TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN THIÊN NHIÊN
BỘ MÔN QUẢN LÝ MÔI TRƯỜNG & TNTN
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
NGÀNH QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG
ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE 11
ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG NƯỚC SÔNG HẬU
(ĐOẠN QUA KHU CÔNG NGHIỆP TRÀ NÓC,
THÀNH PHỐ CẦN THƠ)
Sinh viên thực hiện
MAI CHÍ THẢO
3113845
Cán bộ hướng dẫn
ThS. HUỲNH VƯƠNG THU MINH
Cần Thơ, tháng 12 - 2014
Luận văn tốt nghiệp
Ngành QLMT & TNTN
---------------------------------------------------------------------------------------------------------
LỜI CẢM ƠN
Tôi xin gửi lời tri ân sâu sắc đến cô Huỳnh Vương Thu Minh, giảng viên khoa
Môi trường và Tài nguyên thiên nhiên trường Đại học Cần Thơ đã hướng dẫn tận tình
cũng như giúp đỡ, động viên và cho tôi những lời khuyên vô cùng quý báu trong quá
trình thực hiện đề tài.
MỤC LỤC
ii
DANH MỤC HÌNH
iv
DANH MỤC BẢNG
v
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
vi
CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU ........................................................................................... 1
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ ................................................................................. 1
1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU ............................................................. 4
1.2.1 Mục tiêu tổng quát ................................................................. 4
1.2.2 Mục tiêu cụ thể ...................................................................... 4
1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU............................................................. 4
1.3.1 Nội dung 1 ............................................................................. 4
1.3.2 Nội dung 2 ............................................................................. 4
1.3.3 Nội dung 3 ............................................................................. 5
1.4 GIỚI HẠN NGHIÊN CỨU .............................................................. 5
CHƯƠNG 2 LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU........................................................................ 6
2.1 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ............................................................ 6
2.2 TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH .......................................................... 9
2.2.1 Các định nghĩa có liên quan ................................................... 9
2.2.2 Mục tiêu thành lập mô hình ................................................. 10
2.2.3 Giới thiệu mô hình Mike 11 ................................................. 10
2.2.4 Các bước ứng dụng mô hình trong đề tài ............................. 20
2.2.5 Đánh giá mô hình ................................................................ 20
CHƯƠNG 3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ......................................................... 21
3.1 VÙNG NGHIÊN CỨU................................................................... 21
3.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU................................................... 22
3.2.1 Tiến trình thực hiện ............................................................. 22
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................... 45
PHỤ LỤC .................................................................................................................. 48
--------------------------------------------------------------------------------------------------------Mai Chí Thảo (MSSV: 3113845)
iii
Luận văn tốt nghiệp
Ngành QLMT & TNTN
---------------------------------------------------------------------------------------------------------
DANH MỤC HÌNH
Hình
1.1
1.2
2.1
2.2
2.3
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
4.1
4.2
4.3
4.4
4.5
4.6
Mặt cắt ngang sông Hậu vùng nghiên cứu (Hauriver,
chainage 236.000)
Bản đồ vị trí các điểm biên vùng tính toán
Lưu lượng các trạm Châu Đốc và Vàm Nao tháng 01/2008
Mực nước tại trạm Rạch Giá và Đại Ngãi tháng 01/2008
Mực nước thực đo và mô phỏng tại trạm Cần Thơ từ ngày
01/01/2008 đến ngày 31/01/2008
Lưu lượng thực đo và mô phỏng tại trạm Cần Thơ từ ngày
01/01/2008 đến ngày 31/01/2008
Mực nước thực đo và mô phỏng tại trạm Cần Thơ từ ngày
01/01/2010 đến ngày 31/01/2010
Lưu lượng thực đo và mô phỏng tại trạm Cần Thơ từ ngày
01/01/2010 đến ngày 31/01/2010
BOD thực đo và mô phỏng phía thượng lưu KCN Trà Nóc
BOD thực đo và mô phỏng phía hạ lưu KCN Trà Nóc
Kết quả diễn biến BOD theo các kịch bản
Trang
2
2
13
14
17
21
23
24
25
26
27
30
4.6
4.7
4.8
4.9
Tên hình
Vị trí các điểm thu mẫu
Khoảng cách trung bình giữa 2 mặt cắt ngang liên tiếp
Dữ liệu biên vùng tính toán
Số liệu các trạm thủy văn được dùng trong mô hình
Lưu lượng thực đo các trạm Châu Đốc và Vàm Nao năm
2008
Mực nước thực đo các trạm năm 2008
Kết quả hiệu chỉnh tại trạm Cần Thơ.
