NGHIÊN cứu TÍNH TOÁN PHÂN bố hợp lý các NGUỒN THẢI và xác ĐỊNH tải LƯỢNG ô NHIỄM NGÀY tối đa PHỤC vụ KIỂM SOÁT và QUẢN lý CHẤT LƯỢNG môi TRƯỜNG nước lưu vực SÔNG ở VIỆT NAM

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
VIỆN CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG

BÁO CÁO TỔNG HỢP
KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI KHCN THUỘC CÁC HƯỚNG
KHCN ƯU TIÊN CẤP VIỆN HÀN LÂM KHCNVN

NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN PHÂN BỐ HỢP LÝ
CÁC NGUỒN THẢI VÀ XÁC ĐỊNH TẢI LƯỢNG
Ô NHIỄM NGÀY TỐI ĐA PHỤC VỤ KIỂM SỐT VÀ
QUẢN LÝ CHẤT LƯỢNG MƠI TRƯỜNG NƯỚC
LƯU VỰC SÔNG Ở VIỆT NAM
Mã số: VAST07.05/2018-2019

Hướng KHCN ưu tiên: Môi trường và năng lượng (VAST07)
Đơn vị chủ trì: Viện Cơng nghệ mơi trường
Chủ nhiệm đề tài: PGS.TS. Hà Ngọc Hiến

Hà Nội, 2/2020


VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
VIỆN CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG

BÁO CÁO TỔNG HỢP
KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI KHCN THUỘC CÁC HƯỚNG
KHCN ƯU TIÊN CẤP VIỆN HÀN LÂM KHCNVN

NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN PHÂN BỐ HỢP LÝ
CÁC NGUỒN THẢI VÀ XÁC ĐỊNH TẢI LƯỢNG Ô NHIỄM
NGÀY TỐI ĐA PHỤC VỤ KIỂM SỐT VÀ QUẢN LÝ

CHẤT LƯỢNG MƠI TRƯỜNG NƯỚC LƯU VỰC SÔNG
Ở VIỆT NAM
Mã số: VAST07.05/2018-2019
Hướng KHCN ưu tiên: Môi trường và năng lượng (VAST07)
Đơn vị chủ trì: Viện Cơng nghệ mơi trường
Chủ nhiệm đề tài: PGS.TS. Hà Ngọc Hiến
Chủ nhiệm đề tài

Cơ quan chủ trì

PGS.TS. Hà Ngọc Hiến

Trịnh Văn Tuyên

Xác nhận của Hội đồng nghiệm thu cấp Viện Hàn lâm KHCNVN*
Phản biện I

Phản biện II

PGS.TS. Lê Thị Phương Quỳnh

PGS.TS. Vũ Đức Lợi

Hà Nội, 2/2020


MỤC LỤC
Phần I. Kết quả của đề tài......................................................................................1
Mở đầu ..............................................................................................................1
1.1. BÁO CÁO KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC CỦA ĐỀ TÀI ......................................3

1.1.1. Cơ sở khoa học tính tốn phân bố hợp lý các nguồn thải dọc sông ....................... 3
(a) Phân bố nguồn thải trong trường hợp A=0 ............................................................. 4
(b) Phân bố nguồn thải trong trường hợp A0 .............................................................. 5
(c) Áp dụng cho đoạn sơng cụ thể.................................................................................. 7
1.1.2. Lựa chọn và tích hợp phần mềm tính tốn ............................................................. 9
(a) Đánh giá các phần mềm tính lan truyền ơ nhiễm vào sơng ..................................... 9
(b) Lựa chọn và tích hợp mơ hình mơ phỏng cho lưu vực sông Cầu ........................... 11
1.1.3. Kết quả thiết lập mơ hình và tính tốn tải lượng tối đa ngày cho một số đoạn
sông thuộc lưu vực sông Cầu ......................................................................................... 13
(a) Kết quả hiệu chỉnh và kiểm định mơ hình QUAL2K .............................................. 14
(b) Kết quả tính tốn sức chịu tải và khả năng tự làm sạch ........................................ 15
1.1.4. Đề xuất quy trình tính tốn tải lượng ơ nhiễm ngày tối đa ................................... 22
1.1.5. Kết luận ................................................................................................................ 23

1.2. BÁO CÁO CHI TIẾT ................................................................................24
1.2.1. Tổng quan về sức chịu tải của nguồn nước sông ................................................. 24
(a) Sức chịu tải và khả năng tự làm sạch của dòng chảy ............................................ 24
(b) Các quá trình vật lý của cơ chế tự làm sạch trong nguồn nước ............................ 25
(c) Các q trình chính liên quan đến nồng độ ơxy hịa tan ....................................... 28
(d) Phát triển của thực vật phù du (tảo chlorophyll-A) ............................................... 31
(e) Phát triển của sinh vật đáy (Bottom algea) ............................................................ 39
(f) Chu trình Ni tơ ........................................................................................................ 43
(g) Chu trình Phốt pho ................................................................................................. 47
(h) Tổng quan về khái niệm sức chịu tải (Loading capacity) của dịng sơng .............. 49
(i) Kinh nghiệm quốc tế liên quan đến đánh giá sức chịu tải ...................................... 51
(j) Kinh nghiệm ở Việt Nam ......................................................................................... 56
1.2.2. Phương pháp nghiên cứu ...................................................................................... 62
1.2.3. Cơ sở khoa học tính tốn phân bố hợp lý các nguồn thải và xác định tải lượng
ơ nhiễm ngày tối đa ........................................................................................................ 62
(a) Đặt bài tốn............................................................................................................ 63

(b) Mơ hình tốn học ................................................................................................... 63
(c) Kết quả xác định phân bố nguồn thải trong trường hợp A=0 ................................ 64
(d) Kết quả phân bố nguồn thải trong trường hợp A0 ............................................... 66
(e) Áp dụng cho đoạn sông cụ thể................................................................................ 68
1.2.4. Lựa chọn và tích hợp phần mềm tính tốn..................................................................... 71
(a) Đánh giá các mơ hình tính tải lượng ơ nhiễm vào sơng ........................................ 71
(b) Lựa chọn và tích hợp mơ hình mơ phỏng cho lưu vực sơng Cầu ........................... 82

i


1.2.5. Kết quả tính tốn tải lượng tối đa ngày cho một số đoạn sông thuộc lưu vực
sông Cầu ......................................................................................................................... 83
(a) Tổng quan về lưu vực sông Cầu ............................................................................. 83
(b) Ước tính tải lượng ơ nhiễm cho khu vực nghiên cứu ............................................. 87
(c) Xây dựng mơ hình QUAL2K cho khu vực nghiên cứu............................................ 96
(d) Kết quả kiểm định mơ hình chất lượng nước cho đợt khảo sát 2018 ................... 107
(e) Tính tốn sức chịu tải cho các đoạn sơng trên lưu vực sơng Cầu........................ 112
(f) Ước tính tải lượng xả thải hiện trạng và khả năng tiếp nhận của các đoạn sơng 121
1.2.6. Đề xuất quy trình tính tốn tải lượng ô nhiễm ngày tối đa ................................. 122
(a) Cơ sở để đánh giá sức chịu tải của đoạn sông ..................................................... 122
(b) Đề xuất quy trình đánh giá sức chịu tải đoạn sông.............................................. 126
1.2.7. Đề xuất các giải pháp bảo vệ, kiểm sốt mơi trường nước cho vùng nghiên cứu131

