Ứng dụng phương pháp mô hình hóa dự đoán diễn biến chất lượng nước sông cầu đoạn chảy qua tỉnh thái nguyên và đề xuất giải pháp quản lý phù hợp

BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ
ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP MÔ HÌNH HÓA DỰ ĐOÁN
DIỄN BIẾN CHẤT LƯỢNG NƯỚC SÔNG CẦU ĐOẠN
CHẢY QUA TỈNH THÁI NGUYÊN VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI
PHÁP QUẢN LÝ PHÙ HỢP
CHUYÊN NGÀNH: KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

NGUYỄN TƯỜNG KHƯƠNG DUY

HÀ NỘI, NĂM 2018


BỘ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ
ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP MÔ HÌNH HÓA DỰ ĐOÁN
DIỄN BIẾN CHẤT LƯỢNG NƯỚC SÔNG CẦU ĐOẠN
CHẢY QUA TỈNH THÁI NGUYÊN VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI
PHÁP QUẢN LÝ PHÙ HỢP
NGUYỄN TƯỜNG KHƯƠNG DUY
CHUYÊN NGÀNH: KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG
MÃ SỐ: 60440301
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1
PGS.TS. HOÀNG ANH HUY
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 2
TS. PHẠM THỊ MAI THẢO

HÀ NỘI, NĂM 2018


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu được thực hiện bởi chính
tôi trong khoảng thời gian học tập và nghiên cứu theo quy định. Các số liệu,
kết quả nghiên cứu trong luận văn đều đảm bảo tính trung thực, khoa học và
chưa được công bố trong bất kỳ công trình khoa học nào bởi một tác giả khác
không thuộc nhóm nghiên cứu. Mọi số liệu kế thừa trong luận văn đều được
sự đồng thuận của tác giả và có nguồn gốc rõ ràng.

Hà Nội, tháng

năm 2018

Học viên

Nguyễn Tường Khương Duy

i


LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, em xin trân trọng cảm ơn đến Ban giám hiệu, các thầy cô
giáo Khoa Môi trường, các thầy cô giáo Trường Đại học Tài nguyên và Môi
trường Hà Nội đã tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho em trong thời gian học
tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn.
Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, em xin gửi lời cảm ơn tới
PGS.TS. Hoàng Anh Huy và TS. Phạm Thị Mai Thảo, trong suốt thời gian học
tập và nghiên cứu đã luôn giúp đỡ, hướng dẫn tận tình em trong việc giải

quyết các vấn đề nghiên cứu và ủng hộ, động viên, hỗ trợ để em có thể hoàn
thành luận văn của mình.
Em xin chân thành cảm ơn lãnh đạo Trung tâm Quan trắc môi trường Tổng cục Môi trường đã tạo điều kiện thuận lợi cho em trong quá trình học tập
và công tác. Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới toàn thể bạn bè đồng nghiệp tại
phòng Hệ thống Quan trắc môi trường, phòng Hệ thống thông tin báo cáo môi
trường và Phòng Thí nghiệm môi trường đã động viên, giúp đỡ em trong quá
trình thực hiện luận văn.
Xin chân thành cảm ơn chính quyền địa phương, lãnh đạo các công ty, xí
nghiệp, các phòng ban chuyên môn trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên đã nhiệt
tình cộng tác và giúp đỡ em trong quá trình điều tra, khảo sát và thu thập số
liệu tại hiện trường. Đặc biệt, chân thành cảm ơn Ủy ban nhân dân tỉnh Thái
Nguyên, Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Thái Nguyên, Trung tâm Tư vấn
và Công nghệ Môi trường – Tổng cục Môi trường đã tạo điều kiện cho phép
em được tiếp cận và trích dẫn nguồn tư liệu, số liệu khổng lồ từ các báo cáo
cần thiết phục vụ cho công tác hoàn thành Luận văn.
Cuối cùng, em xin tỏ lòng biết ơn tới gia đình, bạn bè những người đã
quan tâm, ủng hộ em hoàn thành công việc học tập và nghiên cứu một cách tốt
nhất.
Hà Nội, tháng

năm 2018

Học viên

Nguyễn Tường Khương Duy

ii


MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN ...............................................................................................İ
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................... İİ
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT......................................................................... V
DANH MỤC HÌNH ......................................................................................... Vİ
DANH MỤC BẢNG ...................................................................................... Vİİ
MỞ ĐẦU ............................................................................................................ 1
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN .............................. 3
1.1. Mô hình hóa chất lượng nước ............................................................................... 3
1.2. Các nghiên cứu ứng dụng mô hình chất lượng nước trên thế giới ....................... 5
1.3. Các nghiên cứu ứng dụng mô hình chất lượng nước trong nước có liên quan ..... 7
1.4. Kết quả nghiên cứu, ứng dụng mô hình MIKE 11 để đánh giá chất lượng nước
trên thế giới và ở Việt Nam ......................................................................................... 8
1.5. Bộ phần mềm mô hình MIKE 11........................................................................ 13
1.6. Vị trí nghiên cứu ................................................................................................. 20

CHƯƠNG II. ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
.......................................................................................................................... 37
2.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ...................................................................... 37
2.2. Phương pháp nghiên cứu .................................................................................... 38
2.2.1. Phương pháp thu thập tài liệu, số liệu ......................................................... 38
2.2.2. Phương pháp điều tra khảo sát thực địa và thu thập nguồn thải .................. 39
2.2.3. Phương pháp quan trắc và phân tích mẫu.................................................... 39
2.2.4. Phương pháp ứng dụng mô hình hóa ........................................................... 41
2.2.5. Phương pháp dự báo diễn biến .................................................................... 48
2.2.6. Phương pháp xử lý số liệu và viết báo cáo .................................................. 48

CHƯƠNG III. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................. 50
3.1. Kết quả khảo sát chất lượng nước lưu vực sông Cầu đoạn chảy qua tỉnh Thái
Nguyên ....................................................................................................................... 50

