NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG MÔ HÌNH TOÁN MIKE 11 TÍNH TOÁN
DỰ BÁO CHẤT LƯỢNG NƯỚC LƯU VỰC SÔNG CẦU

Trần Hồng Thái, Phạm Văn Hải, Trần Thị Diệu Hằng
Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Môi trường

1. Giới thiệu chung
Lưu vực Sông Cầu (LVS) nằm trong phạm vi tọa độ địa lý: 21
0
07' - 22
0
18' vĩ bắc,
105
0
28' - 106
0
08' kinh đông, có diện tích lưu vực 6030 km
2
. Sông Cầu là dòng chính của hệ
thống sông Thái Bình, bắt nguồn từ vùng núi Phia Đeng (1527m) ở sườn đông nam của dãy
Pia-bi-óc. Dòng chính Sông Cầu chảy qua các tỉnh Bắc Cạn, Thái Nguyên, Bắc Giang, Bắc
Ninh rồi đổ vào sông Thái Bình tại Phả Lại.
Lượng mưa hàng năm trong LVS khá lớn,
khoảng 1500-2700 mm. Mùa mưa thường bắt đầu từ
tháng V và kết thúc vào tháng IX ở thượng lưu hay
tháng X ở trung lưu và hạ lưu. Lượng mưa trong mùa
mưa chiế
m khoảng 65 - 85% tổng lượng mưa năm.
Các kết quả quan trắc, khảo sát độc lập về

q
xt
∂
∂
+=
∂∂
(1)
- Phương trình động lượng:
2
2
0
AR
Q
gQ Q
A
Qh
gA
tx xC
α
⎛⎞
∂
⎜⎟
∂∂
⎝⎠
=
++
∂∂ ∂
=
(2)


Phương trình truyền tải - khuyếch tán
2
AC QC C
AD AKC C q
txx x
∂∂ ∂ ∂
⎛⎞
+− =−+
⎜⎟
∂∂∂ ∂
⎝⎠
(1)
Trong đó:
A: Diện tích mặt cắt (m
2
)
C: Nồng độ (kg/m
3
)
D: Hệ số khuyếch tán

q: Lưu lượng nhập lưu trên 1 đơn vị chiều dài dọc sông
(m
2
/s)
K: Hệ số phân huỷ sinh học, K chỉ được dùng khi các
hiện tượng hay quá trình xem xét có liên quan đến các
phản ứng sinh hoá.
Hệ số phân huỷ sinh học K bao hàm trong đó rất nhiều các hiện tượng và phản
ứng sinh hoá. Hệ số này không cần xem xét trong bài toán lan truyền chất thông

5
Phủ Lạng
Thương
Thương H Hiệu chỉnh, kiểm nghiệm
6 Lục Nam Lục Nam H Hiệu chỉnh, kiểm nghiệm
7 Phả Lại Thương H Biên dưới

c. Số liệu chất lượng nước
Số liệu đo đạc chất lượng nước trên sông Cầu được quan trắc bởi Trung tâm
Quan trắc và Bảo vệ Môi trường Thái Nguyên. Thời gian quan trắc từ đầu tháng
04/10/2005 đến cuối tháng 07/ 12/2005 chia làm 3 đợt:
o Đợt 1: Từ 04/10/2005 đến 08/10/2005
o Đợt 2: Từ 03/11/2005 đến 08/11/2005
o Đợt 3: Từ 01/12/2005 đến 07/12/2005
Các thông số quan trắc tại 7 điểm trên sông Cầu (Bảng 3) bao gồm: BOD, DO,
Tổng N, Tổng P, Coliform.
Tuyển tập báo cáo Hội thảo khoa học lần thứ 10 - Viện KH KTTV & MT
316
Bảng 3.Vị trí các điểm quan trắc chất lượng nước trên sông
Điểm Vị trí Đặc điểm
1
Phường Quan Thiều-Thành phố
Thái nguyên
Nước thải nhà máy giấy Hoàng Văn
Thụ, nhiệt điện Cao Ngạn
2
Phường Trưng Vương-TP Thái

Các nguồn thải từ các khu công nghiệp
Nguồn thải từ các khu công nghiệp trên lưu vực sông Cầu tập trung chủ yếu
trên hai tỉnh Thái Nguyên và Bắc Ninh được thống kê theo Bảng 4.
Bảng 4. Hiện trạng các Khu công nghiệp tỉnh Bắc Ninh và Thái
Nguyên năm 2005
Khu công nghiệp

