ứng dụng mô hình mike 11 để đánh giá chất lượng nước hệ thống kênh chính hồ sông quao, tỉnh bình thuận

MỤC LỤC
TÓM TẮT ......................................................................................................................1
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................2
1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ...................................................2
2. MỤC TIÊU CỦA ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ..............................................................3
3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ...................................................................................3
4. PHẠM VI NGHIÊN CỨU ......................................................................................4
5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...........................................................................4
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN .........................................................................................5
1.1. TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC ...................5
1.1.1. Các nghiên cứu ngoài nước ...........................................................................5
1.1.2. Các nghiên cứu trong nước............................................................................7
1.2. TỔNG QUAN VỀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU ...................................................8
1.2.1. Điều kiện tự nhiên .........................................................................................8
1.2.2. Kinh tế - xã hội ............................................................................................13
1.3. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THỦY LỢI HỒ SÔNG QUAO ......................14
1.3.1. Hồ sông Quao ..............................................................................................14
1.3.2. Hệ thống kênh..............................................................................................15
1.4. TỔNG QUAN VỀ MIKE 11 ..............................................................................17
1.4.1. Mô tả sơ lược về MIKE 11 ..........................................................................17
1.4.2. Mô đun thủy động lực .................................................................................17
1.4.3. Mô đun truyền tải – khuyếch tán (AD) .......................................................23
CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .......................................................27
2.1. PHƯƠNG PHÁP MÔ HÌNH TOÁN HỌC ........................................................27
2.2. PHƯƠNG PHÁP THU THẬP, PHÂN TÍCH VÀ TỔNG HỢP DỮ LIỆU .......28

ii


2.3. PHƯƠNG PHÁP THÀNH LẬP BẢN ĐỒ ........................................................29
2.4. PHƯƠNG PHÁP KHẢO SÁT THỰC ĐỊA.......................................................30

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN..............................................................31
3.1. THỜI GIAN MÔ PHỎNG VÀ KHAI THÁC KẾT QUẢ .................................31
3.2. KẾT QUẢ TÍNH TOÁN, HIỆU CHỈNH VÀ KIỂM ĐỊNH MÔ HỈNH MIKE
11 ...............................................................................................................................31
3.2.1. Sơ đồ tính toán .............................................................................................31
3.2.2. Biên của sơ đồ tính toán ..............................................................................34
3.2.3. Kết quả tính toán mô hình thủy lực .............................................................42
3.2.4. Kết quả tính toán chất lượng nước ..............................................................44
3.3. CHẤT LƯỢNG NƯỚC HỆ THỐNG KÊNH CHÍNH SÔNG QUAO THEO
CÁC KỊCH BẢN XẢ THẢI BẰNG MÔ HÌNH TOÁN MIKE 11 ..........................48
3.3.1. Đề xuất các kịch bản....................................................................................48
3.3.2. Kết quả mô phỏng kịch bản .........................................................................48
3.4. ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP GIẢM THIỂU VÀ NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG
NƯỚC HỆ THÔNG KÊNH CHÍNH HỒ SÔNG QUAO, KÊNH ĐÔNG, TỈNH
BÌNH THUẬN ..........................................................................................................57
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .....................................................................................59
KẾT LUẬN ...............................................................................................................59
KIẾN NGHỊ ...............................................................................................................59
TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................61
PHỤ LỤC .....................................................................................................................63

iii


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
BOD5

Biochemical Oxygen Demand (nhu cầu oxy sinh hóa)

COD

Chemical Oxygen Demand (nhu cầu oxy hóa học)

ĐATN Đồ án tốt nghiệp
DEM

Digital Elevation Model

DHI

Denmark Hydrodynamic Institute (Viện thủy lực Đan Mạch)

NO2

Nitrit (NO-2 tính theo N)

NT

Nguồn thải

QCVN Quy chuẩn Việt Nam
TIN

Triagulated Irregular Network

TSS

Turbidity & Suspendid Solids (tổng chất rắn lơ lửng)

iv

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Tọa độ giá trị lượng mưa khu vực tỉnh Bình Thuận năm 2015 ....................11
Bảng 1.2. Hiện trạng sử dụng đất năm 2015 của huyện ................................................13
Bảng 3.1. Kích thước kênh chính hồ sông Quao dùng trong tính toán .........................31
Bảng 3.2. Kích thước, vị trí kênh cấp 1 dùng trong tính toán .......................................33
Bảng 3.3. Thống kê các nút kiểm tra của mô hình ........................................................37
Bảng 3.4. Số liệu biên chất lượng nước mô hình toán ..................................................38
Bảng 3.5. Kết quả điều tra nguồn thải 26/9/2015 ..........................................................38
Bảng 3.6. Tiêu chuẩn cấp nước sinh hoạt cho khu vực hồ sông Quao .........................41
Bảng 3.7. Hệ số nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt ..........................41
Bảng 3.8. Lượng thải sinh hoạt khu vực nghiên cứu năm 2015....................................41
Bảng 3.9. Phân tích hiệu quả và sai số của mô hình .....................................................43

v


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Vị trí khu vực nghiên cứu ................................................................................9
Hình 1.2. Địa hình huyện Hàm Thuận Bắc, tỉnh Bình Thuận .......................................10
Hình 1.3. Thủy văn, lượng mưa huyện Hàm Thuận Bắc, tỉnh Bình Thuận ..................12
Hình 1.4. Vị trí công trình trên hệ thống kênh chính hồ Sông Quao ............................16
Hình 1.5. Diễn biến mực nước, lưu lượng theo chiều dài sông và theo thời gian.........18
Hình 1.6. Sơ đồ sai phân 6 điểm Abbott .......................................................................19
Hình 1.7. Sơ đồ sai phân 6 điểm Abbott cho phương trình liên tục ..............................20
Hình 1.8. Sơ đồ sai phân 6 điểm cho phương trình động lượng ...................................22
Hình 1.9. Sơ đồ sai phân ẩn trong mô hình MIKE 11 ...................................................25
Hình 2.1. Sơ đồ bước áp dụng mô hình MIKE 11 ........................................................27
Hình 3.1. Khu vực mô hình tính toán ............................................................................34

