Nghiên cứu ứng dụng mô hình basins phục vụ quản lý chất lượng nước lưu vực sông nhuệ đáy
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (366.08 KB, 13 trang )
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
-------------------
NGUYỄN THỊ BÍCH NGỌC
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MÔ HÌNH BASINS
PHỤC VỤ QUẢN LÝ CHẤT LƢỢNG NƢỚC
LƢU VỰC SÔNG NHUỆ - ĐÁY
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
Hà Nội, 2015
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
-------------------
NGUYỄN THỊ BÍCH NGỌC
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MÔ HÌNH BASINS
PHỤC VỤ QUẢN LÝ CHẤT LƢỢNG NƢỚC
LƢU VỰC SÔNG NHUỆ - ĐÁY
Chuyên ngành: Khoa học Môi Trƣờng
Mã số :
60440301
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
Ngƣời hƣớng dẫn khoa học : TS. Nguyễn Lê Tuấn
Hà Nội, 2015
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết
quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất
kỳ luận văn nào khác.
Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này
đã được cảm ơn, các thông tin trích dẫn trong luận văn đều được chỉ rõ
nguồn gốc.
Tác giả luận văn
Nguyễn Thị Bích Ngọc
i
LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình điều tra, nghiên cứu để hoàn thiện luận văn, tôi đã nhận
được sự hướng dẫn, giúp đỡ nhiệt tình, quý báu của các nhà khoa học, của các
cơ quan, tổ chức, nhân dân và các địa phương.
Tôi xin được bày tỏ sự cảm ơn trân trọng nhất tới giáo viên hướng dẫn
khoa học TS. Nguyễn Lê Tuấn đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong suốt
quá trình hoàn thành luận văn.
Tôi xin trân trọng cảm ơn sự góp ý chân thành của các thầy, cô giáo
trong khoa Môi trường, trường Đại Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc Gia Hà
Nội, Phòng Tài nguyên và Môi trường, Trung tâm quan trắc TNMT Hà Nam,
Viện Nghiên cứu Tài nguyên nước và Môi trường … đã nhiệt tình giúp đỡ tôi
trong quá trình hoàn thành luận văn này.
Tôi xin chân thành cảm ơn tới gia đình, những người thân, cán bộ, đồng
nghiệp và bạn bè đã tạo điều kiện tốt nhất về mọi mặt cho tôi trong suốt quá
trình thực hiện đề tài.
Mặc dù đã có nhiều cố gắng để thực hiện đề tài một cách hoàn chỉnh
nhất. Song do thời gian và kinh nghiệm còn hạn chế nên luận văn không
tránh khỏi những thiếu sót, vì vậy rất mong nhận được sự góp ý của các Thầy,
Cô và các bạn để luận văn được hoàn thiện hơn
Một lần nữa tôi xin trân trọng cảm ơn!
Phủ Lý, ngày…...tháng…...năm 2015
Tác giả luận văn
Nguyễn Thị Bích Ngọc
ii
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN..................................................................................................................... ii
MỤC LỤC .......................................................................................................................... iii
DANH MỤC BẢNG .......................................................................................................... v
DANH MỤC HÌNH .......................................................................................................... vi
MỞ ĐẦU.............................................................................................................................. 1
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ................................. 2
1.1. Điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội LVS Nhuệ - Đáy.............................................. 2
1.1.1. Điều kiện tự nhiên ................................................................................................2
1.1.2. Đặc điểm kinh tế - xã hội.................................................................................. 10
1.2. Hiện trạng chất lượng nước sông Nhuệ - sông Đáy ............................................. 18
1.2.1. Các áp lực chính dẫn tới suy thoái chất lượng nước tại LVS Nhuệ - Đáy.... 19
1.2.2. Hiện trạng môi trường nước sông Nhuệ - sông Đáy ...................................... 23
1.3. Giới thiệu về mô hình BASINS .............................................................................. 27
1.3.1. Tổng quan về mô hình BASINS ........................................................................ 27
1.3.2. Cơ sở lý thuyết của mô hình ............................................................................. 30
1.3.3. Các mô hình thành phần................................................................................... 34
1.3.4. Sử dụng mô hình BASINS ................................................................................. 36
CHƢƠNG 2: ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................... 38
2.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ......................................................................... 38
2.2. Phương pháp nghiên cứu ......................................................................................... 38
