ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ PHÁT TRIỂN KINH TẾ XÃ HỘI TỚI
CHẤT LƯỢNG NƯỚC SÔNG CẦU BẰNG CÔNG CỤ TOÁN HỌC

Hoàng Thị Thu Trang, Trần Hồng Thái, Phạm Văn Hải, Lê Vũ Việt phong
Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Môi trường

1. Giới thiệu lưu vực sông nghiên cứu
Lưu vực sông Cầu là một trong lưu vực
sông lớn ở nước ta, có vị trí địa lý đặc biệt,
phong phú về tài nguyên cũng như về lịch sử
phát triển kinh tế - xã hội của các tỉnh nằm trên
lưu vực. Đây là lưu vực quan trọng nhất trong hệ
thống sông Thái Bình có diện tích lưu vực 6030
km2 với dòng chính sông Cầu dài 288,5 km bắt
ngu
ồn từ núi Vạn On ở độ cao 1175m và đổ vào
sông Thái Bình ở Phả Lại. Trong lưu vực sông
Cầu có tới 26 phụ lưu cấp I với tổng chiều dài
671km và 41 phụ lưu cấp II với tổng chiều dài
643 km và hàng trăm km sông cấp III, IV và các
sông suối ngắn dưới 10km. Lưu vực sông Cầu
nằm trong vùng mưa lớn của Bắc Kạn và Thái
Nguyên với tổng lượng nước hàng năm đạt
4,200 km
3
. Sông Cầu được điều tiết bởi Hồ Núi
Cốc với dung tích hàng trăm triệu m
3
.

(KCN) và nhà máy lớn t
ập
trung chủ yếu ở Thái Nguyên
(27 KCN, trong đó 12 KCN
đã đi vào hoạt động), Hải
Dương, Bắc Ninh, Bắc
Giang. Xét về tổng lượng, tỷ
lệ đóng góp nước thải của
một số ngành sản xuất chính
thể hiện như Hình 2
Hình 2: T
ỷ
lệ nước thải của một số
nhóm ngành sản xuất chính
4, 4%
3, 3%
2, 2%
7, 7%
55, 55%
29, 29%
Dệt may, bao bì
Sản xuất vật liệu xây dựng
Chế biến nông sản, thực phẩm
Giấy
Kim khí
Khai thác mỏ
- Công nghiệp khai thác mỏ và tuyển quặng: phát triển ở các tỉnh Bắc Kạn và
Thái Nguyên. Hầu hết các khu mỏ khai thác đều không có khu xử lý nước thải,
nước thải được xả thẳng vào nguồn nước mặt với tải lượng ngày càng tăng;
- Công nghiệp luyện kim, cán thép: tập trung chủ yếu ở Thái Nguyên với tổng

- Các làng nghề ở Thái Nguyên
thải trực tiếp vào sông Cầu.

Hình 3: T
ỷ
lệ các làn
g
n
g
hề trên một số
tỉnh trên lưu vực sông Cầu
30, 30%
27, 27%
21, 21%
13, 13%
9, 9%
Hải Dương
Bắc Kạn, Thái Nguyên
Bắc Ninh
Bắc Giang
Vĩnh Phúc
Tuyển tập báo cáo Hội thảo khoa học lần thứ 10 - Viện KH KTTV & MT
433
2.3. Nước thải sinh hoạt
Dân số đô thị ngày càng
tăng nhanh cùng với tốc độ đô thị
hóa và công nghiệp hóa nhanh trên
lưu vực, trong khi hệ thống cấp
thoát nước chưa phát triển tương
ứng, đã làm gia tăng vấn đề ô