3.2. Vị trí nguồn thải và dữ liệu đầu vào mô hình ..................................................... 54
3.3. Kết quả ứng dụng mô hình Mike 11 ................................................................... 62
3.3.1. Dự báo sự thay đổi chất lượng nước sông Cầu đoạn chảy qua tỉnh Thái Nguyên
năm 2020.................................................................................................................... 66
3.3.2. Dự báo sự thay đổi chất lượng nước sông Cầu đoạn chảy qua tỉnh Thái Nguyên
năm 2030.................................................................................................................... 69
3.4. Một số giải pháp quản lý phù hợp nhằm kiểm soát ô nhiễm nguồn nước sông
Cầu đoạn chảy qua địa bàn tỉnh Thái Nguyên ........................................................... 72

iii


KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.......................................................................... 76
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................ 78
TÀİ LİỆU TİẾNG VİỆT .................................................................................. 78
TÀİ LİỆU TİẾNG ANH .................................................................................. 80
PHỤ LỤC 1: KẾT QUẢ QUAN TRẮC MÔİ TRƯỜNG NƯỚC MẶT LƯU
VỰC SÔNG CẦU ĐOẠN CHẢY QUA ĐỊA BÀN TỈNH THÁİ NGUYÊN 81
PHỤ LỤC 2: MỘT SỐ HÌNH ẢNH THỰC TẾ .............................................. 85
PHỤ LỤC 3: CÁC ĐİỂM QUAN TRẮC, LẤY MẪU TRÊN ĐOẠN SÔNG
NGHİÊN CỨU ................................................................................................. 87

iv


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
Chữ viết tắt

Giải thích

AD

Mô đun truyền tải khuếch tán

BTNMT

Bộ Tài nguyên và Môi trường

Cv
Ecolab

Hệ số dòng chảy năm
Mô đun sinh thái

EPA

United States Environmental Protection Agency

FDI

Foreign Direct Investment

GDP

Gross Domestic Product

HD

Mô đun thủy động lực học

LVS

Lưu vực sông

QCVN

Quy chuẩn Kỹ thuật Quốc gia

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

USACE

United States Army Corps of Engineers

Wo
WHO

Tổng lượng dòng chảy trung bình
World Health Organization

v


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1: Sự vận chuyển các chất hòa tan trong quá trình truyền tải và khuếch tán ...............16
Hình 1.2: Bản đồ hành chính tỉnh Thái Nguyên ......................................................................21
Hình 1.3: Bản đồ sông Cầu đoạn chảy qua tỉnh Thái Nguyên.................................................26
Hình 2.1: Lưu vực sông Cầu đoạn chảy qua tỉnh Thái Nguyên ..............................................37

Hình 2.2: Sơ đồ các điểm lấy mẫu trên đoạn sông nghiên cứu................................................39
Hình 2.3: Mạng lưới đoạn sông nghiên cứu ............................................................................42
Hình 2.4: Sơ đồ mạng lưới nguồn thải trên đoạn sông nghiên cứu .........................................42
Hình 2.5: Mạng lưới dòng chảy đoạn sông nghiên cứu ...........................................................43
Hình 2.6: Mạng lưới mặt cắt trên đoạn sông nghiên cứu ........................................................44
Hình 2.7: Mặt cắt một vị trí trên đoạn sông nghiên cứu ..........................................................44
Hình 2.8: Một số hệ số nhám có thể áp dụng trên đoạn sông nghiên cứu ...............................45
Hình 2.9: Lưu lượng biên trên tại điểm Trạm thủy văn Gia Bảy ............................................46
Hình 2.10: Mô hình mô phỏng Module Ecolab .......................................................................46
Hình 2.11: Dữ liệu biên thủy lực .............................................................................................47
Hình 2.12: Các bước ứng dụng mô hình MIKE11 trên đoạn sông ..........................................48
Hình 3.1: Diễn biến DO trên đoạn sông nghiên cứu ...............................................................51
Hình 3.2: Diễn biến BOD5 trên đoạn sông nghiên cứu ...........................................................51
Hình 3.3: Diễn biến NH4+ trên đoạn sông nghiên cứu .............................................................52
Hình 3.4: Diễn biến NO3- trên đoạn sông nghiên cứu .............................................................53
Hình 3.5: Diễn biến PO43- trên đoạn sông nghiên cứu.............................................................53
Hình 3.6: Diễn biến Coliform trên đoạn sông nghiên cứu .......................................................54
Hình 3.7: Kết quả hiệu chỉnh mô hình chất lượng nước – Thông số DO ................................62
Hình 3.8: Kết quả hiệu chỉnh mô hình chất lượng nước – Thông số BOD5 ............................62
Hình 3.9: Kết quả hiệu chỉnh mô hình chất lượng nước – Thông số NH4+ .............................63
Hình 3.10: Kết quả hiệu chỉnh mô hình chất lượng nước – Thông số NO3- ............................63
Hình 3.11: Kết quả hiệu chỉnh mô hình chất lượng nước – Thông số PO43- ...........................64
Hình 3.12: Kết quả hiệu chỉnh mô hình chất lượng nước – Thông số Coliform .....................64
Hình 3.13: Giá trị DO ..............................................................................................................66
Hình 3.14: Giá trị NH4+ ...........................................................................................................66
Hình 3.15: Giá trị NO3- ............................................................................................................67
Hình 3.16: Giá trị BOD5 ..........................................................................................................67
Hình 3.17: Giá trị PO43- ...........................................................................................................67
Hình 3.18: Giá trị Coliform .....................................................................................................68
Hình 3.19: Giá trị DO ..............................................................................................................69

Hình 3.20: Giá trị NH4+ ...........................................................................................................70
Hình 3.21: Giá trị NO3- ............................................................................................................70
Hình 3.22: Giá trị BOD5 ..........................................................................................................70
Hình 3.23: Giá trị PO43- ...........................................................................................................71
Hình 3.24: Giá trị Coliform .....................................................................................................71

vi


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1: Đặc trưng hình thái các sông thuộc lưu vực ............................................................24
Bảng 1.2: Đặc trưng dòng chảy năm tại các trạm thủy văn trên lưu vực ................................27
Bảng 2.1: Phương pháp lấy mẫu và bảo quản mẫu ..................................................................40
Bảng 2.2: Phương pháp lấy mẫu và phân tích các chỉ tiêu nghiên cứu ...................................40
Bảng 3.1: Vị trí các nguồn thải trên đoạn sông nghiên cứu .....................................................54
Bảng 3.2: Lượng nước thải sinh hoạt trong địa bản tỉnh [11]..................................................57
Bảng 3.3: Nguồn tiếp nhận nước thải đô thị trên địa bàn Thái Nguyên[11] ...........................57
Bảng 3.4: Nhu cầu sử dụng nước khu dân cư [11] ..................................................................58
Bảng 3.5: Dự báo lưu lượng nước thải sinh hoạt đổ vào đoạn sông căn cứ theo [9]
[11] ........................................................................................................................59
Bảng 3.6: Tổng hợp nhu cầu sử dụng nước căn cứ theo [9] [11] ............................................59
Bảng 3.7: Nhu cầu sử dụng nước cho chăn nuôi căn cứ theo [9] [11].....................................60
Bảng 3.8: Dự báo lượng nước thải nông nghiệp căn cứ theo [9] [11] .....................................60
Bảng 3.9: Nhu cầu sử dụng nước cho công nghiệp căn cứ theo [9] [11].................................61

