NGHIÊN CỨU ÁP DỤNG MÔ HÌNH TOÁN MIKE 11 TÍNH TOÁN CHẤT
LƯỢNG NƯỚC SÔNG NHUỆ - SÔNG ĐÁY

Lê Vũ Việt Phong, Trần Hồng Thái, Phạm Văn Hải
Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Môi trường

1. Giới thiệu
Trong những năm gần đây, với sự tăng trưởng của dân số và các ngành kinh tế
xã hội, lưu vực sông Nhuệ - Đáy đang đứng trước nhiều nguy cơ và thách thức, nổi
bật trong số đó là vấn đề chất lượng môi trường nước của hai con sông huyết mạch
trong lưu vực, sông Nhuệ và sông Đáy.
Sông Đáy nguyên là một phân lưu lớn của sông H
ồng, có chiều dài khoảng 247 km,
bắt đầu từ cửa Hát Môn cho đến cửa Đáy trước khi đổ ra biển Đông. Do ảnh hưởng của đập
Đáy nên đoạn thượng nguồn (từ sau đập Đáy đến Ba Thá dài 71 km) của sông Đáy gần như
là một sông chết. Lượng nước chủ yếu cung cấp cho sông Đáy lấy từ các sông nhánh đổ
vào, trong đó quan trọng nhất là sông Tích, sông Bôi, sông Đào và sông Nhuệ.
Sông Nhuệ lấ
y nước từ sông Hồng qua cống Liên Mạc, phục vụ nước tưới cho
hệ thống thủy nông Đan Hoài. Bên cạnh đó, sông Nhuệ còn có nhiệm vụ tiêu nước
cho thành phố Hà Nội, thị xã Hà Đông trước khi đổ vào sông Đáy tại thị xã Phủ Lý.
Đây cũng là hai nguồn gây ô nhiễm chủ yếu cho sông Nhuệ, đặc biệt là nước thải từ
thành phố Hà Nội qua đập Thanh Liệt. Lưu lượng nước trung bình trên sông Tô Lị
ch
qua đập Thanh Liệt đổ vào sông Nhuệ từ 11-17 (m
3
/s), cực đại là 30 (m

Trạm
Ba
Thá
Tế
Tiêu
Cầu
Quế
Hồng
Phú
Trung
Hiếu Hạ
Khánh
Phú
Độc
Bộ
Đò
Mười
DO
3.76 1.37 1.43 0.92 1.6 4.22 4.27 4.64
BOD
35 40 35 45 35 35 30 30
(Nguồn: Cục Bảo vệ Môi trường)
Dựa trên các số liệu quan trắc cho
thấy sông Nhuệ và sông Đáy đang bị ô
nhiễm nghiêm trọng, đặc biệt là sông
Nhuệ. Sự trong sạch và khỏe mạnh của
dòng sông có ảnh hưởng rất lớn đến sinh
hoạt và sản xuất của cả một vùng dân cư
rộng lớn, chính vì vậy, việc nghiên cứu
áp dụng các biện pháp khoa học góp

dung nghiên cứu ứng dụng mô hình mưa dòng chảy MIKE - NAM khôi phục số liệu
dòng chảy phục vụ cho mô hình thuỷ lực.
a. Cơ sở lý thuyết mô hình thủy lực MIKE 11
Mô hình thủy lực (Hydrodynamic module - HD) là phần quan trọng nhất trong
bộ mô hình MIKE 11, được xây dựng trên hệ 2 phương trình Saint - Venant vi
ết cho
dòng một chiều không ổn định với một số giả thiết đi kèm [2, 4, 5].
- Phương trình liên tục:
QA
q
xt
∂∂
+
=
∂∂

(1)
- Phương trình động lượng:
2
2
0
AR
Q
gQ Q
A
Qh
gA
tx xC
α
⎛⎞

-
Số liệu địa hình, thể hiện bằng mặt cắt ngang sông;
-
Số liệu lưu lượng và mực nước theo thời gian tại các biên trên và biên dưới,
các điểm đo dùng để hiệu chỉnh và kiểm nghiệm mô hình;
-
Số liệu lưu lượng và mực nước tại thời điểm t=0 dùng làm điều kiện ban
đầu để tính toán cho mô hình.
Tuyển tập báo cáo Hội thảo khoa học lần thứ 10 - Viện KH KTTV & MT
271
b. Cơ sở lý thuyết mô hình chất lượng nước MIKE 11
Ngoài phần mô hình thủy lực có nhiệm vụ tính toán về chế độ thủy lực của
dòng chảy trong sông, bài toán chất lượng nước được mô hình MIKE 11 giải quyết
thông qua mô đun truyền tải khuyếch tán và mô đun sinh hóa. Mô đun truyền tải
khuyếch tán có chức năng tính toán sự lan truyền của các chất huyền phù hoặc hòa tan
(phân hủy) dưới tác động của dòng chảy. Bài toán đặt ra trong nghiên cứu này là bài
toán có liên quan đến các chu trình sinh hóa diễn ra trong dòng sông, do đó các tác giả
không những ch
ỉ sử dụng mô đun truyền tải khuyếch tán mà còn phải kết hợp với mô
đun sinh hóa để giải quyết vấn đề. Phương trình cơ bản trong hai mô đun này là
phương trình truyền tải khuyếch tán [6]:
-
Phương trình truyền tải - khuyếch tán
2
AC QC C
AD AKC C q
txx x
∂∂ ∂ ∂
⎛⎞
+− =−+