1.3. MINH CHỨNG VỀ CÁC KẾT QUẢ CÔNG BỐ VÀ ĐÀO TẠO ........... 133
1.3.1. Bản photocopy toàn văn bài báo từ tạp chí hoặc giấy chấp nhận đăng bài; ....... 133
1.3.2. Bản Photocopy bằng Tiến sỹ, Thạc sỹ hoặc các văn bản xác nhận của các cơ
quan đào tạo (Giấy xác nhận, Quyết định thành lập hội đồng, Bảng điểm bảo vệ, ....).133

Kết luận và kiến nghị .................................................................................... 135

Tài liệu tham khảo ........................................................................................ 137
Phụ lục .............................................................................................................. 141
Minh chứng sản phẩm bài báo và đào tạo ................................................... 141
Báo cáo khảo sát thực địa ............................................................................ 141
Đề cương đã phê duyệt ..................................... Error! Bookmark not defined.
Phần II: Hồ sơ đề tài ......................................................................................... 141

ii


BẢNG CHỮ VIẾT TẮT

Tên viết tắt
BOD
BTNMT
CEM
CNMT
COD
DHI
DO
EPA

Tên đầy đủ
Biochemical Oxygen Demand/Nhu cầu
ơ xy sinh hóa
Bộ tài ngun mơi trường
Center for Environmental
Monitoring/Trung tâm quan trắc môi
trường
Công nghệ môi trường

Chemical Oxygen Demand/Nhu cầu ô
xy hóa học
Dansk Hydraulisk Institut (Danish
Hydraulic Institute)/Viện thủy lực Đan
mạch
Dissolved Oxygen / Ơ xy hịa tan
Environmental Protection Agency/Cục
bảo vệ mơi trường (Mỹ)

HĐH

Hệ điều hành

HEC-RAS

Hydrologic Engineering Center's
(CEIWR-HEC) River Analysis
System/Phần mềm HEC-RAS phân tích,
mơ phỏng dịng chảy sơng

IET
KCN
KTTV
LVS
MIKE11
MONRE
NOAA

Ghi chú

Thuộc Tổng cục
mơi trường

Phát triển bởi
Cơng ty kỹ nghệ,
Bộ quốc phịng Mỹ

Institute of Environmental
Technology/Viện Cơng nghệ mơi trường
Khu cơng nghiệp
Khí tượng thủy văn
Lưu vực sơng
Phần mềm mơ phịng dịng chảy và chất
lượng nước sơng

Phát triển bởi DHI
Đan Mạch, phần
mềm thương mại

Ministry of Natural Resource and
Environment/Bộ tài ngun mơi trường
National Oceanic and Atmospheric
Administration/Đồn Ủy nhiệm Quản trị
Khí quyển và Đại dương Quốc gia
Mỹ
iii


QCVN

Quy chuẩn Việt nam

QUAL2E/QU Phần mềm mô phỏng chất lượng nước
AL2K
QUAL2E, QUAL2K
SWAT
TMDL
TN
TP
TPLCS

TPLMS

UNEP

UNESCO

WASP

Soil Water Assessment Tool/ Phần mềm
mô phỏng nước và xói mịn đất

Phát triển bởi EPA
và các đạihọc Mỹ,
sử dụng miễn phí
Phát triển bởi EPA
và các đạihọc Mỹ,
sử dụng miễn phí

Total Maximum Daily Load/ Tải lượng

ngày tối đa
Total Nitrogen/Tổng Ni tơ
Total Phophorus/Tổng Phốt pho
Total pollution load control system/Hệ
thống Kiểm soát tổng tải lượng ngày
Total Pollution Loads Management
System/Hệ thống quản lý tổng tải lượng
thải ra mơi trường nước
United Nations
Environment Programme/Chương trình
mơi trường liên hiệp quốc
United Nations Educational, Scientific
and Cultural Organization/Tổ chức GD,
KH và VH Liên hiệp quốc
USEPA Water Quality Analysis.
Simulation Program/ Chương trình phân
tích, mơ phỏng chất lượng nước Cục bảo
vệ mơi trường Mỹ

Quy trình bảo vệ
chất lượng nước ở
Nhật
Quy trình bảo vệ
chất lượng nước ở
Hàn Quốc

iv


Phần I. Kết quả của đề tài

Mở đầu
Trong những năm vừa qua, quá trình phát triển kinh tế - xã hội tại các
lưu vực sông diễn ra đặc biệt sôi động, nhất là tại các vùng kinh tế trọng điểm
nằm ở khu vực hạ lưu các lưu vực sông lớn hoặc cửa sông ven biển. Tuy
nhiên, chất lượng môi trường nước (CLN) tại các lưu vực sơng đang bị suy
thối ở nhiều nơi, đặc biệt ở các đoạn sông chảy qua các khu vực đô thị, khu
công nghiệp (KCN), làng nghề. Các con sông thường là nguồn cung cấp nước
sinh hoạt chính cho người dân phía hạ lưu. Đặc biệt người dân ở vùng nơng
thơn và những người có thu nhập thấp thường sử dụng trực tiếp nước sông, hồ
bị ô nhiễm, đây là nguyên nhân gây ra nhiều bệnh tật, tác động trực tiếp đến
điều kiện sống, sức khỏe nhân dân và ảnh hưởng đến điều kiện phát triển kinh
tế - xã hội. Tình trạng ơ nhiễm, suy thối chất lượng nước các sông, suối,
kênh, rạch đã được phản ánh nhiều tại các kỳ họp Quốc hội cũng như trên các
phương tiện thông tin đại chúng.
Đánh giá sức chịu tải (SCT) hay khả năng chịu tải là một cách tiếp cận
để ngăn ngừa sự quá tải môi trường do chất thải của con người và các hoạt
động của họ. Ở Việt Nam, khái niệm này cũng được hiểu như sau: “Sức chịu
tải/Khả năng chịu tải của thủy vực là tổng tải lượng chất thải có thể đưa vào
thủy vực sao cho thủy vực vẫn cịn có khả năng tự làm sạch để đạt yêu cầu sử
dụng, nghĩa là đạt tiêu chuẩn, quy chuẩn chất lượng quy định cho mục đích sử
dụng”. Từ kết quả tính tốn sức chịu tải, các nhà quản lý sẽ xác định và phân
bổ hạn ngạch xả nước thải cho các đối tượng xả thải cụ thể trên lưu vực. Sức
chịu tải và hạn ngạch xả nước thải là một trong những căn cứ phục vụ lập
hoặc điều chỉnh quy hoạch phát triển kinh tế - xã hội và quy hoạch phát triển
ngành, lĩnh vực; xem xét chấp thuận chủ trương đầu tư, chứng nhận đầu tư
cho các dự án trên lưu vực sông phục vụ mục tiêu phát triển bền vững.
Để phục vụ cho công việc quản lý và cải thiện môi trường lưu vực sông
trên phạm vi cả nước việc triển khai thực hiện đề tài “Nghiên cứu tính tốn
phân bố hợp lý các nguồn thải và xác định tải lượng ô nhiễm ngày tối đa
phục vụ kiểm soát và quản lý chất lượng môi trường nước lưu vực sông ở

