Mô hình lan truyền chất và ứng dụng nghiên cứu ô nhiễm môi trường do họat động nuôi cá bè trên sông cửu long

Đại Học Quốc Gia Tp. Hồ Chí Minh
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
-------------------------

TRẦN THỊ NGỌC TRIỀU

MÔ HÌNH LAN TRUYỀN CHẤT VÀ ỨNG DỤNG
NGHIÊN CỨU Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG DO HOẠT ĐỘNG
NUÔI CÁ BÈ TRÊN SÔNG CỬU LONG

Chuyên ngành
Mã số ngành

:XÂY DỰNG CÔNG TRÌNH THỦY
:60.58.40

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng…… naêm …. . .


TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
PHÒNG ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

Tp. HCM, ngày…… tháng …… năm ……

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Phaùi: . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Ngày, tháng, năm sinh: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Nôi sinh: . . . . . . . . . . . . . . .
Chuyên ngành: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . MSHV: . . . . . . . . . . . . . . . .
I – TÊN ĐỀ TÀI:
....................................................................
....................................................................
....................................................................
II – NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
....................................................................
....................................................................
....................................................................
....................................................................
....................................................................
....................................................................
....................................................................
.
III – NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:
IV – NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ:
V – CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
....................................................................
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
CN BỘ MÔN
QL CHUYÊN NGÀNH

Nội dung và đề cương luận văn thạc só đã được Hội đồng chuyên ngành thông qua.

TRƯỞNG PHÒNG ĐT - SĐH

Ngày tháng năm
TRƯỞNG KHOA QL NGÀNH

CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học:...................................................................................

Cán bộ chấm nhận xét 1:.........................................................................................

Cán bộ chấm nhận xét 2:.........................................................................................

Luận văn thạc só được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN
THẠC SĨ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày ...........tháng ...........năm...........


Tóm tắt
Luận văn xây dựng một mô hình tính toán lan truyền chất 3 chiều trong
sông và ứng dụng nghiên cứu ô nhiễm do nuôi cá bè trên sông Hậu. Trường vận
tốc 3 chiều được tính bằng cách phân bố theo quy luật logarit lời giải vận tốc 2
chiều trung bình chiều sâu trong khi lan truyền chất ô nhiễm được giải từ phương
trình vận tải 3 chiều đầy đủ. Phương trình chuyển động 2 chiều được giải bằng
phương pháp sai phân hữu hạn theo sơ đồ ADI của Ponce-Yabusaki. Phương trình
tải chất 3 chiều được giải theo phương pháp thể tích hữu hạn, sơ đồ ADI của
Douglas-Gunn trong toạ độ “sigma”.
Mô hình được kiểm chứng với lời giải giải tích. Một số kết quả ban đầu mô
phỏng lan truyền ô nhiễm ở làng nuôi cá bè Mỹ Hoà Hưng, Long Xuyên cũng
được trình bày.

Abstract

The thesis presented a 3D model for substance transport in river and its
application for simulation of pollutant transport in Hau river due to floating cages
raising. 3D flow-field was solved by logarithmic distributing 2D flow-field of
averaged height. Pollutant transport are calculated by solving its full 3D transport
equation. The 2D continuum and momentum equations was solved by finited
difference method with ADI scheme of Ponce-Yabusaki. The 3D transport
equation was solved by finited volume method with ADI scheme of Douglas –
Gunn in “sigma” transformed co-ordinate.
The model was tested over analytical solution. Some preliminary results
of simulation for pollutant transport of My Hoa Hung floating cages area are also
presented.


MỤC LỤC
Trang
Chương 1
GIỚI THIỆU

1

1.1 Cơ sở hình thành đề tài

1

1.2 Mục tiêu nghiên cứu

2

1.3 Nội dung nghiên cứu

2

1.4 Phương pháp nghiên cứu

3

Chương 2
ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN VÀ MÔI TRƯỜNG SÔNG CỬU LONG

4

2.1 Điều kiện tự nhiên – hiện trạng môi trường nước mặt

4

2.2 Tác động môi trường của hoạt động nuôi cá bè

7

2.3 Các nghiên cứu đã thực hiện

12

2.4 Kết luận

13

Chương 3
MÔ HÌNH LAN TRUYỀN CHẤT

14

3.1 Giới thiệu

14

3.2 Mô tả mô hình

14

3.2.1 Mô hình dòng chảy

14

3.2.1.1 Phương trình cơ bản

14

3.2.1.2 Điều kiện biên

16

3.2.1.3 Phương pháp giải

17

3.2.1.4 Logarit hoá vận tốc dòng chảy theo chiều sâu
22
3.2.2 Mô hình lan truyền chất 3 chiều
3.2.2.1 Phương trình cơ bản