2.2.1. Phương pháp mô hình toán thủy văn ............................................................... 38
2.2.2. Phương pháp kế thừa, phân tích các tài liệu từ các nguồn hiện có............... 39
2.2.3. Phương pháp xây dựng bản đồ két hợp hệ thống thông tin địa lý (GIS)...... 41
iii
2.2.4. Phương pháp khảo sát thực địa ...................................................................... 41
2.2.5. Phương pháp lấy mẫu hiện trường ................................................................. 41
CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MÔ HÌNH BASINS
PHỤC VỤ QUẢN LÝ CHẤT LƢỢNG NƢỚC LVS NHUỆ ĐÁY ...................... 42
3.1. Thiết lập cơ sở dữ liệu ............................................................................................ 42
3.2. Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình BASINS .......................................................... 46
3.2.1. Hiệ u chỉ nh mô hì nh........................................................................................... 46
3.3.2 Kiể m nghiệ m mô hì nh........................................................................................ 49
3.3. Kế t quả mô phỏ ng chất l ượng nước lưu vực sông Nhuệ – Đáy ........................ 51
3.3.1. Mô phỏng chất lượng nước trên LVS Nhuệ - Đáy ứng với kịch bản 1 .......... 53
3.3.2. Mô phỏng chất lượng nước trên LVS Nhuệ - Đáy ứng với kịch bản 2 .......... 59
3.3.3. Mô phỏng chất lượng nước trên LVS Nhuệ - Đáy ứng với kịch bản 3 .......... 66
3.3.4. Nhận xét chung về kết quả tính toán đạt được................................................ 73
3.4. Đề xuất các giải pháp bảo vệ chất lượng nước LVS Nhuệ - Đáy ...................... 74
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ....................................................................................... 76
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 78
PHỤ LỤC
iv
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1: Dân số thuộc LVS Nhuệ - Đáy năm 2013 [9] .............................................11
Bảng 2.1. Danh sách các tr ạm khí tượng và các số liệu thu thập sử dụng trong tính
toán mô hình.......................................................................................................................39
Bảng 2.2 Các loại hình sử dụng đất trong LVS Nhuệ - Đáy theo USGS [29] ...........40
Bảng 3.1: Các trạm quan trắc chất lượng nước mặt sử dụng trong tính toán mô hình
..............................................................................................................................................42
Bảng 3.2. Kết quả dò tìm thông số khi hiệu chỉnh mô hình BASINS ........................49
Bảng 3.3: Kết quả mô phỏng chất lượng nước trên 3 tiểu lưu vực ứng với kịch bản
2 ...........................................................................................................................................66
Bảng 3.4: Bảng thông tin các điểm thải được lựa chọn cho kịch bản 3 .....................67
Bảng 3.5: Kết quả mô phỏng chất lượng nước trên 3 tiểu lưu vực ứng với
kịch
bản 3 ....................................................................................................................................72
Bảng 3.6: Kết quả so sánh trung bình giữa các kịch bản được xây dựng...................73
v
DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Bản đồ lưu vực hệ thống sông Nhuệ - Đáy .....................................................3
Hình 1.2: Biểu đồ dễn biến hàm lượng COD trên sông Nhuệ năm 2014 [10] ..........24
Hình 1.3: Biểu đồ diễn biến hàm lượng BOD5 trên sông Nhuệ năm 2014 [10] ........24
Hình 1.4: Biểu đồ diễn biến hàm lượng NH4 +-N trên sông Nhuệ năm 2014 .............25
Hình 1.5: Biểu đồ diễn biến hàm lượng COD trên sông Đáy năm 2014 [10] ...........26
Hình 1.6: Biểu đồ diễn biến hàm lượng BOD5 trên sông Đáy năm 2014 [10] ..........26
Hình 1.7: Biểu đồ diễn biến hàm lượng NH4 +-N trên sông Đáy năm 2014 [10].......27
Bảng 3.1: Các trạm quan trắc chất lượng nước mặt sử dụng trong tính toán mô hình
..............................................................................................................................................42
Hình 3.1. Thông số tạo ranh giới lưu vực và tiểu lưu vực trong mô hình BASINS .44
Hình 3.2. Giao diện tạo ranh giới lưu vực và tiểu lưu vực trong mô hình BASINS.44
Hình 3.3. Thông số mô phỏng lưu vực trên giao diện HSPF .......................................45
Hình 3.4. Kết quả mô phỏng lưu vực sông Nhuệ - Đáy trong giao diện HSPF ........45
Hình 3.5. Sơ đồ hiệu chỉnh bộ thông số mô hình ..........................................................47
Hình 3.6. Đồ thị so sánh đường quá trình lưu lượng tính toán và thực đo trạm Lâm