Việt Nam” với các mục tiêu dưới đây là hết sức cần thiết:
 Xác lập cơ sở khoa học tính tốn phân bố hợp lý các nguồn thải và xác
định tải lượng ô nhiễm ngày tối đa trên cơ sở các mơ hình số có tính
đến đầy đủ các q trình tự làm sạch và các dạng nguồn thải khác nhau.
 Xác định tải lượng ngày tối đa ô nhiễm hữu cơ và dinh dưỡng cho một
số đoạn sông thuộc lưu vực sông Cầu.
 Đề xuất quy trình tính tốn tải lượng ơ nhiễm ngày tối đa và giải pháp
quản lý chất lượng nước lưu vực sông.
Các phương pháp nghiên cứu sử dụng trong đề tài bao gồm: (1)
Phương pháp kế thừa: đề tài kế thừa kết quả thiết lập mơ hình CLN cho sông
1


Cầu, các số liệu KTTV, ô nhiễm trên sông Cầu đã được thực hiện tại Viện
CNMT; (2) Phương pháp khảo sát thực địa: Đề tài tiến hành khảo sát thực địa
để bổ sung các số liệu cần thiết trong việc kiểm định mơ hình CLN; (3)
Phương pháp thơng kê: Xử lý số liệu KTTV, xây dựng kịch bản dòng chảy
mùa kiệt 7Q10…(4) Phương pháp giải tích tốn học: Thu nhận lời giải giải
tích cho bài tốn phân bố nguồn thải; (5) Phương pháp mô phỏng số: Sử dụng
để mô phỏng CLN trong sông và xác định sức chịu tải ô nhiễm cho các đoạn
sông.
Báo cáo kết quả nghiên cứu của đề tài được trình bày trong 2 phần.
Phần 1 trình bày Kết quả của đề tài và Phần 2 trình bày Hồ sơ của đề tài (theo
mẫu báo cáo của Viện Hàn lâm KH&CN VN). Phần 1 bao gồm 3 mục chính:
(1) Báo cáo kết quả đạt được của đề tài; (2) Báo cáo chi tiết kết quả đề tài; (3)
Minh chứng về kết quả công bố và đào tạo. Phần 2 bao gồm các hồ sơ phục
vụ việc lưu trữ, quản lý đề tài.

2

1.1. BÁO CÁO KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC CỦA ĐỀ TÀI
Phần này trình bày tóm tắt các kết quả chính đạt được của đề tài (giới
hạn trong 20 trang).
1.1.1. Cơ sở khoa học tính tốn phân bố hợp lý các nguồn thải dọc sông
Một trong các kết quả quan trọng của đề tài là đã tìm ra lời giải giải tích
bài tốn phân bố nguồn thải dọc sơng ứng với sức chịu tải lớn nhất. Bài toán
được đặt ra đối với một chất ô nhiễm chịu ảnh hưởng của các quá trình pha
lỗng, truyền tải, lắng đọng và phân hủy trong các trường hợp: (a) khơng tính
đến ảnh hưởng của các q trình phân tán và (b) tính đến ảnh hưởng của q
trình phân tán và khuếch tán.
Đặt bài tốn
Xem xét đoạn sông độ dài L, thiết diện A và lưu lượng Q không đổi.
Nồng độ chất thải đầu vào đoạn sông là c0, hệ số suy giảm là  (gồm phân
hủy, lắng đọng). Phân bố tải lượng xả thải hai bên bờ sơng là (x). Tìm (x)
sao cho tổng tải lượng hai bên bờ vào đoạn sông là lớn nhất. Các điều kiện
ràng buộc như sau:
(1) Nồng độ chất ô nhiễm trong đoạn sông không vượt quá tiêu chuẩn cho
phép cmax
(2) Mật độ tải lượng xả thải trên một đơn vị độ dài dọc theo sông không
vượt quá giới hạn max
Mơ hình tốn học
Đoạn sơng biểu diễn trên trục tọa độ x từ tọa độ a,b (đoạn L= [a,b]).
Trong trường hợp lưu lượng dịng chảy Q khơng đổi, bài tốn xem xét là bài
tốn dừng.
Phân bố nồng độ chất ơ nhiễm định xác định bởi phương trình vi phân
sau:
𝑣

𝑑𝑐

𝑑𝑥

=𝛼

𝑑2𝑐
𝑑𝑥 2

− 𝜆𝑐 + 𝜚(𝑥)

(1.1)

Trong đó c(x) [mg/L] nồng độ chất ơ nhiễm; v=Q/A [m/s] vận tốc trung
bình của dịng chảy;  [m2/s] hệ số phân tán dọc;  [1/s] hệ số suy giảm của
chất ô nhiễm; (x) [mg/L.s] mật độ xả thải chất ô nhiễm dọc sông.
Các điều kiện ràng buộc:
(1) 0(2) 0<(x)<max với x  [a,b]
Điều kiện biên (cho trước nồng độ đầu vào của đoạn sơng):
(1) c(a)=c0
Bài tốn tối ưu xác định sức chịu tải của đoạn sông:

3


𝑏

Tìm (x) với x  [a,b] để

𝑇𝐿 = ∫𝑎 𝜚(𝑥)𝑑𝑥 đạt cực đại.

Khi đó tổng sức chịu tải của đoạn sơng (tính cả tải lượng đầu nguồn) là
𝑏

𝑆𝐶𝑇 = ∫𝑎 𝜚(𝑥)𝑑𝑥 + 𝑐0 𝑄

(1.2)

cũng đạt cực đại.
Để thuận tiện cho việc tìm lời giải giải tích, các phương trình trên được đưa
về dạng không thứ nguyên, với các biến không thứ nguyên như sau:
𝑥̃ =

(𝑥−𝑎)
𝐿

;

𝑐̃ = (𝑐

(𝑐−𝑐0 )

𝑚𝑎𝑥 −𝑐0 )

; 𝜌̃(𝑥̃) = 𝜌(𝑥)

(1.3)

Sau khi bỏ dấu “~”, phương trình (1.1) trở thành:
𝑑𝑐
𝑑𝑥

Ở đây:
𝛼
𝜆𝐿
𝐴=
; Λ=
;
𝑣𝐿
𝑣

𝑐̃0 =

=𝐴

𝑑2𝑐
𝑑𝑥 2

− Λ𝑐 + 𝑅(𝑥)

(1.4)

𝑐0
𝐿
; 𝑅(𝑥) =
𝜌(𝑥) − Λ𝑐̃0
(𝑐𝑚𝑎𝑥 − 𝑐0 )
𝑣(𝑐𝑚𝑎𝑥 − 𝑐0 )

Với các điều kiện ràng buộc:
−Λ𝑐̃0 = 𝑅0 ≤ 𝑅(𝑥) ≤ 𝑅𝑚𝑎𝑥 =

𝐿𝜌𝑚𝑎𝑥
− Λ𝑐̃0
𝑣(𝑐𝑚𝑎𝑥 − 𝑐0 )