Kết quả kiểm định mô hình tại trạm Cần Thơ
Kịch bản cho mô hình toán mô phỏng chất lượng nước
trong tương lai
Giá trị BOD mô phỏng theo các kịch bản
Trang
25
31
33
34
35
36
37
38
41
42
Doanh nghiệp
Ôxy hòa tan
Đồng bằng sông Cửu Long
Kịch bản
Khu công nghiệp
Nước biển dâng
Quy chuẩn Việt Nam
Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam
Tài nguyên và Môi trường
Trách nhiệm hữu hạn
Thành phố Cần Thơ
--------------------------------------------------------------------------------------------------------Mai Chí Thảo (MSSV: 3113845)
vi
Luận văn tốt nghiệp
Ngành QLMT & TNTN
---------------------------------------------------------------------------------------------------------
CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU
1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ
Sông Hậu có vai trò quan trọng trong sự phát triển kinh tế – xã hội của đồng
bằng sông Cửu Long (ĐBSCL). Đây là nguồn cung cấp nước chính cho nhu cầu sinh
hoạt và hoạt động sản xuất của các tỉnh nằm dọc theo lưu vực sông. Cần Thơ nằm ở
cửa ngõ lưu vực sông Hậu với nền kinh tế đang phát triển theo hướng công nghiệp hóa
– hiện đại hóa. Bên cạnh sự phát triển, Thành phố Cần Thơ (TPCT) còn phải đối mặt
với nhiều khó khăn trong việc giải quyết các vấn đề về môi trường, đặc biệt là vấn đề ô
nhiễm môi trường nước mặt.
BOD (mg/l)
16
14
QCVN 08:2008. Cột B1
12
Vàm Sang Trắng
10
Vàm Trà Nóc
8
Họng nhà máy nước 2
6
Vàm Ô Môn
4
Chợ Ô Môn
2
TB các kênh, rạch
0
4
Vàm Ô Môn
3
Chợ Ô Môn
2
1998
TB các kênh, rạch
2000
2002
2004
2006
2008
2010
Thời gian (năm)
Hình 1.2 Diễn biến hàm lượng DO trong nước mặt giai đoạn 1999 – 2008
(Trung tâm quan trắc Tài nguyên và Môi trường TPCT, 2009)
Chất lượng nước mặt vùng ĐBSCL bị ảnh hưởng bởi nước thải phát sinh từ
khu bảo tồn tự nhiên sông nước, vườn trái cây; (iv) phía Tây phát triển các vành đai
sinh thái ngoại thành. Những định hướng phát triển về công nghiệp của TPCT đến năm
2025 đa phần phát triển dọc theo sông Hậu; vì vậy, khả năng ô nhiễm nguồn nước này
rất cao. Do đó, cần mô phỏng chất lượng nước sông Hậu cũng như xác định và đánh
giá khả năng mang tải chất ô nhiễm của dòng sông này ở hiện tại và tương lai.
Trong những năm gần đây, với sự phát triển của công nghệ thông tin cũng như
khoa học kỹ thuật, các mô hình toán ứng dụng trong lĩnh vực mô phỏng đặc tính thủy
lực chất lượng nước ngày càng phổ biến và phát triển như: HEC-RAS, MIKE,
VRSAP, ISIS (Van et al., 2012). Nghiên cứu lựa chọn áp dụng bộ phần mềm Mike 11
để thực hiện mô phỏng chất lượng nước sông Hậu, bởi nó đáp ứng được các tiêu chí:
(i) là bộ phần mềm tích hợp đa tính năng; (ii) là bộ phần mềm đã được kiểm nghiệm
thực tế; (iii) cho phép tính toán thủy lực và chất lượng nước với độ chính xác cao; (iv)
giao diện thân thiện, dễ sử dụng; (v) có ứng dụng kỹ thuật GIS, là một kỹ thuật mới
với tính hiệu quả cao (Trần Hồng Thái, 2006).
