ứng dụng mô hình mike 11 đánh giá chất lượng nước sông hậu (đoạn qua khu công nghiệp trà nóc, thành phố cần thơ)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN THIÊN NHIÊN
BỘ MÔN QUẢN LÝ MÔI TRƯỜNG & TNTN

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
NGÀNH QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG

ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE 11
ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG NƯỚC SÔNG HẬU
(ĐOẠN QUA KHU CÔNG NGHIỆP TRÀ NÓC,
THÀNH PHỐ CẦN THƠ)

Sinh viên thực hiện
MAI CHÍ THẢO
3113845

Cán bộ hướng dẫn
ThS. HUỲNH VƯƠNG THU MINH

Cần Thơ, tháng 12 - 2014


Luận văn tốt nghiệp
Ngành QLMT & TNTN
---------------------------------------------------------------------------------------------------------

LỜI CẢM ƠN
Tôi xin gửi lời tri ân sâu sắc đến cô Huỳnh Vương Thu Minh, giảng viên khoa
Môi trường và Tài nguyên thiên nhiên trường Đại học Cần Thơ đã hướng dẫn tận tình
cũng như giúp đỡ, động viên và cho tôi những lời khuyên vô cùng quý báu trong quá
trình thực hiện đề tài.

Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Vũ Văn Năm, cô Bùi Thị Bích Liên,
thầy Nguyễn Hồng Đức cũng như quý thầy cô của bộ môn Quản lý Môi trường & Tài
nguyên thiên nhiên, khoa Môi trường & Tài nguyên thiên nhiên đã tận tình giảng dạy,
truyền đạt những kiến thức và kinh nghiệm chuyên môn trong suốt quá trình học tập,
làm nền tảng giúp tôi hoàn thành đề tài này.
Đồng thời, tôi cũng xin cám ơn anh Trần Trung Tín, anh Nguyễn Phương Tân,
chị Nguyễn Thị Thùy Trang và anh Lê Văn Tiến đã chia sẽ những kinh nghiệm quý
báu cũng như động viên và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn này.
Xin gởi lời tri ân sâu sắc đến gia đình, bạn bè đã luôn ủng hộ, tạo động lực và
điều kiện tốt để tôi có thể hoàn thành nghiên cứu này.
Một lần nữa, xin cảm ơn tất cả mọi người !
Cuối lời, tôi xin kính chúc quý thầy cô trường Đại Học Cần Thơ, đặc biệt là
giảng viên khoa Môi trường & Tài nguyên thiên nhiên luôn thực hiện tốt công tác
giảng dạy, chúc mọi người được dồi dào sức khoẻ, hạnh phúc và thành công trong
công việc cũng như trong cuộc sống !
Xin chân thành cảm ơn !

--------------------------------------------------------------------------------------------------------Mai Chí Thảo (MSSV: 3113845)
i


Luận văn tốt nghiệp
Ngành QLMT & TNTN
---------------------------------------------------------------------------------------------------------

MỤC LỤC
Trang
TRANG PHỤ BÌA
LỜI CẢM ƠN
i

MỤC LỤC
ii
DANH MỤC HÌNH
iv
DANH MỤC BẢNG
v
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
vi
CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU ........................................................................................... 1
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ ................................................................................. 1
1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU ............................................................. 4
1.2.1 Mục tiêu tổng quát ................................................................. 4
1.2.2 Mục tiêu cụ thể ...................................................................... 4
1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU............................................................. 4
1.3.1 Nội dung 1 ............................................................................. 4
1.3.2 Nội dung 2 ............................................................................. 4
1.3.3 Nội dung 3 ............................................................................. 5
1.4 GIỚI HẠN NGHIÊN CỨU .............................................................. 5
CHƯƠNG 2 LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU........................................................................ 6
2.1 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ............................................................ 6
2.2 TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH .......................................................... 9
2.2.1 Các định nghĩa có liên quan ................................................... 9
2.2.2 Mục tiêu thành lập mô hình ................................................. 10
2.2.3 Giới thiệu mô hình Mike 11 ................................................. 10
2.2.4 Các bước ứng dụng mô hình trong đề tài ............................. 20
2.2.5 Đánh giá mô hình ................................................................ 20
CHƯƠNG 3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ......................................................... 21
3.1 VÙNG NGHIÊN CỨU................................................................... 21
3.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU................................................... 22
3.2.1 Tiến trình thực hiện ............................................................. 22

3.2.2 Phương pháp lược khảo tài liệu ............................................ 24
3.2.3 Phương pháp khảo sát thực địa ............................................ 24
3.2.4 Phương pháp thu thập số liệu thứ cấp................................... 26
3.2.5 Phương pháp mô hình hóa ................................................... 27
3.2.6 Phương pháp hiệu chỉnh và kiểm định ................................. 28
3.2.7 Xây dựng các kịch bản dự báo chất lượng nước ................... 29
--------------------------------------------------------------------------------------------------------Mai Chí Thảo (MSSV: 3113845)
ii


Luận văn tốt nghiệp
Ngành QLMT & TNTN
--------------------------------------------------------------------------------------------------------CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ THẢO LUẬN ..................................................................... 30
4.1 XÂY DỰNG MÔ HÌNH ................................................................. 30
4.1.1 Dữ liệu hình học .................................................................... 30
4.1.2 Xác định biên vùng tính toán ................................................. 32
4.1.3 Số liệu thủy văn ..................................................................... 34
4.1.4 Số liệu chất lượng nước ......................................................... 36
4.2 KẾT QUẢ TÍNH TOÁN THỦY LỰC SÔNG HẬU (ĐOẠN QUA
KHU CÔNG NGHIỆP TRÀ NÓC)....................................................... 37
4.2.1 Kết quả hiệu chỉnh mô hình thủy lực ..................................... 37
4.2.2 Kết quả kiểm định mô hình thủy lực ...................................... 38
4.3 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG CHẤT LƯỢNG NƯỚC SÔNG HẬU
(ĐOẠN QUA KHU CÔNG NGHIỆP TRÀ NÓC) ................................ 39
4.4 DỰ BÁO DIỄN BIẾN CHẤT LƯỢNG NƯỚC SÔNG HẬU (ĐOẠN
QUA KHU CÔNG NGHIỆP TRÀ NÓC) THEO CÁC KỊCH BẢN ĐÃ
XÂY DỰNG ........................................................................................ 41
CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................... 43
5.1 KẾT LUẬN .................................................................................... 43
5.2 KIẾN NGHỊ ................................................................................... 44

TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................... 45
PHỤ LỤC .................................................................................................................. 48

--------------------------------------------------------------------------------------------------------Mai Chí Thảo (MSSV: 3113845)
iii


Luận văn tốt nghiệp
Ngành QLMT & TNTN
---------------------------------------------------------------------------------------------------------

DANH MỤC HÌNH
Hình
1.1
1.2
2.1
2.2
2.3
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
4.1
4.2
4.3
4.4
4.5
4.6

4.7
4.8
4.9
4.10
4.11
4.12
4.13
4.14

Tên hình
Diễn biến hàm lượng BOD trong nước mặt giai đoạn 1999
– 2008
Diễn biến hàm lượng DO trong nước mặt giai đoạn 1999 –
2008
Mô tả lưu lượng ra - vào đoạn kênh qua hai mặt cắt ướt
Các lực tác dụng lên đoạn kênh và giữa hai mặt cắt ướt
Sơ đồ dòng thông lượng
Sơ đồ vị trí Khu công nghiệp Trà Nóc, Thành Phố Cần
Thơ
Sơ đồ các bước nghiên cứu
Khảo sát hiện trạng môi trường trên sông, rạch tại vùng
nghiên cứu
Sơ đồ vị trí thu mẫu
Đo DO và nhiệt độ tại hiện trường
Tiến trình thực hiện mô phỏng thủy lực và chất lượng
nước trong Mike 11
Sơ đồ hệ thống sông kênh trong mô hình
Sơ đồ mặt cắt hệ thống sông Hậu và các kênh rạch
Mặt cắt ngang tại trạm quan trắc Châu Đốc (Hauriver,
chainage 122.600)