−𝑐̃0 ≤ 𝑐(𝑥) ≤ 1
Với điều kiện biên:
c(x=0)=0.
Hàm tối ưu trở thành:
𝑏

1

𝑇𝐿 = ∫𝑎 𝜌(𝑥)𝑑𝑥 = 𝑣(𝑐𝑚𝑎𝑥 − 𝑐0 ) ∫0 𝑅(𝑥)𝑑𝑥 + 𝐿𝜆𝑐0

(1.5)

Bài toán tối ưu trở thành tìm R(x) để tích phân TL trên đoạn [0,1] có giá
trị cực đại.
(a) Phân bố nguồn thải trong trường hợp A=0
Phương trình (1.4) khi A=0 có dạng:
𝑑𝑐
𝑑𝑥

= −Λ𝑐 + 𝑅(𝑥)

(1.6)

Phương trình này với điều kiện biên như trên có nghiệm duy nhất:
𝑥

𝑐(𝑥) = 𝑒

−Λ𝑥

∫ 𝑅(𝑠)𝑒 Λ𝑠 𝑑𝑠
0

Khi Rmaxtrường hợp này để tích phân đạt cực đại ta có R(x)=Rmax trên tồn đoạn
[0,1]. Rc được xác định bởi phương trình:

4


𝑅𝑐 =

Λ
(1 − 𝑒 −Λ )

Với RmaxRc
Ta có:

R(x)=Rmax với 0x1.

Vậy:
𝑏

1

𝑇𝐿 = ∫ 𝜌(𝑥)𝑑𝑥 = 𝑣(𝑐𝑚𝑎𝑥 − 𝑐0 ) ∫ 𝑅(𝑥)𝑑𝑥 + 𝐿𝜆𝑐0
𝑎

0

Như vậy tải lượng dọc theo sông sẽ là:
𝑇𝐿 = 𝑣(𝑐𝑚𝑎𝑥 − 𝑐0 )𝑅𝑚𝑎𝑥 + 𝐿𝜆𝑐0
Tổng sức chịu tải của đoạn sông sẽ là:
𝑆𝐶𝑇 = 𝑣(𝑐𝑚𝑎𝑥 − 𝑐0 )𝑅𝑚𝑎𝑥 + 𝐿𝜆𝑐0 + 𝑐0 𝑄
Trường hợp Rmax>Rc,
Lời giải có c(1)=1 và tích phân c(x) trên [0,1] đạt cực đại sẽ là lời giải
tối ưu. Khi đó hàm R(x) cần có giá trị cực đại xuất phát từ điểm x=0 tới điểm
x0 nào đó, có nghĩa là R=Rmax trong đoạn [0,x0] để tại x0 ta có c(x)=1. Từ đó
giá trị x0 được xác định như sau:
1

Λ

Λ

𝑅𝑚𝑎𝑥

𝑥0 = − ln(1 −

)

(1.7)

Trên đoạn [x0,1] để tích phân TL lớn nhất, cần duy trì c(x)=1, có nghĩa
là dc/dx=0. Từ (1.6) ta có R=Λ.

Tóm lại:
Với R>Rc ta có:
R=Rmax với 0xR=Λ với x0x1.
Tải lượng dọc theo sông sẽ là:
𝑇𝐿 = 𝑣(𝑐𝑚𝑎𝑥 − 𝑐0 ) [Λ + (1 −

𝑅𝑚𝑎𝑥
Λ
) ln (1 −
)] + 𝐿𝜆𝑐0
Λ
𝑅𝑚𝑎𝑥

Tổng sức chịu tải của đoạn sông sẽ là:
𝑅𝑚𝑎𝑥
Λ
𝑆𝐶𝑇 = 𝑣(𝑐𝑚𝑎𝑥 − 𝑐0 ) [Λ + (1 −
) ln (1 −
)] + 𝐿𝜆𝑐0 + 𝑐0 𝑄
Λ
𝑅𝑚𝑎𝑥
(b) Phân bố nguồn thải trong trường hợp A0
Tương tự như trường hợp trên tồn tại giá trị Rc để khi Rmaxnồng độ c(x) không vượt qua giá trị 1. Vậy:
Với RmaxTa có:

R=Rmax
5

Nghiệm tổng quát của phương trình:
𝑑𝑐
𝑑2𝑐
= 𝐴 2 − Λ𝑐 + 𝑅(𝑥)
𝑑𝑥
𝑑𝑥
Thỏa mãn điều kiện biên: c(x=0)=0
Với 0x1 có dạng:
𝑐(𝑥) = 𝐶1 𝑒 𝜆1𝑥 + 𝐶2 𝑒 𝜆2𝑥 + 𝑅𝑚𝑎𝑥/Λ
1±√1+4𝐴Λ

Ở đây 𝜆1,2 =
điều kiện biên. Ta có:

2𝐴

𝐶1 =

(1.8)

, với 1<0<2; C1, C2 là các hằng số tìm từ các

𝑅𝑚𝑎𝑥 (𝜆1 −𝜆1 𝑒 𝜆2 +𝜆2 𝑒 𝜆2 )

(1.9)

Λ(𝜆1 𝑒 𝜆2 −𝜆2 𝑒 𝜆2 )

𝐶2 = −

𝑅𝑚𝑎𝑥 𝜆1

(1.10)

Λ(𝜆1 𝑒 𝜆2 −𝜆2 𝑒 𝜆2 )

Rc tìm được từ điều kiện c(1)=1:
𝑅𝑐 =

Λ

(1.11)

𝜆 (𝑒𝜆1 −𝜆2 −1)
(1−𝑒 𝜆1 )+ 1 𝜆 −𝜆
1 2

Với Rmax>Rc
Ta có:
1

1

𝑑𝑐

∫0 𝑅(𝑥)𝑑𝑥 = Λ ∫0 𝑐(𝑥)𝑑𝑥 + 𝑐(1)(1 − 𝜆2 𝐴) + 𝐴 𝑑𝑥 (0)

(1.12)

Tích phân trên đạt cực đại khi tồn tại điều kiện để ba số hạng đồng thời
đạt cực đại. Số hạng 1 đạt cực đại khi c(x) tăng nhanh nhất đến 1 và giữ giá trị
1 đến x=1, điều kiện này hoàn toàn phù hợp với đều kiện để số hạng 2 và 3
của vế phải phương trình (1.12) đạt cực đại với c(1)=1 (vì λ2<0 nên 1- λ2A>0)
và dc/dx đạt cực đại.
Bài toán tối ưu được đưa về bài tốn sau: Cần tìm x0 để c(x) tăng nhanh
nhất lên 1 từ 0 đến x0 và sau đó c(x) giữ nguyên giá trị cực đại c(x)=1 (từ x0
đến 1). Để c(x) tăng nhanh nhất ta có R=Rmax. Để c(x)=const=1, ta có
dc/dx=0 và d2c/dx2=0, khi đó từ (1.4) suy ra R=Λ. Vấn đề đặt ra là cần tìm x0.
Với điều kiện c(0)=0; c(x0)=1 và dc/dx(x0)=0, ta nhận được hệ phương
trình để tìm C1,C2 và x0 như sau:
𝐶1 + 𝐶2 +

𝑅𝑚𝑎𝑥

=0

Λ

𝐶1 𝑒 𝜆1𝑥0 + 𝐶2 𝑒 𝜆2𝑥0 +
{ 𝐶1 𝜆1 𝑒 𝜆1𝑥0 + 𝐶2 𝜆2 𝑒

𝑅𝑚𝑎𝑥

Λ
𝜆2 𝑥0

=1

(1.13)