Hình 3.2. Sơ đồ mạng lưới tính toán hệ thống kênh hồ Sông Quao..............................35
Hình 3.3. Vị trí các biên lưu lượng, mực nước trong mô hình MIKE 11 .....................36
Hình 3.4. Số liệu biên lưu lượng, mực nước .................................................................37
Hình 3.5. Vị trí phân bố các nguồn thải trên khu vực hồ Sông Quao ...........................40
Hình 3.6. Mực nước thực đo và mô phỏng tại VMT05 .................................................43
Hình 3.7. Lưu lượng thực đo và mô phỏng tại VMT05 ................................................44
Hình 3.8. Vị trí so sánh kết quả mô phỏng và kết quả quan trắc...................................45
Hình 3.9. Kết quả so sánh BOD5 vào mùa mưa ............................................................46
Hình 3.10. Kết quả so sánh COD vào mùa mưa ...........................................................46
Hình 3.11. Kết quả so sánh TSS vào mùa mưa .............................................................47
Hình 3.12. Kết quả so sánh NO2 vào mùa mưa .............................................................47
Hình 3.13. Kết quả chỉ tiêu BOD5 của KB1 ..................................................................49
Hình 3.14. Kết quả chỉ tiêu COD của KB1 ...................................................................49
Hình 3.15. Kết quả chỉ tiêu TSS của KB1 .....................................................................50
Hình 3.16. Kết quả chỉ tiêu NO2 của KB1 ....................................................................51
Hình 3.17. Kết quả chỉ tiêu BOD5 của KB2 ..................................................................52
Hình 3.18. Kết quả chỉ tiêu COD của KB2 ...................................................................53
Hình 3.19. Kết quả chỉ tiêu TSS của KB2 .....................................................................53
Hình 3.20. Kết quả chỉ tiêu NO2 của KB2 ....................................................................54
vi


Hình 3.21. Kết quả chỉ tiêu BOD5 của KB3 ..................................................................55
Hình 3.22. Kết quả chỉ tiêu COD của KB3 ...................................................................55
Hình 3.23. Kết quả chỉ tiêu TSS của KB3 .....................................................................56
Hình 3.24. Kết quả chỉ tiêu NO2 của KB3 ....................................................................56

vii

TÓM TẮT
Vấn đề về môi trường trong đó có vấn đề về chất lượng nước là vấn đề cấp bách
cần được đánh giá và đưa ra các giải pháp quản lý, nâng cao chất lượng nước. Nghiên
cứu này đã sử dụng mô hình MIKE 11 để mô phỏng chế độ thủy động lực cho khu vực
kênh chính, kênh Đông hồ Sông Quao, tỉnh Bình Thuận. Kết quả mô phỏng là khá tốt,
xu thế xu thế về quá trình và pha giao động là tương đối tốt. Kết quả mô phỏng mực
nước tương đối tốt cho các trạm trong vùng nghiên cứu. Sự lệch pha cũng như chênh
lệch giữa chân triều và đỉnh triều là rất ít từ 0 – 8cm. Từ đó xây dựng mô hình chất
lượng nước cho các thông số BOD5, COD, TSS, NO2, cho khu vực kênh chinh, kênh
Đông. Kịch bản hiện trạng (năm 2015) đều đạt QCVN08-MT: 2015/BTNMT cột A1,
A2. Kịch bản dự báo đến năm 2020 được xây dựng cho thấy chất lượng nước có sự
thay đổi, hệ thống kênh có dấu hiệu ô nhiễm nếu không có các biên pháp sử lý nước
thải trước khi thải ra môi trường. Từ đó đưa ra các giải pháp giảm thiểu và nâng cao
chất lượng nước cho khu vực kênh chính, kênh Đông hồ Sông Quao, huyện Hàm
Thuận Bắc, tỉnh Bình Thuận.
Từ khóa: MIKE 11, mô hình thủy lực, mô hình chất lượng nước, kịch bản.

1


MỞ ĐẦU
1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Nước là tài nguyên vô cùng quan trọng đối với sự sống của con người, con
người không thể sống nếu thiếu nước. Vì thế, bảo vệ và sử dụng bền vững nguồn tài
nguyên nước đang là vấn đề nóng không chỉ một quốc gia nào. Sông, hồ và hệ thống
kênh dẫn là nguồn cung cấp, tích trữ nước cho các hoạt động kinh tế, sinh hoạt của
người dân. Nhưng nguồn nước đang bị suy giảm và ô nhiễm nghiêm trọng do gia tăng
dân số, đô thị hóa, sử dụng nước lãng phí, sự biến đổi khí hậu… Vì vậy cần có những
nghiên cứu đánh giá, quản lý sử dụng có hiệu quả các nguồn nước nói riêng và nguồn
tài nguyên nói chung theo hướng phát triển bền vững.