Mặt cắt ngang sông Hậu vùng nghiên cứu (Hauriver,
chainage 236.000)
Bản đồ vị trí các điểm biên vùng tính toán
Lưu lượng các trạm Châu Đốc và Vàm Nao tháng 01/2008
Mực nước tại trạm Rạch Giá và Đại Ngãi tháng 01/2008
Mực nước thực đo và mô phỏng tại trạm Cần Thơ từ ngày
01/01/2008 đến ngày 31/01/2008
Lưu lượng thực đo và mô phỏng tại trạm Cần Thơ từ ngày
01/01/2008 đến ngày 31/01/2008
Mực nước thực đo và mô phỏng tại trạm Cần Thơ từ ngày
01/01/2010 đến ngày 31/01/2010
Lưu lượng thực đo và mô phỏng tại trạm Cần Thơ từ ngày
01/01/2010 đến ngày 31/01/2010
BOD thực đo và mô phỏng phía thượng lưu KCN Trà Nóc
BOD thực đo và mô phỏng phía hạ lưu KCN Trà Nóc
Kết quả diễn biến BOD theo các kịch bản

Trang
2
2
13
14
17
21
23
24
25
26
27
30

31
32
32
34
35
36
37
38
39
39
39
40
41

--------------------------------------------------------------------------------------------------------Mai Chí Thảo (MSSV: 3113845)
iv


Luận văn tốt nghiệp
Ngành QLMT & TNTN
---------------------------------------------------------------------------------------------------------

DANH MỤC BẢNG
Hình
3.1
4.1
4.2
4.3
4.4
4.5

4.6
4.7
4.8
4.9

Tên hình
Vị trí các điểm thu mẫu
Khoảng cách trung bình giữa 2 mặt cắt ngang liên tiếp
Dữ liệu biên vùng tính toán
Số liệu các trạm thủy văn được dùng trong mô hình
Lưu lượng thực đo các trạm Châu Đốc và Vàm Nao năm
2008
Mực nước thực đo các trạm năm 2008
Kết quả hiệu chỉnh tại trạm Cần Thơ.
Kết quả kiểm định mô hình tại trạm Cần Thơ
Kịch bản cho mô hình toán mô phỏng chất lượng nước
trong tương lai
Giá trị BOD mô phỏng theo các kịch bản

Trang
25
31
33
34
35
36
37
38
41
42

--------------------------------------------------------------------------------------------------------Mai Chí Thảo (MSSV: 3113845)
v


Luận văn tốt nghiệp
Ngành QLMT & TNTN
---------------------------------------------------------------------------------------------------------

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
BĐKH
BOD
BTNMT
CSDL
DN
DO
ĐBSCL
KB
KCN
NBD
QCVN
SIWRR
TN & MT
TNHH
TPCT

Biến đổi khí hậu
Nhu cầu ôxy sinh hóa
Bộ Tài nguyên và Môi trường
Cơ sở dữ liệu

Doanh nghiệp
Ôxy hòa tan
Đồng bằng sông Cửu Long
Kịch bản
Khu công nghiệp
Nước biển dâng
Quy chuẩn Việt Nam
Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam
Tài nguyên và Môi trường
Trách nhiệm hữu hạn
Thành phố Cần Thơ

--------------------------------------------------------------------------------------------------------Mai Chí Thảo (MSSV: 3113845)
vi


Luận văn tốt nghiệp
Ngành QLMT & TNTN
---------------------------------------------------------------------------------------------------------

CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ
Sông Hậu có vai trò quan trọng trong sự phát triển kinh tế – xã hội của đồng
bằng sông Cửu Long (ĐBSCL). Đây là nguồn cung cấp nước chính cho nhu cầu sinh
hoạt và hoạt động sản xuất của các tỉnh nằm dọc theo lưu vực sông. Cần Thơ nằm ở
cửa ngõ lưu vực sông Hậu với nền kinh tế đang phát triển theo hướng công nghiệp hóa
– hiện đại hóa. Bên cạnh sự phát triển, Thành phố Cần Thơ (TPCT) còn phải đối mặt
với nhiều khó khăn trong việc giải quyết các vấn đề về môi trường, đặc biệt là vấn đề ô
nhiễm môi trường nước mặt.

Tính đến năm 2012 trên tuyến sông Hậu đã có 22 KCN đi vào hoạt động, chủ
yếu là lĩnh vực chế biến thủy sản đông lạnh xuất khẩu. Với tổng diện tích gần 5.000
ha, nếu lấp đầy diện tích đất sẽ phát sinh lượng nước thải vào khoảng 180.000 200.000 m3/ngày. Trong đó, chỉ có 7/22 KCN có hệ thống xử lý nước thải tập trung.
Nước thải từ hoạt động sản xuất của các doanh nghiệp trong khu, cụm công nghiệp chỉ
được xử lý sơ bộ rồi xả vào hệ thống thoát nước thải của khu, cụm công nghiệp, sau đó
thải trực tiếp ra sông Hậu (Bộ TN&MT, 2012). Khu công nghiệp Trà Nóc chưa có
trạm xử lý nuớc thải tập trung, các nhà máy công nghiệp đơn lẻ phải tự xử lý nuớc thải
trong các hệ thống phân tán, sau đó xả vào các hệ thống thoát nuớc mưa nằm dọc
đuờng và cuối cùng chảy vào sông Hậu (Ferdinand Friedrichs, 2013). Việc xả nước
thải không qua xử lý hoặc xử lý không đạt tiêu chuẩn là một trong những nguyên nhân
gây ô nhiễm môi trường nước tại sông Hậu (Tổng cục Môi trường, 2012).
Kết quả quan trắc chất lượng nước sông Hậu trong giai đoạn 1999 – 2008 cho
thấy chất lượng nước trên sông Hậu đang ngày càng ô nhiễm; cụ thể theo kết quả của
Trung tâm quan trắc Tài nguyên và Môi trường TPCT (2009) cho thấy chỉ có 3 chỉ tiêu
(pH, NO3, Nitơ) chất lượng nước đạt Quy chuẩn Việt Nam (QCVN); còn lại các chỉ
tiêu khác không đạt Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước mặt (QCVN
08:2008/BTNMT). Hàm lượng BOD tại các kênh, rạch đều vượt QCVN
08:2008/BTNMT (cột A2; riêng vị trí chợ Ô Môn vượt quy chuẩn cột B1) (Hình 1.1).
Hàm lượng DO tại các vị trí quan trắc đều vượt quá giới hạn cho phép cột B1 QCVN
08:2008/BTNMT (Hình 1.2).

--------------------------------------------------------------------------------------------------------Mai Chí Thảo (MSSV: 3113845)
1


Luận văn tốt nghiệp
Ngành QLMT & TNTN
--------------------------------------------------------------------------------------------------------18
QCVN 08:2008. Cột A2

BOD (mg/l)

16
14

QCVN 08:2008. Cột B1

12

Vàm Sang Trắng

10

Vàm Trà Nóc

8

Họng nhà máy nước 2

6

Vàm Ô Môn

4

Chợ Ô Môn

2
TB các kênh, rạch
0

1998

2000

2002

2004
2006
Thời gian (năm)

2008

2010

Hình 1.1 Diễn biến hàm lượng BOD trong nước mặt giai đoạn 1999 – 2008
(Trung tâm quan trắc Tài nguyên và Môi trường TPCT, 2009)
7

QCVN 08:2008. Cột A2
QCVN 08:2008. Cột B1

DO (mg/l)

6

Vàm Sang Trắng
5

Vàm Trà Nóc
Họng nhà máy nước 2

4

Vàm Ô Môn
3

Chợ Ô Môn

2
1998

TB các kênh, rạch
2000

2002

2004

2006

2008

2010

Thời gian (năm)

Hình 1.2 Diễn biến hàm lượng DO trong nước mặt giai đoạn 1999 – 2008
(Trung tâm quan trắc Tài nguyên và Môi trường TPCT, 2009)