22
22


3.2.2.2 Mô hình độ nhớt rối

23

3.2.2.3 Điều kiện biên

24

3.2.2.4 Phương pháp giải

25

3.3 Kiểm chứng mô hình

29

3.4 Kết luận

32

Chương 4
MÔ PHỎNG LAN TRUYỀN Ô NHIỄM DO NUÔI CÁ BÈ
TRÊN SÔNG CỬU LONG

33

4.1 Giới thiệu

33

4.2 Hiệu chỉnh mô hình thuỷ lực 2 chiều

38

4.3 Mô phỏng lan truyền chất ô nhiễm hiện trạng

41

4.3.1 Phương án I

41

4.2.2 Phương án II

53

4.3.3 Kết luận

59

4.4 Dự báo ô nhiễm

59

4.5 Kết luận

76

Chương 5
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
5.1 Kết luận

78

5.2 Kiến nghị

78

5.2.1 Những vấn đề còn tồn tại trong nghiên cứu

78

5.2.2 Hướng phát triển tiếp theo của nghiên cứu

79

Phụ lục

80

PL 4.1

80

PL 4.2

82

Tài liệu tham khảo

83

Lý lịch trích ngang

85

78


LỜI NÓI ĐẦU
Hiện nay trên thế giới cũng như ở Việt Nam, nguy cơ xảy ra thảm hoạ môi
trường nước là rất lớn. Nhiều nhà máy, khu công nghiệp, nông nghiệp, chăn nuôi tập
trung được hình thành, giao thông thủy phát triển. Tất cả mọi sự phát triển này đều
hướng đến việc tạo ra các sản phẩm phục vụ cho nhu cầu của con người, tạo điều kiện
sống tốt hơn, nhưng đồng thời cũng thải ra các loại chất bẩn đa dạng khác nhau, làm
cho môi trường trở nên xấu đi, nhiều nơi khan hiếm nước ngọt và nhiều nguồn nước bị
ô nhiễm gây bao tai họa, bệnh dịch chết người, phá hủy môi trường sinh thái và ảnh
hưởng nặng nề tới nền kinh tế
Nếu tình trạng môi trường tiếp tục suy thoái thì có thể sẽ dẫn đến hậu quả
nghiêm trọng cho loài người. Vì vậy vấn đề kiểm soát ô nhiễm rất được quan tâm
nghiên cứu và xây dựng các công cụ trợ giúp tính toán quá trình phát tán ô nhiễm là
một nội dung quan trọng.
Đề tài mà chúng tôi đang thực hiện nhằm xây dựng một mô hình toán số 3
chiều tính toán sự lan truyền chất trong sông. Mô hình được ứng dụng để nghiên cứu
ô nhiễm môi trường do hoạt động nuôi cá bè trên sông Cửu Long.

Luận văn thành công, tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ về kiến thức, tinh
thần của quý Thầy Cô trong bộ môn Tài Nguyên Nước và bộ môn Cơ Lưu Chất đã
tạo điều kiện thuận lợi cho tôi thực hiện được nguyện vọng chính của mình. Đặc biệt
là sự giúp đỡ tận tình của thầy Lê Song Giang đã cho tôi nhiều bài học kinh nghiệm
trong khoa học cũng như trong cuộc sống.
Bên cạnh đó, tôi cũng xin cảm ơn Phó Giáo Sư – Tiến Sỉ Lê Mạnh Hùng
(viện Khoa Học Thủy Lợi Miền Nam) đã cho phép tôi sử dụng số liệu địa hình khu
vực Cù lao ng Hổ; và sự giúp đỡ của Sở Tài Nguyên-Môi Trường, Sở Khoa Học
Công Nghệ tỉnh An Giang về tài liệu chất lượng nước mặt của khu vực nghiên cứu.


-1-

Chương

1

GIỚI THIỆU
1.1

CƠ SỞ HÌNH THÀNH ĐỀ TÀI
Lan truyền chất trong dòng chảy liên quan đến nhiều lónh vực: môi trường,

xây dựng, thủy lợi, cơ khí, hoá học… Một số bài toán điển hình như lan truyền
chất ô nhiễm trong dòng chảy; vận tải và bồi lắng phù sa; lan truyền khói bụi
trong không khí; sự hoà trộn của nhiên liệu và ôxy trong buồng đốt động cơ; làm
mát trong các thiết bị nhiệt… Về mặt cơ học, tất cả các bài toán này chỉ là một và
được mô tả bởi cùng một phương trình vi phân. Làm chủ được việc tính toán bài
toán lan truyền chất sẽ giúp công việc của người kỹ sư được thực hiện ở chất
lượng cao hơn.

Nghiên cứu ô nhiễm môi trường do hoạt động nuôi cá bè trên sông Cửu
Long về cơ bản cũng cần được đặt trên cơ sở của bài toán lan truyền chất. Trong
nhiều năm qua, sản lượng cũng như chất lượng cá nước ngọt ở Đồng bằng sông
Cửu Long không ngừng gia tăng, được thị trường trong nước và quốc tế chấp
nhận. Điều này đã tạo cơ sở cho việc dịch chuyển cơ cấu kinh tế của khu vực;
trong đó, ngành nuôi trồng thủy sản được xem là mũi nhọn đột phá. Tuy nhiên,
hiện nay việc phát triển các bè cá diễn ra một cách tự phát. Mật độ và vị trí neo
đậu chưa được bố trí sắp xếp một cách khoa học nên đã ảnh hưởng đến chất
lượng nguồn nước. Ô nhiễm môi trường đã và đang gây trở ngại lớn cho tốc độ
phát triển kinh tế nói chung và nuôi trồng thuỷ sản nói riêng, làm cho nguồn nước
sử dụng bị thu hẹp rất nhiều. Cần phải có biện pháp ngăn chặn cũng như bảo vệ.
Trước hết phải tính toán được diễn biến và lan truyền các chất ô nhiễm trong
mạng lưới sông kênh. Đánh giá được diễn biến môi trường sẽ là cơ sở để quy


-2-

hoạch và xây dựng kế hoạch phát triển việc nuôi cá bè, bảo đảm sự cân bằng hài
hoà các nguồn lợi, bảo vệ bền vững tài nguyên thiên nhiên. Vì vậy, việc tính toán
mô phỏng dòng chảy và lan truyền chất là một bước rất cần thiết cho việc điều
chỉnh, quy hoạch lại vùng nuôi thủy sản đồng thời đánh giá về vấn đề môi trường
đang được quan tâm rất nhiều hiện nay.
1.2

MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
Mục tiêu của luận văn này là nhằm tìm hiểu rõ hơn về bản chất thuỷ lực

của dòng chảy cũng như quá trình lan truyền chất, cơ chế tự làm sạch trong sông.
Tiếp cận với các phương pháp nghiên cứu khoa học tiến tiến, nâng cao kiến thức
chuyên môn, đáp ứng cho nhu cầu học thuật của bản thân.