Tỉnh Bình Thuận là tỉnh nằm trong khu vực có lượng mưa thấp (lượng mưa
trung bình năm 800 - 1150 mm), có nguồn tài nguyên nước mặt thấp nhất nước ta,
nước còn bị nhiễm mặn ở nhiều nơi nhất là những vùng ven biển. Nước mặt đóng vai
trò chính trong các hoạt động sinh hoạt sản xuất của người dân. Hằng năm thường xảy
ra tình trạng thiếu nước nhất là vào mùa khô. Hồ Sông Quao và hệ thống kênh dẫn
cung cấp nước chính cho hoạt động kinh tế, dân sinh của vùng phụ cận và thành phố
Phan Thiết. Tuy nhiên chất lượng nước hồ Sông Quao và hệ thống kênh dẫn cấp nước
sinh hoạt đang chịu tác động tiêu cực của hoạt động kinh tế - xã hội (hoạt động nông
nghiệp, chăn nuôi, sản xuất…). Theo kết quả quan trắc chất lượng môi trường nước
mặt năm 2015, 2016 của trung tâm quan trắc môi trường tỉnh Bình Thuận, thông số
TSS, COD, BOD5 vượt quá quy chuẩn nguồn cung cấp nước sinh hoạt, có dấu hiệu ô
nhiếm hữu cơ và dinh dưỡng. Vậy nên, việc bảo vệ chất lượng nước hồ Sông Quao và
hệ thống kênh dẫn cấp nước sinh hoạt đảm bảo đảm bảo đạt quy chuẩn là nhiệm vụ hết
sức quan trọng.
Hiện nay, với sự phát triển của công nghệ thông tin cũng như khoa học kỹ
thuật, các mô hình toán ứng dụng ngày càng được phát triển. Các mô hình toán với ưu
điểm như kết quả tính toán nhanh, dễ dàng thay đổi kịch bản tính toán… giúp nghiên
cứu đánh giá chất lượng nước trên phạm vi lớn, trong thời gian dài đơn giản hơn rất
nhiều. Có rất nhiều mô hình dòng chảy và chất lượng nước như: ISIS được sử dụng
trong chương trình sử dụng nước (WUP) của Ủy Hội sông Mê Công. Phần mềm này
chưa được thương mại hóa ở Việt Nam, du nhập vào thông qua các dự án chuyển giao
2


công nghệ. Mô đun chất lượng nước chưa được thử nghiệm nên chưa có kết quả đánh
giá cụ thể; Các bộ phần mềm như Duflow, Sobek/Wendy, Telemax, Qual2-E, Wasp
6… Các phần mềm có nguồn gốc từ châu Âu (hoặc Mỹ) điều kiện sông ngòi khác hẳn
ở Việt Nam nên không phải khi nào cũng sử dụng được. Bên cạnh đó cũng có một số
phần mềm mô hình được các chuyên gia trong nước xây dựng như: VRSAP là bộ phần
mềm được xem là đâu tiên cho tính toán thủy lực mạng kênh sông, được sử dụng cho

nhiều dự án. Đáp ứng được yêu cầu tính toán cho những bài toán lớn của đồng bằng
sông Cửu Long, nhưng tốc độ tính toán còn hơi chậm, khả năng kết nối GIS và
Database chưa mạnh; HydroGIS phần nối công cụ GIS, demo kết quả giao diện khá
tốt. Tuy nhiên, tác giả ít công bố về thuật toán nên khó đánh giá; MK4 Là phần mềm
mang tính học thuật nhiều, chủ yếu dùng trong giảng dạy, việc áp dụng cho các bài
toán thực tế lớn còn hạn chế. Để mô phỏng, tính toán chế độ thủy lực và chất lượng
nước cho hệ thống kênh chính hồ Sông Quao tỉnh Bình Thuận, bộ phần mềm MIKE11
bộ đã được lựa chọn nghiên cứu, bởi nó đáp ứng được những tiêu chí sau: Mô tả bài
toán là một chiều; Là bộ phần mềm đa tính năng; Cho phép tính toán thủy lực và chất
lượng nước với độ chính xác khá cao; Giao diện thân thiện, dễ sử dụng; Kết nối với
GIS và Database mạnh.
Từ những lý do trên việc thực hiện đề tài: “Ứng dụng mô hình MIKE 11 để
đánh giá chất lượng nước hệ thống kênh chính hồ Sông Quao, tỉnh Bình Thuận” là hết
sức cần thiết. Kết quả là cơ sở để đánh giá chất lượng nước, từ đó là tiền để cho các
nghiên cứu, đưa ra các biện pháp quản lý bảo vệ chất lượng nước sau này.
2. MỤC TIÊU CỦA ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Ứng dụng mô hình toán nhằm đánh giá chất lượng nước hệ thống kênh chính
cấp nước sinh hoạt cho toàn vùng hưởng lợi từ nguồn nước hồ Sông Quao.
3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
Điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội ảnh hưởng đến chất lượng nước hệ thống
kênh chính, hồ Sông Quao: lớp phủ thực vật, lượng mưa, các hoạt động sản xuất nông
nghiệp, công nghiệp…
Thu thập, tổng hợp dữ liệu đầu vào cho mô hình (địa hình, mạng lưới kênh,
thủy văn, hệ thống thủy lợi hồ Sông Quao):
- Mạng lưới hệ thống kênh chính;
3


- Mặt cắt ngang của kênh;
- Biên đầu: lưu lượng dòng chảy của kênh, kết quả đo thông số chất lượng

nước;
- Biên cuối: mực nước của kênh, kết quả đo thông số chất lượng nước;
- Các hệ số đâu vào cho mô hình: hệ số lực cản đáy, hệ số phân tán, hê số
phân hủy của từng thông số chất lượng nước;
Chạy mô hình toán MIKE 11 để đánh giá chất lượng nước hệ thống kênh chính
hồ Sông Quao.
Kiểm định mô hình: so sánh kết quả chạy mô hình với kết quả quan trắc chất
lượng nước.
Xây dựng các kịch bản mô phỏng và đánh giá chất lượng nước hệ thống kênh
chính hồ Sông Quao.
Đề xuất giải pháp giảm thiểu và nâng cao chất lượng nước hệ thông kênh chính
hồ Sông Quao, tỉnh Bình Thuận.
4. PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Hệ thống kênh chính hồ Sông Quao, tỉnh Bình Thuận.
5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Phương pháp mô hình toàn học: sử dụng mô hình MIKE 11 để mô phỏng thủy
lực, chất lượng nước, hệ thống kênh chính hồ Sông Quao, từ đó xây dựng các kịch bản
mô phỏng chất lượng nước trong tương lai.
Phương pháp thu thập, phân tích và tổng hợp dữ liệu: trên cơ sở thu thập, tổng
hợp các các tài liệu về địa phương khu vực nghiên cứu từ cơ quan, sách báo, mạng
internet. Phân tích, tổng hợp số liệu địa hình, hệ thống thủy lợi, công trình kênh chính
hồ Sông Quao bằng phần mềm excel 2010.
Phương pháp thành lập bản đồ: các bản đồ có liên quan (khu vực nghiên cứu,
công trình, nguồn thải, vị trí quan trắc, kiểm định chất lượng nước, diễn biến chất
lượng nước…) được biên tập từ phần mềm Mapinfo, QGIS.
Phương pháp khảo sát thực địa: khảo sát khu vực nghiên cứu, chụp hình, từ đó
đánh giá khách quan khu vực nghiên cứu (các tác nhân ảnh hưởng đến hệ thống kênh,
các công trình, quan sát tham gia vào công tác lấy mẫu, có tư liệu thực tế để bổ xung
thêm vào bài báo cáo).
4