vii


MỞ ĐẦU
Sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật ngày nay dẫn tới sự phát

triển nhanh chóng của sản xuất hàng hóa và quá trình đô thị hóa trên thế giới.
Quá trình phát triển kinh tế xã hội một mặt không ngừng tạo ra các vấn đề về
suy thoái môi trường toàn cầu, đặc biệt ở các nước đang phát triển. Vì vậy,
việc bảo vệ môi trường đang trở thành một vấn đề bức thiết của toàn xã hội.
Trong đó, vấn đề bảo vệ môi trường nước chiếm một vị trí quan trọng.
Lưu vực sông Cầu là một trong những lưu vực sông chính và quan trọng
nhất trong hệ thống sông Thái Bình, có diện tích lưu vực khoảng 6.030 km2,
với chiều dài lưu vực trên 288 km bao gồm toàn bộ hay một phần lãnh thổ của
các tỉnh: Bắc Kạn, Thái Nguyên, Bắc Ninh, Bắc Giang, Vĩnh Phúc, Hải
Dương và Hà Nội. Trong đó vị trí của tỉnh Thái Nguyên đối với khu vực này
tương đối quan trọng. Thái Nguyên là tỉnh có khu gang thép đầu tiên của cả
nước và là địa phương có nhiều cơ sở công nghiệp quan trọng. Mặc khác,
trong xu thế phát triển kinh tế - xã hội của tỉnh trong những năm gần đây, dưới
tác động của các yếu tố tự nhiên và hoạt động của con người, môi trường nước
LVS Cầu đoạn chảy qua tỉnh đang dần có hiện tượng ô nhiễm nguồn nước,
nhiều vấn đề môi trường đã và đang diễn ra rất phức tạp. Chất lượng nước ở
đoạn sông chịu tác động nhiều từ các hoạt động của con người. Do vậy, để có
cơ sở đề xuất các giải pháp quản lý, giải pháp kỹ thuật nhằm bảo vệ chất lượng
nước sông Cầu đoạn chảy qua địa bàn tỉnh Thái Nguyên, phục vụ an toàn cho
cấp nước đồng thời phục vụ cho các mục đích phát triển bền vững trên toàn
lưu vực cần phải áp dụng nhiều phương pháp khác nhau như mô hình hóa và
kết hợp với đo đạc thực địa để lấy số liệu.
Trước lý do đó đề tài: “Ứng dụng phương pháp mô hình hóa dự đoán
diễn biến chất lượng nước sông Cầu đoạn chảy qua tỉnh Thái Nguyên và
đề xuất giải pháp quản lý phù hợp” được đưa ra nhằm phục vụ công tác
quản lý môi trường trong việc đánh giá và dự báo ô nhiễm nước sông trong
thời gian tới.
1

Trên thế giới hiện nay phát triển rất nhiều mô hình chất lượng nước
nhằm thay thế cho phương pháp tính toán giải tích thông thường. Để giải
quyết bài toán chất lượng nước, mô hình Mike 11 đã được lựa chọn để ứng
dụng tại nhiều nước trên thế giới cũng như ở Việt Nam. Ưu điểm của phương
pháp sử dụng mô hình Mike 11 là:
- Cung cấp một bức tranh tổng thể với những đáp ứng khác nhau và có
khả năng dự đoán sự biển đổi của môi trường dưới tác động của nhiều yếu tố
tổng hợp.
- Phân tích được mối quan hệ giữa các yếu tố chất lượng nước và tương
tác giữa các yêu tố, các quá trình lan truyền, biến đổi chất trong nước.
Qua nghiên cứu, tác giả đề tài lựa chọn sông Cầu đoạn chảy qua địa bàn
tỉnh Thái Nguyên, bắt đầu từ điểm Trạm thủy văn Gia Bảy xuôi dòng đến
điểm cuối là điểm Tân Phú (đây là điểm trước khi vào hợp lưu giữa sông Công
và sông Cầu, cũng là điểm cuối của sông Cầu trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên)
để nghiên cứu ứng dụng mô hình MIKE 11 trong đánh giá dự báo diễn biến
chất lượng sông.
Mục tiêu của đề tài:
- Đánh giá chất lượng nước sông Cầu đoạn chảy qua tỉnh Thái Nguyên.
- Ứng dụng mô hình hóa dự đoán diễn biến chất lượng nước sông Cầu
đoạn chảy qua tỉnh Thái Nguyên.
- Đề xuất giải pháp quản lý chất lượng nước cho khu vực nghiên cứu.
Nội dung nghiên cứu:
- Thu thập số liệu, khảo sát, lấy mẫu, phân tích nước sông Cầu đoạn chảy
qua tỉnh Thái Nguyên.
- Ứng dụng mô hình Mike 11 tính toán dự báo ô nhiễm nước mặt sông
Cầu, cụ thể sử dụng mô hình Mike 11 để mô phỏng dự báo 06 yếu tố: DO,
NH4+, NO3-, BOD5, PO43- và Coliform.
- Đề xuất giải pháp quản lý chất lượng môi trường.