Ngoài ra, vận dụng những lý thuyết đã học vào các vấn đề thực tiễn phục
vụ cho đời sống con người cũng là một mục tiêu của luận văn này. Trên cơ cở kết
quả nghiên cứu ban đầu, tiến hành đánh giá về ô nhiễm môi trường, đẩy mạnh
nuôi trồng thủy sản, có chiến lược quản lý và khai thác nguồn tài nguyên nước
phù hợp để có thể khai thác bền vững, lâu dài mà góp phần hạn chế ô nhiễm, bảo
vệ môi trường.
1.3

NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
Luận văn sẽ bao gồm 3 nội dung chính sau:
− Xây dựng một mô hình tính toán lan truyền chất trong sông.
− p dụng mô hình để đánh giá ô nhiễm môi trường do hoạt động nuôi
cá bè trên sông Cửu Long.
− Dự báo các nguyên nhân làm ảnh hưởng đến chế độ dòng chảy cũng
như ô nhiễm môi trường nước, từ đó đề ra phương án hạn chế, khắc
phục.


-3-

1.4

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Nhìn chung, cho bài toán lan truyền chất người ta có thể sử dụng 2 phương

pháp nghiên cứu: phương pháp thực nghiệm (đo ngoài hiện trường) và phương
pháp tính toán bằng mô hình toán số. So với thực nghiệm, phương pháp mô hình
toán số có nhiều ưu thế hơn. Đó là cho kết quả nhanh và ít tốn kém. Với ưu thế
như vậy nên phương pháp nghiên cứu này đã được chúng tôi chọn sử dụng. Để
làm chủ công việc nghiên cứu, chúng tôi đã xây dựng một chương trình máy tính

và sử dụng nó để nghiên cứu ô nhiễm do nuôi cá bè trên sông Hậu đoạn Long
Xuyên.
Chương trình máy tính cho phép tính toán quá trình lan truyền chất trong
không gian 3 chiều. Mô hình kết hợp tính toán dòng chảy 2 chiều nước nông với
giải phương trình vận tải 3 chiều. Trường vận tốc 3 chiều được tính bằng cách
phân bố theo quy luật logarit lời giải vận tốc 2 chiều trung bình chiều sâu.
Ngoài ra còn kết hợp các phương pháp thu thập, tổng hợp đánh giá và
nghiên cứu thực nghiệm số.


-4-

Chương

2

ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN MÔI TRƯỜNG SÔNG CỬU LONG
2.1 ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN – HIỆN TRẠNG MÔI TRƯỜNG NƯỚC MẶT
Đồàng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) nằm trong khu vực khí hậu nhiệt đới
gío mùa, nhiệt độ trung bình khoảng 260C –270C, lượng mưa trung bình hằng
năm dao động khoảng 1200 - 2400mm tuỳ theo không gian và thời gian, khí hậu
trong năm chia làm hai mùa rõ rệt, mùa mưa có gió mùa Tây Nam từ tháng 5 –
tháng 11 và mùa khô có gió mùa Đông Bắc từ tháng 12 – tháng 4 năm sau.
Nguồn nước ngọt dồi dào từ thượng lưu sông Mê Kông đổ về với lưu lượng
khoảng 475tỷ m3/năm tập trung theo các sông lớn như sông Tiền, sông Hậu chảy
qua các tỉnh, cung cấp nước sinh hoạt và sản xuất cho cả vùng. Vào mùa lũ lưu
lượng tăng cao từ 20.000 – 30.000 m3/s, trong khi đó vào mùa kiệt, lưu lượng
giảm nhỏ và chỉ còn khoảng 2000 – 4000 m3/s, bằng 10 –20% lưu lượng mùa lũ.
Ngoài ra các sông này còn là tuyến giao thông thuỷ quan trọng trong khu
vực. Tài nguyên do các con sông này mang lại ngoài nước ngọt, còn có cát phục

vụ cho công tác xây dựng; phù sa hằng năm bồi tích làm trù phú cho những cánh
đồng, đưa sản lượng lúa của khu vực vượt lên đứng đầu cả nước trong nhiều năm.
Với lợi thế về khí hậu, nguồn nước ngọt quanh năm, đặc điểm về thuỷ lý
hoá và thuỷ sinh phù hợp với điều kiện, chu kỳ sinh trưởng của các loài cá nước
ngọt nói chung cá Tra, cá Ba sa nói riêng. Chiều dài các sông lớn ( >200km ) là
thuỷ vực quan trọng để phát triển nghề nuôi trồng thủy sản.
Chất lượng nước mặt khu vực ĐBSCL vào mùa mưa và mùa khô.