qua xử lý mà được thải trực tiếp vào nguồn nước.
2.5. Nước thải nông nghiệp
Sản xuất nông nghiệp là hoạt động sản xuất quan trọng được quan tâm phát
triển tại các tỉnh thuộc lưu vực sông C
ầu. Tuy nhiên, do mở rộng sản xuất nên lượng
thuốc bảo vệ thực vật sử dụng trong nông nghiệp cũng khá lớn, khoảng 3kg/ha/năm,
trong đó thuốc trừ sâu chiếm tỷ lệ lớn nhất (68,3%). Tại Bắc Giang, lượng thuốc bảo
vệ thực vật sử dụng ước tính khoảng 145 tấn/năm (theo báo cáo hiện trạng môi trường
tỉnh Bắc Giang). Lượng hóa chất bảo vệ
thực vật sử dụng trên địa bàn tỉnh Bắc Ninh
gồm khoảng 1.200 tấn và khoảng 200.000-300.000 tấn phân NPK. Tại các vùng trồng
rau, tỷ lệ thuốc bảo vệ thực vật được sử dụng cao gấp 3-5 lần các vùng trồng lúa.
Nước thải và chất thải rắn từ hoạt động chăn nuôi gia súc, gia cầm của các tỉnh
liên quan đến lưu vực sông Cầu đều được đổ xuống các nguồn n
ước mặt vì các biện
pháp xử lý ở đây còn rất hạn chế.
2.6. Nguồn thải từ rác thải rắn
Theo thống kê trên lưu vực, mỗi ngày có khoảng trên 1.500 tấn rác thải đô thị
các loại, chủ yếu là rác thải sinh hoạt. Công tác thu gom rác trên lưu vực nhìn chung
còn chưa tốt, chỉ khoảng 40-45% lượng rác được thu gom, ở khu vực đô thị, tỷ lệ này
cao hơn, khoảng 60-70%. Lượng rác thải rắ
n không được thu gom và chôn lấp hợp vệ
sinh mà được đổ tập trung ở rìa đường hay vứt xuống các mương, rãnh và sông suối sẽ
là nguồn gây ô nhiễm tiềm tàng cho nguồn nước lưu vực sông Cầu. Lượng rác thải
công nghiệp và y tế tuy không nhiều như rác thải sinh hoạt nhưng lại chứa nhiều hóa
chất độc hại ảnh hưởng tới sức khỏe con người.

Tuyển tập báo cáo Hội thảo khoa học lần thứ 10 - Viện KH KTTV & MT
434
3. Ứng dụng mô hình toán đánh giá chất lượng nước lưu vực sông Cầu

Qh
gA
tx xC
α
⎛⎞
∂
⎜⎟
∂∂
⎝⎠
=++
∂∂ ∂
=

(2)
Đây là một hệ hai phương trình vi phân đạo hàm riêng phi tuyến bậc nhất.
Trong trường hợp tổng quát, hệ phương trình có dạng này không giải được bằng
phương pháp giải tích, do đó, người ta đã giải hệ phương trình này bằng phương pháp
số với lược đồ sai phân hữu hạn 6 điểm ẩn (Abbott-Inoescu).
3.2. Các mô đun chất lượng nước
Để giải quyết các vấn đề chất lượng nước có liên quan đến những phản ứng
sinh hoá, mô hình MIKE 11 phải đồng thời sử dụng cả hai mô đun đó là mô đun tải -
khuếch tán (AD) và mô đun sinh thái (Ecolab).
Mô đun truyền tải khuếch tán được dùng để mô phỏng vận chuyển một chiều
của chất huyền phù hoặc hoà tan (phân huỷ) trong các lòng dẫn hở dựa trên phương
trình để trữ tích luỹ với gi
ả thiết các chất này được hoà tan trộn lẫn.
Mô đun sinh thái giải quyết khía cạnh chất lượng nước trong sông tại những
vùng bị ảnh hưởng bởi các hoạt động dân sinh kinh tế. Mô đun này phải được đi kèm
với mô đun tải - khuếch tán, điều này có nghĩa là mô đun chất lượng nước giải quyết
các quá trình biến đổi sinh học của các hợp chất trong sông còn mô đun tải - khuếch

mô phỏng là DO, BOD, tổng Nitơ, tổng
Photpho, tổng Coliforms:
Số liệu đầu vào cho mô hình chất
lượng nước là:
+
Các điều kiện biên trên và biên dưới
thủy lực trên hệ thống sông ứng với
sơ đồ sau khi đã được thu gọn;