Chất lượng nước mặt vùng ĐBSCL bị ảnh hưởng bởi nước thải phát sinh từ

hoạt động nuôi trồng và chế biến thủy sản, canh tác nông nghiệp trong khu vực (Bộ
TN & MT, 2012). Riêng lưu vực sông Hậu đoạn qua KCN Trà Nóc, nguồn nước mặt ô
nhiễm chủ yếu là do nước thải từ hoạt động sản xuất của các doanh nghiệp. Nước thải
của 129 doanh nghiệp sau khi được xử lý cục bộ tại các doanh nghiệp thải trực tiếp ra
sông Hậu (qua 14 cửa xả), rạch Cái Chôm và rạch Sang Trắng. Tuy nhiên, hiện chỉ có
khoảng 38 doanh nghiệp có công trình xử lý sơ bộ riêng. Do không có sự kiểm soát
chặt chẽ từ các cơ quan quản lý nhà nước về chất lượng nước thải ra sông, phần lớn
--------------------------------------------------------------------------------------------------------Mai Chí Thảo (MSSV: 3113845)
2


Luận văn tốt nghiệp
Ngành QLMT & TNTN
--------------------------------------------------------------------------------------------------------nước thải qua xử lý sơ bộ vẫn không đạt mức xả thải loại B theo Quy chuẩn Việt Nam
(QCVN 40:2011/BTNMT) (CIPCO, 2012).
Nước thải tại KCN Trà Nóc có hàm lượng chất hữu cơ vượt Quy chuẩn Việt
Nam (QCVN) từ 5 – 6 lần, chất rắn lơ lửng từ 2 – 53 lần, coliform vượt từ 2 – 48 lần
(QCVN 08:2008/BTNMT); điều này đã làm gia tăng mức độ ô nhiễm môi trường trên
các sông, rạch. Mức độ ô nhiễm môi trường nước mặt đặc biệt nghiêm trọng tại thủy
vực tiếp nhận với giá trị thể hiện giảm dần khi ra đến thủy vực lân cận và đối chứng:
hàm lượng chất rắn lơ lửng vượt tiêu chuẩn cho phép từ 1 – 53 lần, ôxy hòa tan thấp
hơn chuẩn từ 1 – 60 lần, chất hữu cơ vượt chuẩn từ 4 – 138 lần, nitrit vượt chuẩn từ 2
– 9 lần; và tổng Coliform vượt tiêu chuẩn cho phép từ 2 – 48 lần (Bùi Thị Nga, 2008).
Thêm vào đó, theo Quyết định Quy hoạch chung của TPCT đến năm 2025
(Quyết định của Thủ tướng Chính phủ: 207/2006/QĐ – TTg), các định hướng phát
triển về công nghiệp của TPCT bao gồm: (i) phía Tây Bắc dọc theo sông Hậu phát
triển khu đô thị công nghiệp dịch vụ ở huyện Thốt Nốt, khu công nghệ cao ở phía Bắc
rạch Ô Môn và KCN nặng kết hợp với cảng phía Nam rạch Ô Môn; (ii) phía Đông
Nam dọc theo sông Hậu phát triển khu đô thị cảng công nghiệp Cái Răng Nam sông
Cần Thơ; (iii) phía Tây Nam dọc theo sông phát triển khu đô thị sinh thái gắn với các

khu bảo tồn tự nhiên sông nước, vườn trái cây; (iv) phía Tây phát triển các vành đai
sinh thái ngoại thành. Những định hướng phát triển về công nghiệp của TPCT đến năm
2025 đa phần phát triển dọc theo sông Hậu; vì vậy, khả năng ô nhiễm nguồn nước này
rất cao. Do đó, cần mô phỏng chất lượng nước sông Hậu cũng như xác định và đánh
giá khả năng mang tải chất ô nhiễm của dòng sông này ở hiện tại và tương lai.
Trong những năm gần đây, với sự phát triển của công nghệ thông tin cũng như
khoa học kỹ thuật, các mô hình toán ứng dụng trong lĩnh vực mô phỏng đặc tính thủy
lực chất lượng nước ngày càng phổ biến và phát triển như: HEC-RAS, MIKE,
VRSAP, ISIS (Van et al., 2012). Nghiên cứu lựa chọn áp dụng bộ phần mềm Mike 11
để thực hiện mô phỏng chất lượng nước sông Hậu, bởi nó đáp ứng được các tiêu chí:
(i) là bộ phần mềm tích hợp đa tính năng; (ii) là bộ phần mềm đã được kiểm nghiệm
thực tế; (iii) cho phép tính toán thủy lực và chất lượng nước với độ chính xác cao; (iv)
giao diện thân thiện, dễ sử dụng; (v) có ứng dụng kỹ thuật GIS, là một kỹ thuật mới
với tính hiệu quả cao (Trần Hồng Thái, 2006).
Từ thực trạng nêu trên, cần thiết tiến hành “Ứng dụng mô hình Mike 11 đánh
giá chất lượng nước sông Hậu (đoạn qua khu công nghiệp Trà Nóc, Thành phố
Cần Thơ)” nhằm xác định xu hướng thay đổi chất lượng nước và khả năng tiếp nhận
trên sông trong tương lai, tạo cơ sở cho việc đề ra các chính sách phát triển kinh tế –
xã hội phù hợp; đồng thời thông qua việc dự đoán chất lượng nước mặt trong những
năm 2030 để đề xuất các giải pháp tổng hợp hướng đến mục tiêu bảo vệ nguồn nước
sông Hậu.
--------------------------------------------------------------------------------------------------------Mai Chí Thảo (MSSV: 3113845)
3


Luận văn tốt nghiệp
Ngành QLMT & TNTN
--------------------------------------------------------------------------------------------------------1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
1.2.1 Mục tiêu tổng quát
Ứng dụng Mike 11 đánh giá chất lượng nước sông Hậu (đoạn qua khu công

nghiệp Trà Nóc).
1.2.2 Mục tiêu cụ thể
 Đánh giá hiện trạng chất lượng nước trong khu vực nghiên cứu;
 Đánh giá lan truyền chất ô nhiễm và chất lượng nước trên sông Hậu (đoạn qua
khu công nghiệp Trà Nóc) với các chỉ tiêu (BOD, DO và nhiệt độ);
 Dự đoán diễn biến chất lượng nước vùng nghiên cứu đến những năm 2030 theo
Quyết định 1533/QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ “Quyết định Phê duyệt
Quy hoạch tổng thể phát triển kinh tế – xã hội Thành phố Cần Thơ đến năm
2020, tầm nhìn đến năm 2030”.
1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
Để hoàn thành các mục tiêu đã đề ra, nghiên cứu đã thực hiện 3 nội dung:
1.3.1 Nội dung 1
 Tìm hiểu các nghiên cứu đã được triển khai có liên quan đến vùng nghiên cứu
và nội dung nghiên cứu;
 Lược khảo tài liệu về hệ số nhám và hệ số truyền tải khuyếch tán của các kênh
rạch vùng nghiên cứu.
1.3.2 Nội dung 2
 Kế thừa số liệu từ Viện Khoa học thủy lợi miền Nam về mạng lưới sông ngòi
và mặt cắt sông;
 Thu thập số liệu quan trắc chất lượng nước năm 2008 và 2010 về các chỉ tiêu
BOD, DO và nhiệt độ từ Trung tâm Quan trắc tài nguyên và môi trường Cần
Thơ;
 Thu thập số liệu mực nước, lưu lượng từ Trung tâm Khí tượng thủy văn Đồng
bằng sông Cửu Long. Các số liệu về mực nước, lưu lượng (theo giờ) tại trạm
Cần Thơ từ ngày 01/01/2008 – 31/5/2008 cho hiệu chỉnh mô hình, từ
01/01/2010 – 31/05/2010 cho kiểm định mô hình và điều kiện biên tại các trạm
Châu Đốc, Vàm Nao, Rạch Giá, Đại Ngãi;
 Xác định các nguồn xả tập trung từ khu công nghiệp Trà Nóc và các nguồn xả
phân tán từ khu dân cư trong vùng nghiên cứu;
 Sử dụng Mike 11 để mô phỏng thủy lực, hiệu chỉnh (năm 2008) và kiểm định

mô hình (năm 2010);
--------------------------------------------------------------------------------------------------------Mai Chí Thảo (MSSV: 3113845)
4


Luận văn tốt nghiệp
Ngành QLMT & TNTN
-------------------------------------------------------------------------------------------------------- Sử dụng Mike 11 để mô phỏng lan truyền chất ô nhiễm và chất lượng nước
(BOD, DO và nhiệt độ), hiệu chỉnh (năm 2008) và kiểm định mô hình (năm
2014);
 Dựa vào kết quả mô phỏng để đánh giá lan truyền chất ô nhiễm, so sánh số liệu
mô hình với Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước mặt QCVN
08:2008/BTNMT (cột A2) để đánh giá chất lượng nước sông Hậu (đoạn qua
khu công nghiệp Trà Nóc).
1.3.3 Nội dung 3
 Mô phỏng mô hình chất lượng nước trong những năm 2030 theo “Quyết định
Phê duyệt Quy hoạch tổng thể phát triển kinh tế – xã hội Thành phố Cần Thơ
đến năm 2020, tầm nhìn đến năm 2030”;
 Dựa vào kết quả mô hình để dự đoán diễn biến chất lượng nước vùng nghiên
cứu đến những năm 2030.
1.4 GIỚI HẠN NGHIÊN CỨU
Đề tài chỉ triển khai nghiên cứu dọc theo sông Hậu (đoạn qua khu công nghiệp
Trà Nóc) và các phụ lưu.
Đề tài tập trung mô phỏng và dự đoán chất lượng nước của vùng nghiên cứu
dựa theo các chỉ tiêu BOD, DO và nhiệt độ.