-5-

Mùa

pH

DO

Độ đục

SS

Coliform

(mg/l)

(NTU)

(mg/l)

(MPN/100ml)

Tỉnh

Khô

Lũ

Khô

Lũ

Khô

Lũ

Khô

Lũ

Khô

Lũ

Đồng Tháp

6,67

7,60

3,83

4,90

115

175

87

191

51

8,3x103

An Giang

7,24

7,30

4,73

3,00

18

168

33

235

6 x105

6,2x104

Cần Thơ

6,86

7,55

4,46

4,89

10

22

20

44

1,4x105

1,4 x105

Vónh Long

6,87

7,78

4,42

4,30

11

74

22

95

6,5x104

6,7 x105

Tiền Giang

7,09

7,10

5,28

5,28

21.5

91

37

66

3,2x104

3,5 x105

Long An

6,06

6,63

3,33

3,61

44

56

32

88

4,6x103

4,9 x104

Kiên Giang

3,65

5,30

4,75

4,70

25

128

16

72

31

1,1 x102

(Nguồn: Phòng thí nghiệm Viện Môi trường và Tài nguyên Tp.HCM).
pH: Giá trị pH vào mùa khô trong vùng nước ngọt như Đồng Tháp, An
Giang, Cần Thơ và Tiền Giang dao động trong khoảng 6,5 – 8,5, trung tính đến

kiềm nhẹ.
Độ đục và cặn lơ lửng (SS): Độ đục vào mùa khô ở sông Tiền và sông Hậu
thấp, dao động từ 9 - 90NTU, giá trị trung bình 30NTU. Trong khi vào mùa lũ độ
đục trung bình lên đến 135 NTU, dao động trong khoảng 80 –280 NTU. Hàm
lượng cặn lơ lửng (phù sa) trung bình vào mùa khô khoảng 33mg/l, trong khi vào
mùa lũ lên đến 150 mg/l.
Coliform: Số vi khuẩn đường ruột Coliform đánh giá mức độ nhiễm phân,
hay nói cách khác nhiễm chất thải sinh hoạt/chăn nuôi. Hàm lượng này cao
(thông thường > 1500 MPN/100ml) chứng tỏ nguồn nước bị nhiễm chất thải sinh
hoạt hay chăn nuôi. Hàm lượng Coliform ở sông Tiền và sông Hậu tại các thành
phố lớn như Cần Thơ, Mỹ Tho đều cao trong tất cả các mùa (30.000 – 50.000
MPN/100ml), đặc biệt rất cao vào mùa khô (tháng 2). Điều này cho thấy nước
mặt tại các thành phố lớn bị nhiễm bẩn nước thải/chất thải sinh hoạt nặng neà.


-6-

COD hoặc BOD5 cũng là thông số đánh giá mức độ nhiễm bẩn chất hữu
cơ. Hầu hết các điểm giám sát đều có COD và BOD nhỏ hơn tiêu chuẩn cho phép
(COD <35mg/l và BOD5<6mg/l).

BiĨu ®å: DiƠn biÕn nång ®é chất hữu cơ BOD5 trên sông Tiền
từ năm 1998 - 2001
8
7
6
5

mgO2/l
4

3
2
1
0
1998

1999

2000

2001

TC

Năm
Mua kho

Mua mua

Trung binh

TCMT

Biểu đồ: Diễn biến nồng độ chất hữu cơ BOD5 trên sông Hậu
từ năm 1998 - 2001
12

10

8

-7-

Như vậy cho đến nay sự ô nhiễm chất hữu cơ trên sông Tiền, sông Hậu
chưa đến mức báo động.
2.2 TÁC ĐỘNG MÔI TRƯỜNG CỦA HOẠT ĐỘNG NUÔI CÁ BÈ
Nuôi cá bè ở ĐBSCL đã có từ những năm 60 của thế kỷ 20, áp dụng hình
thức nuôi bè đầu tiên ở Châu Đốc và Tân Châu (An Giang). Bè nuôi cá ở ĐBSCL
thường được kết hợp vừa là bè cá, vừa là nhà ở. Bè được đặt gần bờ, dọc theo
chiều nước chảy và neo cố định tại một điểm trên sông, có vị trí tiện lợi cho nuôi
cá mà không làm cản trở giao thông và hạn chế sự ô nhiễm môi trường nước.
Vùng ĐBSCL, hiện đang chiếm 60% diện tích nuôi, 55% sản lượng và 61% giá
trị xuất khẩu thủy sản của cả nước, với nguồn xuất khẩu chính là cá tra , cá ba sa
và tôm. Riêng cá tra, cá ba sa được xem như là đặc sản của khu vực.


-8-

Chất lượng nước mặt khu vực làng bè: Do sự phát triển với tốc độ nhanh
các làng nghề nuôi cá bè ở ĐBSCL đang đặt ra những thách thức lớn về ô nhiễm
môi trường nước. Đặc điểm của hoạt động nuôi cá trong lồng bè là lợi dụng
nguồn nước chảy tự nhiên của sông tạo môi trường sống cho cá, do đó ngoài việc
đảm bảo chất lượng nước cho nuôi trồng thuỷ sản còn phải đảm bảo chất lượng
nước sinh hoạt cho cộng đồng, cho nên các chỉ tiêu amoniac và mật số vi sinh
tổng coliforms cũng được kể đến. Để đánh giá chất lượng nước các khu vực làng
bè Châu Đốc (Vónh Mỹ, Vónh Ngươn), Phú Tân (Phú Hiệp), An Phú (Đa Phước),
Châu Phú (Mỹ Phú), Thành phố Long Xuyên (Mỹ Hoà Hưng) trong năm, các khu
vực làng bè được quan trắc 6 đợt, kết quả quan trắc từ năm 1997 đến năm 2003
của Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh An Giang [14] cho thấy chất lượng nước ở