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN
1.1. TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC
1.1.1. Các nghiên cứu ngoài nước
Trên thế giới có rất nhiều nghiên cứu đánh giá chất lượng nước bằng nhiều
phương pháp khác nhau.
Theo nghiên cứu của (Kamel A.H., năm 2008) đã sử dụng mô hình thủy lực
dòng chảy không ổn định một chiều, mô hình MIKE 11 để áp dụng nghiên cứu mô
phỏng các trường hợp khuyếch tán các thông số chất lượng nước của Sông Euphrates
ở Iraq. Và so sánh giữa các ước tính, quan sát giai đoạn thủy văn giữa mô hình này và
mô hình Uday đã được sử dụng cho cùng một dòng sông thì giải thích rằng mô hình
MIKE 11 cung cấp một mô phỏng tốt hơn.
Nghiên cứu của (Vera Jones và cộng sự, 2008) sử dụng mô hình MIKE 11
Ecolab để đánh giá chất lượng nước hạ lưu Sông Stour. Cho chúng ta sự hiểu biết về
quy trình chất lượng nước trong sông. Mô hình sau đó được sử dụng để thử nghiệm
một số kịch bản trừu tượng. Các kết quả mô hình sẽ được dự đoán, đánh giá tác động
môi trường từ đó hình thành các chiến lược, các quyết định liên quan đến quản lý tài
nguyên nước cho khu vực.
Theo nghiên cứu của (Lotov A. và công sự, 1999) đã giới thiệu một cách để
phát triển các hệ thống hỗ trợ quyết định việc thành lập kế hoạch chất lượng nước tại
các sông. Ứng dụng mô hình MIKE 11 để đánh giá, mô phỏng các chiến lược nhất
định và sử dụng các công cụ đồ họa mới (Interactive Decision Maps / Feasible Goals
Method (IDM/FGM)) cho việc tìm kiếm các chiến lược thông minh. DSS dựa trên sự
kết hợp của IDM MIKE 11 và / FGM được hiệu chỉnh trên các mô hình thủy động lực
và mô hình tải – khuyếch tán của sông Oka, được sử dụng trong khuôn khổ chương
trình “Sự hồi sinh của sông Volga” liên bang Nga.
Kết quả nghiên cứu của (Gedam V. V. và cộng sự, 2012) đã thực hiện mô
phỏng cho đoạn sông Kanhan bằng MIKE 11 để đánh giá khả năng tự làm sạch và dự

đoán tải trọng chất thải. Khả năng tự làm sạch của sông liên quan đến nhu cầu sinh hóa
oxy (BOD) và oxy hòa tan (DO). Mô hình MIKE 11 mô phỏng các thông số DO và
BOD với trường dữ liệu liên tục và các thông số mô hình. Các mô hình nghiên cứu sẽ
5


giúp cho việc quyết định việc phân bố tải trọng chất thải thích hợp dựa trên khả năng
tự làm sạch của dòng hơn là tiêu chuẩn đơn giản. Mô hình nghiên cứu cung cấp thông
tin quan trọng và cái nhìn sâu sắc hơn về tác động của các điểm ô nhiễm và điểm
không ô nhiễm về chất lượng nước của dòng sông Kanhan.
Nghiên cứu của (Eisakhani M. và cộng sự, 2012) với mục tiêu là mô hình sự
thay đổi nhu cầu oxy hóa hóa học và sinh học (COD và BOD) tại mỗi mặt cắt ngang
của sông Bertam ở cao nguyên Cameron, Malaysia. Do hoạt động du lịch, khai thác
ngày càng tăng của nông nhiệp trồng rau, hoa, quả và phải chịu lượng mưa xối xả.
Tình trạng của sông Bertam đã xuống cấp, có dấu hiệu ô nhiễm nguồn nước và môi
trường sông. Do đó, MIKE 11 đã được áp dụng để mô phỏng thủy động lực học, mô
hình vận chuyển dòng chảy của sông. Quá trình mô phỏng cho kết quả chất lượng
nước thấy nồng độ BOD5 thay đổi từ 1 – 2 mg/l trong thời gian trước gió mùa và 4 –
10 mg/l trong hậu gió mùa. COD nằm ở 39 – 49 mg/l được quan sát ở dòng nước cao.
Có nồng độ thấp hơn nhiều là ở dòng nước trung bình có giá trị 10 – 14 mg/l. So sánh
giữa dữ liệu đo và mô phỏng cho thấy MIKE 11 có thể dự đoán đầy đủ, chính xác
BOD và tải COD tại các cửa lưu vực đặc biệt là trong dòng nước trung bình.
Nghiên cứu của (Engel B. và cộng sự, 2007) đã trình bày một quy trình áp dụng
tiêu chuẩn của mô hình thủy văn, chất lượng nước. Việc tạo ra và sự dụng các kế
hoạch xây dựng mô hình đang ngày càng quan trọng như kết quả của các dự án xây
dựng mô hình, có ý nghĩa quan trong trong quá trình đưa ra quyết định. Giao thức
chuẩn của lập mô hình phải được tuân theo, làm giảm thiểu sai số mô hình, tăng cường
khả năng tái sử dụng mô hình, cải thiện sự chấp nhận các kết quả của mô hình.
Theo nghiên cứu của (Kamal M.M. và cộng sự, 1999) đã nghiên cứu thực hiện
ở sông Buriganga chạy qua thành phố Dhaka, hiện tại là một dòng sông ô nhiễm nhất ở