2

CHƯƠNG I. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN
1.1. Mô hình hóa chất lượng nước
Mô hình hóa là phương pháp nghiên cứu bằng thực nghiệm trên mô hình
của một hiện tượng (quá trình, sự vật,…) thay vì nghiên cứu trực tiếp hiện
tượng ấy ở dạng tự nhiên (thực địa). Quá trình mô hình hóa bao gồm hai phần
là chế tạo mô hình và tiến hành thực nghiệm trên mô hình ấy.
Mô hình hóa chất lượng nước là phương pháp sử dụng các phần mềm
tính toán các chỉ tiêu phản ánh chất lượng nước. Các chỉ tiêu bao gồm: các chỉ
tiêu vật lý, hóa học và các thành phần sinh học của nguồn nước trên cơ sở giải
các phương trình toán học mô tả mối quan hệ giữa các chỉ tiêu phản ánh chất
lượng nước cũng như các quá trình có liên quan đến nó.
a. Phân loại mô hình chất lượng nước và phạm vi ứng dụng
Các mô hình chất lượng nước được chia thành 2 loại: Mô hình tính toán
sự lan truyền, phân bố các chất ô nhiễm trong dòng chảy; Mô hình mô phỏng
sự hình thành chất lượng nước và xu thế biến đổi chất lượng nguồn nước.
Mô hình tính toán sự lan truyền, phân bố các chất ô nhiễm trong dòng
chảy
Mô phỏng sự biến đổi các chỉ tiêu chất lượng nước theo thời gian trong
không gian của dòng chảy. Việc thiết lập mô hình dựa trên cơ sở giải phương
trình tải và tải-phân tán các chất ô nhiễm trong dòng chảy. Các yếu tố đặc
trưng về dòng chảy được xác định từ các mô hình thủy lực, các số liệu thống
kê hoặc đo thực nghiệm như các mô hình Qual I, II; Stream I, II;... Loại mô
hình này có ưu điểm:
- Cho kết quả nhanh về sự lan truyền, phân bố các chất từ các nguồn thải
đến chất lượng nước. Từ đó cho phép chúng ta đánh giá tác động ban đầu cũng
như những ảnh hưởng lâu dài đến chất lượng nguồn nước.
- Độ tin cậy cao, dễ sử dụng do đòi hỏi ít các số liệu đầu vào.
- Áp dụng rộng rãi trong việc đánh giá tác động của các hoạt động phát

triển, dự báo xu thế biến đổi chất lượng nguồn nước.
3


Nhược điểm: chưa xem xét đến các yếu tố hình thành chất lượng nguồn
nước, việc tính toán mô phỏng trong các khoảng thời gian ngắn và đặc biệt
đánh giá ảnh hưởng của các nguồn thải phân tán, các sự cố môi trường đến
chất lượng nguồn nước còn gặp nhiều khó khăn.
Mô hình mô phỏng sự hình thành chất lượng nguồn nước
Mô phỏng sự hình thành các nguồn gây ô nhiễm (các nguồn thải và tải
lượng các chất thải) và sự thay đổi chất lượng nước theo không gian và thời
gian. Thiết lập trên cơ sở ghép nối các mô hình thủy lực với mô hình lan
truyền chất ô nhiễm trong dòng chảy như WSHMM, MIKE SYSTEM,... Loại
mô hình này có các ưu điểm và hạn chế sau:
- Mô tả một cách tổng quát và toàn diện hơn về chất lượng nguồn nước
cũng như các yếu tố ảnh hưởng đến các chỉ tiêu chất lượng nước.
- Xem xét, đánh giá được mức độ tác động của các chất ô nhiễm từ các
nguồn không điểm đến chất lượng nguồn nước. Các chất ô nhiễm có nguồn
gốc từ các hoạt động nông nghiệp, từ các khu vực đô thị và tập trung dân cư
được đưa vào dòng chảy theo nước mưa chảy tràn.
- Đòi hỏi một lượng rất lớn và đồng bộ các thông tin ban đầu như: các số
liệu địa hình lưu vực, các số liệu về thủy văn, dòng chảy,...và khối lượng tính
toán lớn và phức tạp.
- Đánh giá, hiệu chỉnh mô hình cũng như chuẩn hóa các hệ số,...gặp
nhiều khó khăn trong thực tế và đòi hỏi một khoảng thời gian dài do việc dự
báo các thông tin ban đầu có độ tin cậy thấp.
b. Mục đích của phương pháp mô hình hóa
– Làm sáng tỏ vấn đề: chúng ta có thể đưa ra được các lỗi của hệ thống
từ việc tiếp cận trực quan đồ họa hơn là từ các dạng trình bày nguyên thủy.
Hơn nữa, việc mô hình hoá giúp chúng ta dễ dàng hiểu được cách thức hoạt

động của vấn đề.

4


– Mô phỏng được hình ảnh tương tự: hình thức trình bày của mô hình có
thể đưa ra được một hình ảnh giả lập như hoạt động thực sự của hệ thống thực
tế, giúp cho người tiếp cận cảm thấy thuận tiện khi làm việc với mô hình.
– Gia tăng khả năng duy trì hệ thống: các ký hiệu trực quan có thể cải
tiến khả năng duy trì hệ thống. Thay đổi các vị trí được xác định và việc xác
nhận trực quan trên mô hình các thay đổi đó sẽ giúp làm giảm đi số lượng lỗi.
Do đó, có thể tạo ra các thay đổi nhanh hơn và các lỗi được kiểm soát hoặc
xảy ra ít hơn.
– Làm đơn giản hóa vấn đề: mô hình hoá có thể biểu diễn vấn đề ở nhiều
mức, từ mức tổng quát đến mức chi tiết do đó sẽ càng đơn giản hoá việc hiểu.
1.2. Các nghiên cứu ứng dụng mô hình chất lượng nước trên thế giới
a. Bộ phần mềm mô hình Streeter – Phelps mở rộng
Được áp dụng để đánh giá chất lượng nước cho sông Oreto, Ý (Giorgio
Mannina, 2010). Mô hình tích hợp các quá trình lý hóa và sinh học phù hợp để
mô hình hóa chất lượng nguồn nước.
Ưu điểm của mô hình là có thể áp dụng được để đánh giá chất lượng
nước đối với những con sông nhỏ, thiếu dữ liệu. Nhược điểm là do thuật toán
của mô hình đơn giản nên không thể mô phỏng trong trường hợp có quá nhiều
dữ liệu đầu vào, hơn nữa số lượng mẫu cũng như các chỉ tiêu chất lượng nước
mà mô hình có thể đánh giá là rất hạn chế.
b. Mô hình Duflow
Được phát triển bởi Viện thủy lực (IHE) của Hà Lan, Đại học công nghệ
Delft, STOWA và trường Đại học Nông nghiệp Wageningen. Duflow được
thiết kế để sử dụng cho nhiều mục tiêu (triều, lũ, sử dụng nước...) và các bài
toán lan truyền chất trong kênh sông có các công trình.