--------------------------------------------------------------------------------------------------------Mai Chí Thảo (MSSV: 3113845)
5

Luận văn tốt nghiệp
Ngành QLMT & TNTN
---------------------------------------------------------------------------------------------------------

CHƯƠNG 2
LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU
2.1 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU
Theo Ferdous Ahmed (2010), “Mô hình thủy động lực cho vùng hạ lưu sông
Rideau”. Nghiên cứu áp dụng mô hình thủy động lực học cho hệ thống hạ lưu sông
Rideau với mô hình Mike 11 của DHI. Hệ thống sông này phức tạp, bao gồm nhiều
nhánh sông, các khu vực thoát nước cục bộ và nhiều kiểu quản lý dòng nước. Mô hình
được hiệu chỉnh với số liệu đo đạc dòng chảy trong vòng 5 năm và được kiểm nghiệm
với số liệu của 5 năm tiếp theo. Nhiều phương pháp đã được sử dụng, phương pháp
định tính và định lượng để đánh giá độ chính xác của mô hình. Nghiên cứu đã chỉ ra
rằng mô hình có thể mô phỏng tương đối chính xác thủy động lực học của dòng sông
trong khoảng thời gian khác nhau. Mô hình này hiện được áp dụng với nhiều mục tiêu
quản lý thủy vực khác nhau, bao gồm dự báo lũ, đánh giá sự an toàn của đập nước, định
lượng chức năng của đất ngập nước.
Nghiên cứu “Ảnh hưởng của mực nước biển dâng đến vùng Đồng bằng Sông
Cửu Long: cao trình mực nước trong mùa lũ và tác động đối với sản lượng lúa”
(Wassmann et al., 2004) sử dụng mô hình VRSAP để nghiên cứu tác động của mực
nước biển dâng trong vùng ĐBSCL. Mô hình được hiệu chỉnh dựa vào các dữ liệu
quan trắc lũ lụt năm 1996. Sau đó, mô hình đã được áp dụng để tính toán mực nước ở
vùng đồng bằng theo các kịch bản mực nước biển dâng khác nhau.
Theo nghiên cứu “Ứng dụng mô hình Mike 11 để đánh giá khả năng làm việc
lập quy trình vận hành của các cống thuộc hệ thống thủy lợi ngọt hóa Gò Công – Tiền
Giang thích ứng với Biến đổi khí hậu – Nước biển dâng” (Mai Đức Phú, 2010), Mike
11 có một số ưu điểm (i) có tính đồng bộ cao thể hiện qua việc kết nối với các mô hình
thành phần khác của Mike cũng như các ứng dụng liên quan; (ii) hệ thống file số liệu
được tổ chức có tính khoa học cao, tiện lợi khi giải quyết những bài toán lớn, phức tạp;

(iii) độ ổn định cao trong tính toán với hệ thống mã báo lỗi chi tiết thuận tiện cho
người sử dụng. Module Mike 11 được đưa vào tính toán thủy văn đã tiết kiệm rất
nhiều được thời gian tính toán, khối lượng tính toán giảm đi đáng kể. Kết quả thu được
chính xác và rất đáng tin cậy, theo nghiên cứu “Ứng dụng module Mike 11 tính toán
thủy văn cho sông và luồng ra vào cảng” (Nguyễn Hoàng, 2009). Theo “Nghiên cứu
Ứng dụng mô hình hai chiều đứng CE–QUAL–W2 mô phỏng và dự báo chất lượng
nước hồ Hòa Bình”. Các kết quả tính toán từ module thuỷ lực được sử dụng trong các
tính toán thành phần chất lượng nước. Do đó, tính toán chính xác các yếu tố thuỷ lực
sẽ góp phần quan trọng trong tính toán chất lượng nước (Nguyễn Kiên Dũng, 2005).
Theo Bùi Thị Nga (2008), chất lượng nước tại các cống thải KCN Trà Nóc
không đạt tiêu chuẩn nước thải công nghiệp (TCVN 5945 – 2005) xả thải vào môi
trường lân cận thể hiện ở các chỉ tiêu đạm tổng, lân tổng và sắt tổng. Mức độ ô nhiễm
--------------------------------------------------------------------------------------------------------Mai Chí Thảo (MSSV: 3113845)
6


Luận văn tốt nghiệp
Ngành QLMT & TNTN
--------------------------------------------------------------------------------------------------------nước mặt đặc biệt nghiêm trọng tại thủy vực tiếp nhận trực tiếp (rạch Sang Trắng 1), ít
hơn ở thủy vực lân cận (rạch Sang Trắng 2) và thủy vực đối chứng (Sông Hậu) vượt
tiêu chuẩn chất lượng nước mặt của Việt Nam (TCVN 5942 – 1995). Chế độ triều đã
có ảnh hưởng đáng kể đến nồng độ của các chất ô nhiễm ở thủy vực tiếp nhận, thủy
vực lân cận và thủy vực đối chứng.
Trong đề tài “Nghiên cứu đánh giá khả năng chịu tải và đề xuất các giải pháp
bảo vệ sông Vàm Cỏ Đông – đoạn chảy qua huyện Bến Lức, tỉnh Long An” (Nguyễn
Minh Lâm, 2012) đã đưa ra cách nhìn mới về phương pháp tính toán sức chịu tải bằng
việc ứng dụng chỉ số chất lượng nước WQI và phần mềm Mike 11 để đánh giá và đưa
ra dự báo cụ thể về diễn biến chất lượng nước và khả năng chịu tải của sông Vàm Cỏ
Đông đến 2020. Từ đó, làm cơ sở phân vùng chất lượng nước phục vụ quản lý: (i)
kiểm soát các nguồn thải; (ii) cấp phép xả thải trên sông; (iii) phục vụ cho quy hoạch