Thượng nguồn sông Nhuệ nối với sông Hồng tại cống Liên Mạc.
-
Hạ lưu sông Nhuệ nối với sông Đáy tại thị xã Phủ Lý.
-
Hạ lưu sông Hoàng Long nối với sông Đáy tại Gián Khẩu.
-
Sông Đào nối với sông Đáy tại Độc Bộ.
Mô hình cần có các số liệu địa hình, thuỷ văn, thuỷ lực và chất lượng nước.
Tuyển tập báo cáo Hội thảo khoa học lần thứ 10 - Viện KH KTTV & MT
272
i. Số liệu mặt cắt các sông nghiên cứu
(219 mặt cắt) được tiến hành đo đạc
vào năm 2000, riêng sông Nhuệ số
liệu đo năm 1990, chi tiết như sau::
-
Sông Hồng: 89 mặt cắt (Từ trạm
Sơn Tây - trạm Hưng Yên)
-
Sông Đuống: 3 mặt cắt (Từ ngã ba
sông Đuống - trạm Thượng Cát)
-
Sông Nhuệ: 43 mặt cắt (Từ cống
Liên Mạc - Phủ Lý)
-
Sông Đáy: 60 mặt cắt (Từ trạm Ba
Thá - trạm Như Tân)
-

9 Ninh Bình Đáy H Hiệu chỉnh, kiểm nghiệm
10 Hưng Yên Hồng H Biên dưới
11 Thượng Cát Đuống Q, H Biên dưới
12 Như Tân Đáy H Biên dưới
(*, **)
Lưu lượng Q được xác định từ mô hình mưa dòng chảy NAM
Tuyển tập báo cáo Hội thảo khoa học lần thứ 10 - Viện KH KTTV & MT
273
iii. Số liệu chất lượng nước:
-
Số liệu quan trắc nước mặt
Được dùng để làm điều kiện biên trên, biên dưới và hiệu chỉnh, kiểm nghiệm
trong mô hình chất lượng nước.
Số liệu chất lượng nước được quan trắc tại các điểm trên trên với tần suất 12
lần/ năm. Các số liệu chất lượng nước quan trắc (DO, BOD, nhiệt độ) từ tháng 10 đến
tháng 12 năm 2005 được dùng để hiệu chỉnh và ki
ểm nghiệm mô hình. Danh sách các
trạm quan trắc trong Bảng 4.
-
Số liệu nguồn thải và nguồn gây ô nhiễm
Nguồn thải là những nguồn gây ô nhiễm chính trong các sông trên lưu vực,
được hình thành từ các hoạt động dân sinh kinh tế của con người. Số liệu nguồn thải
được thu thập cho hai nguồn chính:
9 Số liệu nước thải công nghiệp dựa trên các báo cáo quan trắc môi
trường khu công nghiệp, quy mô và tần suất hoạt động.
9 Số liệu nước thải sinh hoạt ước tính dựa trên dân số và lượng nước cấp
trong từng khu vực, phân bổ theo mạng lưới kênh và sông nhánh
Ngoài ra còn có một số các nguồn phụ khác, được thu thập đầy đủ nhất có thể
nhưng cũng không hoàn toàn chính xác do công tác quản lý các nguồn này còn nhiều
hạn chế và bất cập như nước thải trực tiếp trên sông, nước thải nông nghiệp .v.v.

(m)
1 Hà Nội 97% 0.15
2 Phủ Lý 88% 0.25
3 Ninh Bình 91% 0.20
4 Hà Đông 60% 0.35
5 Gián Khẩu 95% 0.20
Kết quả hiệu chỉnh và kiểm nghiệm cho mô hình chất lượng nước được nêu
trong các hình từ Hình 5 đến Hình 8

21-11- 1998 11-1 2-1998 31-12-1998 20-1-1999 9-2-1999 1-3-19 99 21-3-1999 10-4-1999 30-4-1999 20-5-1999
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
5.0
5.5
6.0
6.5
7.0
[meter]
Time Series Water Level
Water Level
SONGDAY 100575.00
SONG HONG 26100.00

mực nước thực đo, trạm Hà Nội, Liên Mạc, Phủ Lý, Hà Đông và Gián Khẩu
tháng 11/1998 đến tháng 5/1999

21-11-1999 11-1 2-1999 31 -12-1999 20-1-2000 9-2- 2000 29-2-2000 20-3-200 0 9-4-2000 29-4-2000 19-5-2000
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
5.0
5.5
6.0
6.5
7.0
7.5
8.0
8.5
9.0
9.5
10.0
[meter]
Time Series Water Level
Water Level
SONGDAY 100575.00
SONG HONG 26100.00