Tỉnh
DT (ha) Tỉ lệ lấp đầy(%)
Tiên Sơn 500 70
Quế Võ 770 70
Đại Đồng- Hoàn Sơn 300 55
15 cụm công nghiệp vừa và nhỏ
Bắc
Ninh
357 100
Sông Công I 69.73 54.75
12 Khu - CCN nhỏ mới thành lập
Thái
Nguyên
204 100
Ước tính, lượng nước thải từ các khu công nghiệp này đổ vào sông Cầu trên
70.000 m
3
/ngày đêm.
Các nguồn thải từ các khu dân cư
Tuyển tập báo cáo Hội thảo khoa học lần thứ 10 - Viện KH KTTV & MT
317
Hầu hết các nước thải sinh hoạt của nhân dân lưu vực sông Cầu đều được đổ
vào sông Cầu mà không qua xử lý. Lượng nước thải (m

3
người)
Lượng xả thải
(10
3
m
3
/ngày đêm)
1
Thành phố Thái Nguyên và
TX sông Công
400 60
2 Thị trấn Từ Sơn và TX Bắc Ninh 195 29.2
Nguồn:
- Báo cáo hiện trạng môi trường tỉnh Thái Nguyên 2004-2005. UBND tỉnh Thái Nguyên
- Quy hoạch tổng thể phát triển KTXH Bắc Ninh đến năm 2020- UBND tỉnh Bắc Ninh.
Theo các quyết định 88/QĐ-UB của UBND tỉnh Thái Nguyên và 118/2003 QĐ-
TTg của UBND tỉnh Bắc Ninh về quy hoạch chung các KCN của tỉnh, đến năm 2010
sẽ lấp đầy các khu công nghiệp hiện có và xây dựng thêm các khu công nghiệp mới.
Các thông tin cụ thể và dự tính lượng thải tương ứng được trình bày trong Bảng 8 và 9
Bảng 7. Quy hoạch các KCN tỉnh Thái Nguyên đến năm 2010
Stt Năm Khu công nghiệp
DiệnTích
(ha)
Tỉ lệ DT đã
lấp đầy (%)
Lượng nước
thải(m
3
/ng.đêm)

Độ lấp đầy(%)
Nước thải
(m
3
/ng.đêm)
Tiên Sơn 500 70 19200
Quế Võ 770 70 16632
Đại Đồng- Hoàn Sơn 300 55 4320
Yên Phong 300 - -
2005
15 CCN vừa và nhỏ 357 100 17136
Yên Phong II
Quế Võ II
Thuận Thành
Nam Sơn- Hạp Lĩnh
1000 66 31680
2010
39 CCN vừa và nhỏ 1293 50 31032
Nguồn:
- Tạp chí Khu công nghiệp Việt Nam -
/> - Quy hoạch tổng thể phát triển KTXH Bắc Ninh đến năm 2020- UBND tỉnh Bắc Ninh.
Với giả thiết các KCN được lấp đầy, lưu lượng nước thải từ các KCN đổ vào
sông Cầu đến năm 2010 sẽ tăng mạnh và được biểu diễn như trong Bảng 9 và Hình 2.
Bảng 9. Lượng nước thải từ các KCN và từ sinh hoạt đổ vào sông
năm 2005 và dự báo đến năm 2010
Năm
Công nghiệp
(10
3
m

Năm 2005
Năm 2010

Hình 2. So sánh sự gia tăng lượng nước thải từ các
KCN và các khu dân cư đến năm 2010
4. Nghiên cứu áp dụng mô hình Mike 11 tính toán dự báo chất lượng nước
lưu vực sông Cầu
Dựa trên các số liệu thu thập được, nghiên cứu đã mô phỏng chế độ dòng chảy
cho hệ thống gồm 4 sông chính là sông Cầu, sông Thương, sông Lục Nam và sông Cà
Lồ. Sơ đồ tính toán thuỷ lực trên hệ thống sông với lưới tính toán được xây dựng trên
bản đồ số hoá trong khu vực nghiên cứu và bộ mô hình MIKE 11 như Hình 1. Các kết
quả mô phỏng của mô hình thuỷ lực được sử dụng như điều kiện biên cho mô hình
tính toán và mô phỏng chất lượng nước. Do không có số liệu đo đạc chất lượng nước
Tuyển tập báo cáo Hội thảo khoa học lần thứ 10 - Viện KH KTTV & MT
319
trên các sông Thương, sông Lục Nam, sông Cà Lồ nên trong nghiên cứu này chỉ mô
phỏng chất lượng nước trên sông Cầu đoạn từ Thác Bưởi đến nút giao giữa sông Cầu
và sông Thương.
Trong nghiên cứu này, các mô-đun thủy lực, truyền tải khuếch tán và sinh thái
của bộ mô hình Mike11 đã được sử dụng để tính toán mô phỏng và dự báo chất lượng
nước cho lưu vực sông Cầu. Trình tự các bước tính toán mô phỏng như sau:
(i) Tính toán hiệu chỉnh và kiểm
định
mô hình Thủy lực; (ii) Mô phỏng chế
độ dòng chảy cho sông Cầu; (iii) Tính
toán hiệu chỉnh và kiểm định mô hình
chất lượng nước
Sai số giữa số liệu thực đo và
tính toán được đánh giá theo chỉ số
Nash-Sutcliffe. Kết quả mô phỏng chế