Sơn năm 2008 ....................................................................................................................48
Hình 3.7. Đồ thị tương quan giữa lưu lượng tính toán và thực đo trạm Lâm Sơn năm
2008 .....................................................................................................................................48
Hình 3.8. Đồ thị so sánh đường quá trình lưu lượng tính toán và thực đo trạm Lâm
Sơn năm 2012 ....................................................................................................................50
Hình 3.9. Đồ thị tương quan giữa lưu lượng tính toán và thực đo trạm Lâm Sơn năm
2012 .....................................................................................................................................50
Hình 3.10. Vị trí các tiểu lưu vực được lựa chọn ..........................................................52
Hình 3.11. Diễn biến các thông số DO, BOD5 , NH4+, PO43- tại tiểu lưu vực 2 ứng
với kịch bản 1 .....................................................................................................................54
Hình 3.12. Diễn biến các thông số DO, BOD5, NH4+, PO4 3- tại tiểu lưu vực 11 ứng
với kịch bản 1 .....................................................................................................................55
Hình 3. 13. Diễn biến các thông số DO, BOD5, NH4+ , PO4 3- tại tiểu lưu vực 13 ứng
với kịch bản 1 .....................................................................................................................56
Hình 3.14. Modul BMP trong mô hình BASINS ..........................................................60
Hình 3.15: Phần trăm (%) diện tích đất nông nghiệp áp dụng BMP ..........................61
Hình 3.16: Phần trăm chất ô nhiễm qua dải lọc.............................................................61
vi
Hình 3.17. Diễn biến các hàm lượng DO tại các tiểu lưu vực 2, 11, 13 ứng với kịch
bản 2 ....................................................................................................................................62
Hình 3.18. Diễn biến hàm lượng BOD5 tại các tiểu lưu vực 2, 11, 13 ứng với kịch
bản 2 ....................................................................................................................................62
Hình 3.19. Diễn biến nồng độ NH4 + tại các tiểu lưu vực 2, 11, 13 ứng với kịch
bản 2 ....................................................................................................................................63
Hình 3.20. Diễn biến nồng độ PO43- tại các tiểu lưu vực 2, 11, 13 ứng với kịch
bản 2 ....................................................................................................................................63
Hình 3.21. Giao diện nhập các thông tin mô phỏng các điểm nguồn gây ô nhiễm...67
Hình 3.22. Bản đồ mô tả vị trí điểm thải được lựa chọn ..............................................68
Hình 3.24. Diễn biến các hàm lượng BOD5 tại các tiểu lưu vực 2, 11, 13 ứng với
kịch bản 3............................................................................................................................69
Hình 3.25. Diễn biến nồng độ NH4+ tại các tiểu lưu vực 2, 11, 13 ứng với kịch
bản 3 ....................................................................................................................................70
Hình 3.26. Diễn biến nồng độ NH4+ tại các tiểu lưu vực 2, 11, 13 ứng với kịch
bản 3 ....................................................................................................................................70
vii
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
NH4+
Cation Amoni
BVMT
Bảo vệ môi trường
BASINS
Better Assessment Science Integrating Point and Nonpoint
Sources
BMP
Best Management Practice (Thực hành quản lý tốt hơn)
BOD5
Biological Oxygen Demand (Nhu cầu ôxy sinh học)
COD
Chemical Oxygen Demand (Nhu cầu ôxy hóa học)
DO
Dessolved Oxygen (Lượng oxy hòa tan)
GIS
Geographic Infhoặcmation System (Hệ thống thông tin địa lý)
USGS
United States Geological Survey (Cục Khảo sát Địa chất Hoa Kỳ)
LV
Lưu vực
LVS
Lưu vực sông
SWMM
Storm Water Management Model (mô hình tính toán thủy vănthủy lực)
QCVN 08:2008/BTNMT
UBND
Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước mặt
Ủy ban nhân dân
viii
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
[1] Bộ Kế hoạch và đầu tư (2012), Khung quản lý môi trường và xã hội, Dự án
Quản lý ô nhiễm các khu công nghiệp thuộc LVS Đồng Nai, sông Nhuệ - Đáy,
Hà Nội
[2] Bộ Tài nguyên và Môi trường (2012), Báo cáo hiện trạng môi trường quôc gia
2012 - Môi trường nước mặt lục địa, Hà Nội, tr.48
[3] Bộ Tài nguyên và Môi trường (2008), QCVN 08:2008/BTNMT- Quy chuẩn ký
thuật quốc gia về chất lượng nước mặt, Hà Nội
[4] Nguyễn Hữu Khải, Nguyễn Thanh Sơn (2003), Mô hình toán thủy văn, NXB
Đại học quốc gia Hà Nội, Hà Nội.