Bangladesh. Thành phố Dhaka rất đông dân cư và sẽ là một trong mười thành phố lớn
vào năm 2000. Tuy nhiên, chỉ một phần nhỏ trong tổng số nước thải của thành phố
được xử lý. Do đó, mục tiêu của nghiên cứu này là để điều tra về tình trạng chất lượng
nước sông về một số thông số chất lượng nước và mô phỏng oxy hòa tan (DO) bằng
mô hình chất lượng nước. Để hoàn thành mục tiêu, thu thập dữ liệu tại chỗ và phòng
thí nghiệm. Sau đó, mô hình một chiều chất lượng nước được phát triển cho sông
Dhaka trong thời gian 1994 – 1995. Các kịch bản khác nhau đã được thử nghiệm để dự
6


đoán các điều kiện có khả năng nhất của dòng sông. Tùy chọn chạy cho thấy một cách
tiếp cận tích hợp sẽ được yêu cầu để khôi phục chất lượng của dòng sông.
Theo nghiên cứu của (Radwan M. và cộng sự, 2003) đã sử dụng các loại mô
hình khác nhau có sẵn để mô hình nước lưu vực và chất lượng. Họ thay đổi mô hình
chi tiết vật lý dựa trên đơn giản hóa mô hình khái niệm và thực nghiêm. Mô hình thích
hợp nhất cho một ứng dụng nhất định phụ thuộc vào các mục tiêu dự án và dữ liệu sẵn
có. Trong nghiên cứu này, oxy hòa tan (DO) và nhu cầu oxy hóa sinh học (BOD) được
mô hình hóa trong một dòng sông ở Flanders. Nguồn BOD từ nông nghiệp và các
nguồn điểm trong nước được xem xét. Nồng độ DO, BOD trong nước sông được mô
hình hóa trong MIKE 11. Bình lưu và phân tán được đưa vào xem xét cùng với quá
trình sinh học và hóa học. Hiệu chỉnh mô hình được dựa trên cơ sở có sẵn dữ liệu chất
lượng nước đo được. Kết quả mô phỏng lâu dài có thể được sử dụng trong phân tích
thống kê. Việc xây dựng các mô hình đơn giản, tuy nhiên có thể sử dụng mô phỏng
với mô hình chi tiết. Các chi tiết và các mô hình đơn giản có thể được sử dụng một
cách bổ sung.
Theo nghiên cứu của (Holguin-Gonzalez J. E. và cộng sự, 2013) đã sử dụng mô
hình là một công cụ hiệu quả đề điều tra tình trạng sinh thái của tài nguyên nước. Ở
các nước đang phát triển, tác động của các công trình vệ sinh môi trường (ví dụ như
nhà máy sử lý nước thải), thường được đánh giá xem xét việc đạt được các tiêu chuẩn
chất lượng hóa lý, pháp lý, nhưng bỏ qua chất lượng nước sinh thái (EWQ) của sông

tiếp nhận. Trong báo cáo này, đã phát triển một khuôn khổ mô hình sinh thái tích hợp
định lượng tác động của nước thải trên EWQ của sông Cauca (Colombia). Tích hợp
một mô hình chất lượng nước thủy lực và hóa lý nước với mô hình sinh thái thủy sinh.
Kết quả cho thấy sự tích hợp của mô hình sinh thái trong các mô hình chất lượng nước
thủy lực, hóa lý (ví dụ như MIKE 11) có giá trị gia tăng để hỗ trợ ra quyết định trong
quản lý sông và chính sách về nước.
1.1.2. Các nghiên cứu trong nước
Theo báo cáo của trung tâm Quan trắc môi trường tỉnh Bình Thuận (2015) cho
thấy chất lượng nước Sông Quao có một vài thông số hóa lý và chỉ số Coliform đạt
quy chuẩn. Riêng thông số TSS, Fe, PO43-, NO2-, BOD5, COD vượt quy chuẩn, nguyên
nhân có thể do hoạt động chăn thả vịt trên sông. Qua kết quả phân tích thì nguồn nước
7


tại Sông Quao đạt chất lượng nước cho mục đích tưới tiêu và các mục đích tương tự
khác.
Theo kết quả quan trắc chất lượng môi trường nước mặt tỉnh Bình Thuận
(2016). Chất lượng nước sông Quao (từ thôn Phước An đến cầu sông Quao): Chất
lượng nước sông Quao so với với cột B1 (dùng cho mục đích tưới tiêu thủy lợi) có giá
trị các thông số quan trắc pH, DO, PO43-, NH4+, NO3- có giá trị đạt quy chuẩn cho
phép. Giá trị các thông số TSS, Fe, NO2-, COD, BOD5 và chỉ số Coliform vượt quy
chuẩn tại một số điểm quan trắc.
Theo báo cáo của (Phan Viết Chính, 2012) nghiên cứu đã sử dụng mô hình toán
MIKE11 để 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 của các nguồn xả thải của thành phố Biên Hòa.
Nghiên cứu của (Nguyên Duy Khôi, 2009) đã ứng dụng mô hình tính toán dòng
chảy một chiều đánh diễn biến dòng chảy về cả chất và lượng đã được ứng dụng rất
nhiều trong các nghiên cứu phát triển nguồn nước. Mô hình MIKE 11 – ecolab, được
chuyển giao cho Viện quy hoạch Thủy lợi miền Nam thông qua dự án tăng cường