các khu vực làng bè này có diễn biến ô nhiễm về chất hữu cơ, amoniac, chất rắn
lơ lửng, sắt tổng cộng và mật số vi sinh tổng coliforms vào giai đoạn cuối năm gia
tăng hơn so với các tháng đầu năm. Mức độ ô nhiễm đã có khả năng ảnh hưởng
đến chất lượng môi trường nước nuôi trồng thuỷ sản và chất lượng nước sinh hoạt,
cụ thể như sau:
+ Chỉ tiêu pH nước: trung bình dao động từ 6,58 – 7,71 vẫn nằm trong giới
hạn cho phép của TCVN 6774:2000 (Tiêu chuẩn chất lượng nước ngọt bảo vệ đời
sống thuỷ sinh). Đây là một trong những yếu tố môi trường có ảnh hưởng đến quá
trình sinh dưỡng và sự sinh trưởng của các loài thuỷ sinh.
+ Chỉ tiêu DO (oxy hoà tan): trung bình 3,61 – 6,52mg/l. Nồng độ DO
tương đối thấp, thấp nhất là làng bè Vónh Ngươn nồng độ DO chỉ đạt 3,61mg/l
thấp hơn TCMTVN quy định đối với chất lượng nước mặt và nước cho nuôi trồng
thuỷ sản (nồng độ DO ≥6mg/l đối với nước mặt và đạt 5mg/l đối với chất lượng
nước bảo vệ đời sống thuỷ sinh).


-9-

Nguyên nhân có thể do khu vực bè Vónh Ngươn có mật độ neo đậu bè dày,
đa số các bè chưa lắp đặt nhà vệ sinh tự hoại, chưa thực hiện thu gom và xử lý
rác. Số lượng bè neo đậu dày cũng là một nguyên nhân gây giảm khả năng tự
làm sạch của dòng sông, nồng độ chất hữu cơ và cặn lơ lửng qua phân tích cũng
cao hơn các khu vực bè khác, làm giảm hàm lượng oxy hoà tan trong nước.
+ Nồng độ chất hữu cơ (BOD5 ) tại các khu vực làng bè trung bình dao
động từ 3 – 5,33mg/l, vượt nhẹ so với TCMTVN (TCVN 942:1995), nồng độ
BOD5 cao nhất tại khu vực bè Vónh Ngươn (5,33mg/l). Kết quả này một lần nữa
chứng minh cho việc nồng độ DO tại khu vực bè này xuống ở mức thấp hơn so
với tiêu chuẩn cho phép, bởi vì khi nồng độ BOD5 trong nước cao, các vi sinh vật
có trong nước sẽ sử dụng một phần oxy cho hoạt động phân huỷ chất hữu cơ, làm
cho nồng độ DO trong nước bị giảm xuống.

+ Chỉ tiêu sắt tổng cộng: dao động từ 0,75 – 2,62mg/l, nồng độ sắt tổng
cộng cao nhất tại khu vực bè Đa Phước (2,62mg/l), vượt 2,6 lần TCMTVN cho
phép đối với chất lượng nước mặt. Riêng khu vực bè Mỹ Hoà Hưng, nồng độ sắt
tổng cộng đạt giá trị thấp nhất (0,75mg/l) kế đến là khu vực bè Châu Thành
(0,82mg/l) thấp hơn TCVN 5942:1995 quy định. Điều này cho thấy hàm lượng sắt
có trong nước giảm dần tại các khu vực bè ở phía hạ lưu.
Những năm lũ về chậm và nhỏ như 2003 làm các hạt phù sa trong đó có
lẫn sắt từ phía thượng nguồn không trôi mạnh về phía hạ lưu mà lắng từ từ trong
quá trình bị lũ cuốn đi. Hàm lượng sắt cao có khả năng làm giảm hô hấp của cá
do sắt bám trên mang cá.
+ Chỉ tiêu amoniac (N-NH3): dao động từ 0,11-2,14mg/l, vượt nhẹ TCVN
6774:2000 và vượt TCMTVN 5942:1995 gấp 2,2-42,8 lần. Nồng độ amoniac cao
nhất vẫn là khu vực bè Vónh Ngươn. Hàm lượng amoniac trong nước cao thường


- 10 -

tập trung vào thời điểm đầu mùa lũ, sẽ là điều kiện để rong tảo phát triển, làm
giảm lượng oxy hoà tan, ảnh hưởng đến hô hấp của cá…
Chỉ tiêu amoniac trong nước cao do nhiều nguyên nhân, trong đó hoạt
động nuôi cá tập trung cũng làm gia tăng chỉ tiêu này, việc thải trực tiếp các chất
thải từ các hoạt động sinh hoạt của các công nhân sống trên bè, chất thải từ hoạt
động nuôi cá bè (thức ăn thừa, chất thải từ cá…) , chất thải từ các ghe tàu qua lại
trên sông và của dân cư sống gần 2 bên bờ sông v.v.
+ Nói đến chất lượng nước mặt thì chỉ tiêu mật số vi sinh tổng Coliforms là
một trong những chỉ tiêu quan trọng để đánh giá. Hàm lượng vi sinh dao động từ
32,64x103 – 80,3x103, vượt TCMTVN 5942:1995 gấp 6,5 –16,1 lần. Mức độ ô
nhiễm vi sinh thay đổi khác nhau theo từng khu vực bè, cao nhất là khu bè Vónh
Mỹ (80,3 x103MPN/100ml), kế đến là khu vực bè Châu Phú, Mỹ Hoà Hưng và
Vónh Ngươn.

