Ứng dụng mô hình toán trong đánh giá rủi ro chất lượng nước sông sài gòn (khu vực trạm bơm hòa phú)
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.37 MB, 146 trang )
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
---------------o0o---------------
MAI THANH TUYỀN
ỨNG DỤNG MƠ HÌNH TỐN TRONG ĐÁNH
GIÁ RỦI RO CHẤT LƯỢNG NƯỚC SƠNG SÀI
GỊN (KHU VỰC TRẠM BƠM HÒA PHÚ)
Chuyên ngành : Quản lý Tài nguyên & Mơi trường
Mã Ngành
: 60 85 01 01
TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 01 năm 2016
Cơng trình được hồn thành tại: Trường Đại Học Bách Khoa - ĐHQG-HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học: Tiến sỹ Nguyễn Hồng Quân
Cán bộ chấm nhận xét 1: Tiến sỹ Trần Minh Chí
Cán bộ chấm nhận xét 2: Tiến sỹ Nguyễn Quốc Bình
Luận văn thạc sỹ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa. ĐHQG Tp.HCM ngày
25 tháng 01 năm 2016.
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sỹ bao gồm:
1. Phó Giáo sư. Tiến sỹ Phùng Chí Sỹ - Chủ tịch hội đồng
2. Phó giáo sư. Tiến sỹ Trương Thanh Cảnh - Ủy viên
3. Tiến sỹ Trần Minh Chí – Phản biện 1
4. Tiến sỹ Nguyễn Quốc Bình – Phản biện 2
5. Tiến sỹ Đặng Vũ Bích Hạnh – Thư ký
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG
TRƯỞNG KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: MAI THANH TUYỀN
MSHV: 7140502
Ngày, tháng, năm sinh: 28/12/1991
Nơi sinh: Tp.HCM
Chuyên ngành: Quản lý Tài nguyên & Mơi trường
Mã số : 60.85.10
I. TÊN ĐỀ TÀI:
ỨNG DỤNG MƠ HÌNH TỐN TRONG ĐÁNH GIÁ RỦI RO CHẤT LƯỢNG
NƯỚC SƠNG SÀI GÒN (KHU VỰC TRẠM BƠM HÒA PHÚ)
NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
Nhiệm vụ:
Đánh giá được thực trạng diễn biến chất lượng nước và nghiên cứu ứng dụng kết quả
mô phỏng từ mơ hình tốn vào đánh giá rủi ro chất lượng nước sơng Sài Gịn (khu
vực trạm bơm Hịa Phú), từ đó đề xuất một số giải pháp ứng phó rủi ro, phục vụ
chương trình cấp nước an tồn.
Nội dung:
-
Tổng quan về lưu vực sơng Sài Gịn.
-
Đánh giá hiện trạng môi trường nước và diễn biến chất lượng nước sông
Sài Gòn (khu vực trạm bơm Hòa Phú).
-
Nghiên cứu ứng dụng mơ hình MIKE 11 vào đánh giá diễn biến chất lượng
nước sơng Sài Gịn.
-
Đánh giá rủi ro chất lượng nước sơng Sài Gịn và đề xuất một số giải pháp
ứng phó rủi ro, đảm bảo chương trình cấp nước an toàn dựa vào kết quả
quan trắc và kết quả chạy mơ hình tốn mơ phỏng.
II. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 6/7/2015
III. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 30/12/2015
IV. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: Tiến sỹ Nguyễn Hồng Quân
Tp.HCM ngày 07 tháng 3 năm 2016
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO
(Họ tên và chữ ký)
(Họ tên và chữ ký)
TS Nguyễn Hồng Quân
TRƯỞNG KHOA
QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN & MÔI TRƯỜNG
(Họ tên và chữ ký)
LỜI CẢM ƠN
Để có được như ngày hơm nay, trong suốt q trình học tập, nghiên cứu và
hồn thành Luận văn này, tôi đã nhận được sự hướng dẫn, hỗ trợ tận tình từ các thầy
cơ giáo, hội đồng bảo vệ đề cương luận văn, gia đình, đồng nghiệp và bạn bè. Với
lịng kính trọng và biết ơn sâu sắc, xin được bày tỏ lời cảm ơn chân thành tới:
TS. Nguyễn Hồng Quân - người thầy kính mến đã hết lòng hướng dẫn và dạy
bảo, định hướng hỗ trợ cho tơi trong suốt q trình học tập, tìm hiểu, nghiên
cứu và hoàn thành luận văn tốt nghiệp.
Các anh chị trong Viện Môi trường và Tài nguyên – ĐHQG Tp.HCM đã hỗ trợ
tôi về công tác thu thập số liệu, kỹ thuật và tìm hiểu các thơng tin liên quan đến
nội dung nghiên cứu.
Quý thầy cô Khoa Môi trường và Tài nguyên – Trường Đại học Bách khoa –
ĐHQG Tp.HCM, những người đã ln ân cần, tận tình dạy dỗ và truyền đạt
kiến thức cũng như kỹ năng cần thiết cho tơi trong suốt q trình học tập và
thực hiện đề tài.
Các anh chị đồng nghiệp hiện đang cơng tác tại Phịng Quản lý Chất lượng
nước thuộc Tổng Cơng ty Cấp nước Sài Gịn TNHH MTV (SAWACO) đã tạo
mọi điều kiện thuận lợi trong thời gian tôi thực hiện luận văn.
Gia đình và bạn bè đã luôn ủng hộ, sẻ chia và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình
học tập và nghiên cứu tại Trường Đại học Bách khoa – ĐHQG Tp.HCM.