Từ thực trạng nêu trên, cần thiết tiến hành “Ứng dụng mô hình Mike 11 đánh
giá chất lượng nước sông Hậu (đoạn qua khu công nghiệp Trà Nóc, Thành phố
Cần Thơ)” nhằm xác định xu hướng thay đổi chất lượng nước và khả năng tiếp nhận
trên sông trong tương lai, tạo cơ sở cho việc đề ra các chính sách phát triển kinh tế –
xã hội phù hợp; đồng thời thông qua việc dự đoán chất lượng nước mặt trong những
năm 2030 để đề xuất các giải pháp tổng hợp hướng đến mục tiêu bảo vệ nguồn nước
sông Hậu.
--------------------------------------------------------------------------------------------------------Mai Chí Thảo (MSSV: 3113845)
3
Luận văn tốt nghiệp
Ngành QLMT & TNTN
--------------------------------------------------------------------------------------------------------1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
1.2.1 Mục tiêu tổng quát
Ứng dụng Mike 11 đánh giá chất lượng nước sông Hậu (đoạn qua khu công
mô hình (năm 2010);
--------------------------------------------------------------------------------------------------------Mai Chí Thảo (MSSV: 3113845)
4
Luận văn tốt nghiệp
Ngành QLMT & TNTN
-------------------------------------------------------------------------------------------------------- Sử dụng Mike 11 để mô phỏng lan truyền chất ô nhiễm và chất lượng nước
(BOD, DO và nhiệt độ), hiệu chỉnh (năm 2008) và kiểm định mô hình (năm
2014);
Dựa vào kết quả mô phỏng để đánh giá lan truyền chất ô nhiễm, so sánh số liệu
mô hình với Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước mặt QCVN
08:2008/BTNMT (cột A2) để đánh giá chất lượng nước sông Hậu (đoạn qua
khu công nghiệp Trà Nóc).
1.3.3 Nội dung 3
Mô phỏng mô hình chất lượng nước trong những năm 2030 theo “Quyết định
Phê duyệt Quy hoạch tổng thể phát triển kinh tế – xã hội Thành phố Cần Thơ
đến năm 2020, tầm nhìn đến năm 2030”;
Dựa vào kết quả mô hình để dự đoán diễn biến chất lượng nước vùng nghiên
cứu đến những năm 2030.
1.4 GIỚI HẠN NGHIÊN CỨU
Đề tài chỉ triển khai nghiên cứu dọc theo sông Hậu (đoạn qua khu công nghiệp
Trà Nóc) và các phụ lưu.
Đề tài tập trung mô phỏng và dự đoán chất lượng nước của vùng nghiên cứu
dựa theo các chỉ tiêu BOD, DO và nhiệt độ.
--------------------------------------------------------------------------------------------------------Mai Chí Thảo (MSSV: 3113845)
5
(iii) độ ổn định cao trong tính toán với hệ thống mã báo lỗi chi tiết thuận tiện cho
người sử dụng. Module Mike 11 được đưa vào tính toán thủy văn đã tiết kiệm rất
nhiều được thời gian tính toán, khối lượng tính toán giảm đi đáng kể. Kết quả thu được
chính xác và rất đáng tin cậy, theo nghiên cứu “Ứng dụng module Mike 11 tính toán
thủy văn cho sông và luồng ra vào cảng” (Nguyễn Hoàng, 2009). Theo “Nghiên cứu
Ứng dụng mô hình hai chiều đứng CE–QUAL–W2 mô phỏng và dự báo chất lượng
nước hồ Hòa Bình”. Các kết quả tính toán từ module thuỷ lực được sử dụng trong các
tính toán thành phần chất lượng nước. Do đó, tính toán chính xác các yếu tố thuỷ lực
sẽ góp phần quan trọng trong tính toán chất lượng nước (Nguyễn Kiên Dũng, 2005).