Trên thế giới, mô hình đã được ứng dụng để thực hiện Dự án đánh giá
chất lượng nước sông Chicago và hồ Michigan tại Mỹ, đánh giá ảnh hưởng
của những kịch bản chất lượng nước trong tương lai, từ đó sẽ chỉ ra những

5


biện pháp giảm thiểu cần được thực hiện để mang lại những thay đổi tích cực
cho môi trường (USACE, 2014) [31].
Ưu điểm của mô hình là có giao diện đồ họa dễ sử dụng. Tuy nhiên, đây
là phần mềm thiết kế chủ yếu cho giảng dạy và đào tạo, vì thế khi sử dụng cho
các bài toán lớn trong thực tế thì cần phải cải biên nhiều.
c. Mô hình Qual2E
Là sản phẩm của Cục bảo vệ môi trường Mỹ (EPA). Qual2E là mô hình
thuỷ động lực sử dụng hệ phương trình Saint-Venant và lan truyền chất hai
chiều: theo chiều dòng chảy và chiều sâu.
Mô hình được áp dụng cho sông ngòi, hồ, hồ chứa và vùng cửa sông. Nó
có thể mô phỏng tới 15 thành phần bất kỳ trong một tổ hợp nào đó do người sử
dụng đề ra.
Nhược điểm của mô hình Qual2E là chỉ áp dụng cho mạng sông đơn giản
hình cây (không áp dụng cho mạng sông dạng mạch vòng), thiết diện sông
phải đều dạng hình thang/hình chữ nhật và không chịu ảnh hưởng của thủy
triều.
d. Mô hình CORMIX
Là mô hình hệ thống chuyên nghiên cứu vùng pha trộn nước thải dùng
để phân tích, dự báo và thiết kế các miệng xả nước thải vào nguồn nước tự
nhiên. Mô hình này được các chuyên gia thuộc trường Đại học Cornell (Mỹ)
xây dựng trong thời gian từ 1985 đến 1995. Mô hình cho phép mô tả quá trình
pha trộn nước thải ở gần miệng xả cũng như xa miệng xả.
Nhược điểm của mô hình CORMIX là chỉ cho phép mô phỏng chất

lượng nước đối với nguồn thải điểm (là nguồn thải xác định được vị trí xả
thải), không mô phỏng được nguồn thải dạng diện.
e. Mô hình MASTER
Do Viện Thuỷ lực Delft Hà Lan lập ra từ năm 1988 theo đơn đặt hàng
của Ban thư kí Mekong để mô phỏng chuyển động của nước trên hạ lưu
Mekong từ Chiang Sean ra đến biển và sự lan truyền mặn từ các cửa sông và
6


biển trong nội đồng. Đây là mô hình được xây dựng trên hệ phương trình
Saint-Venant đầy đủ và những phương trình truyền mặn. Đây là một mô hình
tốt về học thuật đối với bài toán dòng không ổn định trong hệ thống kênh hở.
1.3. Các nghiên cứu ứng dụng mô hình chất lượng nước trong nước có
liên quan
a. Mô hình VRSAP
Là mô hình thủy lực khởi đầu cho quá trình áp dụng mô hình toán để giải
quyết các bài toán thủy lực kênh hở ở Việt Nam trên các mạng máy lớn (main
frame) trước kia. Trong quá trình áp dụng, VRSAP được cải tiến, phát triển
liên tục và được thêm phần tính mặn vào năm 1988 dựa trên thuật toán sai
phân trung tâm tương tự thuật toán của MEKSAL.
Phần mềm VRSAP đã được sử dụng rộng rãi tính lũ kiệt, đặc biệt là
trong tính toán qui hoạch lũ cho Đồng bằng sông Cửu Long phía Việt Nam và
toàn bộ hạ lưu Mê Kông, cũng như trong tính toán qui hoạch các dự án tài
nguyên nước cho kết quả đáng tin cậy. VRSAP cũng có phần tính mặn. Tuy
nhiên, cách tính mặn dựa trên sơ đồ sai phân trung tâm nên khó hiệu chỉnh do
hiện tượng khuếch tán số.
Nhược điểm của sơ đồ VRSAP là khó chạy được khi dùng một sơ đồ
chạy song song cho cả lũ và kiệt.
b. Mô hình SAL và VRSAP-SAL
Chương trình SAL gồm một chương trình chính để kết nối một số

chương trình con vào quá trình tính toán khi cần thiết. Có 7 chương trình con
gồm: Subroutine Corres, Subroutine Input, Subroutine Comhq, Subroutine
Coms, Subroutine Comdo, Subroutine Result, Subroutine Fini. Trong

đó

chương trình Coms được dùng để tính độ mặn (hoặc BOD hay yếu tố thứ nhất
của chất lượng nước như NH3,…), chương trình Comdo dùng để tính các yếu
tố thứ 2 trở đi của chất lượng nước (như DO, NO2,…).

7


VRSAP-SAL là sơ đồ cải tiến nhằm phối hợp một số ưu điểm của
VRSAP với SAL. Về mặt thuật toán, cấu trúc số liệu và phần tính truyền chất
giữ nguyên như SAL.
c. Mô hình HYDROGIS
Mô hình HYDROGIS của TS. Nguyễn Hữu Nhân là phần mềm có phần
giao diện khá tiện dụng so với các phần mềm khác và đã sử dụng một số công
cụ GIS trong biểu diễn kết quả.
Vì là mô hình thương mại nên có các tiện ích và tổ chức dữ liệu rất tốt,
phần biểu diễn kết quả đẹp mắt. Do vậy nên giá thành khá đắt cho mỗi license.
Nhược điểm nữa là phần tính lan truyền chất khá lâu. Phần mềm của Việt Nam
còn hạn chế về cách tổ chức dữ liệu và đặc biệt là cách kết nối với công cụ
GIS. Phần tính lan truyền chất trong các một số các mô hình của Việt Nam có
nhiều ưu điểm về mặt thuật toán và đặc biệt là có thể chủ động cải biên khi
cần cập nhật.
1.4. Kết quả nghiên cứu, ứng dụng mô hình MIKE 11 để đánh giá chất
lượng nước trên thế giới và ở Việt Nam
1.4.1. Trên thế giới