Hình 5 : Sơ đồ mô phỏng các sông thuộc hệ
thống sông lưu vực sông Cầu

+ Các điều kiện biên: nồng độ các chất trong nước tại các trạm biên trên (Gia Bảy,
Cầu Sơn, Chũ) và biên dưới (trạm Phả Lại);
+
Các nguồn ô nhiễm: vị trí các nguồn gây ô nhiễm, nồng độ và lưu lượng thải;
Số liệu tại các điểm quan trắc dọc sông để hiệu chỉnh mô hình. Các số liệu này
phải được đo đạc đồng bộ với số liệu dùng làm biên trên và biên dưới trong mô hình
thuỷ lực và mô hình chất lượng nước. Vị trí các điểm quan trắc chất lượng nước dọc
sông Cầu được thể hi
ện như Bảng 1.
Bảng 1. Vị trí các điểm quan trắc chất lượng nước trên sông Cầu
Điểm Vị trí Đặc điểm
14
Phường Quan Thiều- Thành phố
Thái Nguyên
Nước thải nhà máy giấy Hoàng Văn Thụ +
nhiệt điện Cao Ngạn
15
Phường Trưng Vương- Thành phố

0.0
2.0
4.0
6.0
8.0
10. 0
12. 0
14. 0
16. 0
15 16 17 20 18 25
V ị trí
Tính toán Thực đo TCVN 5942-A
Hình 7: So sánh nồng độ BOD giữa kết quả
tính toán với số liệu thực đo năm 2005
Các giá trị thực đo năm 2005 và các giá trị tính toán tại các điểm hiệu chỉnh có
sự trùng lặp khá tốt. Tuy nhiên, tại một số vị trí, sai số giữa số liệu thực đo và giá trị
tính toán còn vẫn khá lớn (điểm 17). Từ đó, sơ bộ xác định được bộ thông số chất
lượng nước của lưu vực sông Cầu. Để đánh giá mức độ phù hợp củ
a bộ thông số này,
ta sử dụng số liệu thực đo tháng 11/2006 vào kiểm định mô hình. Kết quả mô phỏng
các chỉ tiêu DO và BOD tại các vị trí dọc sông Cầu như các hình 8 và 9. Nhìn chung,
kết quả kiểm định tương đối tốt (các vị trí 15,16, 25 có sự trùng lặp cao), tuy nhiên tại
vị trí 17 sự sai lệch vẫn còn khá cao.
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0

20) đã vượt tiêu chuẩn nước mặt loại A nhiều lần do chất lượng nước tại vị trí 16 bị
ảnh hưởng bởi nước thải khu gang thép Thái Nguyên, còn tại vị trí 20 có sự gia nhập
của nước sông Công cũng đã bị ô nhiễm nặng.
Để làm sáng tỏ hơ
n mối quan hệ giữa sự phát triển kinh tế xã hội trên lưu vực
sông với diễn biến chất lượng nước các sông, bài báo này đưa ra một số kịch bản biến
đổi nguồn thải và phân tích ảnh hưởng tương ứng tới chất lượng nước nhằm chỉ rõ với
Tuyển tập báo cáo Hội thảo khoa học lần thứ 10 - Viện KH KTTV & MT
437
từng trường hợp nguồn thải biến đổi, chất lượng nước sẽ thay đổi và diễn biến theo xu
hướng nào.
b. Xây dựng các kịch bản tính toán
Các kịch bản tính toán này được xây dựng dựa trên các quy hoạch và chiến lược
phát triển kinh tế xã hội trong lưu vực đến năm 2010. Theo các quy hoạch, đến năm
2010, tỉnh Thái Nguyên, ngoài KCN Sông Công I (70 ha) sẽ có thêm KCN Sông Công
II (100 ha) và 27 KCN nhỏ khác với tổng diện tích là 450 ha làm cho lượng nước thải
công nghiệp từ khu vực này sẽ tăng lên, cụ thể như trong Bảng 2.
Bảng 2. Quy hoạch các KCN tỉnh Thái Nguyên đến năm 2010
STT Năm Khu công nghiệp
Diện
tích
Tỉ lệ diện tích
đã lấp đầy (%)
Lượng nước thải
(m
3
/ngày đêm)
1 Sông Công I 69.73 54.75 1833
2
2005

