đ
ánh giá và dự báo chất lợng nớc hồ tây
bằng mô hình toán học Ngô Quang Dự
Bộ môn Kỹ thuật môi trờng
Trờng Đại Giao thông Vận tải

Tóm tắt: Bi viết ny trình by tóm tắt kết quả nghiên cứu đánh giá chất lợng nớc Hồ
Tây bằng mô hình toán học. Trên cơ sở đó đề xuất chiến lợc quy hoạch, bảo vệ v sử dụng
hợp lý nguồn ti nguyên quý giá ny đặc biệt l quản lý chất lợng nớc.
Summary: This paper briefs on the study results of an evaluation of the water quality of
the West Lake by mathematical modelling. Based on the findings, a strategy on protection and
sensible use of this valuable resource, especially water quality management, is put forward.

I. Đặt vấn đề
Hồ Tây là hệ sinh thái hồ nớc ngọt điển hình của đồng bằng Bắc Bộ, có vị trí, vai trò, giá
trị rất quan trọng với sự phát triển kinh tế - xã hội của thủ đô Hà Nội, là 1 trong 4 hồ của Việt
Nam đợc xếp vào danh sách những hồ nớc ngọt cần đợc bảo vệ trên thế giới. Hồ Tây đợc
coi nh nhà máy điều hoà khí hậu tiểu khu vực.
CT 2
Tuy nhiên, cùng với tốc độ phát triển mạnh mẽ và sâu sắc của quá trình đô thị hoá, công
nghiệp hoá, thì hệ thống sông, hồ của thủ đô Hà Nội đã và đang phải đối mặt với vấn đề ô
nhiễm môi trờng và Hồ Tây cũng không tránh khỏi. Hiện tại hồ đang bị ảnh hởng nghiêm
trọng do các quá trình đó, tại nhiều khu vực tình trạng nớc thải, rác thải ô nhiễm đổ vào hồ
ngày càng nhiều và cha có sự kiểm soát chặt chẽ, dẫn tới vợt quá khả năng tự làm sạch của
hồ đã làm cho hồ Tây ngày càng bị suy thoái. Do vậy cần phải có những nghiên cứu, biện pháp
quản lý và công nghệ phù hợp nhằm giảm thiểu xu thế suy thoái môi trờng đồng thời có chiến
lợc khai thác một cách hiệu quả và bền vững nguồn tài nguyên hồ phục vụ cho sự phát triển

e
: lu lợng nớc bốc hơi (m
3
/ngày);
Q
i
: lu lợng các nguồn thải cung cấp vào hồ (m
3
/ngày);
Q
o
: lu lợng nớc ra khỏi hồ (m
3
/ngày);
Q
r
: lu lợng nớc trầm tích trong hồ (m
3
/ngày).
Nếu ta xét trong khoảng thời gian (dt) nhỏ, khi đó thể tích hồ không thay đổi nhiều, do vậy
0
dt
dV
=
. Từ phơng trình tổng quát suy ra Q
r
= (Q
P
+ Q
i

Và Q
r
= Q
o
+ Q
e
- Q
p
- Q
i
= 24820 m
3
/ngày với t = 0,5 năm.
Cân bằng nớc Hồ Tây mô phỏng lu lợng các dòng chảy vào, ra và tích luỹ trong hồ. Nó
ảnh hởng và tác động trực tiếp tới cân bằng của các chỉ tiêu chất lợng nớc hồ, các yêu tố
dinh dỡng trong hồ.
2. Xác định tải lợng của Photpho hồ Tây theo mô hình Vollenweider
2.1. Phơng trình xác định hm lợng P tổng số
Theo Vollenweider nồng độ P tổng số trong hồ có thể tính bằng công thức sau:
)1(Q
L
P
Ws
+
=
ở đó:
W
s
Z
q

Nghiên cứu chất lợng nớc hồ Tây giai đoạn gần đây áp dụng phơng pháp thực nghiệm
và hồi quy toán học đã xác định đợc một số quan hệ sau:
Mối quan hệ giữa nồng độ P và hàm lợng Chlorophyll A (mg/m
3
) trong hồ:
ChlA = 295 x C
p
0,66
(dạng tổng quát ChlA = a.C
p
b
)
Mối quan hệ giữa hàm lợng Chlorophyll A (mg/m
3
) với độ trong (S):
S = 6,5 x ChlA
-0,474
(dạng tổng quát S = a.ChlA
b
)
Mối quan hệ giữa tốc độ tiêu thụ oxy ở đáy hồ (D: gO
2
/m
2
.ngày) và nồng độ P tổng số
(Chapa và Canale, 1991): D = 0,086 x C
p
0,4789
(dạng tổng quát D = a.C
p

Quá trình PE bị phân giải v giải phóng bởi các quá trình sinh học (OUTPUT4)

Quá trình Photpho đợc phân giải qua quá trình sinh học (PB) đợc giải phóng vo cột
nớc thông qua hoạt động của sinh vật (QBIO) Quá trình PB đợc giải phóng vo cột nớc thông qua quá trình hoá học (QDSORP.AB)
PS
P
C
PD
PE
PI
Pzoo
UP
)1
F
1
(
CA
PC.CF.Z


f
PC.SA
PE.KE
QDIFF
CA
P
C

Hình 1. Sơ đồ các quá trình
chu chuyển của Photpho
trong các thnh phần Sử dụng phần mềm Stella II, chúng tôi đã mô phỏng và tính toán sự biến thiên của từng
thành phần Photpho theo thời gian (hình 2), kết quả đợc trình bày trong hình 3 và 4 với giá trị
thông số cha hiệu chỉnh và sau khi hiệu chỉnh.