- Tại Anh, mô hình Mike 11 được áp dụng cho dự án “Đánh giá phương
án quản lý tài nguyên nước sông Stour, vùng Kent” (John, A.Cox, Upton, &
Simons). Thời gian lựa chọn để chạy mô hình từ 01/02/2007 – 30/06/2007
nhằm phục vụ đánh giá các phương án quản lý tài nguyên nước.
Kết quả mô phỏng của mô hình cho kết quả tính toán khá phù hợp với dữ
liệu thực đo. Sau khi mô phỏng mô hình, tiến hành chạy 09 kịch bản khác
nhau với những giả thiết khác nhau về lưu lượng dòng chảy trên sông mà
không có sự giả định về sự biến đổi chất lượng nước. Kết quả mô phỏng các
kịch bản là căn cứ để cơ quan chính quyền có các phương án quản lý nguồn
nước sông Stour [32].
- Tại Bỉ, mô hình Mike 11 được áp dụng cho nghiên cứu “Mô hình hóa
oxy hòa tan và nhu cầu oxy sinh hóa trong nước sông” của nhóm tác giả M.
8


Radwan năm 2003 [29]. Nhóm tác giả đã ứng dụng mô hình Mike 11 để mô
phỏng hai chỉ tiêu chất lượng nước là DO và BOD ở sông Dender vùng
Flanders, bị ô nhiễm do sản xuất nông nghiệp.
Nghiên cứu này thực hiện nhằm phục vụ công tác quy hoạch và quản lý
tài nguyên nước, bao gồm các nội dung: (1) mô tả hiện trạng dòng chảy và
chất lượng nước, (2) dự báo các kịch bản biến đổi chất lượng nước.
Dữ liệu sử dụng cho mô hình bao gồm dữ liệu về khí tượng (mưa, nhiệt
độ), thủy văn (mực nước, lưu lượng) theo giờ, chuỗi thời gian mô phỏng là 8
năm từ 1990 – 1997.
Nghiên cứu kết luận, việc ứng dụng mô hình Mike 11 trong mô phỏng
hai chỉ tiêu DO và BOD đã cho kết quả tốt, được xem là một công cụ hữu ích,
hỗ trợ trong công tác quản lý và quy hoạch tài nguyên nước.
- Tại Iraq, mô hình Mike 11 được áp dụng cho nghiên cứu “Ứng dụng
mô hình Mike 11 đánh giá chất lượng nước sông Euphrates tại Iraq” của nhóm
tác giả Kamel năm 2008. Việc quy hoạch và quản lý tài nguyên nước đòi hỏi

phải có một công cụ kỹ thuật phù hợp giúp những người ra quyết định có thể
đưa ra chiến lược hành động và nhóm thực hiện đã lựa chọn mô hình Mike 11.
Thời gian thực hiện từ 01/05/2000 – 31/05/2000 [28].
Dữ liệu sử dụng cho mô hình bao gồm 14 mặt cắt ngang sông với khoảng
cách giữa mỗi mặt cắt tầm 1,6km, dữ liệu biên là lưu lượng và mực nước tại
các biên của mô hình, dữ liệu về chất lượng nước và chế độ xả nước thải trên
sông.
Kết quả mô phỏng cho thấy sai số giữa số liệu tính toán và thực đo nằm
trong giới hạn cho phép, mô hình có khả năng mô phỏng tốt thủy động lực học
cũng như chất lượng nước sông, là một công cụ hỗ trợ tích cực trong việc ra
quyết định phòng ngừa và dự báo lũ, thiết kế và vận hành các công trình thủy
lợi, phân tích đánh giá và dự báo tình trạng ô nhiễm nước sông.
- Tại Thái Lan, mô hình Mike 11 được áp dụng cho nghiên cứu “Ứng
dụng mô hình MIKE 11 để đánh giá chất lượng nước của sông Klong U9


Tapao, miền Nam Thái Lan” của tác gia Teartisup.P. Klong U-Tapao là một
nhánh sông của lưu vực sông Songkhla, miền Nam Thái Lan. Nghiên cứu này
đã áp dụng mô hình MIKE 11 để mô phỏng thủy lực, đặc điểm khuếch tán của
nước và các hệ số chất lượng nước [30].
Kết quả mô hình đã dự đoán các kịch bản chất lượng nước năm 2007,
2012, 2017, 2022 và 2027, đồng thời đánh giá tác động của các ngành kinh tế
tới chất lượng nước.
- Tại Malaysia, cũng trong năm 2012, mô hình Mike 11 được áp dụng
cho 02 nghiên cứu, đó là nghiên cứu “Ứng dụng mô hình MIKE 11 để mô
phỏng chất lượng nước của sông Bertam, Cameron vùng cao, Malaysia” của
tác giả Eisakhani M. Nghiên cứu này đã mô phỏng hiện trạng chất lượng nước
dựa trên dữ liệu lưu vực sông và các nguồn ô nhiễm. Từ các mô phỏng của
tình trạng chất lượng nước, phát triển các kịch bản chất lượng nước tương ứng
với các dữ liệu dự báo kinh tế xã hội nhằm đưa ra được những giải pháp quản

lý chất lượng nước phù hợp [26].
Và nghiên cứu “Ứng dụng mô hình Mike 11 mô phỏng quá trình sinh
hóa và vận chuyển nhu cầu oxy hóa học” của nhóm tác giả Eisakhani,
Abdullah, Karim, & Malakahmad. Mục đích của nghiên cứu này là mô hình
hóa dòng chảy, các phản ứng sinh hóa và xác định tải lượng của BOD và COD
tại các mặt cắt sông Bertam ở cao nguyên Cameron, Malaysia. Nhóm nghiên
cứu đã ứng dụng các mô đun thủy động lực học (HD), truyền tài khuếch tán
(AD) và mô đun sinh thái (Ecolab) của mô hình Mike 11 để mô phỏng dòng
chảy và chất lượng nước trên sông [27].
Nghiên cứu kết luận rằng mô hình Mike 11 là một công cụ phù hợp và có
khả năng mô phỏng chính xác cho những kịch bản tương lai và kịch bản phát
triển.
- Năm 2014, tại Romania, nhóm tác giả Cheversan, Dinu & R.Drobot đã
áp dụng mô hình Mike 11 cho dự án “Nghiên cứu Công cụ hỗ trợ ra quyết
định trong quản lý tài nguyên nước” [25].