tiếp nhận các ngành nghề đầu tư vào địa bàn huyện Bến Lức, định hướng di dời một số
ngành nghề ô nhiễm nặng dọc theo sông Vàm Cỏ Đông vào các vị trí khác phù hợp.
Theo báo cáo chuyên đề “Dự báo chất lượng nước do quy hoạch phát triển kinh
tế – xã hội” (Tổng cục Môi trường, 2009) từ dự án “Điều tra, khảo sát, đánh giá khả
năng chịu tải môi trường của hạ lưu sông Mekong và xây dựng cơ sở dữ liệu môi
trường phục vụ công tác kiểm soát ô nhiễm môi trường nước vùng nghiên cứu”. Báo
cáo đã dựa vào kết quả điều tra về tải lượng và nồng độ các chất ô nhiễm có trong
nước thải của các KCN đang hoạt động trong phạm vi cả nước để đưa ra các phương
pháp ước tính tải lượng ô nhiễm của vùng nghiên cứu; áp dụng phương pháp tính toán,
phân tích và đánh giá diễn biến chất lượng nước vùng nghiên cứu bằng mô hình Mike
11 với các kịch bản khác nhau nhằm đánh giá khả năng tiếp nhận của lưu vực sông từ
các nguồn xả thải (chủ yếu là từ hoạt động nuôi trồng thủy sản); từ đó giúp các nhà
khoa học có cơ sở để đề ra những quy hoạch phát triển hợp lý trong tương lai.
Nghiên cứu "Ứng dụng Mike 11 tính toán thủy lực, chất lượng nước cho lưu
vực sông Sài Gòn - Đồng Nai" (Trần Hồng Thái, 2007). Trong nghiên cứu này,
phương pháp mô hình toán đã được sử dụng trong việc mô phỏng chế độ thủy văn,
thủy lực và chất lượng nước cho hệ thống sông Sài Gòn – Đồng Nai trên cơ sở phần
mềm Mike 11 – một lưu vực sông lớn và giữ vai trò quan trọng trong phát triển kinh tế
đất nước. Kết quả tính toán, mô phỏng thủy văn, thủy lực chất lượng nước bằng mô
hình Mike 11 khá tốt, cho thấy khả năng ứng dụng hiệu quả của mô hình.
Nghiên cứu “Ứng dụng Mike 11 mô phỏng chất lượng nước sông Ba, Gia Lai
theo các kịch bản phát triển kinh tế xã hội” (Bùi Tá Long và ctv, 2012). Trong báo cáo
này, phương pháp mô hình diễn toán MIKE11 được sử dụng để mô phỏng chế độ thủy
văn, thủy lực và chất lượng nước cho sông Ba, Gia Lai. Nghiên cứu xây dựng 3 kịch
bản khác nhau: (i) Kịch bản hiện trạng: mô phỏng chất lượng nước sông Ba tại thời
điểm hiện tại; (ii) Kịch bản 1: mô phỏng chất lượng nước sông Ba với giả thiết lưu
lượng nguồn thải tăng 10 lần, được xả thải xuống sông và không qua hệ thống xử lý
--------------------------------------------------------------------------------------------------------Mai Chí Thảo (MSSV: 3113845)
7

Luận văn tốt nghiệp
Ngành QLMT & TNTN
--------------------------------------------------------------------------------------------------------nước thải; (iii) Kịch bản 2: với giả thiết nồng độ ô nhiễm tăng 10 lần, nhưng giữ
nguyên lưu lượng như kịch bản hiện trạng.
Đề tài nghiên cứu khoa học “Ứng dụng mô hình toán đánh giá chất lượng nước
hạ lưu sông Đồng Nai đến năm 2020” (Phan Viết Chính, 2011). Trong đề tài này, mô
hình toán dòng chảy trong kênh hở một chiều Mike 11 đã được áp dụng mô phỏng
đánh giá chất lượng nước hạ lưu sông Đồng Nai đoạn chảy qua Thành phố Biên Hòa
(hiện trạng năm 2005 và mô phỏng dự báo chất lượng nước năm 2011 và 2020 do tác
động bởi các nguồn xả thải của đô thị Biên Hòa theo qui hoạch phát triển kinh tế xã
hội đến năm 2020 của tỉnh Đồng Nai). Tác giả sử dụng số liệu địa hình, số liệu thủy
lực, thủy văn năm 2003, số liệu chất lượng nước thực đo năm 2003 và năm 2005 để
hiệu chỉnh và kiểm tra mô hình. Sử dụng bộ thông số đã hiệu chỉnh để mô phỏng dự
báo chất lượng nước cho các phương án phát triển kinh tế xã hội của thành phố Biên
Hòa đến năm 2020.
Nghiên cứu “Ứng dụng mô hình toán mô phỏng đặc tính thủy lực và diễn biến
chất lượng nước trên kênh Xáng, Thành phố Sóc Trăng” (Trương Thị Yến Nhi, 2013)
mô phỏng thủy lực và chất lượng nước (các chỉ tiêu COD, BOD, tổng đạm và tổng
lân). Ứng dụng mô hình thủy lực một chiều HEC-RAS để mô phỏng đặc tính thủy lực
và chất lượng nước trên tuyến kênh Xáng, thành phố Sóc Trăng, dựa trên các kịch bản
thay đổi về nồng độ chất thải và lưu lượng nước từ thượng nguồn. Chất lượng nước
mô phỏng được tác giả so sánh với Quy chuẩn chất lượng nước mặt QCVN 08:2008,
cột A2 và cột B1, đó là cơ sở để đánh giá chất lượng nước mặt mô phỏng kênh Xáng.
Nghiên cứu “Mô phỏng xâm nhập mặn Đồng bằng sông Cửu Long dưới tác
động mực nước biển dâng và sự suy giảm lưu lượng từ thượng nguồn” (Trần Quốc
Đạt, 2012). Dựa vào hiện trạng mực nước biển dâng và lưu lượng thượng nguồn suy
giảm, tác giả ứng dụng mô hình Mike 11 để mô phỏng xâm nhập mặn ở đồng bằng
sông Cửu Long dựa trên bộ số liệu năm 1998 và năm 2005. Các kịch bản được xây
dựng dựa trên kịch bản CRES B2, kịch bản tăng diện tích nông nghiệp và kịch bản

diện tích nông nghiệp không đổi. Nghiên cứu cho thấy mặn có thể xâm nhập vào nội
đồng ở hầu hết các diện tích được bảo vệ bởi các dự án ngăn mặn.
Đề tài “Động thái dòng chảy ở vùng Tứ giác Long Xuyên dưới tác động của đê
bao ngăn lũ” (Nguyễn Thành Tựu, 2013) sử dụng phần mềm HEC-RAS mô phỏng mô
hình thủy lực dòng chảy một chiều cho hệ thống sông vùng Tứ giác Long Xuyên dưới
tác động của đê bao ngăn lũ dựa vào bộ số liệu mô hình năm 2000. Các kịch bản xây
dựng trong nghiên cứu bao gồm: (i) kịch bản dựa trên dữ liệu năm 2000 (không có đê
bao); (ii) kịch bản dựa trên hệ thống đê bao khép kín. Nghiên cứu đã xác định được
các đặc tính thủy lực và động thái dòng chảy đối với hai kịch bản, đồng thời, đánh giá
những ảnh hưởng có thể xảy ra của hệ thống đê bao khép kín lên khu vực nghiên cứu
nếu sự kiện lũ năm 2000 lặp lại trong tương lai.
--------------------------------------------------------------------------------------------------------Mai Chí Thảo (MSSV: 3113845)
8


Luận văn tốt nghiệp
Ngành QLMT & TNTN
--------------------------------------------------------------------------------------------------------2.2 TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH
2.2.1 Các định nghĩa có liên quan
Mô hình (Model) là một sơ đồ phản ánh đối tượng, con người dùng sơ đồ đó để
nghiên cứu, thực nhiệm nhằm tìm ra quy luật hoạt động của đối tượng hay nói cách
khác mô hình là đối tượng thay thế của đối tượng gốc để nghiên cứu về đối tượng gốc.
Mô hình là loại công cụ được sử dụng rộng rãi trong khoa học. Các nhà khoa
học trước đây sử dụng rộng rãi các mô hình vật lý để tiến hành các thí nghiệm ngoài
hiện trường cũng như trong phòng thí nghiệm để nghiên cứu các mối quan hệ chính
mà người ta quan tâm. Ngày nay, do sự phát triển của công nghệ máy tính và công
nghệ thông tin, xu thế phổ biến là làm các thí nghiệm trên máy tính trước khi tiến hành
bắt buộc một số thí nghiệm vật lý nhằm kiểm định các kết quả từ máy tính, và do đó
=mô hình toán được sử dụng rất rộng rãi. Do tính phức tạp của môi trường và hệ sinh
thái, việc mô hình hoá là bắt buộc để khám phá ra mối liên hệ giữa các yếu tố và tương