=0

Giải hệ phương trình với điều kiện x0[0,1] ta nhận được giá trị các
hằng số C1,C2 và x0 (phương trình này được giải trên Matlab).
Tổng tải lượng dọc sông sẽ là:
6


𝑏

1

𝑇𝐿 = ∫𝑎 𝜌(𝑥)𝑑𝑥 = 𝑣(𝑐𝑚𝑎𝑥 − 𝑐0 ) ∫0 𝑅(𝑥)𝑑𝑥 + 𝐿𝜆𝑐0

(1.14)

Trong đó:
1

∫ 𝑅(𝑥)𝑑𝑥 = 𝑥0 𝑅𝑚𝑎𝑥 + (1 − 𝑥0 )Λ
0

Sức chịu tải của đoạn sơng tính cả tải lượng từ thượng du sẽ là:
𝑆𝐶𝑇 = 𝑣(𝑐𝑚𝑎𝑥 − 𝑐0 )[𝑥0 𝑅𝑚𝑎𝑥 + (1 − 𝑥0 )Λ] + 𝐿𝜆𝑐0 + 𝑐0 𝑄
(1.15)
(c) Áp dụng cho đoạn sông cụ thể
Xem xét đoạn sơng có các đặc tính sau (Hình 1.1):
• Chiều dài L=1000 (m)

• Lưu lượng Q=200 m3/s
• Thiết diện As=300 m2
• Vận tốc v=Q/As=0.67 (m/s)
• Chất ơ nhiễm c (ví dụ BOD, COD): chịu tác động của q trình suy
giảm và phân tán
• Hệ số phân hủy (phân rã, lắng đọng …): =0.2/ngày
• Hệ số phân tán (khuếch tán phân tử và khuếch tán rối):  (m2/s)
• Nồng độ C tại đầu vào thượng du: c0=4 mg/L
• Nồng độ cho phép: cmax=15 mg/L
• Mật độ xả thải cho phép ven bờ: max=0.1 mg/L.s (tương đương 8.64
kg/m/ngày/m2)

Hình 1.1 Minh họa đoạn sông cụ thể
Trường hợp hệ số phân tán (khuếch tán phân tử và khuếch tán rối): = 0
(m2/s)
Kết quả tính tốn sức chịu tải và khoảng cách x 0 theo các cơng thức
(1.5),(1.7) được trình bày dưới đây:
Tổng SCT
(kg/ngày)

SCT dọc sông
(kg/ngày)

Thượng nguồn
(kg/ngày)

x0 (m)

260076

190956

69120

73.35

Phân bố nồng động c dọc sông và tải lượng dọc sơng được trình bày
trong hình vẽ 1.2a và 1.2b dưới đây:

7


Hình 1.2a. Phân bố nồng độ dọc sơng

Hình 1.2b. Phân bố tải lượng dọc
sông

Trường hợp hệ số phân tán (khuếch tán phân tử và khuếch tán rối): = 40
(m2/s)
Kết quả tính tốn sức chịu tải và khoảng cách x 0 theo các cơng thức
(1.14-1.15),(1.13) được trình bày dưới đây:
Tổng SCT (kg/ngày)

SCT dọc sông
(kg/ngày)

Thượng nguồn
(kg/ngày)

x0 (m)

388078

318958

69120

126

Phân bố nồng động c dọc sơng và tải lượng dọc sơng được trình bày
trong hình vẽ 1.3a, 1.3b đưới đây:

Hình 1.3a. Phân bố nồng độ dọc sơng

Hình 1.3b. Phân bố tải lượng dọc
sơng

Có thể nhận thấy rằng trong trường = 40 (m2/s) sức chịu tải của đoạn
sông tăng lên khoảng 128002 kg/ngày (khoảng 49%) so với trường hợp =0,
và khoảng cách x0 tăng lên khoảng 50 m. Như vậy ảnh hưởng của hệ số phân
tán là đáng kể đến SCT của đoạn sông và cần được xem xét đến trong tính
tốn.

8


1.1.2. Lựa chọn và tích hợp phần mềm tính tốn
(a) Đánh giá các phần mềm tính lan truyền ơ nhiễm vào sơng
Các phần mềm được sử dụng tính tốn lan truyền chất ô nhiễm trong
sông đã sử dụng ở Việt Nam gồm có: MIKE11, HEC-RAS, QUAL2E/2K,

WASP. Nói chung, tất cả các phần mềm đều được xây dựng dựa mơ hình
thủy lực mơ tả bởi phương trình Saint-Venant 1 chiều đối với dịng chảy và
phương trình truyền tải – khuếch tán đối với các chất ơ nhiễm (MIKE11,
HEC-RAS). Các mơ hình đơn giản hơn dựa trên nguyên tắc bảo tồn khối
lượng và các công thức bán thực nghiệm (QUAL2E/2K, WASP).
Kết quả đánh giá các phần mềm được trình bày dưới dạng các bảng mơ
tả và so sánh những khía cạnh khác nhau của các mơ hình nêu trên, bao gồm:
- Các đặc trưng chính;
- Các yếu tố chất lượng nước được mơ phỏng, tính tốn;
- Khả năng của mơ hình;
- Nhu cầu về dữ liệu đầu vào;
- Sự tiện dụng.
So sánh mơ hình: các đặc điểm chính
Tác giả

Mơ hình

Chế độ dịng chảy

Hệ điều hành
phần mềm

Mức độ phổ
biến ở VN

QUAL2E
/QUAL2K

US EPA

Dừng

WINDOWS

Phổ biến

WASP

US EPA

Dừng

DOS/
WINDOWS

Ít phổ biến

HEC-RAS

Cơng ty Kỹ nghệ
Dừng và Khơng dừng
Qn đội Mỹ
DHI, Đan Mạch
Khơng dừng

WINDOWS

Phổ biến

WINDOWS

Phổ biến

MIKE 11

So sánh mơ hình: Các yếu tố chất lượng nước tính tốn được
Mơ hình

QUAL2E/2K

WASP

DO
BOD
COD
T0
pH
Độ mặn
TSS
P tổng
P hữu cơ

X
X
X
X

X
X
X

O
O

X
X

X
X
X

HECRAS
X
X
X
X
X
X
X
X

MIKE 11
X
X
X
X
X
X
X
X
X

9


N tổng
N hữu cơ
Tảo / Chl. a
Coliform/ vi khuẩn

X
X

X
X
X

X
X

X
X
X
X

Ghi chú: O – Người sử dụng có thể tự mơ hình hóa
So sánh mơ hình: Khả năng của mơ hình
Theo
khơng
gian