vẫn còn một số nơi độ trùng khớp giữa đo đạc và tính toán chưa cao (xem chi tiết tại
[1a]). Nguyên nhân có thể kể đến ở đây là do số liệu quan trắ
c chất lượng nước ngắn,
thiếu đồng bộ. Số liệu thống kê nguồn thải chưa đầy đủ. Một số kết quả hiệu chỉnh
chất lượng nước trình bày trên Hình 5.

Hình 5. Kết quả hiệu chỉnh mô hình chất lượng nước
Sau khi đã hiệu chỉnh và kiểm định các mô hình Thủy lực và Chất lượng nước, tác
giả đã áp dụng mô hình tính toán dự báo chất lượng nước cho sông Cầu theo 3 kịch bản:
(1) Kịch bản 1: Lượng nước thải trong lưu vực tăng theo số liệu quy hoạch, nhưng
không được xử lý;
(2) Kịch bản 2: Lượng nước thải trong lưu vực tăng theo số liệu quy hoạch, nhưng đã
được x
ử lý 30%);
(3) Kịch bản 3: Lượng nước thải tăng theo quy hoạch và đã được xử lý theo TCVN
5945-1995 - B.
Kết quả tính toán dự báo chất lượng nước cho sông Cầu được trình bày trên các
Hình 6 và Hình 7.
Tuyển tập báo cáo Hội thảo khoa học lần thứ 10 - Viện KH KTTV & MT
321
0
5
10
15
20
25
30

Cam Gía-TP Thái
Nguyên
Úc Sơn-Phú Bình- T hái
Nguyên
Xã Hợp T hịnh-Hiệp Hòa-
Bắc Giang
Xã Hương Lâm- Việt
Yên-Bắc Giang
Vạn An - Yên Phong
V ị tr í
mg/ l
Năm 2005
Kịch bản 1
Kịch bản 2
Kịch bản 3

Hình 6. So sánh nồng độ BOD tại các
điểm quan trắc theo các kịch bản phát
triển Kinh tế - Xã hội

Hình 7. So sánh Tổng Nitơ tại các điểm
quan trắc theo các kịch bản phát triển
Kinh tế - Xã hội

Các kết quả tính toán dự báo cho thấy môi trường nước sông Cầu đã và đang
tiếp tục bị ô nhiễm nghiêm trọng. Trong năm chỉ tiêu chất lượng nước dự báo thì chỉ
có chỉ tiêu tổng Coliform là đạt tiêu chuẩn A tiêu chuẩn chất lượng nước mặt Việt
Nam TCVN 5942-1995, bốn chỉ tiêu còn lại đều không đạt chỉ tiêu A, trong đó có chỉ
tiêu còn vượt quá tiêu chuẩn B.
Mức độ ô nhiễm dọc sông là khác nhau. Đoạn sông chả


Tuyển tập báo cáo Hội thảo khoa học lần thứ 10 - Viện KH KTTV & MT
322

Tài liệu tham khảo
1. TS Trần Hồng Thái - Numerical Methods for Parameter Estimation and
Optimal Control of the Red River Network - Heidelberg, 2005.
1a. TS Tran Hong Thai, et al. - Water quality Modelling for the three river basins:
Cau, Nhue Day- Sai Gon Dong Nai.
2.
PGS.TS Đặng Văn Bảng - Đại học Thuỷ Lợi - Mô hình toán thuỷ văn -Hà Nội, 2005
3.
V. Techow, D.R Maidment, L.W. Mays - Thuỷ văn ứng dụng - Đỗ Hữu Thành
dịch - NXB Giáo dục -1994.
4.
Nguyễn Văn Cư và nnk - Báo cáo kết quả dự án KHCN cấp nhà nước: Môi
trường lưu vực sông Cầu. Hà Nội, 2003.
5.
Sở Khoa học Công nghệ và Môi trường tỉnh Thái Nguyên - Tổng quan hiện
trạng môi trường Thái Nguyên 5 năm (1994 - 1999). Thái Nguyên, 1999.
6.
Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Thái Nguyên - Báo cáo hiện trạng môi trường
tỉnh Thái Nguyên năm 2004-2005, Thai Nguyên 7/2005.
7.
Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Bắc Giang - Môi trường và Bảo vệ Môi
trường Bắc Giang - Bắc Giang, 2005.
8.
Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Bắc Giang - Báo cáo hiện trạng môi trường
tỉnh Bắc Giang năm 2005 - Tháng 6/2005.
9.