tich
day
(mg/m^)
Ndng do
NH4"
(mg/1)
Ndng do
NOj-
(mg/1)
Ndng do
NO,-
(mg/1)
Ndng do chat
v^n
(mg/1)
Nhu
cSu

oxy sinh hoa
La cac tuong
duong ti
lugng oxy vdi
NH4*,
NO2',
va cha't van
(mg/mg)
He sd phan huy ddi vdi NH/,
NO2'
va chat van (1/ngay)
He sd hoat
d6ng
cua khu he sinh vat (1/ngay)
Thong sd dac
trimg
cho
sir
bd sung va
mat
di lugng oxy hoa
tan (mg/ngay)
Tdc do giai phdng NH4-N (1/ngay)
Ndng do oxy hoa tan (mg/1)
Ndng
d6
oxy bao hoa (mg/1)
Tdc do tai (mg/s)
Tdc do
khu&h

tan (mg/s)
He sd phan huy cha't huu co
lang
tren
m6t
don vi
difen tich b6
mat day
(1/ngay.m^)
808
sau day ta se xem cac qua trinh quan trgng lien quan de'n DO
a. Qud trinh khuech tdn oxy vao nudc
Ddng bgc hap thu oxy vao nudc dugc md ta bdi phuang trinh
^=K,,.a.{0,-0)
dt
Trong dd:
Ko.a
la he so chuyen khd'i oxy
(h')
O la ndng do oxy
tiic
thdi;
Os
la do oxy hoa tan
Phuang trinh khuech tan tdng quat lien quan den DO cd dang:
do
X
3
(^^
8

dt S dx
\
dx
a dd:
8
la dien tich; E la he sd phat tan dgc
Phuang trinh truyen tai oxy dugc viet dudi dang
dO ^
1
a(go)__.Q
dt S dx
trong dd Q la
luu
lugng the tich
b. Phuang trinh md ta su thieu hut oxy
dO
^
1
d{QO)
J__5_
dt S dx S dx
dx
+
k,.L-k^.O
trong do
kj
va
k^
la cac he sd
c. Nghiem

ditng
phdn bd'DO
Ta viet
lai
phuang trinh dd thieu hut oxy, nd cd dang phuang trinh
dao ham thudng khdng thuan nhat bac 2:
nghiem
ciia
phuang trinh nay cd dang: y =
A.e*^'
+
B.e^^
-i-
y (x)
yp(x) la nghiem
ciia
phuang trinh thuan nha't va
yp(x)
cd dang:
trong dd m, =
8QRT(l-h4kjE/u^)
Cac dieu kien bien d day la:
809
jc^-00,0
= 0
x =
Q,0
=
0^
x =+00,0

= 0
Phan bd ndng do thie'u hut DO cd dang:
kj.lf
\
,ux „ J
1
,ux
vam2
=
8QRT(l+4k,E/u^)
Ne'u
kE/u^
>20 thi qua trinh phat tan chie'm uu the' cdn
kE/u^
<0.05
thi qua trinh truyen tai se chiem uu the'.
d. Phdn bo DO theo do sdu
Trong he sinh thai hd Ha Ndi, do sau thudng khdng
Idn
(dao ddng
tii 1- 3m), tuy nhien do dac diem dia hinh, cau tao
Idp
bim day ma DO
theo do
sau
cd su thay ddi. Thudng DO giam khi cang xud'ng
Idp
day
hd,
tiic

la DO bien thien nghich vdi do sau. Ta cd the bieu dien su thay
ddi dd bdi phuang trinh bac nhat dan gian sau:
0 =
0*f
O day f
cd
the la hang sd hay la mot ham, gia tri cua f dao ddng
tir
0-1.
e.
Ndng
do oxy bao hod
DO cd gia tri tdi ban, gia tri dd ggi la ndng do oxy bao hoa trong
nudc,
gia tri nay phu thudc vao nhieu ye'u td. O day ta xem xet de'n su
thay ddi ndng do oxy bao hoa theo nhiet do, phuang trinh tdng quat co
dang:0*=aT^-i-bT
+ c
Phuang trinh nay cd dang mot parabol, gia tri
O*
se dat gia tri cao
nhat d mot nhiet do nao dd. Neu nhiet do cang cao thi
O*
se cang giam.
3.3. Thao luan
DO la thdng so quan trgng de danh gia chat lugng nudc hd
cflng
nhu duy tri su tdn tai va phat trien cua khu he sinh vat trong hd.
DO phu thudc vao rat nhieu yeu to, do vay khi md hinh hoa DO
gap rat nhieu khd khan va