Với kiến thức còn hạn hẹp, trong q trình xây dựng luận văn khơng tránh khỏi
những sai sót và hạn chế, kính mong nhận được những ý kiến đóng góp từ q thầy
cơ để bài luận được hồn thiện hơn.
Cuối cùng tơi xin gởi lời chúc sức khoẻ và những gì tốt đẹp nhất đến các thầy
cô trong nhà trường, trong khoa, những bậc cha mẹ, anh chị đồng nghiệp đáng kính
và tồn thể các bạn bè tại trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 07 tháng 3 năm 2016
Học viên
Mai Thanh Tuyền
TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SỸ
Đề tài “Ứng dụng mơ hình tốn trong đánh giá rủi ro chất lượng nước sơng Sài Gịn
(khu vực trạm bơm Hịa Phú)” đã ứng dụng mơ hình thủy động lực học truyền chất
MIKE 11 để mơ phỏng chất lượng nước sơng Sài Gịn. Bên cạnh đó, tiến hành quan
trắc số liệu tại 04 vị trí Tám Tắt, Hịa Phú, Bà Bếp, Phú Cường để đánh giá diễn biến
chất lượng nước sơng Sài Gịn khu vực xung quanh trạm bơm Hịa Phú. Về phần mơ
hình tốn, đề tài mơ phỏng theo kịch bản mơ phỏng chất lượng nước vào mùa khô
(tháng 3 – tháng 4) giai đoạn năm 2010 – 2012, số liệu biên và nguồn thải được trích
ra từ mơ hình hạ lưu hồ Dầu Tiếng.
Kết quả đạt được là đánh giá được hiện trạng chất lượng nước sơng Sài Gịn qua số
liệu quan trắc được vào năm 2015 và đánh giá diễn biến chất lượng nước dựa vào số
liệu thu thập được từ 2010 – 2015. Số liệu mơ phỏng từ mơ hình được sử dụng để
đánh giá rủi ro chất lượng nước sơng Sài Gịn đối với việc cấp nước an tồn cho Nhà
máy nước Tân Hiệp theo phương pháp đánh giá rủi ro bán định lượng. Kết quả đánh
giá rủi ro từ số liệu mô phỏng năm 2010 – 2012 được so sánh với kết quả đánh giá
rủi ro từ số liệu thực đo trong cùng giai đoạn, từ đó đánh giá được khả năng ứng dụng
mơ hình tốn vào cơng tác đánh giá rủi ro thay cho phương pháp trước đây cịn mang
tính chủ quan. Kết quả phần nào đánh giá được chất lượng nước của lưu vực sơng Sài
Gịn khu vực ảnh hưởng lớn đến công tác thu nước của Nhà máy nước Tân Hiệp và
đưa ra một số giải pháp, kiến nghị đề xuất.
LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tơi.
Tồn bộ kết quả và số liệu thực hiện luận văn đều hồn tồn chính xác và trung thực
với nội dung của dự án đã thực hiện.
Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện nội dung luận văn đã được
cảm ơn và các thơng tin trích dẫn trong luận văn đều đã ghi rõ nguồn gốc.
Học viên thực hiện luận văn
(ký và ghi rõ tên)
Mai Thanh Tuyền
i
MỤC LỤC
DANH MỤC BẢNG ................................................................................................ iv
DANH MỤC HÌNH ...................................................................................................v
DANH MỤC THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT ................................................ vii
MỞ ĐẦU ....................................................................................................................8
4.1.
Phương pháp tổng quan tài liệu và thu thập số liệu ................................12
4.2.
Phương pháp khảo sát thực địa .................................................................12
4.3.
Phương pháp lấy mẫu, phân tích ...............................................................12
4.4.
Phương pháp mơ hình hóa .........................................................................13
4.5.
Phương pháp xử lý và phân tích số liệu (phương pháp đánh giá chất
lượng nước) ..............................................................................................................13
4.6.
Phương pháp đánh giá rủi ro .....................................................................14
6.1.
Ý nghĩa khoa học .........................................................................................16
6.2.
Ý nghĩa thực tiễn .........................................................................................17
6.3.
Tính mới của đề tài .....................................................................................17
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ...................................................................................18
1.1.
TỔNG QUAN ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN KHU VỰC SƠNG SÀI GỊN.18
1.1.1.
Đặc điểm điều kiện tự nhiên .....................................................................18
1.1.2.
Hệ thống cấp nước sơng Sài Gịn ..............................................................21
1.2.
TỔNG QUAN NHÀ MÁY NƯỚC TÂN HIỆP (TRẠM BƠM HÒA PHÚ)
VÀ CHƯƠNG TRÌNH CẤP NƯỚC AN TỒN ..................................................23
1.2.1.
Tổng quan nhà máy nước Tân Hiệp (tổng quan, công nghê)....................23
1.2.2.
Nguồn nước thô và công trình thu của nhà máy nước Tân Hiệp (giai đoạn
I)
...................................................................................................................23
1.2.3.
Chương trình Cấp nước an tồn của Nhà máy nước Tân Hiệp .................25
1.3.
1.3.1.
TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU ................................................25
Các nghiên cứu trên Thế giới về ứng dụng mơ hình tốn vào đánh giá chất
lượng nước ................................................................................................................25
ii
1.3.2.
Các nghiên cứu trên trong nước về ứng dụng mô hình tốn vào đánh giá
chất lượng nước .........................................................................................................27
CHƯƠNG 2. ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG CHẤT LƯỢNG NƯỚC SƠNG SÀI
GỊN KHU VỰC TRẠM BƠM HỊA PHÚ ..........................................................30
2.1.
HIỆN TRẠNG CHẤT LƯỢNG NƯỚC SƠNG SÀI GỊN .....................30
2.1.1.
Đánh giá hiện trạng chất lượng nước sơng Sài Gịn .................................30
2.1.2.