Hàm lượng vi sinh trong nước cao có rất nhiều nguyên nhân: bè không chỉ
là nơi chăn nuôi cá mà còn là nơi để gia đình và công nhân sống, sinh hoạt, một
lượng rác thải sinh hoạt không được xử lý thải trực tiếp ra sông rạch, mặt khác
lượng thức ăn cho cá chưa được cân đối hợp lý, việc sử dụng thức ăn công nghiệp
vẫn còn hạn chế do giá thành cao.
Ngoài ra lũ nhỏ làm khả năng pha loãng các chất ô nhiễm cũng hạn chế,
đây cũng là một trong những nguyên nhân góp phần làm gia tăng nồng độ chất ô
nhiễm có trong nước. Trong thời gian này, do giá cá trên thị trường giảm mạnh,
mức tiêu thụ giảm, đây cũng là lý do khiến ngư dân đưa ra để không tham gia
việc thu gom rác thải (trường hợp khu vực bè Mỹ Hoà Hưng) dẫn đến việc gia
tăng hàm lượng chất ô nhiễm trong nước.


- 11 -

So sánh kết quả phân tích chất lượng nước tại các khu vực nuôi cá bè cho
thấy nồng độ amoniac và coliforms dao động mạnh giữa các tháng trong năm và
giữa các khu vực bè với nhau.
Tháng 7/2000 đã xảy ra vụ chết cá bè hàng loạt ở An Giang mà theo kết
quả điều tra ban đầu của Sở Khoa học Công nghệ và Môi trường An Giang cũng
là do ô nhiễm môi trường nước. Tác động môi trường từ nuôi trồng thuỷ sản trước
hết là từ thành phần thức ăn cho thuỷ sản, các chất thải của chúng và hỗn hợp các
hoá chất như chế phẩm sinh học, thuốc tẩy rửa…thức ăn cặn ước tính khoảng 20%,
các chất cặn bã này cùng với chất thải (phân) tạo nên tải lượng dinh dưỡng đáng
kể trong hệ thuỷ sinh, là nguyên nhân rủi ro của các bệnh và truyền bệnh cho các
loài khác, là nguyên nhân chủ yếu gây phú dưỡng hoá nguồn nước. Hơn nữa, việc
sử dụng ngày càng nhiều các loại phân bón, thuốc bảo vệ thực vật trong nông
nghiệp cũng góp phần làm ô nhiễm nguồn nước.
Hoạt động nuôi cá bè là một trong những thế mạnh của tỉnh An Giang, để
ngành nuôi trồng thuỷ sản phát triển, ngoài yếu tố thị trường thì chất lượng môi

trường sống cũng là một trong những yếu tố quyết định sự phát triển bền vững
của loại hình này. Nuôi cá trong ao hầm thì mức độ ô nhiễm nguồn nước chỉ ảnh
hưởng trong phạm vi hẹp nhưng với loại hình nuôi cá trong lồng bè, lợi dụng
nguồn nước chảy tự nhiên của sông tạo môi trường sống cho cá, do đó ngoài việc
đảm bảo chất lượng nước cho nuôi trồng thuỷ sản còn phải đảm bảo chất lượng
nước sinh hoạt cho cộng đồng.
Tóm lại, chất lượng môi trường nước mặt các khu vực làng bè, đặc biệt là
khu vực bè Vónh Ngươn, Đa Phước, Châu Phú và Mỹ Hoà Hưng cần chú trọng
hơn việc giữ gìn vệ sinh môi trường trong hoạt động nuôi cá bè và sinh hoạt của
công nhân sống trên bè, cân đối nguồn thức ăn cho cá và đảm bảo khoảng cách


- 12 -

co giãn bè tạo môi trường thích hợp cho hoạt động nuôi trồng thuỷ sản và đảm
bảo nguồn nước sinh hoạt cho cộng đồng.
2.3 CÁC NGHIÊN CỨU ĐÃ THỰC HIỆN CHO ĐBSCL
Vùng Đồng bằng Sông Cửu Long do có nhiều thuận lợi về khí hậu đất đai,
tạo nên một vùng có tiềm năng rất lớn về nông lâm ngư nghiệp. Trong những
năm gần đây, do kinh tế xã hội phát triển, con người cần khai thác các nguồn lợi
nên ảnh hưởng lớn đến tự nhiên, chất lượng môi trường sinh thái bị suy thoái,
nuôi trồng thuỷ sản va øsản xuất khu vực giảm sút nghiêm trọng.
Nhiều nghiên cứu đã được thực hiện nhằm phục vụ mục tiêu phát triển
kinh tế-xã hội, dân sinh cho khu vực này.
Trước hết, PGS-PTS.Vương Đình Đước [16] có đề cập đến “Chất lượng
nước và môi trường sinh thái ven biển Đồng bằng Sông Cửu Long”- đồng thời
đưa ra biện pháp khắc phục cụ thể như quy hoạch, bố trí vật nuôi cây trồng thích
hợp để tăng hiệu quả kinh tế trên cơ sở áp dụng kỹ thuật công nghệ mới.
- “Một số ý kiến về giải pháp chống xâm nhập mặn ở Đồng bằng Sông
Cửu Long” của PTS Hoàng Văn Huân [16] . Mặn là nhân tố quan trọng nhất tác

động đến tính chất môi trường nước và đất, do đó nó ảnh hưởng trực tiếp đến sinh
hoạt, sản xuất của toàn ĐBSCL. Báo cáo trình bày những đặc điểm xâm nhập
mặn ở các vùng khác nhau của ĐBSCL, trên cơ sở đó đề xuất những giải pháp
nhằm hạn chế mức độ xâm nhập mặn vào đất liền.
- ThS Trịnh Thị Long [16] có nghiên cứu về “Ô nhiễm nước và kiểm soát
ô nhiễm trong sản xuất nông nghiệp”. Các hoạt động sản xuất nông nghiệp có thể
góp phần làm suy giảm chất lượng nước qua việc thải các chất ô nhiễm vào
nguồn nước như cặn lắng hay trầm tích, thuốc sâu, thuốc cỏ, phân bón, phân