[5] Sở tài nguyên và môi trường các tỉnh, thành phố: Hà Nội, Hà Nam, Nam Định,
Ninh Bình, Hòa Bình (2007 – 2013), Báo cáo hiện trạng môi trường các địa
phương
[6] Nguyễn Thanh Sơn (2003), Tính toán thủy văn, NXB Đại học quốc gia Hà Nội,
Hà Nội
[7] Nguyễn Thanh Sơn và nhóm tác giả (2011), Khảo sát hiện trạng tài nguyên
nước lưu vực sông Nhuệ Đáy, Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự
nhiên và công nghệ 27, số 1S, tr.277-234.
[8] Tống Khánh Thượng (2005), Ứng dụng mô hình đánh giá chất lượng nước
LVS Nhuệ phục vụ công tác quản lý môi trường, Luận văn tốt nghiệp, trường
ĐHKHTN, Hà Nội
[9] Tổng cục thống kê (2014), Niên giám thống kê 2013, NXB Thống kê, Hà Nội
[10] Trung tâm Quan trắc môi trường, Tổng cục môi trường (2014), Báo cáo tổng
hợp nhiệm vụ "Quan trắc môi trường nước Lưu vực sông Nhuệ - Đáy, Hà Nội
[11] UBND các tỉnh, thành phố: Hà Nội, Hà Nam, Nam Định, Ninh Bình, Hòa
Bình (2006), Đề án tổng thể bảo vệ môi trường Lưu vực sông Nhuệ, sông Đáy
đến năm 2020, tr.7-11
[12] UBND thành phố Hà Nội (2014), Báo cáo tình hình phát triển kinh tế - xã hội
của Thủ đô năm 2014 và phương hướng, nhiệm vụ trọng tâm năm 2015, Hà Nội
78
[13] UBND tỉnh Hà Nam (2014), Báo cáo Tình hình kinh tế-xã hội năm 2014, mục
tiêu và các nhiệm vụ chủ yếu của năm 2015, Hà Nam
[14] UBND tỉnh Hòa Bình (2014), Báo cáo tình hình kinh tế - xã hội năm 2014 và
kế hoạch phát triển kinh tế - xã hội năm 2015. Hòa Bình
[15] UBND tỉnh Nam Định (2014), Báo cáo tình hình kinh tế - xã hội năm 2014 và
kế hoạch phát triển kinh tế - xã hội năm 2015, Nam Định
[16] UBND tỉnh Ninh Bình (2014), Báo cáo Tình hình kinh tế-xã hội năm 2014,
mục tiêu và các nhiệm vụ chủ yếu của năm 2015, Ninh Bình
[17] Ủy ban BVMT lưu vực Sông Nhuệ - Sông Đáy (2014), Báo cáo kết quả triển
khai đề án tổng thể BVMT Lưu vực sông Nhuệ - sông Đáy giai đoạn2013 –
2014, Hà Nội
[18] Văn phòng Chính Phủ, Bộ Xây Dựng (2013), Quyết định 681/QĐ-TTg- Phê
duyệt Quy hoạch hệ thống thoát nước và xử lý nước thải khu vực dân cư, khu
công nghiệp thuộc lưu vực sông Nhuệ - sông Đáy đến năm 2030.
Tiếng Anh
[19] Andrew Battin, Russel Kinerson, Mohammed Lahlou, A Powerful Tool for
Managing Watersheds, EPA's Better Assessment Science Integrating Point
and Nonpoint Sources (BASINS)
[20]
EPA (2000), BASINS Case Study 1: Cottonwood Creek Watershed, Idaho.
[21] EPA (2004), Better Assessment Science Integrating point and Nonpoint
Sources --BASINS Version 3.1, US
[22] EPA (2007), Better Assessment Science Integrating point and Nonpoint
Sources - BASINS Version 4.0, US
[23]
EPA (1999), Technical Note 5: Using HSPEXP with BASINS/NPSM.”,
Office of Water
[24] EPA (2000), Technical Note 6: Estimating Hydrology and Hydraulic
Parameters for HSPF
[25] Ray C, Whittemore, John A. Beebe, Good science or serendipitous
modeling,EPA’s BASINS MODEL.
79
[26] P.B. Duda, P.R. Hummel, A.S. Donigian Jr, J.C. Imhoff, BASINS/HSPF:
Model use, calibration and validtion, p.1525-1528
[27] S.L. Neisch, J.G. Arnold, J.R. Kiniry, J.R. Williams (2009), Lecture 14:
Instream water quality – Biochemical reactions, EPA’s BASINS MODEL
[28] Wen, M., Y. Zhang and W. Zeng. (2007), HSPF Model of the Streamflow
Simulation for the Lower Flint River Watershed.- Proceedings of the 2007
Georgia Water Resources Conference.
Các website
[29] USGS, />
80