Tình hình xâm nhập mặn sơng Sài Gịn ....................................................49
2.2.
NGUYÊN NHÂN GÂY Ô NHIỄM VÀ CÁC NGUỒN TÁC ĐỘNG ĐẾN
CHẤT LƯỢNG NƯỚC SƠNG SÀI GỊN ............................................................49
2.2.1.
Ảnh hưởng của các yếu tố tự nhiên đến chất lượng nước sông ................50
2.2.2.
Ảnh hưởng của các yếu tố con người đến chất lượng nước sông .............55
2.2.3.
Ảnh hưởng của hiện trạng chất lượng nước sơng Sài Gịn đến cấp nước an
tồn của Trạm bơm Hịa Phú.....................................................................................60
CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MƠ HÌNH MIKE 11 VÀO ĐÁNH
GIÁ DIỄN BIẾN CHẤT LƯỢNG NƯỚC SÔNG SÀI GÒN (KHU VỰC TRẠM
BƠM HÒA PHÚ) ....................................................................................................62
3.1.
TỔNG QUAN ỨNG DỤNG MƠ HÌNH TỐN TRONG ĐÁNH GIÁ
CHẤT LƯỢNG NƯỚC ..........................................................................................62
3.1.1.
Một số mơ hình tốn ứng dụng trong đánh giá chất lượng nước ..............62
3.1.2.
Cơ sở lựa chọn mơ hình MIKE 11 ............................................................62
3.1.3.
Tổng quan mơ hình MIKE 11 ...................................................................65
3.2.
ỨNG DỤNG MƠ HÌNH MIKE 11 VÀO ĐÁNH GIÁ DIỄN BIẾN CHẤT
LƯỢNG NƯỚC SÔNG SÀI GÒN (KHU VỰC TRẠM BƠM HÒA PHÚ) ......68
3.2.1.
Xây dựng các điều kiện biên và thông số đầu vào phục vụ mơ hình ........68
3.2.2.
Hiệu chỉnh mơ hình MIKE 11 ...................................................................72
3.2.3.
Kiểm định mơ hình....................................................................................73
3.2.4.
Chạy MIKE 11 mơ phỏng dự báo chất lượng nước trong điều kiện hiện
trạng
...................................................................................................................75
3.2.5.
Kết quả mô phỏng chất lượng nước ..........................................................75
iii
CHƯƠNG 4. ĐÁNH GIÁ RỦI RO CHẤT LƯỢNG NƯỚC SÔNG SÀI GÒN VÀ
ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI PHÁP CẤP NƯỚC AN TOÀN CHO NHÀ MÁY NƯỚC
TÂN HIỆP................................................................................................................81
4.1.
TỔNG QUAN PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ RỦI RO CHẤT LƯỢNG
NƯỚC .......................................................................................................................81
4.1.1.
Khái niệm ..................................................................................................81
4.1.2.
Phương pháp ma trận đánh giá mức độ rủi ro ...........................................82
4.1.1.
Phương pháp đánh giá rủi ro bán định lượng ............................................85
4.2.
KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ RỦI RO CHẤT LƯỢNG NƯỚC ......................86
4.2.1.
Kết quả đánh giá rủi ro bằng phương pháp ma trận rủi ro ........................86
4.2.2.
Sắp xếp ưu tiên các rủi ro và đánh giá các biện pháp kiểm sốt ...............87
4.2.3.
Kế hoạch cải thiện và chương trình quản lý rủi ro ....................................91
4.2.4.
Đánh giá rủi ro ban đầu chất lượng nước sơng Sài Gịn đối với cấp nước an
toàn cho Nhà máy nước Tân Hiệp bằng Phương pháp bán định lượng ....................95
4.3.
NHỮNG SỰ CỐ Ơ NHIỄM CĨ THỂ XẢY RA VÀ GIỚI HẠN MẤT AN
TOÀN VỀ CẤP NƯỚC ........................................................................................100
4.4.
ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP ỨNG PHÓ RỦI RO, ĐẢM BẢO CHƯƠNG
TRÌNH CẤP NƯỚC AN TỒN ..........................................................................105
4.4.1.
Các giải pháp chung ................................................................................105
4.4.2.
Các giải pháp cụ thể cho một số nguy cơ rủi ro có thể xảy ra ................106
CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................108
5.1.
KẾT LUẬN ................................................................................................108
5.2.