Mơ hình

Theo thời
gian

QUAL2E/
QUAL2K

Dịng dừng

1 chiều

WASP

Dịng dừng

1, 2, 3
chiều

Loại tải
lượng

Thủy vực

Nguồn thải

Mạng lưới
sơng suối
Mạng lưới
sông suối,
hồ, bể

chứa

Nguồn điểm
và phân tán

Bất biến

Nguồn điểm
và phân tán

Bất biến hoặc
thay đổi theo
thời gian

Dịng khơng
HEC-RAS
1, 2 chiều
dừng

Mạng lưới
sơng suối

Nguồn điểm
và phân tán

Dịng khơng
1, 2 chiều
dừng

Mạng lưới

sơng suối

Nguồn điểm
và phân tán

MIKE 11

Bất biến hoặc
thay đổi theo
thời gian
Bất biến hoặc
thay đổi theo
thời gian

So sánh mơ hình: u cầu dữ liệu đầu vào
Mơ hình

QUAL2E/Q
UAL2K

WASP

HEC-RAS

Hình học

Khí tượng

Chiều dài
sơng; sơ đồ

hệ thống
sơng; Độ
dài các đoạn
sơng tính
tốn

Độ che phủ mây,
áp suất khơng
khí, độ ẩm, nhiệt
độ, tốc độ gió,
Mực nước,
hệ số bốc hơi,
lưu lượng
bức xạ mặt trời, tại biên
hệ số giảm bụi,
khí hậu theo
nhánh sơng

Chiều dài,
chiều rộng
và hướng
kênh/sơng;
sơ đồ nối
kết các
ngánh; diện
tích bề mặt
và độ sâu
của các
đoạn sông
Chiều dài,

chiều rộng
và hướng

Chuỗi số liệu
theo thời gian
của bức xạ mặt
trời, tốc độ và
hướng gió, chu
kỳ ánh sáng,
nhiệt độ

Thủy văn

Chuỗi số
liệu theo
thời gian
của mực
nước và lưu
lượng dòng
chảy đầu
vào các
nhánh

Áp suất khơng
Chuỗi số
khí, nhiệt độ, tốc liệu theo
độ gió, hệ số bay thời gian

Thủy lực

Chất lượng
nước

Ma sát
đáy, chiều
rộng đáy,
cạnh bên
và độ dốc
của mặt cắt
hình thang

Nồng độ, lưu
lượng nguồn
thải và điều
kiện biên đối
với tất cả
thông số mô
phỏng

Hệ số hồi
quy vận
tốc/lưu
lượng (thời
gian chảy
dừng, hình
thái mặt
cắt, cao độ
đáy, ma sát
đáy

Nồng độ, lưu
lượng nguồn
thải, điều
kiện ban đầu
và điều kiện
biên đối với
tất cả thông
số mô phỏng

Mặt cắt,
ma sát đáy

Nồng độ, lưu
lượng nguồn
thải, điều

10


kênh; sơ đồ
nối mạng
sông

MIKE 11

Chiều dài,
chiều rộng
và hướng
kênh; sơ đồ
nối mạng

sơng

hơi, khí hậu theo
nhánh sơng

của mực
nước và lưu
lượng dịng
chảy đầu
vào các
nhánh
Chuỗi số
Áp suất khơng
liệu theo
khí, nhiệt độ, tốc
thời gian
độ gió, hệ số bay
của mực
hơi, bức xạ mặt
nước và lưu
trời, hệ số suy
lượng dịng
giảm bụi, khí
chảy đầu
hậu theo nhánh
vào các
sơng
nhánh

kiện ban đầu

và điều kiện
biên đối với
tất cả thông
số mô phỏng

Mặt cắt,
ma sát đáy

Nồng độ, lưu
lượng nguồn
thải, điều
kiện ban đầu
và điều kiện
biên đối với
tất cả thơng
số mơ phỏng

So sánh mơ hình: mức độ khó/dễ khi sử dụng
Mơ hình
QUAL2E/QUAL2K
WASP5/WASP6
HEC-RAS
MIKE 11

Độ khó
Dễ
Dễ
Tương đối dễ
Tương đối dễ

Tài liệu hỗ trợ
Đầy đủ
Đầy đủ
Đầy đủ
Đầy đủ

Đánh giá chung

Mơ hình

Khả năng mơ
phỏng chế độ
thủy lực và
chất lượng
nước

QUAL2E/QUAL2K

Tương đối
thỏa mãn

WASP5/ WASP6

Tương đối
thỏa mãn

HEC-RAS

Tương đối
thỏa mãn

MIKE 11

Thỏa mãn

Mức độ
mô phỏng
theo khơng
gian, thời
gian

Tương đối
chấp nhận
được
Tương đối
chấp nhận
được
Tương đối
chấp nhận
được
Hồn tồn
chấp nhận
được

Độ chi
tiết của
kết quả
mơ phỏng

Nỗ lực sử

dụng mơ
hình (bao
gồm u
cầu dữ liệu
đầu vào)

Đầu
tư về
tài
chính

Vừa phải

Ít

Ít

Vừa phải

Ít

Ít

Vừa phải

Vừa phải

Ít

Rất chi

tiết

Nhiều

Nhiều

(b) Lựa chọn và tích hợp mơ hình mơ phỏng cho lưu vực sơng Cầu
Có thể đánh giá mơ hình dựa trên 3 tiêu chí chủ yếu sau đây:


CRT1: Khả năng mơ hình hóa các đặc tính thuỷ văn và xả chất thải



CRT2: Tính dễ dùng, bao gồm cả bước xử lý dữ liệu đầu vào và đầu ra,
hỗ trợ người dùng, tư liệu
11




CRT3: Chi phí mua và khai thác phần mềm thấp, bao gồm cả yêu cầu
vận hành

Dựa theo các kết quả so sánh ở trên, có thể lập ra bảng đánh giá như
sau (theo thang điểm từ 1 đến 5):
Mơ hình
QUAL2E/QUAL2K
WASP5/WASP6
HEC-RAS

MIKE 11

CRT1
3
3
4
5

CRT2
5
5
4
4

CRT3
5
4
4
3

Tổng
13
12
12
12

Có thể thấy rằng tổng số điểm của các mơ hình khơng khác nhau nhiều;
điều này có nghĩa là tất cả các mơ hình có thể được sử dụng, nhưng tùy theo
từng trường hợp.
- Trong trường hợp hệ sông không chịu ảnh hưởng của thủy triều,

QUAL2E/QUAL2K, WASP;
- Nếu hệ thống sơng chịu ảnh hưởng của thủy triều, HEC-RAS, MIKE11
có thể được lựa chọn;
- Xét theo tính phổ biến, MIKE 11 và QUAL2E/QUAL2K được khuyến
cáo sử dụng;
- Trong trường hợp thiếu kinh phí trả bản quyền phần mềm,
QUAL2E/QUAL2K, WASP sẽ được ưu tiên sử dụng.
Trên có sở đó mơ hình QUAL2K được lựa chọn để tính tốn sức chịu tải
cho sơng Cầu. Mơ hình QUAL2K được tích hợp với mơ hình SWAT để thiết
lập các điều kiện biên cho LVS Cầu.
Tích hợp giữa SWAT và QUAL2K được thực hiện như sau:
- Các biên đầu vào lưu lượng của QUAL2K tại các nhánh sơng thượng
du được cho là lưu lượng trung bình nhận được từ SWAT mơ hình
SWAT tại các nhánh sơng đó.
- Đầu vào lưu lượng (phân tán) dọc sơng của QUAL2K được cho là lưu
lượng trung bình của dịng chảy tràn và dịng ngầm nhận được từ mơ
hình SWAT.
- Nồng độ các chất ô nhiễm tại các biên lưu lượng xử lý dựa trên các số
liệu đo đạc, các hệ số chảy tràn (runoff) và hệ số khử (removal rate)
phụ thuộc vào đặc điểm lưu vực và các chất ô nhiễm.