Hình 2. Cấu trúc mô hình trao đổi Photpho ở Hồ Tây
theo Jorgensen (mô phỏng bằng chơng trình Stella II)

CT 2
PS
PC
PiN
PE
PD
UP
QDIFF
INPUT2

KE20
LUL
FP2
KE
AI
FP1
DMU
D
KP
FT2
PD
PC
OUTPUT3
UPmax
SA
SD
SVD
D
D
Q
V
FPAmax FT2
AB
FP1
PHYT
He2
D
DMU
FPAmin
FT2

t

Hình 3. Đồ thị v biểu đồ biến thiên hm lợng Photpho khi cha hiệu chỉnh
Sau khi hiệu chỉnh số liệu kết quả chạy đợc thể hiện trong sơ đồ dới đây, kết quả cho
thấy giá trị mô phỏng và giá trị thực tế có sai số không lớn, do vậy có thể áp dụng phơng pháp
mô phỏng để đánh giá và dự báo sự biến thiên hàm lợng Photpho theo thời gian (hình 4).
15:13 25/04/200
7
0.00 3.00 6.00 9.00 12.0
0
Months
5:
0.00
0.00
0.00
0.00
1:
1:
1:
2:
2:
2:
3:
3:
3:
4:
4:
4:
5:
5:

Graph 1

th so sỏnh kt qu mụ phng PO4 v
thc t H Tõy
0.5
2
2.5
3
N O4 (mg/l
)
PO4, mụ
phng
1.5
P
1
ng
PO4, thc t
0
123456789101112
Thi gian (thỏng)

Hình 4. Đồ thị v biểu đồ biến thiên hm lợng Photpho khi hiệu chỉnh số liệu
4. Thảo luận
Một trong những nhợc điểm của mô hình hoá là lợng thông tin, số liệu cần cho mô hình
là tơng đối nhiều. Số liệu càng nhiều và càng chính xác thì độ tin cậy của mô hình càng cao,
do vậy vấn đề đảm bảo thông tin phải đợc coi trọng. Do vậy phải xây dựng đợc hệ thống và
chơng trình quan trắc ở hồ Tây bao gồm (cần phải tuỳ thuộc vào mục đích nghiên cứu mà có
những thay đổi):
thông số quan trắc, tần suất quan trắc v địa điểm quan trắc. Để áp ứng yêu
cầu phân tích và dự báo thì quan trắc số liệu phải đảm bảo

sông Hồng. Luận án tiến sĩ kỹ thuật, Trờng Đại học Xây dựng Hà Nội, 2005.
n học mô phỏng hệ sinh thái hồ (lấy hồ Tây làm ví dụ).
Hội thả
có nhiều mô hình mô phỏng chất lợng nớc của nhiều tác giả, mỗi m
trạng thái và có điều kiện biên khác nhau nên sẽ có hiệu quả khác nhau. Đề tài đã kết hợp
mô hình tính tải lợng Photpho của Vollenweider và mô hình của Jorgensen đã mô phỏng đợc
hầu hết các biến trạng thái và các quá trình xảy ra trong hệ sinh thái hồ, do vậy kết qu
ô hìn h
đã vợt quá tải lợng cho phép, theo tiêu chuẩn của tổ chức các nớ
hồ giàu dinh
tợng sự phát triển mạnh mẽ gây mất cân bằng của các loài thực vật nổi.
Kết quả mô phỏng sự trao đổi Photpho theo mô hình Jorgensen ở hồ Tây cho thấy hồ đang
ở trong tình trạng giàu dinh dỡng, do vậy hiện tợng phú dỡng xảy ra là điều không thể tránh
khỏi, nếu không có biện pháp can thiệp kịp thời thì hậu quả của nó sẽ làm suy giảm vai trò,
chức năng của hồ, thậm chí có thể dẫn đến con đờng suy vong, đó quả thật là một thảm kịch
mà chúng ta không hề mong muốn nhng có thể sẽ xảy ra.

Tài liệu tham khảo
ồ Thanh Hải, Nguyễn Khắc Đỗ. Các nguồn dinh dỡng ngoại lai từ vùng lu vực đến hồ Tây. Tuyển
tập các công trình nghiên cứu Sinh thái và Tài nguyên Sinh vật. Nhà xuất bản Nông nghiệp Hà Nội, 2001.
[2]. Lu Lan Hơng, Ngô Quang Dự, Trơng Tuấn Anh. Đánh giá sự phú dỡng hồ Tây, Hà Nội bằng mô
hình toán tính tải lợng và hàm lợng Phốt pho. Tuyển tập công trình "Những vấn đề nghiên cứu cơ bản
trong khoa học sự sống 2005. NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội, 2005.
[3]. Nguyễn Xuân Nguyên, T
[4]. Nguyễn Đức T
[5]. Hong Dơng Tùng. Sử dụng công cụ toán học đánh giá khả năng chịu tải ô nhiễm của Hồ Tây để xây
dựng kế hoạch bảo vệ và phát triển Hồ Tây trong tơng lai. Luận án Tiến sĩ kỹ thuật, trờng Đại học Bách
khoa Hà Nội, 2004.
[6]. Phạm Hùng Việt, Ngô Quang Dự. Mô hình toá
o toàn quốc về Môi trờng và Phát triển bền vững. NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội, 2004.