KIẾN NGHỊ ...............................................................................................108
TÀ I LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................110
PHỤ LỤC A. ..........................................................................................................113
PHỤ LỤC B. ..........................................................................................................127
PHỤ LỤC C. ..........................................................................................................137
LÝ LỊCH TRÍCH NGANG ..................................................................................140
iv
DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1 - Ước tính tải lượng nguồn thải nơng nghiệp trên lưu vực sơng Sài Gịn đến
năm 2020 ...................................................................................................................58
Bảng 2.2 – Tải lượng các nguồn ô nhiễm thải vào lưu vực sơng Sài Gịn ...............60
Bảng 3.1 – Bảng so sánh ưu điểm, nhược điểm của các mô hình thủy lực ..............62
Bảng 3.2 - Bảng so sánh kết quả và quy chuẩn QCVN 08:2008/BTNMT ..............80
Bảng 4.1 – Bảng đánh giá tần suất ô nhiễm .............................................................82
Bảng 4.2 – Ma trận đánh giá mức độ rủi ro: (a) Đánh giá theo mức độ thấp, trung
bình (TB) cao; (b) Đánh giá theo giá trị quy đổi giữa tần suất và tác động .............83
Bảng 4.3 – Bảng đề xuất thang điểm đánh giá mức độ rủi ro của chất lượng nước
sông Sài Gịn .............................................................................................................85
Bảng 4.4 – Mối nguy hại nguồn nước sơng ..............................................................86
Bảng 4.5 – Biện pháp kiểm sốt theo nhóm ưu tiên .................................................88
Bảng 4.6 – Các kế hoạch cải thiện được áp dụng và duy trì ....................................91
Bảng 4.7 - Kết quả đánh giá rủi ro chất lượng nước tại vị trí Tám Tắt ....................96
Bảng 4.8 - Kết quả đánh giá rủi ro chất lượng nước tại vị trí Hịa Phú ....................96
Bảng 4.9 - Kết quả đánh giá rủi ro chất lượng nước tại vị trí Bà Bếp ......................97
Bảng 4.10 - Kết quả đánh giá rủi ro chất lượng nước tại vị trí Phú Cường .............97
Bảng 4.11 – Bảng tổng hợp hệ số rủi ro cao các trạm quan trắc nước sông Sài Gòn
...................................................................................................................................98
Bảng 4.12 – Các mối nguy hại tác động đế nguồn nước sơng Sài Gịn .................100
Bảng 4.13 – Các giải pháp kiểm sốt và ứng phó đối với các nguy cơ, rủi ro có thể
xảy ra cho nguồn nước sơng Sài Gịn .....................................................................106
v
DANH MỤC HÌNH
Hin
̀ h 1.1 – Sơ đồ hệ thống Cấp nước Thành phố Hồ Chí Minh ..............................22
Hin
̀ h 1.2 – Hệ thống lưu vực sơng Sài Gịn .............................................................24
Hình 2.1 – Giá trị pH trung bình tại các điểm quan trắc sơng Sài Gịn năm 2015...31
Hình 2.2 – Giá trị pH trung bình tháng tại điểm quan trắc Hịa Phú năm 2015. ......31
Hình 2.3 – Nồng độ oxy hịa tan trung bình tại các điểm quan trắc năm 2015 ........32
Hình 2.4 – Độ đục trung bình tại các điểm quan trắc năm 2015 ..............................33
Hình 2.5 – Tổng chất rắn lơ lửng trung bình tại các điểm quan trắc năm 2015.......34
Hình 2.6 – Diễn biến độ đục trung bình giai đoạn 2010 - 2015 ...............................34
Hình 2.7 – Giá trị EC trung bình tại các điểm quan trắc năm 2015 .........................36
Hình 2.8 – Độ mặn trung bình tại các điểm quan trắc năm 2015............................36
Hình 2.9 – Độ mặn trung bình tại các điểm quan trắc năm 2010 - 2015 .................37
Hình 2.10 – Nitrat trung bình tại các điểm quan trắc năm 2015 .............................38
Hình 2.11 – Nitrit trung bình tại các điểm quan trắc năm 2015 ..............................38
Hình 2.12 – Ammonia trung bình tại các điểm quan trắc năm 2015 ......................39
Hình 2.13 – Diễn biến nồng độ Ammonia trung bình năm 2010 - 2015 .................40
Hình 2.14 – Nồng độ photphat trung bình tại các điểm quan trắc năm 2015 .........40
Hình 2.15 – Nồng độ BOD5 trung bình tại các điểm quan trắc năm 2015 ..............41
Hình 2.16 – Nồng độ COD trung bình tại các điểm quan trắc năm 2015 ...............42
Hình 2.17 – Nồng độ Sắt trung bình tại các điểm quan trắc năm 2015 ..................42
Hình 2.18 – Nồng độ Nhơm trung bình tại các điểm quan trắc năm 2015. ............43
Hình 2.19 – Diễn biến nồng độ Sắt trung bình năm 2010 - 2015 ............................44
Hình 2.20 – Nồng độ Mangan trung bình tại các điểm quan trắc năm 2015. .........45
Hình 2.21 – Diễn biến nồng độ Mangan trung bình giai đoạn 2010 - 2015 ............45
Hình 2.22 – Coliform tại các điểm quan trắc trên sông Sài Gịn năm 2015 ...........46
Hình 2.23 – E. Coli tại các điểm quan trắc trên sơng Sài Gịn năm 2015. ...............47
Hình 2.24 – Nồng độ Chì trung bình tại các điểm quan trắc năm 2015 ..................48
Hình 2.25 – Nồng độ Đồng trung bình tại các điểm quan trắc năm 2015...............48
Hình 2.26 – Nồng độ Kẽm trung bình tại các điểm quan trắc năm 2015 ................49
vi
Hình 2.27 – Phân tầng theo chiều sâu nước do nhiệt độ bề mặt nước cao dẫn đến
nồng độ oxy hòa tan ở tầng sâu nước thấp, ảnh hưởng đời sống thủy sinh. .............52
Hình 3.1 – Sơ đồ vị trí các mặt cắt và số liệu editor mạng sơng ..............................69
Hình 3.2 – Edit mặt cắt .............................................................................................70
Hình 3.3 – Lưu lượng xả từ hồ Dầu Tiếng trong giai đoạn từ năm 2000 – 2012 ....71
Hình 3.4 – Số liệu mực nước tại cầu Bình Phước năm 2010 - 2012 ........................72
Hình 3.5 – Mực nước mô phỏng và thực đo năm 2005 tại trạm Thủ Dầu Một. ......73
Hình 3.6 – Mực nước mô phỏng và thực đo năm 2008 tại trạm Thủ Dầu Một. ......74
Hình 3.7 – Kết quả kiểm định thủy lực năm 2009 tại trạm Thủ Dầu Một. ..............74
Hình 3.8 – Phân bố nồng độ ô nhiễm BOD cao nhất ...............................................76
Hình 3.9 – Phân bố nồng độ ơ nhiễm Ammonia cao nhất........................................77
Hình 3.10 – Phân bố nồng độ ơ nhiễm Nitrate cao nhất ..........................................78
Hình 3.11 – Phân bố DO trung bình .........................................................................79
vii
DANH MỤC THUẬT NGỮ VÀ TỪ VIẾT TẮT
BĐKH
Biến đổi khí hậu
BOD
Biological Oxygen Demand – Nhu cầu oxy sinh hóa
CLN
Chất lượng nước
COD
Chemical Oxygen Demand – Nhu cầu oxy hóa học
ĐBSCL
Đồng bằng sơng Cửu Long
DBPs
Disinfection by-products - Sản phẩm phụ q trình khử trùng
DO
Dissolved Oxygen - Oxy hịa tan
KCN
Khu cơng nghiệp
KCX
Khu chế xuất
KHCNAT
Kế hoạch cấp nước an toàn
QCVN
Quy chuẩn Việt Nam
WQI
Water Quality Index – Chỉ số chất lượng nước
WHO
World Health Organization - Tổ chức Y tế Thế giới
8
MỞ ĐẦU
1.
TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Hiện nay Việt Nam có trên 240 nhà máy nước đơ thị hoạt động. Riêng ở thành
phố Hồ Chí Minh ước tính đến năm 2015, nhu cầu sử dụng nước sạch lên đến 2.490.000
m3/ngày và 3.495.000 m3/ngày đến năm 2025, trong đó lấy từ nguồn nước mặt chiếm
84.5%. Đối với khu vực Thành phố Hồ Chí Minh, nhu cầu khai thác nước từ nguồn nước
sơng Sài Gịn là 600.000 m3/ngày và từ nguồn nước sơng Đồng Nai là 1.650.000 m3/ngày
tính đến năm 2015 [1]. Là một nguồn tài nguyên thiên nhiên hữu hạn, nước đóng vai trị
đặc biệt quan trọng, là điều kiện thiết yếu cho sự tồn tại và phát triển của tự nhiên, con
người, kinh tế và xã hội. Tuy nhiên, nguồn tài nguyên nước có thể sử dụng đang dần cạn
kiệt, khả năng tái tạo giảm do ảnh hưởng của tốc độ khai thác và hoạt động của con
người. Chất lượng nguồn nước suy giảm dẫn đến hậu quả chung chính là sức khỏe con
người bị ảnh hưởng nghiêm trọng, gây tổn thất lớn cho các ngành sản xuất kinh doanh,
ảnh hưởng đến phát triển kinh tế.
Việc gây ô nhiễm nguồn nước sông do nhiều nguyên nhân, do tự nhiên và nguồn
nhân tạo, trong đó các nhóm hoạt động chiếm tải lượng cao gây ơ nhiễm nguồn nước đó
là hoạt động xả thải của khu cụm công nghiệp và hoạt động xả nước thải sinh hoạt của
người dân. Nồng độ ô nhiễm tại nơi tiếp nhận nước thải vượt quá tiêu chuẩn cho phép
làm suy giảm số lượng và chất lượng nguồn nước mặt. Bên cạnh đó, sơng Sài Gịn tiếp
nhận nước thải từ các khu công nghiệp (KCN) đầu nguồn, việc này ảnh hưởng không
nhỏ đến chất lượng nước tại khu vực hạ nguồn, đặc biệt là trạm bơm nước thơ Hịa Phú.
Hoạt động sinh hoạt của người dân dẫn đến việc nguồn nước sơng Sài Gịn phải tiếp
nhận một lượng nước thải sinh hoạt với tải lượng tương đối cao. Ngồi yếu tố nhân tạo,
chất lượng nước có sự thay đổi theo mùa, đặc biệt vào mùa khô, lượng nước đổ về từ
thượng nguồn giảm khiến cho mức độ ô nhiễm tại hạ lưu sông tăng cao, chất lượng nước
bị ảnh hưởng nhiều. Tình trạng biến đổi khí hậu (BĐKH) làm ảnh hưởng đến tính ổn
9
định của nước nguồn cũng như thay đổi quy luật diễn biến chất lượng nước theo chiều
hướng xấu đi, gây ra những hệ quả lớn về nhiều mặt đối với ngành cấp nước (từ nguồn
đến nơi sử dụng), làm thay đổi nhu cầu, tăng tiêu thụ trong khi thay đổi khả năng cung
cấp của tài nguyên nước về lượng và chất.
Nhà máy nước Tân Hiệp thu nước từ sông Sài Gịn tại trạm bơm nước thơ Hịa
Phú, với cơng suất hiện tại là 300.000 m3/ngày, là một trong những nhà máy nước xử lý
nước đơ thị chính, cung cấp nước cho khu vực phía Tây và Tây Nam của Thành phố Hồ
Chí Minh. Tuy nhiên, đến nay nhà máy nước Tân Hiệp vẫn chưa hoạt động hết công suất
thiết kế do những thay đổi bất thường về chất lượng nước, diễn biến phức tạp theo chiều
hướng xấu dần đi, ảnh hưởng đến việc cung cấp nước sạch cho lưu vực.
Chịu áp lực môi trường từ nhiều nguồn tác động, từ năm 2002 đến nay đã có nhiều
sự cố mơi trường xảy ra trên sơng Sài Gịn [2], điển hình như:
Tháng 12/2002: ô nhiễm chất hữu cơ nghiêm trọng, dẫn đến tình trạng cá chết
hàng loạt trên sơng.
Tháng 3/2005: nhiễm mặn nghiêm trọng khiến nhà máy nước Tân Hiệp phải
ngưng hoạt động tạm thời.