tác giữa các yếu tố. Chẳng hạn khi xem xét sự ô nhiễm nước sông chịu ảnh hưởng của
thuỷ triều. Khi thải chất bẩn vào dòng chảy, dưới tác động của thuỷ triều, chất bẩn lan
toả đi các hướng khác nhau và cũng giảm dần nồng độ bẩn do quá trình tự làm sạch.
Để tính toán được phạm vi ảnh hưởng của các nguồn ô nhiễm cũng như nồng độ tại
từng thời điểm thì chỉ có mô hình hoá mới giải quyết được (Tô Văn Trường, 2010).
Mô hình môi trường là ngành khoa học cung cấp các công cụ ở dạng hình ảnh,
sơ đồ, biểu đồ, phần mềm, hay sa bàn, … để chuyển các hiểu biết từ các đo đạc thực tế
của một khu vực nghiên cứu thành các lý giải cần thiết cho nhu cầu thông tin và tiên
đoán diễn biến của môi trường – sinh thái.
Mô hình hóa (Modeling) là thay thế đối tượng gốc bằng một mô hình nhằm thu
nhận các thông tin quan trọng về đối tượng bằng cách tiến hành các thực nghiệm trên
mô hình. Lý thuyết xây dựng mô hình và nghiên cứu mô hình để hiểu biết về đối tượng
gốc.
Mô hình hóa môi trường là ngành khoa học mô phỏng hiện tượng lan truyền
chất ô nhiễm và các dự báo thay đổi môi trường theo không gian và thời gian.
Hiệu chỉnh mô hình (calibration) là tiến trình mà trong đó các thông số và biến
số của mô hình được điều chỉnh để kết quả ra của mô hình phù hợp với thực tế quan
sát được. Do khi phát triển mô hình, chúng ta phải tối giản các hiện tượng vật lý trong
tự nhiên để thuận lợi cho người làm thuật toán. Điều này sẽ khiến các số liệu nhập vào
mô hình có những giá trị không hoàn toàn chắc chắn và kết quả ra sẽ sai biệt với thực
tế. Hiệu chỉnh là công việc nhằm rút ngắn các khoảng cách sai biệt bằng cách đưa ra
các thông số điều chỉnh gọi là thông số mô hình (model parameters).
Kiểm định mô hình là bước tiếp theo sau công việc hiệu chỉnh mô hình nhằm
kiểm tra các thông số mô hình đưa ra có phù hợp với các diễn biến của thực tế hay
không (Lê Anh Tuấn, 2008).
--------------------------------------------------------------------------------------------------------Mai Chí Thảo (MSSV: 3113845)
9


Luận văn tốt nghiệp

Ngành QLMT & TNTN
--------------------------------------------------------------------------------------------------------Mặt cắt ngang lòng sông tại một vị trí trên sông là mặt cắt vuông góc với hướng
dòng chảy tại vị trí đó. Bộ phận mặt cắt có nước chảy thường xuyên gọi là lòng sông,
phần mặt cắt ngang chỉ ngập lụt về mùa lũ được gọi là bãi sông. Mặt cắt ngang sông có
cả lòng sông và bãi sông chỉ có nước chảy qua về mùa lũ được coi là mặt cắt lớn.
Thượng lưu là đoạn nối trực tiếp với nguồn sông. Đặc điểm là lòng sông hẹp,
độ dốc lớn, nước chảy xiết, xói mòn chủ yếu theo chiều sâu, thường có thác ghềnh lớn.
Trung lưu là đoạn sông nối tiếp với thượng lưu, độ dốc lòng sông giảm nhiều,
không có những ghềnh thác lớn, nước chảy yếu hơn, xói lở phát triển sang 2 bên bờ
mạnh làm cho lòng sông đã mở rộng dần, bãi sông xuất hiện, trên mặt bằng sông có
dạng uốn khúc.
Hạ lưu là đoạn cuối cùng của sông trước khi đổ ra biển, hồ chứa hoặc con sông
khác. Đặc điểm đoạn hạ lưu là độ dốc lòng sông rất nhỏ, nước chảy chậm, bồi nhiều
hơn xói, tạo nhiều bãi sông nằm ngang ở giữa lòng sông, hình dạng lòng sông quanh
co uốn khúc rất nhiều, lòng sông mở rộng ra nhiều so với đoạn trên.
Cửa sông là nơi sông tiếp giáp với biển hoặc hồ hoặc một con sông khác. Ở cửa
sông lòng sông mở rộng, lưu tốc nhỏ dần, phù sa lắng đọng tạo thành những tam giác.
2.2.2 Mục tiêu thành lập mô hình
Có 3 mục tiêu khi thực hiện một mô hình:
- Tạo cơ sở lý luận
+ Mô hình giúp ta dễ diễn tả hình ảnh sự kiện hoặc hệ thống;
+ Mô hình mang tính đại diện các đặc điểm cơ bản nhất của sự thể;
+ Mô hình giúp ta cơ sở đánh giá tính biến động một cách logic khi có tác
động bên ngoài vào hoặc từ trong ra.
- Tiết kiệm chi phí và nhân lực
+ Mô hình giúp ta thêm số liệu cần thiết;
+ Mô hình giúp giảm chi phí lấy mẫu;
+ Mô hình có thể được thử nghiệm với các thay đổi theo ý muốn.
- Mô hình tạo mẫu cho những triển khai sản xuất hàng loạt (Lê Anh Tuấn,
2008).

2.2.3 Giới thiệu mô hình Mike 11
Mike 11 – là một phần mềm đóng gói thuộc bản quyền của hãng DHI Water &
Environment (DHI – Danish Hydraulic Institute). Mike 11 được xây dựng cho máy
tính cá nhân và từ năm 1996, chương trình được viết để chạy trên hệ thống Window
95/98/2000/NT. Chương trình này là sản phẩm công nghệ máy tính cao (với bộ nhớ
động và CSDL). Chương trình tích hợp rất nhiều mô hình toán được nghiên cứu từ
những năm 60 của thế kỷ trước.

--------------------------------------------------------------------------------------------------------Mai Chí Thảo (MSSV: 3113845)
10


Luận văn tốt nghiệp
Ngành QLMT & TNTN
--------------------------------------------------------------------------------------------------------Mike 11 là một gói phần mềm kỹ thuật chuyên môn để mô phỏng thủy lực, chất
lượng nước và vận chuyển bùn cát cửa sông, trong sông, hệ thống tưới, kênh dẫn và
các hệ thống dẫn nước khác.
Mike 11 là công cụ lập mô hình động lực, một chiều và thân thiện với người sử
dụng nhằm phân tích chi tiết, thiết kế, quản lý và vận hành cho sông và hệ thống kênh
dẫn đơn giản và phức tạp. Với môi trường đặc biệt thân thiện với người sử dụng, linh
hoạt và tốc độ, Mike 11 cung cấp một môi trường thiết kế hữu hiệu về kỹ thuật công
trình, tài nguyên nước, quản lý chất lượng nước và các ứng dụng quy hoạch.
Mô-đun mô hình thủy động lực (HD) là một phần trọng tâm của hệ thống lập
mô hình Mike 11 và hình thành cơ sở cho hầu hết các mô-đun bao gồm dự báo lũ, tải
khuyếch tán, chất lượng nước và các mô-đun vận chuyển bùn lắng không có cố kết.
Mô-đun Mike 11 HD giải các phương trình tổng hợp theo phương đứng để đảm bảo
tính liên tục và động lượng (momentum), nghĩa là phương trình Saint Venant.
Các ứng dụng liên quan đến mô-đun Mike 11 HD bao gồm:
 Dự báo lũ và vận hành hồ chứa.
 Các phương pháp mô phỏng kiểm soát lũ.

 Vận hành hệ thống tưới và tiêu thoát bề mặt.
 Thiết kế các hệ thống kênh dẫn.
 Nghiên cứu sóng triều và dâng nước do mưa ở sông và cửa sông.
Đặc trưng cơ bản của hệ thống lập mô hình Mike 11 là cấu trúc mô-đun tổng
hợp với nhiều loại mô-đun được thêm vào mỗi mô phỏng các hiện tượng liên quan đến
hệ thống sông.
Ngoài các mô-đun HD đã mô tả ở trên, Mike bao gồm các mô-đun bổ sung đối
với:
 Thủy văn.
 Tải khuyếch tán.
 Các mô hình cho nhiều vấn đề về chất lượng nước.
 Vận chuyển bùn cát có cố kết (có tính dính).
 Vận chuyển bùn cát không có cố kết (không có tính dính).
Hiện nay với sự tài trợ của chính phủ Đan Mạch dự án DANIDA đã có chương
trình hỗ trợ nâng cao năng lực cho các Viện ngành nước tại Việt Nam. Trong quá trình
đào tạo của dự án các thành viên tham dự được tiếp cận và sử dụng các mô hình thuộc
họ Mike của Viện nghiên cứu thủy lực Đan Mạch (DHI) một cách hợp pháp và dưới
sự giúp đỡ của các chuyên gia mô hình Mike 11.
a. Điều kiện biên
Hệ phương trình Saint-Venant là hệ phương trình hyperbolic á tuyến tính có hai
họ đường cong đặc trưng. Do vậy số điều kiện cần khảo sát cho mỗi biên là số đặc
trưng xuất phát từ biên đi vào giới miền đang xét. Tại thời điểm ban đầu t = 0, mỗi
--------------------------------------------------------------------------------------------------------Mai Chí Thảo (MSSV: 3113845)
11


Luận văn tốt nghiệp
Ngành QLMT & TNTN
--------------------------------------------------------------------------------------------------------điểm trên trục sẽ có hai đường đặc trưng đi vào miền hay hai điều kiện sau: Q(x,0) và
Z(x,0).