12


1.1.3. Kết quả thiết lập mơ hình và tính tốn tải lượng tối đa ngày cho
một số đoạn sông thuộc lưu vực sông Cầu
Khu vực nghiên cứu được chia thành 58 tiểu lưu vực phục vụ cho việc
tính tốn tải lượng ô nhiễm phát thải vào sông trên cơ sở bản đồ DEM với độ
phân giải 30 m (USGS). Hình 1.4 trình bày phân bố các tiểu lưu vực trong
vùng nghiên cứu.

Để phục vụ cho việc tính tốn sức chịu tải đoạn sông nghiên cứu được
chia thành các đoạn với mục đích sử dụng khác nhau. Căn cứ vào kết quả
phân vùng sử dụng nước trên sông Cầu (Tổng cục Môi trường, 2012) và kết
quả phân chia tiểu lưu vực, dịng chính sơng Cầu thuộc 3 tỉnh Thái Ngun,
Bắc Giang và Bắc Ninh (từ Chợ Mới đến Phả Lại) được chia thành 8 đoạn với
các mục đích sử dụng khác như được trình bày trên Bảng 1.1.

Hình 1.4 Phân bố mạng sông và tiểu lưu vực trong lưu vực sông Cầu
13


Bảng 1.1 Phân vùng sử dụng nước theo các đoạn trên lưu vực sông Cầu
Từ điểm

Đến điểm

Độ dài
(km)

Yêu cầu CLN
QCVN 08-MT:
2015

Tiểu LV
đổ trực
tiếp

Đoạn 1

Chợ Mới

(trước hợp
lưu S.
Nginh
Tường)

16

B1

21

Đoạn 2

(trước hợp
lưu S. Nginh
Tường)

Thác
Huống

37

B1

28,30,33

Đoạn 3

Thác Huống

trước S.
Công

51

B1

35,36,41

Đoạn 4

trước S. Công

trước S. Cà
Lồ

29

B1

42,44

Đoạn 5

trước S. Cà
Lồ

trước hợp
lưu NHK

18

A2

47,48

trước hợp lưu
NHK
trước KCN
QV12

trước KCN
QV12

24

B1

50,51

Phả Lại

31

B1

52,58

Tên đoạn

Đoạn 6
Đoạn 7

(a) Kết quả hiệu chỉnh và kiểm định mô hình QUAL2K
Mơ hình chất lượng nước QUAL2K được thiết lập trên dịng chính
sơng Cầu từ Cầu Mới đến Phả lại. Mơ hình được hiệu chỉnh và kiểm định theo
các số liệu thực đo trong các giai đoạn sau:
 Giai đoạn hiệu chỉnh: từ 11/03/2014 đến 19/03/2014 trên cơ sở số liệu
quan trắc định kỳ bởi CEM tại 19 trạm quan trắc.
 Giai đoạn kiểm định 1: từ 03/11/2014 đến 09/11/2014 trên cơ sở số liệu
quan trắc định kỳ bởi CEM tại cùng 19 trạm quan trắc.
 Giai đoạn kiểm định 2: từ 26/02/2018 đến 02/03/2018 trên cơ sở số
liệu khảo sát của đề tài.
Kết quả hiệu chỉnh và kiểm định đánh giá theo các chỉ số khác nhau
được trình bày trên các Bảng 1.2, 1.3.Theo Moriasi et. al. (2007), mô hình có
mức độ đánh giá tốt và có thể đưa vào sử dụng trong thực tế.
Bảng 1.2 Các chỉ số đánh giá trong giai đoạn hiệu chỉnh
Chỉ số

T

DO

BOD

COD

TN

TP

PBIAS
RSR
NSE
R2

-1.68
0.69
0.53
0.72

1.00
0.93
0.13
0.63

12.56
0.86
0.26
0.45

6.49
0.92
0.16
0.38

13.73
0.62
0.62

0.77

9.92
0.87
0.24
0.32

14


Bảng 1.3. Các chỉ số đánh giá trong giai đoạn kiểm định
Chỉ số

T

DO

BOD

COD

TN

TP

PBIAS
RSR
NSE
R2

0.41
0.66
0.57
0.63

-6.36
0.78
0.39
0.57

5.91
0.88
0.23
0.51

2.17
0.76
0.42
0.45

-8.33
1.16
-0.36
0.31

-10.35
0.83
0.30
0.36

Phân bố kết quả mô phỏng nồng độ các thông số ô nhiễm BOD, COD,
NH4, NO3, PO4, TN và TP được so sánh với số liệu thực tế và các giá trị
nồng độ trung bình max và min trong giai đoạn 2010-2015 được trình cụ thể
trong phần trình bày chi tiết. Có thể nhận thấy rằng diễn biến các thơng số ơ
nhiễm tính tốn dọc theo sơng Cầu phản ánh phù hợp với xu hướng và diễn
biến các nồng độ quan trắc trong thực tế.
(b) Kết quả tính toán sức chịu tải và khả năng tự làm sạch
Trên cơ sở mơ hình QUAL2K đã được thiết lập cho khu vực nghiên
cứu, sức chịu tải của từng đoạn sông (Bảng 1.1) được tính tốn với cho mùa
kiệt với kịch bản thủy lực 7Q10 (trung bình 7 ngày nhỏ nhất 10 năm từ 20062015) tương ứng với lưu lượng tại trạm Gia Bẩy là 10.38 m3/s.
Sức chịu tải đối với BOD
Sức chịu tải BOD đối với các đoạn sông được xác định khi tăng dần tải
lượng (nguồn điểm và nguồn phân tán) BOD trong nước thải theo cùng tỷ lệ,
cho đến khi nồng độ BOD tại một đoạn sông nào đó chạm tới ngưỡng cho
phép theo QCVN. Hình 1.5 cho thấy nồng độ BOD hiện trạng (đường đứt
quãng) chưa đạt tới ngưỡng cho phép, do đó có thể tăng thêm tải lượng BOD
đổ vào các đoạn sông. Sau một vài phương án tăng tải lượng BOD theo tỷ lệ
nhất định, kết quả nhận được đường phân bố nồng độ dọc theo sông tương
ứng với sức chịu tải của sông (đường liền). Có thể thấy rằng, nồng độ BOD ở
cuối đoạn 4 đã gần chạm tới nồng độ tới hạn A2 (6mg/l). Nếu tăng tải lượng
BOD xả thải vào sơng thì nồng độ BOD đoạn 5 vượt QCVN quy định cho
đoạn này (6 mg/L). Do đó kết quả này được sử dụng để xác định sức chịu tải
của sông.