- 13 -

chuồng cũng như các nguồn vô cơ và hữu cơ khác. Các biện pháp kiểm soát ô
nhiễm nước thông qua luật pháp, kinh tế và biện pháp giáo dục.
- Phân tích các mô hình tính toán thuỷ lực sử dụng cho Đồng bằng Sông
Cửu Long- của GS.TSKH.Nguyễn n Niên và Ths Lương Quang Xô[16].
Mô hình tính toán thuỷ lực đang áp dụng cho ĐBSCL phần lớn do các
chuyên gia trong nước lập ra, đi từ bài toán một chiều sang bài toán một chiều
hoá dòng chảy hai chiều tràn đồng và bài toán hai chiều. Mỗi sơ đồ tính có ưu
nhược điểm riêng và việc phối hợp sử dụng sẽ phát huy được những mặt mạnh
trong những tình huống muôn vẻ của dòng lũ và dòng triều ĐBSCL. Báo cáo có
mục đích đưa ra những phân tích nhận xét về các sơ đồ tính và cả cách đặt bài
toán để góp phần sử dụng có hiệu quả các phần mềm tính toán thuỷ lực hiện nay
ở ĐBSCL.
2.4 KẾT LUẬN
Theo nguồn số liệu quan trắc đánh giá hiện trạng môi trường An Giang
thuộc Dự án quan trắc các vùng nhạy cảm về môi trường do Kỹ sư Phan Văn
Ninh phối hợp với các cán bộ phòng Quản lý môi trường An Giang thực hiện [14],
chất lượng môi trường nước khu vực làng bè tiếp tục bị ô nhiễm về chỉ tiêu vi
sinh và hàm lượng amonia, nhất là vào thời điểm đầu lũ. Nhìn chung so với tiêu

chuẩn môi trường Việt Nam TCVN 6774 : 2000 về chất lượng nước ngọt bảo đảm
đời sống thuỷ sinh, các chỉ tiêu lý hoá nước khu vực vực làng bè như pH, BOD5,
DO… đều nằm trong giới hạn cho phép. Đây là những yếu tố môi trường có ảnh
hưởng lớn đến quá trình dinh dưỡng và sự phát triển của cá nuôi beø.


- 14 -

Chương

3

MÔ HÌNH LAN TRUYỀN CHẤT
3.1 GIỚI THIỆU
Từ nhiều năm, ĐBSCL đã là đối tượng của nhiều nhà nghiên cứu. Nhiều
khảo sát thực tế cũng như nghiên cứu mô hình đã được thực hiện. Việc sử dụng
mô hình để mô phỏng các quá trình động lực nói chung và quá trình lan truyền
chất nói riêng là một phương pháp nghiên cứu tiên tiến. Các mô hình theo thời
gian ngày càng được hoàn thiện mà đỉnh cao hiện nay là các mô hình 3 chiều.
Loại mô hình này cho phép tính toán với mức độ chính xác cao và có khả năng
cho thấy cấu trúc thật của dòng chảy, cũng như quá trình lan truyền, khuếch tán
của các trường chất bẩn…. Việc tính toán luôn luôn bao gồm 2 bước: tính toán
dòng chảy và tính toán vận tải chất.
Trong phạm vi luận văn này, để phục vụ nghiên cứu, một môâ hình toán đã
được xây dựng. Mô hình gồm có 2 môđun: môđun tính dòng chảy và môđun tính
tải chất. Ở môđun dòng chảy, chúng tôi sử dụng một chương trình tính dòng chảy
2 chiều có sẵn [12]. Sau đó phân bố lại theo chiều sâu bằng quy luật logarit.
Môđun tải chất được viết mới cho phép tính phân bố 3 chiều của chất ô nhiễm
trong dòng chảy. Sau đây là mô tả các môđun.
3.2

MÔ TẢ MÔ HÌNH

3.2.1 Mô hình dòng chảy
3.2.1.1 Phương trình cơ bản.


- 15 -

Dòng chảy ở vùng nước nông có thành phần vận tốc trên phương thẳng
đứng vô cùng nhỏ so với 2 thành phần vận tốc trên phương ngang và áp suất phân
bố trên phương thẳng đứng theo quy luật thuỷ tónh. Phân bố vận tốc theo chiều
sâu đối với dòng chảy này cũng có một quy luật rõ ràng, đó là quy luật lôgarit.
Để tính toán dòng chảy này một cách hiệu quả nhất, người ta quan niệm dòng
chảy là 2 chiều theo phương ngang với vận tốc trung bình theo chiều sâu. Dòng
chảy này được mô tả bởi hệ phương trình vi phân gồm phương trình liên tục và
hai phương trình vi phân động lượng theo hai phương ngang x và y như sau:
- Phương trình liên tục:
∂η ∂hU ∂hV
+
+
= qs
∂t
∂x
∂y

(3.1)

- Phương trình động lượng theo phương x vaø y:
∂U

∂η
∂U
∂U
+U
+V
+ Fx − M x + g
=0
∂t
∂x
∂y
∂x

(3.2)

∂V
∂η
∂V
∂V
+U
+V
+ Fy − M y + g
=0
∂t
∂x
∂y
∂y

(3.3)

Trong đó:

U, V

- 2 thành phần vận tốc trung bình theo chiều sâu theo phương x và y

tương ứng.
t

- thời gian

g

- gia tốc trọng trường

η

- cao trình mặt nước

zb

- cao độ đáy.

h

- chiều sâu nước ( h = η - zb )

qs

- lưu lượng nguồn và các thành phần vận tốc của nó.