Năm 2007: nước bị ô nhiễm nặng, nồng độ Mn tăng gấp 4 lần, nồng độ
Ammonium tăng gấp 10 lần và tổng Coliform tăng gấp 30 lần so với khảo sát
năm 2005. Ngồi ra, chất lượng nước cịn phải đối mặt với tình trạng độ đục
cao, pH thấp và bị nhiễm mặn trong mùa khô.
Đặc biệt, sự cố vỡ đập chứa nước thải của công ty San Miguel Pure Foods
Việt Nam vào tháng 7/2009 gây ô nhiễm nghiêm trọng nguồn nước, đe dọa
an toàn cấp nước cho nhà máy nước Tân Hiệp. Kết quả phân tích mẫu nước
thải từ hồ chứa có nồng đồ ơ nhiễm rất cao. COD vượt tiêu chuẩn 263.8 lần,
SS vượt tiêu chuẩn 165.6 lần, tổng nitơ vượt 44.6 lần, đỉnh điểm là nồng độ
ammonia tăng đến 3 mg/l, cao nhất đo được trên sơng Sài Gịn từ khi nhà máy
nước Tân Hiệp hoạt động.
10
Những con số trên cho thấy sự quan trọng của công tác đánh giá rủi ro, phát hiện
kịp thời các sự cố và giải pháp ứng phó. Cơng tác đánh giá chất lượng nước và cấp nước
an toàn trở thành vấn đề quan trọng và được quan tâm hàng đầu của ngành cấp nước.
Việc đánh giá rủi ro chất lượng nước nước sơng Sài Gịn khu vực trạm bơm nước thơ
Hịa Phú trong tình hình ảnh hưởng của BĐKH và mực nước biển dâng là rất cần thiết.
Đánh giá rủi ro, đánh giá chất lượng nước này đóng góp vào cơng tác dự báo, từ
đó đưa ra các giải pháp từ phòng ngừa cho đến xử lý giải quyết, nhằm có thể ứng phó
kịp thời và hợp lý với các biến động bất ngờ của chất lượng nước. Tuy nhiên, việc tính
tốn mơ phỏng sự ơ nhiễm nước sơng rất phức tạp, bao gồm nhiều q trình phức tạp địi
hỏi phải có một cơng cụ đủ mạnh mới có thể giải quyết được yêu cầu đặt ra và tính ứng
biến cao. Đây là đoạn sơng có khả năng bị ảnh hưởng nhiều do ơ nhiễm nguồn nước
sơng Sài Gịn, ảnh hưởng bởi chế độ bán nhật triều, chế độ thủy văn thủy lực phức tạp,
chưa có nhiều nghiên cứu đầy đủ về vấn đề chất lượng nước cũng như về việc ứng dụng
các mơ hình hiện đại để mơ phỏng, tính tốn vẫn cịn hạn chế.
Với sự phát triển của cơng nghệ thơng tin, các mơ hình tốn ứng dụng ngày càng
được phát triển nhanh. Các mơ hình trở thành công cụ phục vụ đắc lực cho lĩnh vực quản
lý tài nguyên và môi trường. Kế thừa những thành tựu và kỹ thuật sử dụng mơ hình tốn
trong đánh giá chất lượng nước trong khu vực cần được quan tâm xem xét.
Đề tài nghiên cứu “Đánh giá rủi ro chất lượng nước sơng Sài Gịn – khu vực
Trạm bơm Hịa Phú (cấp nước cho nhà máy nước Tân Hiệp), phục vụ chương trình
cấp nước an tồn” được thực hiện nhằm ứng dụng cơng nghệ hiện đại chính là mơ hình
tốn MIKE 11 để mơ phỏng và tính tốn chế độ thủy lực cũng như chất lượng nước sơng
Sài Gịn ở khu vực trên, hỗ trợ công tác đánh giá rủi ro trong cấp nước an toàn cho Nhà
máy nước Tân Hiệp. Kết quả nghiên cứu có thể cung cấp cái nhìn cụ thể hơn về diễn
biến, kịch bản ơ nhiễm và nguy cơ đối với chất lượng nước, góp phần cải thiện công tác
quản lý nguồn nước phục vụ trong tương lai được tốt hơn.
11
2.
MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
Đánh giá thực trạng và rủi ro về chất lượng nước sơng Sài Gịn tại khu vực trạm
bơm Hòa Phú (cấp nước cho Nhà máy nước Tân Hiệp) bằng cách ứng dụng thành cơng
mơ hình tốn trong mô phỏng chất lượng nước.
Đề xuất một số giải pháp ứng phó thích hợp, phục vụ chương trình cấp nước an
toàn.
3.
NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
Nội dung nghiên cứu được đề ra với mục đích đạt được mục tiêu nghiên cứu của
đề tài. Bài nghiên cứu gồm một số nội dung chính như sau:
Tổng quan về lưu vực sơng Sài Gịn và một số tài liệu nghiên cứu về ứng dụng
mơ hình toán trong đánh giá chất lượng nước.
Đánh giá hiện trạng và diễn biến chất lượng nước sơng Sài Gịn (khu vực
trạm bơm Hịa Phú) thơng qua việc đánh giá các nguồn gây ô nhiễm và ảnh
hưởng đến cấp nước an toàn của Nhà máy nước Tân Hiệp.
Nghiên cứu ứng dụng mơ hình MIKE 11 vào đánh giá diễn biến chất lượng
nước sơng Sài Gịn (khu vực trạm bơm Hịa Phú) dựa vào các số liệu thu thập
được và các số liệu phân tích chất lượng nước (vật lý, hóa học, vi sinh) trong
phạm vi nghiên cứu.