Khi | | < V (chế độ chảy êm): xét hai đầu biên của miền tính tại x = 0 và x = L
chỉ có một họ đường đặc trưng đi vào miền tính cho nên tại mỗi đầu biên có một điều
kiện. Trong thực tế, các bài toán thường cho Q(0,t) hoặc Z(0,t) hoặc thiết lập quan hệ
Q(Z) tại x = 0; tương tự với x = L.
Khi | | > V (chế độ chảy xiết), theo chiều dòng chảy thì trên biên thượng lưu
có cả hai họ đặc trưng đi vào miền và tại đó có hai điều kiện. Tuy vậy, ta chỉ xét chế
độ chảy êm.
Một số kinh nghiệm cho thấy: tại các đầu biên có thể gán giá trị mực nước cho
tất cả các biên nhưng không nên gán lưu lượng tại tất cả các biên. Bài toán sẽ hoàn
chỉnh hơn nếu tại các biên thượng lưu gán lưu lượng Q, còn các biên hạ lưu nên gán
cho mực nước Z.
b. Cơ sở lý thuyết mô hình toán thuỷ lực
Mô đun thủy lực được xây dựng trên cơ sở hệ phương trình Saint - Venant một
chiều cho trường hợp dòng không ổn định, gồm hai phương trình sau:
Phương trình liên tục:

Q  A  q
x t

(1)

Phương trình động lượng:

Q 2 
A 



 

Q  
t
x

  gA h  gQ Q

x

C 2 AR

0

(2)

Là một hệ hai phương trình vi phân đạo hàm riêng phi tuyến bậc nhất, hệ
phương trình có dạng này nói chung không giải được bằng phương pháp giải tích. Do
đó, người ta đã giải hệ phương trình này bằng phương pháp số với lược đồ sai phân
hữu hạn 6 điểm ẩn (Abbott-Inoescu).
Mô hình MIKE 11 HD là mô hình thuỷ động lực một chiều. Module MIKE 11
HD sử dụng giải các phương trình tổng hợp theo phương trình liên tục và động lượng
(phương trình Saint - Venant). Trong đó, phương trình liên tục thiết lập từ cơ sở định
luật bảo toàn khối lượng với kỹ thuật phép tính vi phân và định lý Taylor được viết
trong không gian vô cùng bé nằm giữa hai mặt kênh (Hình 2.1).

--------------------------------------------------------------------------------------------------------Mai Chí Thảo (MSSV: 3113845)
12


Luận văn tốt nghiệp
Ngành QLMT & TNTN

---------------------------------------------------------------------------------------------------------

Hình 2.1 Mô tả lưu lượng ra - vào đoạn kênh qua hai mặt cắt ướt

Chênh lệch lượng nước ra – vào đoạn kênh ds qua hai mặt cắt ướt trong thời
gian dt là:
.
Biến thiên thể tích đoạn kênh trong thời gian đó là:
ℎ
.
Trong đó: A – diện tích mặt cắt ướt; B – bề rộng mặt thoáng kênh; h – độ sâu
của kênh.
Vì nước không nén được nên phương trình bảo toàn khối lượng được viết như
sau:
ℎ
. + .
=0
B

h Q

0
t s

(3)

Với A = B.h; phương trình có thể viết dưới dạng:
A Q

0

t
s

(4)

(3) và (4) là phương trình liên tục của dòng chảy không ổn định trong kênh hở.

--------------------------------------------------------------------------------------------------------Mai Chí Thảo (MSSV: 3113845)
13


Luận văn tốt nghiệp
Ngành QLMT & TNTN
--------------------------------------------------------------------------------------------------------Phương trình động lượng

Hình 2.2 Các lực tác dụng lên đoạn kênh và giữa hai mặt cắt ướt

Trong đó:
P - áp lực tác dụng trên mặt cắt 1-1.
T - lực ma sát trong lòng kênh.
G - trọng lượng khối chất lỏng giữa hai mặt cắt 1-1 và mặt cắt 2-2.
Pb - thành phần trên phương s của áp lực trên thành kênh tác dụng lên
khối chất lỏng.
Xét đoạn kênh ds để thiết lập nên phương trình động lượng các giả thiết sau
được xem xét:
Lưu lượng thay đổi chậm.
Sức cản thuỷ lực trong dòng không ổn định được coi là giống sức cản thuỷ lực
trong dòng ổn định. Ta cũng bỏ qua tổn thất cục bộ.
Độ dốc đáy kênh rất nhỏ ( i<<1 ).
Áp lực trên mặt cắt ướt phân bố theo qui luật thuỷ tĩnh.

Theo định luật II Newton:
−

+

−

+

+

=

Phân tích các thành phần: (1) áp lực tác dụng lên các mặt cắt ướt; (2) ứng suất
ma sát trong lòng kênh, theo phương trình cơ bản của dòng chảy đều: τ = γRJ; (3)
phản lực thành kênh trên phương s. Trên dải dy, áp lực trên phương s.
Phương trình động lượng:
 0 Q z    Q 2  Q Q
 
 
0
gA t s gA s  A  A2C 2 R

(5)

--------------------------------------------------------------------------------------------------------Mai Chí Thảo (MSSV: 3113845)
14


Luận văn tốt nghiệp

Ngành QLMT & TNTN
--------------------------------------------------------------------------------------------------------Hay
AC QC  
C 

  AD
   AKC  C q
2
t
x
x 
x 

(6)

(5) và (6) là các dạng của phương trình động lượng của dòng chảy không ổn
định trong kênh hở.
Hệ phương trình Saint – Venant mô tả sự biến thiên của lưu lượng Q và mực
nước z hoặc các thông số tương đương theo không gian và thời gian.
Công thức tính hệ số nhám thủy lực
Hệ số nhám thủy lực theo công thức của Manning’s n được sử dụng vào việc
hiệu chỉnh kết quả mô phỏng đặc tính thủy lực của dòng chảy:
1
=
√
Trong đó:
Q: Lưu lượng (m3/s);
n: Hệ số nhám thủy lực;
R: Bán kính thủy lực (m);
i: Độ dốc đáy kênh (slope of channel bed), là góc lập bởi đáy kênh và đường

nằm ngang, được xác định =
;
2
A: Diện tích mặt cắt ướt (m ).
c. Cơ sở lý thuyết mô hình chất lượng nước
Để giải quyết vấn đề chất lượng nước có liên quan đến những phản ứng sinh
hóa sử dụng đồng thời hai mô đun là mô đun tải - khuếch tán (AD) và mô đun sinh thái
(Ecolab) trong tính toán và mô đun truyền tải khuếch tán.
Mô đun truyền tải khuếch tán
Được dùng để mô phỏng vận chuyển một chiều của chất huyền phù hoặc hoà
tan (phân huỷ) trong các lòng dẫn hở dựa trên phương trình để trữ tích luỹ với giả thiết
các chất này được hoà tan trộn lẫn. Quá trình này được biểu diễn qua phương trình
sau:

AC  QC    AD C    AKC  C q
2
t
x
x 
x 

(7)

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.
Phương trình (7) thể hiện hai cơ chế truyền tải, đó là truyền tải đối lưu do tác
dụng của dòng chảy và truyền tải khuếch tán do Gradien nồng độ gây ra. Phương trình
này cũng được giải theo phương pháp số với sơ đồ sai phân ẩn trung tâm.
Mô đun sinh thái (Ecolab)
Mô đun sinh thái 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 luôn đi kèm với
mô đun tải – khuyếch tán (AD), điều này có nghĩa là mô đun chất lượng nước giải
--------------------------------------------------------------------------------------------------------Mai Chí Thảo (MSSV: 3113845)
15