10


Nghiên cứu này trình bày hai công cụ được ứng dụng mạnh mẽ trong hệ
thống hỗ trợ ra quyết định nhằm giảm thiểu những tác động của ô nhiễm môi
trường nước, đó là mô hình Mike 11 và ứng dụng web ArcGIS online. Mô
hình Mike 11 được dùng để mô phỏng đoạn sông Dambovita dài khoảng 30km
về phía hạ lưu Glina. Đoạn sông này tiếp nhận nước thải từ hơn 2 triệu dân cư
của thủ đô, mà chỉ được xử lý bởi nhà máy xử lý nước thải Bucharest. Điều
này đã gây ra những ảnh hưởng tới hệ sinh thái trên sông. Mô hình Mike 11 đã
mô phỏng bốn kịch bản khác nhau để xác định nồng độ các chất ô nhiễm dọc
sông và thời gian lan truyền khuếch tán của các chất.
Kết quả mô phỏng các kịch bản chất lượng nước của mô hình Mike 11
được tích hợp với ứng dụng web ArcGIS online để tạo nên những bản đồ chất

lượng nước với những hình ảnh động, từ đó hỗ trợ cung cấp những giải pháp
nhanh chóng để quản lý chất lượng nước.
1.4.2. Tại Việt Nam
Tại Việt Nam, mô hình MIKE 11 được ứng dụng rộng rãi trong tính toán,
đánh giá, dự báo chất lượng nước và đánh giá khả năng tiếp nhận nước thải
của nguồn nước.
- Từ năm 2005, tác giả Nguyễn Huy Khôi đã thử nghiệm và áp dụng mô
hình Mike 11 cho đề tài “Ứng dụng MIKE 11 đánh giá chất lượng nước lưu
vực sông Đồng Nai” của ông [3].
Nghiên cứu mô phỏng hiện trạng chất lượng nước 2003 và xây dựng kịch
bản mô phỏng chất lượng nước với các phương án xử lý nước thải. Kết quả
tính toán cho thấy rằng với mức độ xử lý từng khu vực như phương án 2010IV, 2015-IV và 2020-IV thì chất lượng nước cải thiện một cách rõ rệt.
- Trong năm 2006, nhóm tác giả Trần Hồng Thái, Hoàng Thị Thu Trang,
Nguyễn Văn Thao, Lê Vũ Việt Phong đã áp dụng mô hình Mike 11 cho nghiên
cứu “Ứng dụng mô hình MIKE 11 tính toán thủy lực, chất lượng nước cho lưu
vực sông Sài Gòn – Đồng Nai” [17].

11


Mục tiêu của nghiên cứu là để xác định bộ thông số chất lượng nước phù
hợp cho khu vực nghiên cứu của các chỉ tiêu chất lượng nước cơ bản quan tâm
trong sông theo thời gian và không gian như DO, BOD, tổng Nitơ, tổng
Photpho, tổng Coliforms tương ứng với các điều kiện biên thủy lực và các
nguồn thải.
Theo nghiên cứu, 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. Tuy nhiên để có thể sử dụng mô hình tốt hơn nữa trong hiện
tại và tương lai, đòi hỏi số liệu quan trắc thủy văn, thủy lực và chất lượng
nước cần đồng bộ, dày đặc và chính xác hơn.

- Tiếp đó, trong năm 2010, tác giả Phạm Viết Chính - Đại học Đông Á đã
thành công khi áp dụng mô hình Mike 11 cho nghiên cứu “Ứng dụng mô hình
toán đánh giá chất lượng nước hạ lưu sông Sài Gòn đến năm 2020” [6].
Mục tiêu của nghiên cứu là xác định bộ thông số chất lượng nước phù
hợp nhất cho khu vực nghiên cứu của hai chỉ tiêu chất lượng nước DO, BOD5
tương ứng với các điều kiện biên thủy lực và các nguồn thải.
Theo kết quả tính toán, sai số giữa kết quả tính toán với kết quả thực đo
nhỏ hơn 10%, như vậy mô hình chất lượng nước đạt được độ chính xác yêu
cầu và được sử dụng để dự báo chất lượng nước theo các phương án qui hoạch
phát triển kinh tế đến năm 2020.
Dựa vào những kết quả nghiên cứu ở trên cho thấy, mô hình Mike 11 là
một mô hình toán được sử dụng khá phổ biến trên thế giới và ở Việt Nam. Với
mục tiêu mô phỏng đánh giá và dự báo chất lượng nước sông Cầu đoạn chảy
qua địa phận tỉnh Thái Nguyên, tác giả sử dụng ba mô đun chính của mô hình
là mô đun thủy động lực học (HD), mô đun truyền tải khuếch tán (AD) và mô
đun sinh thái (Ecolab).

12


1.5. Bộ phần mềm mô hình MIKE 11
MIKE 11 do DHI Water & Environment phát triển, là công cụ mô hình
một chiều thủy động học dùng để mô phỏng dòng chảy, chất lượng nước, vận
chuyển bùn cát trong sông và vùng cửa sông.
1.5.1. Đặc điểm
MIKE 11 là một phần mềm chuyên nghiệp ứng dụng trong việc mô
phỏng dòng chảy, chất lượng nước, vận chuyển bùn cát ở sông, cửa sông, hệ
thống tưới, kênh và những nguồn nước khác.Mike 11 có giao diện thân thiện,
là công cụ mô phỏng một chiều phục vụ phân tích, thiết kế, quản lý chuyên
sâu của hệ thống sông và kênh đơn giản hay phức tạp.

Môđun thủy động lực học (HD) là phần cốt lõi quan trọng nhất của mô
hình Mike 11, là cơ sở của hầu hết những môđun khác. MIKE 11 hiện là một
mô hình tiên phong với nhiều ứng dụng thành công trên thế giới. Mô hình
được xây dựng và phát triển trên 20 năm và đã được áp dụng cho các sông,
vùng ven biển, hồ chứa, hệ thống sông ở hơn 100 nước trên thế giới. Các ứng
dụng liên quan đến modul 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
dòng chảy do mưa ở sông và cửa sông; Tính toán thời gian chất ô nhiễm sẽ tác
động đến môi trường nước khi có sự thay đổi tải lượng chất ô nhiễm; Xác định
vị trí lắng đọng trầm tích và những biến đổi hình thái học lòng sông; Xác định
vị trí trên sông có hàm lượng chất ô nhiễm cao nhất sau khi tiếp nhận nguồn
thải ô nhiễm.
MIKE 11 có một số ưu điểm nổi trội so với các phần mềm khác như:
- Liên kết với GIS.
- Kết nối với các mô hình thành phần khác của bộ MIKE ví dụ như mô
hình mưa rào-dòng chảy NAM, mô hình thuỷ động lực học 2 chiều MIKE 21,
mô hình dòng chảy nước dưới đất, dòng chảy tràn bề mặt và dòng bốc thoát
hơi thảm phủ (MIKE SHE).