Đánh giá rủi ro chất lượng nước sơng Sài Gịn và đề xuất một số giải pháp
ứng phó rủi ro, đảm bảo chương trình cấp nước an tồn dựa vào kết quả chạy
mơ hình tốn mô phỏng diễn biến chất lượng nước:
Đánh giá chất lượng nước giai đoạn 2010 đến 2015 dựa vào số liệu quan
trắc thực đo.
Nghiên cứu đánh giá thí điểm một số chỉ tiêu chất lượng nước giai đoạn
2010 – 2012 dựa vào kết quả mơ phỏng của mơ hình tốn.
12
4.
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Phương pháp tổng quan tài liệu và thu thập số liệu
Thu thập thông tin, tổng hợp tài liệu liên quan đến đặc điểm điều kiện tự nhiên,
hiện trạng diễn biến chất lượng nước lưu vực sông Sài Gịn.
Kế thừa các số liệu quan trắc nước sơng Sài Gịn từ bộ dữ liệu quan trắc của tỉnh
Bình Dương, kết hợp cùng số liệu trong quá trình vận hình tại trạm bơm Hòa Phú giai
đoạn 2010 – 2014 và khảo sát, phân tích bổ sung trong năm 2015.
Phương pháp khảo sát thực địa
Thu thập thông tin hiện tại của trạm bơm Hịa Phú và các vị trí khảo sát, lấy mẫu.
Khảo sát các nguồn gây ơ nhiễm chính, các thơng số cần quan trắc như: thơng số thủy
văn, hóa lý cơ bản có thể đo nhanh tại hiện trường.
Khảo sát, chụp ảnh tư liệu hiện trường, ghi nhận hiện trạng thực tế tại khu vực
khảo sát.
Phương pháp lấy mẫu, phân tích
Thời gian lấy mẫu: mẫu được lấy định kì 1 lần/tháng, vào tuần thứ 2 mỗi tháng.
Thời gian lấy mẫu khảo sát kéo dài từ tháng 1 đến tháng 11/2015, đảm bảo có những
mẫu đại diện được cho mùa mưa (Tháng 5 – tháng 11) và mùa khô (Tháng 12 – tháng
4).
Vị trí lấy mẫu: Lấy mẫu khảo sát bổ sung tại 04 vị trí dọc sơng Sài Gịn, trong
khu vực xung quanh trạm bơm Hòa Phú để đánh giá thực trạng chất lượng nước.
Quy trình lấy mẫu: tuân thủ đúng Thông tư số 10/2007/TT-BTNMT (ngày
22/10/2007) về hướng dẫn bảo đảm chất lượng và kiểm soát chất lượng nước trong quan
trắc môi trường. Đo nhanh các thông số như nhiệt độ, pH, DO tại hiện trường bằng máy
đo cầm tay HACH.
Phân tích chất lượng nước: Đề tài đánh giá các thơng số hóa lý của chất lượng
nước như: độ đục, độ màu, nhiệt độ, chất rắn lơ lửng (SS), oxy hòa tan (DO), pH, độ
13
kiềm, độ cứng, độ mặn, độ dẫn điện (EC), ammonia (N-NH3), nitrit (NO2-), nitrat (NO3),
photphat (NO43-), sunfua (S2-), sunfat (SO42-), nhu cầu oxy sinh hóa (BOD5), nhu cầu oxy
hóa học (COD), các chỉ tiêu kim loại như sắt (Fe), mangan (Mn), đồng (Cu), chì (Pb),
nhơm (Al), kẽm (Zn); riêng tại vị trí họng thu trạm bơm Hịa Phú cịn phân tích thêm các
chỉ tiêu vi sinh như Coliform, E. Coli.
Phương pháp mơ hình hóa
Các bước triển khai mơ mình hóa môi trường trong đề tài bao gồm:
Thu thập số liệu đầu vào (mạng lưới sông, mặt cắt, thủy văn, chất lượng
nước).
Xây dựng mơ hình thủy lực (bao gồm hiệu chỉnh và kiểm định thủy lực).
Xây dựng mơ hình chất lượng nước (bao gồm hiệu chỉnh và kiểm định chất
lượng nước).
Xây dựng các kịch bản mơ phỏng.
Tính tốn các kịch bản.
Phương pháp xử lý và phân tích số liệu (phương pháp đánh giá chất lượng
nước)
Kết hợp số liệu quan trắc, số liệu khảo sát thực địa từ trạm bơm Hòa Phú, các số
liệu từ phương pháp thu thập tài liệu, dùng chương trình Excel để xứ lý số liệu, hiển thị
ở dạng đồ thị, biểu đồ, cung cấp một cái nhìn tổng quát về diễn biến chất lượng nước
trong giai đoạn 2010 – 2015.
Từ kết quả đánh giá sơ bộ trên, tiến hành đánh giá tổng hợp chất lượng nước WQI
so sánh với với QCVN 08:2008/BTNMT – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng
nước mặt. Kết hợp kết quả chạy mơ hình thủy động lực học MIKE 11, tiến hành phân
tích xu thế diễn biến chất lượng nước trong tương lai.
Tổng hợp các kết quả sau khi phân tích, đề xuất các kịch bản đánh giá rủi ro và
kế hoạch ứng phó phù hợp.
14
Phương pháp đánh giá rủi ro
Nhận diện các mối nguy hại: dựa vào tài liệu ghi chép thực tế các sự cố của hệ
thống cấp nước do trạm bơm Hòa Phú trong quá trình vận hành ghi lại và kết quả mơ
phỏng của mơ hình với các kịch bản ơ nhiễm khác nhau để dự đoán các mối nguy hại có
thể xảy ra.
Đánh giá rủi ro các mối nguy hại: theo mức độ tác động và tần xuất xảy ra dựa
trên các tiêu chuẩn đánh giá rủi ro, kinh nghiệm thực tế và kết quả từ mơ hình mơ phỏng.