năng lực các Viện ngành nước do DANIDA tài trợ là công cụ hữu hiệu trong việc đánh
giá diễn biến dòng chảy về cả chất và lượng. Trong báo cáo này tập trung đánh giá
diễn biến chất lượng nước tại khu vực hạ lưu sông Đồng Nai – Sài Gòn ở giai đoạn
hiện nay và cho một số phương án phát triển trong tương lai.
Luận văn được thực hiện trong khuôn khổ đề tài “Điều tra, đánh giá các nguồn
gây ô nhiễm và đề xuất giải pháp tổng hợp quản lý chất lượng nước hồ Sông Quao
đảm bảo an toàn cấp nước cho thành phố Phan Thiết và vùng phụ cận”, của tác giả
Nguyễn Hồng Quân, Lê Việt Thắng, Viện Môi Trường Và Tài Nguyên, năm 2015.
1.2. TỔNG QUAN VỀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU
1.2.1. Điều kiện tự nhiên
 Vị trí địa lý
Huyện Hàm Thuận Bắc, tỉnh Bình Thuận được thành lập năm 1983 từ việc tách
huyện Hàm Thuận của tỉnh Thuận Hải (cũ) lấy sông Cà Ty làm ranh giới. Tọa độ địa
lý từ 11o12’40” – 11o39’32” vĩ độ Bắc và từ 107o50’00’’ – 107o10’58’’ kinh độ Đông.
- Phía Đông giáp với huyện Bắc Bình.
8


- Phía Tây giáp với huyện Hàm Thuận Nam và huyện Tánh Linh.
- Phía Nam giáp với thành phố Phan Thiết.
- Phía Bắc giáp với cao nguyên Di Linh.
Gồm 2 thị trấn và 15 xã.

Hình 1.1. Vị trí khu vực nghiên cứu
 Địa hình, địa mạo
Địa hình của huyện Hàm Thuận Bắc khá đa dạng, thấp dần theo hướng Tây Bắc
– Đông Nam; có thể chia địa hình của huyện thành 3 dạng chính:
- Vùng đồi núi bán sơn địa phía Bắc và phía Tây: phân bố về phía Tây đường
sắt Bắc Nam, bao gồm các xã vùng bán sơn địa, chiếm 76,44% diện tích tự nhiên của
huyện.

9


- Vùng đồng bằng phù sa ven sông: bao gồm một số xã nằm dọc quốc lộ 1A và
quốc lộ 28, chiếm 12,39% diện tích tự nhiên của huyện.
- Vùng cồn cát biển phía Nam và phía Đông: phân bố về phía Đông quốc lộ 1A
kéo dài bao gồm các xã Hàm Đức, Hồng Sơn, Hồng Liêm, chiếm 10,63% diện tích tự
nhiên của huyện. Đây là vùng có cồn cát trắng, vàng và đỏ mang tính chất khô hạn
nhất của huyện (Trang thông tin huyện Hàm Thuận Bắc, tỉnh Bình Thuận).
Ngoài ra dữ liệu địa hình còn được thu thập từ ảnh ASTER GLOBAL DEM từ
trang web earthexplorer.usgs.gov của Cục khảo sát địa chất Mỹ USGS với độ phân
giải 30m năm 2015. Sau đó sử dụng phần mềm QGIS ghép ảnh DEM, cắt ảnh theo
ranh giới khu vực nghiên cứu huyện Hàm Thuận Bắc, tỉnh Bình Thuận. Tạo ảnh DEM
3D hiển thị dữ liệu địa hình khu vực.

Hình 1.2. Địa hình huyện Hàm Thuận Bắc, tỉnh Bình Thuận
 Khí hậu, thời tiết
Huyện Hàm Thuận Bắc, nằm trong khu vực nhiệt đới gió mùa với 2 mùa rõ rệt.
Mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 10, mùa khô từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau. Nhưng
10


khí hậu của huyện lại mang nét đặc trưng của chế độ khí hậu bán khô hạn vùng cực
Nam Trung bộ. Do sự phân hóa về địa hình nên khí hậu của huyện được chia làm hai
tiêu vùng gồm vùng khí hậu miền núi và vùng khí hậu đồng bằng ven biển.
Chế độ thủy văn của huyện chịu ảnh hưởng của 2 con sông chính là sông Cái
Phan Thiết và sông La Ngà. Ngoài ra còn một hệ thống gồm nhiều con sông, suối nhỏ
khác (Trang thông tin huyện Hàm Thuận Bắc, tỉnh Bình Thuận, 2015).
Ngoài ra, lượng mưa được thu thập từ vệ tinh TRMM qua mạng từ DHI. Dữ
liệu lượng mưa từ vệ tinh (DHI) được bố trí theo ô lưới với độ phân giải 0,250 tương

ứng 30km. Số liệu mưa được thu thập tại các điểm đo mưa từ vệ tinh trong khu vực
tỉnh Bình Thuận và cả các điểm xung quanh địa bàn tỉnh. Sau đó tổng hợp lượng mưa
để có lượng mưa trung bình năm 2015.
Bảng 1.1. Tọa độ giá trị lượng mưa khu vực tỉnh Bình Thuận năm 2015
ID
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21

X(Longitude)
107.375
107.375

107.375
107.375
107.625
107.625
107.625
107.625
107.625
107.875
107.875
108.125
108.125
108.125
108.125
108.125
108.375
108.375
108.375
108.375
108.625

Y(Latitude)
10.625
10.875
11.125
11.375
10.375
10.625
10.875
11.125
11.375

11.125
11.375
10.625
10.875
11.125
11.375
10.625
10.625
11.125
11.375
11.625
11.125

R
534.79
614.57
765.51
901.36
522.41
451.19
488.28
703.22
818.72
529.66
668.43
428.94
255.24
381.70
556.75
561.17

402.23
276.47
457.95
563.82
237.38
11


ID
22
23
24
25
26
27
28
29

X(Longitude)
Y(Latitude)
R
108.625
11.375
312.55
108.625
11.625
423.92
108.875
10.875
247.74

108.875
11.125
276.99
108.875
11.375
251.91
108.875
11.625
268.67
107.875
10.875
367.13
108.875
11.625
452.18
(Thu thập từ vệ tính TRMM qua mạng từ DHI; CRS: WGS84 EPSG:4326)
Sau đó tiến hành nội suy lượng mưa cho toàn tỉnh tại các điểm đo mưa bằng

phần mền QGIS (phương pháp nội suy TIN). Cắt bản đồ lượng mưa theo khu vực
huyện Hàm Thuận Bắc, tỉnh Bình Thuận.