15 cụm công nghiệp vừa và nhỏ 357 100 17136
5 Yên Phong II
6 Quế Võ II
7 Thuận Thành
8 Nam Sơn- Hạp Lĩnh
1000 66 31680
9
2010
39 cụm công nghiệp vừa và nhỏ 1293 50 31032
(Nguồn: Quy hoạch tổng thể phát triển kinh tế - xã hội tỉnh Bắc Ninh đến năm 2020 - Bắc Ninh. 2005)
Tuyển tập báo cáo Hội thảo khoa học lần thứ 10 - Viện KH KTTV & MT
438
Như vậy, theo các quy
hoạch phát triển kinh tế xã hội
đến năm 2010 với giả thiết các
KCN trên lưu vực sông được
lấp đầy, thì lưu lượng nước thải
từ các KCN và khu dân cư đổ
vào sông Cầu sẽ tăng mạnh,
được thể hiện như hình 10. Các
kịch bản xả thải đều với lượng
nước thải tăng nhưng mức độ ô
nhiễm khác nhau.
Biểu đồ so sánh sự gia tăng lượng nước thải từ
các KCN và từ các khu dân cư đến năm 2010
0
10
20
30
40

Nồng độ (mg/l)
Năm 2005
Năm 2010
TCVN 5942-B
Hình 11: So sánh nồng độ DO thực đo
tháng 11/ 2005 và dự báo đến 2010
0.0
2.0
4.0
6.0
8.0
10.0
12.0
14.0
16.0
14 15 16 17 20 18 25
Vị trí
Nồng độ (mg/l)
Năm 2005
Năm 2010
TCVN 5942-A

Hình 12: So sánh nồng độ BOD thực đo
tháng 11/ 2005 và dự báo đến 2010

Kịch bản 2: Nếu lượng nước thải trong lưu vực tăng nhưng đã được xử lý 30%
Với giả thiết 30% lượng nước thải đổ vào sông Cầu đã qua xử lý, kết quả dự
báo chất lượng nước sông Cầu đến năm 2010 cho kịch bản xả thải này được biểu diễn
trên các hình 13, 14 tương ứng cho DO và BOD.
0.0


Tuyển tập báo cáo Hội thảo khoa học lần thứ 10 - Viện KH KTTV & MT
439
Kịch bản 3: Nếu lượng nước thải trong lưu vực tăng nhưng đã được xử lý 40%
Với giả thiết 40% lượng nước thải đổ vào sông Cầu đã qua xử lý, kết quả dự
báo chất lượng nước sông Cầu đến năm 2010 cho kịch bản xả thải tương ứng được
biểu diễn trên Hình 15,16
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
7.0
14 15 16 17 20 18 25
Vị trí
Nồng độ (mg/l)
Năm 2005
Năm 2010
TCV N 5942-B

Hình 15: So sánh nồng độ DO thực đo tháng
11/ 2005 và dự báo đến 2010
0.0
2.0
4.0
6.0
8.0
10.0

Hình 17: So sánh nồng độ DO thực đo tháng
11/ 2005 và dự báo đến 2010
0.0
2.0
4.0
6.0
8.0
10.0
12.0
14.0
14 15 16 17 20 18 25
Vị trí
Nồng độ (mg/l)
Năm 2005
Năm 2010
TCVN 5942-A
Hình 18: So sánh nồng độ BOD thực đo
tháng 11/ 2005 và dự báo đến 2010
So sánh kết quả tính toán các kịch bản trên ta thấy rõ ràng nếu lượng nước thải
tăng lên khi các hoạt động sản xuất phát triển nhiều hơn và dân số tăng mà không có
sự
can thiệp của con người thì dòng sông hiện đang trong tình trạng ô nhiễm sẽ ngày
càng bị ô nhiễm hơn. Tuy nhiên, nếu có sự quy hoạch và xây dựng những khu xử lý
nước thải hợp lý, thì nồng độ ô nhiễm của nước thải sẽ được cải thiện và tình trạng ô
nhiễm trong sông sẽ được hạn chế bớt.

4. Kết luận
Trong nghiên cứu này, mối quan hệ nhân quả giữa các nguồn thải và chất lượng
nước đã được đề cập và phân tích một cách định lượng bằng mô hình toán chất lượng
nước. Chất lượng nước sông giảm được xem như là hệ quả của gia tăng các nguồn thải

Ủy ban nhân dân tỉnh Bắc Ninh – Quy hoạch tổng thể phát triển kinh tế - xã hội
tỉnh Bắc Ninh đến năm 2020 - Bắc Ninh. 2005.
8.
DHI software - MIKE software 2004 User Guide.
9.
DHI software - MIKE 11 Reference Manual – 2004.
Tuyển tập báo cáo Hội thảo khoa học lần thứ 10 - Viện KH KTTV & MT
441