Luận văn tốt nghiệp
Ngành QLMT & TNTN
--------------------------------------------------------------------------------------------------------quyết các quá trình biến đổi sinh học của các hợp chất trong sông còn mô đun tải khuyếch tán (AD) được dùng để mô phỏng quá trình truyền tải khuyếch tán của các
hợp chất đó. Nước là môi trường sống và phát triển của rất nhiều loài động thực vật
thuỷ sinh cũng như các vi sinh vật sống trong nước. Chúng luôn có sự tương tác qua
lại với môi trường. Do đó trong môi trường nước xảy ra rất nhiều quá trình trao đổi
phức tạp như sự hô hấp và phân huỷ của các loại động thực vật, quá trình hấp thụ
nhiệt. Các quá trình này đều được mô hình hoá và đưa vào mô đun chất lượng nước.
Chúng ta tác động vào các quá trình này thông qua các hệ số hiển thị trong trình duyệt
của mô đun chất lượng nước có trong mô hình.
Mô đun sinh thái tính toán dựa trên 13 thông số chất lượng nước với 6 cấp độ
khác nhau, mô phỏng và biểu diễn những quá trình chuyển hoá giữa các hợp phần liên
quan tới các quá trình.
Tính toán lượng oxy hoà tan trong nước (Dissolved Oxygen - DO): bao gồm
các quá trình tương tác với oxy khí quyển trên bề mặt, quá trình hô hấp và quang hợp
của sinh vật dưới nước, tiêu thụ oxy trong quá trình chuyển hoá Ammonia thành
Nitrate, nhu cầu oxy đáy;
Tính toán nhu cầu oxy sinh hoá (Biological Oxygen Demand - BOD): có thể
tính toán được các hợp phần BOD riêng rẽ, đó là BOD lơ lửng, BOD dạng hoà tan
trong nước và BOD trong lớp bùn đáy. Mô hình còn cho phép tính toán các quá trình
sinh hoá của BOD là quá trình phân rã BOD và các quá trình chuyển hoá giữa các hợp
phần BOD;
Tính toán Phốtpho: mô hình cho phép tính toán hai hợp phần Phốtpho riêng biệt
là Orthophophate và Particule Phosphorus, các quá trình sinh hoá xảy ra như thu nhận

Phốtpho từ quá trình phân rã BOD, tiêu hao phốtpho do sinh vật hấp thụ;
Tính toán Amonia: sinh ra do quá trình phân huỷ BOD, tiêu hao do chuyển hoá
thành Nitrate, do thực vật và vi sinh hấp thụ;
Tính toán Nitrate: sinh ra do quá trình chuyển hoá từ Ammonia sang Nitrate
(quá trình Nitrate hoá), sút giảm do chuyển hoá thành Nitơ tự do;
Tính toán Coliform: mô hình có thể tính được Coliform theo hai hợp phần là
Faecol Coliform và Total Coliform. Các quá trình biến đổi lượng Coliform do chúng
chết đi và nhận các hợp phần Coliform từ các nguồn thải. Các giá trị tham số của mô
hình chất lượng nước và sinh thái được liệt kê và cho sẵn các giá trị ngưỡng của từng
tham số ứng với các mức độ tính toán. Điều này đặc biệt có ý nghĩa cho việc hiệu
chỉnh mô hình khi có rất nhiều số lượng thông số. Các lựa chọn để xuất dữ liệu cho
phép lấy và kiểm tra các quá trình chuyển hoá giữa các hợp phần tính toán với nhau.
Với khả năng tính nồng độ cao, mô hình còn cho phép cập nhật các nguồn thải dưới
dạng các nguồn điểm hay nguồn đại diện trên từng đoạn sông.

--------------------------------------------------------------------------------------------------------Mai Chí Thảo (MSSV: 3113845)
16


Luận văn tốt nghiệp
Ngành QLMT & TNTN
--------------------------------------------------------------------------------------------------------Phương trình lan truyền chất trong sông
Nguyên lý bảo toàn là sự thay đổi của đại lượng C nào đó trong thể tích V trong
khoảng thời gian Δt sẽ bằng tổng lượng dòng vào của C cộng với tổng lượng sinh ra
của C trong chính thể tích V.

Hình 2.3 Sơ đồ dòng thông lượng

Xét đoạn sông chiều dài dx giữa hai mặt cắt 1-1 và 2-2. Thông lượng của chất
tải C qua hai mặt cắt này tương ứng là

và

+

(

)

.

Theo nguyên lý bảo toàn
(

. )=

−

+

(

)

+ .

.

Trong đó:
A - diện tích mặt cắt ướt 1-1; S - số hạng mô tả cho tốc độ sản sinh chất tải C.

Thông lượng bao gồm hai thành phần là: tải theo dòng chảy và khuyếch tán từ nơi
nồng độ cao sang nơi nồng độ thấp:
= .

−

Trong đó:
D - hệ số phân tán; v - vận tốc dòng chảy. Thay biểu thức Flux vào phương
trình nguyên lý bảo toàn và sắp xếp lại các số hạng, ta được phương trình vận tải chất
trong sông:
(
)
=
−
+
Phương trình trên được giải sau khi có v và A từ lời giải của phương trình Saint
– Venant.

--------------------------------------------------------------------------------------------------------Mai Chí Thảo (MSSV: 3113845)
17


Luận văn tốt nghiệp
Ngành QLMT & TNTN
--------------------------------------------------------------------------------------------------------Phương trình lan truyền chất
Là phương trình loại parabol cho nên tại mỗi đầu biên miền tính toán có một
điều kiện cho nồng độ chất tải. Cụ thể là tại đầu sông nơi nước chảy vào điều kiện biên
là nồng độ chất tải và tại đầu sông nơi nước chảy ra có thể có nhiều kiểu điều kiện
biên, nhưng thông dụng nhất là biên đạo hàm.
Điều kiện tại điểm hợp lưu hay phân lưu: tại điểm hợp lưu thường sử dụng định

luật bảo toàn khối lượng và giả thuyết khuếch tán đều để gán cho nồng độ tại các mặt
cắt áp sát hợp lưu bằng nhau. Tuy nhiên khi sử dụng điều kiện này phải xác định được
thể tích các hợp lưu và không xác định được nồng độ của các nhánh chảy tới hợp lưu.
Giả sử giá trị nồng độ tại các nhánh chảy tới hợp lưu là khác nhau nhưng tại nhánh
chảy ra thì như nhau sau quá trình xáo trộn. Do vậy có thể tính được nồng độ tại các
nhánh chảy ra bằng công thức sau:
∑
=
∑
Trong đó:
CN là nồng độ tại các mặt cắt có hướng dòng chảy ra khỏi hợp lưu; Ci,
tương ứng là nồng độ tại mặt cắt áp sát hợp lưu của nhánh chảy vào hợp lưu;
là lưu
lượng tại các mặt cắt của nhánh chảy ra khỏi hợp lưu. Lưu ý rằng điều kiện bảo toàn
lưu lượng tại hợp lưu cho:
=
Phương pháp số giải phương trình vi phân của dòng chảy và lan truyền chất
trong sông
Để giải phương trình vi phân, người ta biến đổi một cách gần đúng phương
trình này thành các phương trình đại số theo giá trị của hàm tại các điểm lưới trong
miền tính toán. Sau đó giải phương trình đại số để tìm các giá trị của điểm lưới. Nếu ta
quan tâm tới giá trị các điểm khác thì phải dùng phép nội suy. Người ta gọi chung
phương pháp giải như vậy là phương pháp số. Tuỳ theo cách thức biến đổi phương
trình vi phân thành phương trình đại số (rời rạc hoá) mà ta có các phương pháp số khác
nhau: phương pháp phần tử hữu hạn, phương pháp phần tử biên, phương pháp sai phân
hữu hạn.
Giải hệ phương trình Saint -Venant
Thông thường hệ phương trình Saint – Venant được giải theo phương pháp sai
phân hữu hạn ẩn.
Giải hệ phương trình Saint – Venant theo sơ đồ sai phân ẩn

Hệ phương trình Saint – Venant được viết lại như sau:
( )
+
=0
--------------------------------------------------------------------------------------------------------Mai Chí Thảo (MSSV: 3113845)
18