Hình 1.3. Thủy văn, lượng mưa huyện Hàm Thuận Bắc, tỉnh Bình Thuận
 Tài nguyên đất và sử dụng đất
Hàm Thuận Bắc có quỹ đất khá đa dạng thích hợp cho phát triển nông nghiệp,
có thể đáp ứng cho yêu cầu phát triển công nghiệp, tiểu thủ công nghiệp và dịch vụ.
12


Tổng diện tích đất năm 2015 của huyện là 128693,6 km2.
Bảng 1.2. Hiện trạng sử dụng đất năm 2015 của huyện

Chỉ tiêu
Đất nông nghiệp

Tổng số

Cơ cấu - %

112638,67

87,53

Đất phi nông nghiệp

9847,40

7,65

Đât chưa sử dụng

6207,53

4,82

128693,60

100

Tổng số

(Niên giám thống kê 2015, chi cục thống kê huyện Hàm Thuận Bắc)

1.2.2. Kinh tế - xã hội
 Kinh tế
Huyện Hàm Thuận Bắc về kinh tế chủ yếu là một huyện thuần nông, đời sống
nhân dân chủ yếu phụ thuộc vào cây thanh long, nhiều trang trại thanh long đã và đang
hình thành, phát triển cùng với những rừng cao su và cây ăn trái khác đã làm thay đổi
bộ mặt nông thôn của huyện.
Do nhu cầu đô thị hóa, cuối năm 2009, thành phố Phan Thiết được nâng lên đô
thị loại II, một số vùng giáp ranh với Phan Thiết của Hàm Thuận Bắc sẽ được chuyển
về Phan Thiết quản lý như Hàm Liêm, Hàm Thắng, Hàm Hiệp, thị trấn Phú Long.
Hàm Thuận Bắc còn là nơi có khung cảnh thiên nhiên thơ mộng, hữu tình, có
hồ Hàm Thuận, hồ Sông Quao, rất đẹp và nên thơ. Các xã giáp ranh với Lâm Đồng
không khác gì khung cảnh của Đà Lạt, còn ẩn hiện trong sương chưa được khám phá.
Tiềm năng thiên nhiên và du lịch của vùng chưa được đánh giá chính thức (Trang
thông tin huyện Hàm Thuận Bắc, tỉnh Bình Thuận).
Sản xuất nông – lâm – ngư nghiệp phát triển theo hướng nâng dần chất lượng
và hiệu quả.
Sản xuất công nghiệp và tiểu thủ công nghiệp có bước phát triển khá. Sản phẩm
công nghiệp chủ yếu của huyện là: nước đá, đá chẽ, cát sỏi các loại, gạch nung, đá xây
dựng, tôn kẽm, cát thủy tinh, may mặc.
Các ngành thương mại, dịch vụ, du lịch có bước phát triển tương đối mạnh. Các
mặt hàng xuất khẩu chủ lực là: thanh long, hàng dệt may, nhân hạt điều.

13


 Xã hội
Huyện Hàm Thuận Bắc được hình thành vào khoảng thế kỷ 19, trong quá trình
phát triển địa giới của huyện đã nhiều lần thay đổi với nhiều tên gọi khác nhau như
huyện Thiên Giáo (trước giải phóng), huyện Hàm Thuận (sau giải phóng) và đến năm
1983 được tách ra làm hai huyện là: Hàm Thuận Bắc và Hàm Thuận Nam. Theo thống

kê năm 2015 dân số toàn huyện là 173253 người, mật độ dân số 135 người/km2. Dân
cư phân bố không đều theo thành thị và nông thôn (thành thị: 31526 người, nông thôn:
141727 người). Cơ cấu dân số theo giới tính năm 2015 đạt: nam 50,14%; nữ 49,86%.
Tỷ lệ gia tăng dân số tự nhiên của huyện đạt 7,86%. Có cơ cấu dân số trẻ.
Trên địa bàn huyện có nhiều dân tộc khác nhau sinh sống như Kinh, Rắclay,
Chăm, K’Ho… trong đó dân tộc kinh chiếm đa số với trên 95%. Dân cư bản địa chủ
yếu là người Rắclay, Chăm, K’Ho sống tập trung ở các xã vùng cao, với tập quán sản
xuất là làm nghề rừng, nương rẫy, một số trồng lúa nước, sống tổ chức thành buôn
làng. Cộng đồng người Kinh tập trung ở vùng đồng bằng, ven quốc lộ nơi có điều kiện
thuận lợi cho buôn bán, trồng lúa nước.
Dân cư của huyện theo một số tôn giáo chính như: Bà La Môn, Thiên chúa
giáo, Tin lành và Lương giáo.
Phát triển giáo dục – đào tạo, khoa học – công nghệ tiếp tục tiến bộ, quy mô các
ngành học, bậc học phát triển, cơ sở vật chất trang thiết bị giảng dạy được đầu tư theo
hướng chuẩn hóa.
Chính sách an sinh xã hội được thực hiện khá tốt, đời sống nhân dân được cải
thiện, các hoạt động văn hóa xã hội chuyển biến tích cực.
1.3. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THỦY LỢI HỒ SÔNG QUAO
1.3.1. Hồ sông Quao
Hồ Sông Quao là công trình thủy lợi, nằm dưới chân đèo Gia Bắc nối liền tỉnh
Lâm Đồng và Bình Thuận, được xây dựng từ năm 1988 đến năm 1997 thuộc xã Hàm
Trí, huyện Hàm Thuận Bắc, tỉnh Bình Thuận. Cách trung tâm thành phố Phan Thiết
khoảng 20 km và cách biển khoảng 41 km.
Vị trí tuyến công trình nằm trong khoảng:
+ Từ 11o05’ đến 11o15’ vĩ độ Bắc.
+ Từ 108o05’ đến 108o15’ kinh độ Đông.
14