Ex ternal TS 1
HHaDo ng
HGia nKh au

Hình 4. So sánh giữa kết quả kiểm nghiệm mô hình diễn toán MIKE11 với số
liệu mực nước thực đo, trạm Hà Nội, Liên Mạc, Phủ Lý, Hà Đông và Gián
Khẩu tháng 11/1998 đến tháng 5/1999

Tuyển tập báo cáo Hội thảo khoa học lần thứ 10 - Viện KH KTTV & MT
275
So sánh kết quả tính toán hiệu chỉnh nồng độ DO v ới
số liệu thực đo, dọc theo sông Đáy , tháng 11/2005.
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
7.0
8.0
Tế Tiêu Cầu Quế Khánh Phú Độc BộĐò Mười
Vị trí quan trắc
Nồng độ (mg/l)
Tính toán
Thực đo
TCVN 5942-B

So sánh kết quả tính toán hiệu chỉnh nồng độ DO v ới
số liệu thực đo, dọc theo sông Nhuệ , tháng 11/2005.

Vị trí quan trắc
Nồng độ (mg/l)
Tính toán
Thực đo
TCVN 5942-B

So sánh kết quả tính toán hiệu chỉnh nồng độ BOD
với số liệu thực đo, dọc sông Nhuệ , tháng 11/2005.
0.0
20.0
40.0
60.0
80.0
100.0
120.0
Phúc La Cự Đà Đò Quan Cống Thần
Vị trí quan trắc
Nồng độ (mg/l)
Tính toán
Thực đo
TCVN 5942-B
Hình 6. So sánh giữa kết quả hiệu chỉnh BOD với số liệu thực đo dọc sông Đáy
và sông Nhuệ tháng 11/2005

So sánh kết quả tính toán hiệu chỉnh nồng độ DO v ới
số liệu thực đo, dọc theo sông Đáy, tháng 12/2005.
0.0
1.0
2.0
3.0

Hình 7. So sánh giữa kết quả kiểm nghiệm DO với số liệu thực đo dọc sông Đáy
và sông Nhuệ tháng 12/2005

Tuyển tập báo cáo Hội thảo khoa học lần thứ 10 - Viện KH KTTV & MT
276
So sánh kết quả tính toán hiệu chỉnh nồng độ BOD
với số liệu thực đo, dọc sông Đáy, tháng 12/2005.
0.0
10.0
20.0
30.0
40.0
50.0
60.0
Tế Tiêu Trung Hiếu Hạ Khánh Phú Độc BộĐò Mười
Vị trí quan trắc
Nồng độ (mg/l)
Tính toán
Thực đo
TCVN 5942-B

So sánh kết quả tính toán hiệu chỉnh nồng độ BOD
với số liệu thực đo, dọc sông Nhuệ, tháng 12/2005.
0.0
20.0
40.0
60.0

10%. Điều đó chứng tỏ mô hình MIKE có thể sử dụng hiệu quả để mô phỏng sự lan
truyền chất ô nhiễm trên sông.

4. Kết luận
Mô hình MIKE 11 là một công cụ hữu ích dùng để tính toán và mô phỏng chất lượng
nước một chiều trong sông tự nhiên với độ chính xác tương đối cao. Đây là một bộ phần
mềm mang tính thương mại và phải có bản quyền sử dụng, tuy nhiên với sự chính xác, độ ổn
định cao của các kết quả tính toán, chúng tôi đề xuất triển khai sử dụng bộ phần mềm này
trên các sông thực tế để góp phần đánh giá hiệ
n trạng ô nhiễm tại các sông ở Việt Nam.
Căn cứ vào các kết quả tính toán cũng như quan trắc, khảo sát, có thể nhận thấy
chất lượng nước trên sông Nhuệ, sông Đáy đã xấu hơn nhiều so với tiêu chuẩn nước
mặt Việt Nam. Nếu các khu đô thị mới, khu công nghiệp mới được bố trí xây dựng
không hợp lý thì chắc chắn tình trạng ô nhiễm môi trường nước sẽ ngày càng trầm
trọng, dẫn đến kết quả cuối cùng là các dòng sông sẽ chết. Chính vì vậy, chúng tôi
khuyến nghị áp dụng công cụ mô hình để tính toán dự báo chất lượng môi trường
nước cho các sông ở Việt Nam với các kịch bản xả thải khác nhau, phù hợp với các kế
hoạch phát triển kinh tế xã hội trong khu vực, nhằm lựachọn được phương án quy
hoạch phát triển tối ưu, bảo đảm phát triển bền vững.
Tuyển tập báo cáo Hội thảo khoa học lần thứ 10 - Viện KH KTTV & MT
277
Tài liệu tham khảo
1 PGS TSKH Nguyễn Văn Cư - Báo cáo tổng kết đề tài cấp nhà nước: Xây dựng
đề án tổng thể bảo vệ môi trường lưu vực sông Nhuệ và sông Đáy - Hà Nội,
2005.
2
V. Techow, D.R Maidment, L.W. Mays - Thuỷ văn ứng dụng - Đỗ Hữu Thành
dịch - NXB Giáo dục -1994.
3
Trần Hồng Thái và nnk - Ứng dụng mô hình tính toán dự báo ô nhiễm môi trường