15


BOD-Hiện trạng

BOD

BOD-SCT
16.00

QCVN (đoạn 6-7)

QCVN (đoạn 1-4)

14.00

Nồng độ (mg/L)

12.00

10.00

8.00

QCVN (đoạn 5)
6.00

4.00

2.00

0.00
200.00

150.00

100.00

50.00

0.00

Khoảng cách (km)

Hình 1.5. Diễn biến nồng độ BOD dọc theo sông Cầu.
Sức chịu tải và khả năng làm sạch BOD của các đoạn sơng thuộc sơng
Cầu được trình bày trong Bảng 1.4. SCT BOD của các đoạn sông thay đổi từ
2193.6 kg/ngày (Đoạn 1) đến 31308.4 kg/ngày (Đoạn 6). Tổng SCT BOD của
7 đoạn sông là 95710.4 kg/ngày, khả năng làm sạch BOD của 7 đoạn sông là
39036.9 kg/ngày, chiếm 40.8% SCT của sông.
Bảng 1.4. Sức chịu tải BOD phân bố cho các đoạn sông
Sức chịu tải
BOD
(kg/ngày)

Khả năng làm
sạch BOD
(kg/ngày)

Từ điểm

Đến điểm

Độ dài
(km)

Đoạn 1

Chợ Mới

(trước hợp
lưu S.
Nginh
Tường)

16

2193,6

805,6

Đoạn 2

(trước hợp
lưu S. Nginh
Tường)

Thác
Huống

37

7293,7

1940,3

Đoạn 3

Thác Huống

trước S.
Công

51

11406,0

4652,9

Đoạn 4

trước S. Công

trước S. Cà
Lồ

29

14113,6

6194,2

Đoạn 5

trước S. Cà
Lồ

trước hợp
lưu NHK

18

11393,6

3164,2

Tên đoạn

16


trước hợp lưu
NHK

Đoạn 6
Đoạn 7
Tổng

trước KCN
QV12
Chợ Mới

trước KCN
QV12

24

31308,4

16143,
2

Phả Lại

31

18001,5

6136,5

206

95710,4

39036,9

Phả Lại

Sức chịu tải đối với COD
Hình 1.6 cho thấy nồng độ COD hiện trạng (đường đứt quãng) chưa đạt
tới ngưỡng cho phép trong tất cả các đoạn, do đó có thể tăng thêm tải lượng
COD đổ vào các đoạn sông. Sau một vài phương án tăng tải lượng COD theo
tỷ lệ nhất định, kết quả nhận được đường phân bố nồng độ dọc theo sông
tương ứng với sức chịu tải của sơng (đường liền). Có thể thấy rằng, nồng độ
COD ở cuối đoạn 5 đã đạt xấp xỉ tiêu chuẩn cho phép. Kết quả này được sử
dụng để xác định sức chịu tải của sông.

Sức chịu tải và khả năng làm sạch COD của các đoạn sơng thuộc sơng
Cầu được trình bày trong Bảng 1.5. Sức chịu tải và khả năng làm sạch COD
của các đoạn sông thuộc sông Cầu được trình bày trong Bảng 1.5. SCT COD
của các đoạn sơng thay đổi từ 3453.9 kg/ngày (Đoạn 1) đến 65040.5 kg/ngày
(Đoạn 6). Tổng SCT của 7 đoạn sông là 207869.2 kg/ngày, khả năng làm sạch
của 7 đoạn sông là 62053.2 kg/ngày, chiếm 29.8% SCT của sông.
COD-Hiện trạng

COD

COD-SCT

35.00

QCVN (đoạn 6-7)
30.00

QCVN (đoạn 1-4)
25.00

Nồng độ (mg/L)

20.00

QCVN (đoạn 5)
15.00

10.00

5.00

0.00
200.00

150.00

100.00

50.00

0.00

Khoảng cách (km)

Hình 1.6. Diễn biến nồng độ COD dọc theo sông Cầu.

17


Bảng 1.5. Sức chịu tải COD phân bố cho các đoạn sông
Tên
đoạn

Đoạn 1

Từ điểm

Đến điểm

Chợ Mới

(trước hợp
lưu S. Nginh
Tường)

16

3453.9

1652.6

Thác Huống

37

14140.4

4814.3

trước S. Công
trước S. Cà
Lồ
trước hợp lưu
NHK
trước KCN
QV12

51

22476.1

7012.3

29

30361.1

10411.4

18

27465.4

5376.7

24

65040.5

26767.8

Phả Lại

31

44931.8

6018.1

206

207869.2

62053.2

Đoạn 3

(trước hợp lưu
S. Nginh
Tường)
Thác Huống

Đoạn 4

trước S. Công

Đoạn 5

trước S. Cà Lồ

Đoạn 2

trước hợp lưu
NHK
trước KCN
Đoạn 7
QV12
Tổng Chợ Mới
Đoạn 6

Phả Lại

Sức chịu
tải COD
(kg/ngày)

Khả năng
làm sạch
COD
(kg/ngày)

Độ
dài
(km)

Sức chịu tải đối với tổng Ni tơ (TN)
Sức chịu tải tổng Ni tơ (TN) được xác định dựa trên sức chịu tải các
thành phần ô nhiễm chứa Ni tơ bao gồm Amoni, Nitrate, Nitrite và Ni tơ hữu
cơ. Bảng 4 tổng hợp giá trị sức chịu tải TN cho từng đoạn sông. Giá trị sức
chịu tải cho các thành phần được xác định theo quy trình đã trình bày ở trên.
Cần lưu ý rằng sự tương tác giữa các thành phần Ni tơ trong quá trình vận
chuyển xảy ra khá mạnh mẽ phụ thuộc vào điều kiện khí hậu và chế độ dịng
chảy do đó thay đổi tải lượng xả thải của thành phần này có thể ảnh hưởng
mạnh đến nồng độ của thành phần khác. Vì vậy việc đánh giá sức chịu tải đối
với tổng Ni tơ có thể là sự lựa chọn phù hợp. Tuy nhiên, do QCVN (2015)
chưa đưa vào tham số TN do đó, sức chịu tải TN được đánh giá qua diễn biến
các nồng độ NH4 và NO3. Sức chụi tải TN đối với các đoạn sông thuộc sông
Cầu được xác định trên cơ sở các đồ thị Hình 1.7,1.8.

18

Amoni-Hiện trạng

Amoni

Amoni-SCT

1.8
1.6
1.4

Nồng độ (mg/L)

1.2

QCVN (đoạn 1-4)

1

QCVN (đoạn 6-7)

0.8
0.6

QCVN (đoạn 5)

0.4
0.2

0
200.00

150.00

100.00

50.00

0.00

Khoảng cách (km)

Hình 1.7. Diễn biến nồng độ NH4 dọc theo sông Cầu.
Nitrat-Hiện trạng

Nitrate

Nitrate-SCT

12

10

QCVN (đoạn 1-4)

QCVN (đoạn 6-7)

Nồng độ (mg/L)

8

6

QCVN (đoạn 5)
4

2

0
200.00

150.00

100.00

50.00

0.00

Khoảng cách (km)

Hình 1.8. Diễn biến nồng độ NO3 dọc theo sông Cầu.
Sức chịu tải và khả năng làm sạch TN của các đoạn sơng thuộc sơng
Cầu được trình bày trong Bảng 1.6. Sức chịu tải và khả năng làm sạch TN của
các đoạn sơng thuộc sơng Cầu được trình bày trong Bảng 1.6. SCT TN của
các đoạn sông thay đổi từ 100.4 kg/ngày (Đoạn 1) đến 4269.7 kg/ngày (Đoạn
6). Tổng SCT của 7 đoạn sông là 11064.8 kg/ngày, khả năng làm sạch của 7
đoạn sông là 3009.5 kg/ngày, chiếm 27.2% SCT của sông.

19