Công ty kỹ thuật công trình thủy lợi Bình Thuận trực tiếp quản lý vận hành và

khai thác.
 Có hai nguồn nước đến hồ
+ Dòng chảy của sông Quao.
+ Dòng chảy của sông Đan Sách chuyển sang.
 Nhiệm vụ
+ Cung cấp nước tưới cho hoạt động sản xuất nông nghiệp, nước cho nuôi trồng
thủy sản.
+ Cung cấp nước cho nhà máy nước, nước sinh hoạt, nước công nghiệp.
+ Hạn chế, điều tiết lũ cho vùng hạ lưu.
1.3.2. Hệ thống kênh
 Hệ thống kênh chính
Chiều dài kênh: 24,68 km
Lưu lượng thiết kế đầu kênh: Qtk = 13,5 m3/s
Mực nước thiết kế đầu kênh: +66,36 m
Chiều rộng đáy kênh đoạn đầu B = 5m, đoạn cuối B = 2m
Mặt cắt kênh hình thang.
 Các công trình dọc hệ thống kênh chính
Bậc nước, cầu (oto, thô sơ), cống (lấy nước đầu kênh, xả đáy, tiêu nước), xi –
phông, tràn ra, tràn vào, tràn bằng…

15


Hình 1.4. Vị trí công trình trên hệ thống kênh chính hồ Sông Quao
 Hệ thống kênh cấp 1
Gồm các kênh: N0-1, N1, N3, N5, N7, N0-3, N9, N9-1, N11, N13, N15, N17,
N19, N21, N23, N23A, N25, N27, N29.
16

Tổng chiều dài: 66km.
Mặt cắt kênh hình thang.
1.4. TỔNG QUAN VỀ MIKE 11
1.4.1. Mô tả sơ lược về MIKE 11
MIKE 11 được phát triển bởi Viện Thủy Lực Đan Mạch (DHI Water &
Environment), là một gói phần mềm để mô phỏng chế độ dòng chảy, chất lượng nước
và vận chuyển bùn cát ở cửa sông, sông, kênh thủy lợi và các vùng nước khác.
MIKE 11 có giao diện thân thiện với người sử dụng, là mô hình một chiều,
phân tích chi tiết, thiết kế, quản lý, vận hành cho sông và hệ thống kênh dẫn từ đơn
giản đến phức tạp. Với sự linh hoạt, tốc độ, môi trường thân thiện với người dùng,
MIKE 11 cung cấp đầy đủ môi trường thiết kế hiệu quả cho kỹ thuật công trình, tài
nguyên nước, quản lý chất lượng nước và các ứng dụng quy hoạch.
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, kênh dẫn.
1.4.2. Mô đun thủy động lực
Mô – đun thủy động lực (HD) là hạt nhân của hệ thống mô hình MIKE 11 và là
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 cát.
Mô – đun thủy lực của MIKE 11 giải các phương trình tổng hợp theo phương
dòng chảy để đảm bảo tính liên tục và bảo toàn động lượng (hệ phương trình Saint –
Venant) hệ phương trình này gồm:

17


Hình 1.5. Diễn biến mực nước, lưu lượng theo chiều dài sông và theo thời gian
Phương trình liên tục:
Q A


q
x
t

(1.1)

Phương trình động lượng:

QQ
Q   Q 2 
h
  gA  g
 
0
2
t x  A 
x
AC R

(1.2)

Trong đó:
Q (m3/s) : lưu lượng dòng chảy; A (m2): diện tích mặt cắt ướt ; q (m2/s) : lưu
lượng nhập lưu trên 1 đơn vị chiều dài dọc sông; C: hệ số cản Chezy ( m / s) ; R
(m):bán kính thủy lực; h (m): độ sâu dòng chảy; n: hệ số nhám; α: hệ số hiệu chỉnh
động năng.
Điều kiện ban đầu và điều kiện biên:
Điều kiện ban đầu: là điều kiện về lưu lượng và mực nước tại tất cả các mặt cắt
ở thời điểm t = 0.
Điều kiện biên: điều kiện lưu lượng hay mực nước tại các vị trí biên. Biên có

thể là hằng số hoặc là dao động lưu lượng hay mực nước theo thời gian.
Phương pháp giải:
Hệ phương trình Saint – Venant là một hệ phương trình gồm hai phương trình
vi phân phi tuyến bậc nhất. Trong trường hợp tổng quát, hệ phương trình này không
giải được bằng phương pháp giải tích, do đó người ta giải phương trình này bằng
18


phương pháp gần đúng (phương pháp số hóa) và MIKE 11 cùng dùng phương pháp
này để giải hệ phương trình Saint – Venant với lược đồ sai phân hữu hạn 6 điểm sơ đồ
ẩn Abbott – Inoescu.
Timestep
j-1

j+1

j

n+1

n+1/2

∆t

Điểm trung tâm

j+1

j

j-1

n

Hình 1.6. Sơ đồ sai phân 6 điểm Abbott
Phương trình liên tục
Trong phương trình liên tục, ta có:
A
h
Q
h
b

b
q
t
t
x
t

(1.3)

Với b trong phương trình được tính theo công thức:
b

A0 j  A0 j 1
2 x j

(1.4)

Trong đó: A0j: Diện tích mặt phân cách giữa 2 điểm lưới j-1 và điểm lưới j
A0j+1: Diện tích mặt phân cách giữa 2 điểm lưới j và điểm lưới j+1
Δ2xj: Khoảng cách giữa hai điểm lưới j-1và j+1
Sai phân hoá phương trình trên tại bước thời gian thứ (n+1/2), ta thu được các
phương trình sai phân:

19