phiic
tap.
Viec giai phuang trinh can bang DO tuang ddi khd khan do day la
phuang trinh vi phan gdm rat nhieu bien trang thai va nhiing bie'n nay
ludn ludn bien ddi theo khdng gian va thdi gian.
810
vice
ap
uung iiiu luuu luaii xac
dinh su dao ddng cua DO la
c£n
thiet, diing cho viec ra quyet dinh va ap dung cac bien phap bao ve
mdi trudng hd, tuy nhien nd khdng the thay the phuang phap do true
tie'p.
Do vay can tie'n hanh song song hai phuang phap nay, ta't nhien
dung md hinh toan cd kha nang du bao td't ban.
Do thdng sd, he sd trong md hinh kha
Idn nen
viec quan trae
thudng xuyen, dinh ky de dam bao do tin cay ciia sd lieu can phai
dugc tie'n hanh thudng xuyen, dang
tie'e
d Viet Nam cdng viec nay cdn
chua dugc quan tam diing
miic.
Danh gia
miic
do d nhiem
ciia
thuy vuc dua vao ham lugng DO

theo thang phan
loai
sau (bang 2)
Bang 2: Thang phan loai
miic
do 6
nhi§m
thuy
virc dita
vao
ham lugng DO
STT
1
2
3
4
Gia
trj
DO
(mg/1)
>6,5
4,5 -
6,5
2,0-4
<2,0
Mure
do
6 nhilm
Khong 6
nhiSm

0
nhi^m
nhe
0 nhiem trung
binh
0 nhilm nang
4. Ket luan
DO la mot ehi tieu quan trgng trong danh gia cha't lugng nudc, DO
phu thudc vao hau he't cac qua trinh xay ra trong HST (qua trinh vat ly,
boa bgc, sinh bgc). DO
la
thdng sd rat nhay cam vdi su bie'n ddi
ciia
dieu kien mdi trudng vd sinh va
hSu
sinh.
Dua tren nguyen tac bao toan khd'i lugng,
ehiing
tdi da dua ra
phuang trinh ddng hge ciia DO va nhiing qua trinh quan trgng cd
lidn
quan: su khue'ch tan oxy vao nudc, su thieu hut oxy, nghiem dirng
phan bd DO, phan bd DO theo do sau, ndng do oxy bao hoa.
Tai lieu tham khao
1.
Dang Kim Chi, 2001. Hod hgc mdi trudng. Nxb. Khoa hoc va
Ky thuat Ha Ndi.
811
2.
Duong Nggc Hai,

2003.
Mot so van de ca sd tinh todn d nhiim
mdi trudng khdng khi vd nudc. Nxb. Dai hgc Qud'c gia Ha Ndi.
3.
Nguyen Xuan Nguyen, Pham Hdng Hai,
2003.
Ly thuye't vd mo
hinh hod qud trinh xu ly nudc thdi bang phuang phap sinh hgc.
Nxb.
Khoa hgc va Ky thuat Ha Ndi.
4.
Vu Trung Tang, 1999. He sinh thdi cdc thuy
vUc.
Nxb. Dai hgc
Qud'c gia Ha Ndi.
5.
Trudng Dai hgc Xay dung Ha Ndi, 2001. Bao cao de tai NCKH
"Hodn thien md hinh kiem sodt d nhiim nudc song hd trong
qud trinh do thi hod". Ha Ndi.
6. Chapra S.C, 1997. Surface Water - Quality Modeling. McGraw-
Hill Co, Singapore.
7.
Jorgensen S.E. 1983. Application Modeling in Environmental
Management, Part A. Elsevier scientific publishing company
Amsterdam-Oxford-New York.
812