Fx, Fy

- ngoại lực trên các phương x, y


- 16 -

U 2 + V 2 U τ wx
1
−
− fV − (U q − U )qs
h
hρ
h

(3.4a)

U 2 + V 2V τ wy
1
Fy = fr
−
− fU − (Vq − V )qs
h
hρ
h

(3.4b)

Fx = fr

Trong đó:

ρ - khối lượng riêng của nước.
fr - hệ số ma sát đáy (fr = g/C2 )
với C là hệ số Chezy
f – hệ số Coriolis (f = 2Ωsinφ)
Ω : vận tốc quay của trái đất.
φ : vó độ.
τwx, τwy - ứng suất gió trên mặt nước theo phương x và y tương ứng.
Mx,My -các thành phần lực do ứng suất rối theo phương ngang gây ra
Mx =

⎤
1 ⎡∂
∂
⎢ (hτ yx ) + (hτ yy )⎥
∂y
ρh ⎣ ∂x
⎦

(3.5a)

My =

⎤
1 ⎡∂
∂
⎢ (hτ xx ) + (hτ xy )⎥
∂y
ρh ⎣ ∂x
⎦

(3.5b)

Với: τxx =

1 η⎡
∂u
⎤
2 ρν
− ρ u '2 − ρ (u − U ) 2 ⎥dz
∫
⎢
z
b
h ⎣
∂x
⎦

τxy =τyx =
τyy =
τij

⎤
1 η ⎡ ⎛ ∂u ∂v ⎞
ρν ⎜⎜ + ⎟⎟ − ρ u ' v ' − ρ (u − U )(v − V )⎥dz
⎢
∫
h zb ⎣ ⎝ ∂y ∂x ⎠
⎦

⎤

1 η⎡
∂v
2 ρν
− ρ v '2 − ρ (v − V ) 2 ⎥dz
⎢
∫
z
∂y
h b⎣
⎦

: ứng suất rối theo phương ngang;

u’, v’: vận tốc rối mạch động.
ν

: hệ số nhớt động học

3.2.1.2 Điều kiện biên


- 17 -

Về mặt lý thuyết số lượng điều kiện biên trên tuỳ theo đặc điểm truyền
sóng tại các vùng biên. Tuy nhiên trong thực tế tính toán các điều kiện biên
thường được cho đơn giản hơn. Trong mô hình này, điều kiện biên được xác định
như sau:
Trên biên kín, điều kiện trượt của vectơ vận tốc được sử dụng:
∂U τ
∂n

Un = 0 và

=0

(3.6)

Trên biên hở, điều kiện biên là quá trình mực nước hay vận tốc
hoặc Un = g(t)

η = f(t)

(3.7)

Ngoài ra lưu lượng tại các điểm nguồn cũng đã biết:
qs = h(x,y,t)

(3.8)

3.2.1.3 Phương pháp giải
• Lưới tính toán.
Hệ phương trình (3.1) – (3.3) cùng các điều kiện biên được giải theo
phương pháp sai phân hữu hạn trên lưới so le vuông góc. (Hình 3.1) là sơ đồ một
miền tính đã được chia lưới. Đường bờ được xấp xỉ bằng đường dích dắc. Miền
tính có Nx × Ny mắt lưới. Mỗi mắt lưới được đánh các chỉ số j và k theo trục x và
y tương ứng. Các mắt lưới nằm trên cạn bị loại bỏ trong tính toán. Các đường lưới
có thể dài hay ngắn khác nhau và có thể bị gián đoạn tùy theo vị trí. Các đường
lưới ngang có các mắt lưới phân bố từ jl tới jr, còn các đường lưới đứng có các
mắt lưới phân bố từ kl đến kr.

Hình 3.1 Sơ đồ chia lưới miền tính


- 18 -

Tại mỗi mắt lưới, vị trí các điểm tính mực nước η và hai thành phần vận
tốc U, V lệch nhau ½ mắt lưới theo hình chữ L như được trình bày trên (Hình
(3.2).

k+1

U

Δy

V

k

η, fr,qs ,zb

Δy
k-1

Δx

Δx
j-1

j

j+1

Hình 3.2 Vị trí các điểm tính trên lưới so le
• Lưới di động
Đối với vùng bãi thủy triều, đường bờ bị dịch chuyển liên tục theo thuỷ
triều và có thể làm thay đổi đáng kể hình dạng hình học của miền tính. Do vậy
lưới tính toán cần phải biến đổi một cách tương ứng. Vấn đề này được nhiều tác
giả quan tâm và giải quyết theo nhiều cách khác nhau. Trong đó có Abbott [1] và
Shaoling Hu & Kot [6].
Trong sơ đồ trình bày ở đây, vấn đề dịch chuyển đường biên được thực
hiện như sau:
+Mỗi đường lưới theo phương x và y được chia thành nhiều đoạn phân
cách bởi các bãi cạn. Cho mỗi đoạn mã 2 mắt lưới trên biên được lưu giữ và thuật
toán chỉ giải trên các đoạn này.
+Trong quá trình tính toán, một số mắt lưới có thể nổi lên, nó sẽ bị loại ra
khỏi đoạn tính; một số mắt lưới khác có thể bị chìm xuống, đoạn tính được kéo
dài thêm ở các mắt lưới này. Mực nước tại các mắt lưới mới nổi được lấy bằng
mực nước tại các ô lân cận. Cứ sau mỗi bước tính, việc chỉnh biên lại thực hiện
một lần.