13


- Tính toán chuyển tải chất khuyếch tán.
- Vận hành công trình.
- Tính toán quá trình phú dưỡng.
Vì Mike 11 là mô hình 1 chiều cùng với đòi hỏi số liệu đầu vào lớn theo
chuỗi thời gian liên tục chính vì thế sẽ gặp khó khăn trong việc thu thập số
liệu. Mặt khác, mô hình Mike 11 cũng như các mô hình thủy lực khác, đều chỉ
là sự mô phỏng tương đối, không thể chính xác được 100% so với điều kiện

thực tế. Bởi vậy để mô hình có thể đạt độ chính xác và tin cậy, người dùng cần
phải có tìm ra hệ số kiểm định và hiệu chỉnh mô hình đạt mức cho phép.
Các phương trình cơ bản trong phần mềm MIKE 11 bao gồm: hệ phương
trình Saint-vennant, phương trình lan truyền, khuyếch tán chất ô nhiễm và
phương trình mô tả các quá trình động học phản ứng trong môi trường nước.
1.5.2. Ứng dụng mô hình Mike 11
1.5.2.1. Hệ phương trình cơ bản của mô đun thủy lực
Hệ phương trình thuỷ động lực được thiết lập dựa trên những giả thiết
sau: Dòng chảy 1 chiều; độ sâu và vận tốc chỉ biến đổi theo một phương dọc
dòng chảy; Dòng chảy không ổn định không đều biến đổi chậm; Đáy sông giả
thiết là một đường thẳng; Độ dốc đáy sông nhỏ, cao trình đáy sông không đổi;
Chất lỏng không dãn nở, khối lượng riêng của chất lỏng là không đổi.
Phương trình liên tục được thiết lập dựa trên định luật bảo toàn khối
lượng, xét cho một đơn vị thể tích chất lỏng: Khối lượng chất lỏng biến đổi
trong một đơn vị thể tích sẽ bằng khối lượng chất lỏng đi vào trừ khối lượng
chất lỏng đi ra khỏi đơn vị thể tích chất lỏng đó.
Với giả thiết khối lượng riêng của chất lỏng là không đổi, phương trình
liên tục có dạng:

Q A

q 0
x t

hay

Q A

q
x t

Trong đó:
- Q là lưu lượng dòng chảy tại mặt cắt vào (m3/s);
- q là lưu lượng bổ sung trên một đơn vị chiều dài dọc sông (m2/s);

14


-  là khối lượng riêng của chất lỏng (kg/m3);
- A là diện tích mặt cắt ướt, A = A (x,t).
Phương trình động lượng:
Phương trình động lượng được thiết lập dựa trên định luật bảo toàn
động lượng, với giả thiết là lưu lượng dòng gia nhập bên q, hệ số trở lực thủy
lực được tính bằng công thức thực nghiệm Chezy. Phương trình động lượng cơ
bản thiết lập trong hệ phương trình Sain-Venant có dạng sau:
 Q2
 
A
Q
 
t
x



  gA h  gQ Q  0
x C 2 AR

Công thức thực nghiệm Chezy có dạng:

Sf 

Q2
C 2 A2 R

Q2n2
S f  2 4/3
A R
Công thức thực nghiệm Manning có dạng:

Do đó để tính toán mô phỏng chế độ dòng chảy trong sông, mô hình
MIKE 11 dựa trên cơ sở giải hệ phương trình Saint-Venant được thiết lập bao
gồm 2 phương trình tạo thành hệ hai phương trình hai ẩn có dạng như sau:
Q
A

q
x
t
Q2
 (
)
Q
A  g . A. h  g .Q. Q  0

t
x
x
C 2 A.R

Trong đó: Q là Lưu lượng (m3/s); A: Diện tích mặt cắt ướt (m2); q: Lưu
lượng dòng ra nhập trên 1 đơn vị chiều dài dọc sông (m3/m.s); h: Mực nước
(m); C: Hệ số trở lực Chezy;  : Hệ số phân bố động lượng; R: Bán kính thuỷ
lực hoặc bán kính trở lực;  là khối lượng riêng của chất lỏng (kg/m3).
1.5.2.2. Phương trình cơ bản của modul truyền tải khuếch tán (AD) và
modul sinh thái Ecolab
Ngoài mô đun thuỷ lực (HD) là phần trung tâm của mô hình làm nhiệm
vụ tính toán thuỷ lực, MIKE 11 còn cho phép chúng ta giải quyết một số vấn
đề thông qua các mô đun khác trong đó có vấn đề chất lượng nước.
15


a. Mô đun truyền tải khuyếch tán
Qúa trình truyền tải (Advection) của mô hình mô phỏng chuyển động của
các chất hòa tan từ một điểm A tới một điểm B nào đó, trong khi quá trình
khuếch tán (Dispersion) mô phỏng chuyển động của chất hòa tan dựa trên sự
pha trộn và vận động của nước.

Hình 1.1: Sự vận chuyển các chất hòa tan trong quá trình truyền tải và
khuếch tán
Phương trình lan truyền, khuyếch tán trong mô hình MIKE 11 có dạng
sau:
( AC ) (QC) 
C


( A.D.
)   A.K .C C 2 .q
t
x

x
x

Trong đó:
A là diện tích mặt cắt (m2); C là hàm lượng thành phần chất (kg/m3); Q
là lưu lượng (m3/s); q là lưu lượng dòng bên gia nhập tính trên 1 đơn vị chiều
dài (m3/m.s); C2 là hàm lượng thành phần chất dòng gia nhập (kg/m3); D là hệ
số phán tán dọc trục (m2/s).
b. Mô đun sinh thái (Ecolab)
Mô đun sinh thái (Ecolab) trong mô hình MIKE 11 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 đi kèm với mô đun tải - khuyếch tán (AD),
điều này có nghĩa là mô đun chất lượng nước giải quyết các quá trình biến đổi

16