Áp dụng phương pháp phân tích rủi ro bán định lượng (ma trận rủi ro) để xác định mức
độ rủi ro cho từng mối nguy hại.
5.
PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Sông Sài Gịn khu vực trạm bơm Hịa Phú đóng vai trị quan trọng trong việc cung
cấp nước nguồn cho Nhà máy nước Tân Hiệp để xử lý nước mặt, phân phối nước
sạch cho khu vực phía Tây và Tây Nam Thành Phố Hồ Chí Minh, đặc biệt là quận
6 và quận 8 (hai khu vực khan hiếm nước) [3]. Phạm vi quan trắc là khu vực xung
quanh trạm bơm Hòa Phú, từ chân cầu Phú Cường đến rạch Tám Tắt.
15
Hình 0.1 – Phạm vi quan trắc
Phạm vi mô hình mơ phỏng khu vực sơng Sài Gịn, thuộc phần lớn địa phận Thành
Phố Hồ Chí Minh và tỉnh Bình Dương. Giới hạn trên phạm vi mơ hình mơ phỏng
là từ hồ Dầu Tiếng tại tỉnh Tây Ninh, giới hạn dưới tại Bình Phước.
16
Hình 0.2 – Phạm vi mơ hình tính tốn khu vực thượng nguồn sơng Sài Gịn
6.
TÍNH MỚI VÀ Ý NGHĨA KHOA HỌC, THỰC TIỄN
Ý nghĩa khoa học
Đánh giá được rủi ro chất lượng nước của sơng Sài Gịn – khu vực trạm bơm Hịa
Phú qua việc phân tích số liệu chất lượng nước cũng như ứng dụng mơ hình tích
hợp trong tính tốn các nguồn thải và chất lượng nước thuộc phạm vi nghiên cứu.
17
Ý nghĩa thực tiễn
Trước khi lập chương trình cấp nước an toàn cho nhà máy nước Tân Hiệp, việc
đánh giá rủi ro chất lượng nước một cách cụ thể tại khu vực trạm bơm Hòa Phú
là rất cần thiết, giúp dự báo và hạn chế những sự cố bất ngờ ngay từ giai đoạn thu
nước vào, giảm nguy cơ của sự cố và gánh nặng cho các giải pháp ứng phó trong
trường hợp khơng hay bất ngờ xảy ra.
Tính mới của đề tài
Dù đã có nhiều nghiên cứu đánh giá về ảnh hưởng của biến đổi khí hậu cũng như
những thay đổi về chất lượng nước nguồn, cụ thể là nước sơng Sài Gịn, tuy nhiên
vẫn chưa có nghiên cứu nào về khu vực trạm bơm Hòa Phú, một trong những vị
trí thu nước có ảnh hưởng trực tiếp đến công tác cấp nước.
Việc đánh giá rủi ro chất lượng nước sơng Sài Gịn bằng phương pháp mơ hình
tích hợp chất lượng nước có xét đến BĐKH, mực nước dâng cụ thể cho một khu
vực vẫn là một nghiên cứu mới, những tiền đề của những nghiên cứu trước cần
được kế thừa và ứng dụng rộng rãi hơn cho những đối tượng cụ thể, như trong bài
nghiên cứu này là trạm bơm Hòa Phú.
18
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. TỔNG QUAN ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN KHU VỰC SƠNG SÀI GỊN
1.1.1.
Đặc điểm điều kiện tự nhiên
1.1.1.1.
Vị trí địa lý
Lưu vực sơng Sài Gịn có vị trí địa lý nằm trong khoảng tọa độ từ 10,75o đến 11,9o
độ vĩ Bắc và từ 106,2o đến 106,8o độ kinh Đơng. Sơng Sài Gịn bắt nguồn từ lưu vực cao
ngun Hớn Quảng, tỉnh Bình Phước chảy qua địa phận tỉnh Bình Dương, Thành phố
Hồ Chí Minh rồi hợp lưu với sơng Đồng Nai ở mũi Đèn Đỏ.
Các vị trí tiếp giáp của lưu vực sơng Sài Gịn:
Phía Bắc giáp: Campuchia.
Phía Nam giáp: lưu vực sơng Nhà Bè.
Phía Đơng giáp: lưu vực sơng Bé và lưu vực sơng Đồng Nai.
Phía Tây giáp: lưu vực sông Vàm Cỏ Đông.
Lưu vực sông Sài Gòn là một lưu vực rộng, hạ lưu của hồ Dầu Tiếng (địa phận
Việt Nam là 4710 km2, chảy ngang qua Thành phố Hồ Chí Minh trên một đoạn 15km
(trong khoảng 280km chiều dài dịng chính) và đổ ra sơng Nhà Bè tại mũi Đèn Đỏ, hợp
lưu với sông Đồng Nai. Từ Thủ Dầu Một đến cửa sơng Sài Gịn độ rộng chừng 100 –
200m, khá sâu ở khu vực gần cửa sơng, lưu lượng trung bình vào khoảng 54 m3/s, độ
sâu có chỗ tới 20m.
1.1.1.2. Đặc điểm địa hình
Nhìn chung địa hình tương đối bằng phẳng, ít phức tạp, độ dốc khơng lớn và có
độ cao giảm dần từ phía Đơng Bắc xuống phía Tây Nam. Trong đó, địa hình chủ yếu là
địa hình dạng bằng phẳng, cao xen đồng bằng hẹp (55%), tiếp theo là dạng dò đồi ở khu
vực phía Bắc (25%) và dạng trũng thấp khu ven sơng Sài Gịn (20%).
1.1.1.3. Đặc điểm địa chất – thổ nhưỡng