Theo Bùi Thị Nga (2008), chất lượng nước tại các cống thải KCN Trà Nóc
không đạt tiêu chuẩn nước thải công nghiệp (TCVN 5945 – 2005) xả thải vào môi
trường lân cận thể hiện ở các chỉ tiêu đạm tổng, lân tổng và sắt tổng. Mức độ ô nhiễm
--------------------------------------------------------------------------------------------------------Mai Chí Thảo (MSSV: 3113845)
6
Luận văn tốt nghiệp
Ngành QLMT & TNTN
--------------------------------------------------------------------------------------------------------nước mặt đặc biệt nghiêm trọng tại thủy vực tiếp nhận trực tiếp (rạch Sang Trắng 1), ít
hơn ở thủy vực lân cận (rạch Sang Trắng 2) và thủy vực đối chứng (Sông Hậu) vượt
tiêu chuẩn chất lượng nước mặt của Việt Nam (TCVN 5942 – 1995). Chế độ triều đã
có ảnh hưởng đáng kể đến nồng độ của các chất ô nhiễm ở thủy vực tiếp nhận, thủy
vực lân cận và thủy vực đối chứng.
Trong đề tài “Nghiên cứu đánh giá khả năng chịu tải và đề xuất các giải pháp
bảo vệ sông Vàm Cỏ Đông – đoạn chảy qua huyện Bến Lức, tỉnh Long An” (Nguyễn
Minh Lâm, 2012) đã đưa ra cách nhìn mới về phương pháp tính toán sức chịu tải bằng
việc ứng dụng chỉ số chất lượng nước WQI và phần mềm Mike 11 để đánh giá và đưa
ra dự báo cụ thể về diễn biến chất lượng nước và khả năng chịu tải của sông Vàm Cỏ
Đông đến 2020. Từ đó, làm cơ sở phân vùng chất lượng nước phục vụ quản lý: (i)
kiểm soát các nguồn thải; (ii) cấp phép xả thải trên sông; (iii) phục vụ cho quy hoạch
Luận văn tốt nghiệp
Ngành QLMT & TNTN
--------------------------------------------------------------------------------------------------------nước thải; (iii) Kịch bản 2: với giả thiết nồng độ ô nhiễm tăng 10 lần, nhưng giữ
nguyên lưu lượng như kịch bản hiện trạng.
Đề tài nghiên cứu khoa học “Ứng dụng mô hình toán đánh giá chất lượng nước
hạ lưu sông Đồng Nai đến năm 2020” (Phan Viết Chính, 2011). Trong đề tài này, mô
hình toán dòng chảy trong kênh hở một chiều Mike 11 đã được áp dụng mô phỏng
đánh giá chất lượng nước hạ lưu sông Đồng Nai đoạn chảy qua Thành phố Biên Hòa
(hiện trạng năm 2005 và mô phỏng dự báo chất lượng nước năm 2011 và 2020 do tác
động bởi các nguồn xả thải của đô thị Biên Hòa theo qui hoạch phát triển kinh tế xã
hội đến năm 2020 của tỉnh Đồng Nai). Tác giả sử dụng số liệu địa hình, số liệu thủy
lực, thủy văn năm 2003, số liệu chất lượng nước thực đo năm 2003 và năm 2005 để
hiệu chỉnh và kiểm tra mô hình. Sử dụng bộ thông số đã hiệu chỉnh để mô phỏng dự
báo chất lượng nước cho các phương án phát triển kinh tế xã hội của thành phố Biên
Hòa đến năm 2020.
Nghiên cứu “Ứng dụng mô hình toán mô phỏng đặc tính thủy lực và diễn biến
chất lượng nước trên kênh Xáng, Thành phố Sóc Trăng” (Trương Thị Yến Nhi, 2013)
mô phỏng thủy lực và chất lượng nước (các chỉ tiêu COD, BOD, tổng đạm và tổng
lân). Ứng dụng mô hình thủy lực một chiều HEC-RAS để mô phỏng đặc tính thủy lực
và chất lượng nước trên tuyến kênh Xáng, thành phố Sóc Trăng, dựa trên các kịch bản
thay đổi về nồng độ chất thải và lưu lượng nước từ thượng nguồn. Chất lượng nước
mô phỏng được tác giả so sánh với Quy chuẩn chất lượng nước mặt QCVN 08:2008,
cột A2 và cột B1, đó là cơ sở để đánh giá chất lượng nước mặt mô phỏng kênh Xáng.
Nghiên cứu “Mô phỏng xâm nhập mặn Đồng bằng sông Cửu Long dưới tác
động mực nước biển dâng và sự suy giảm lưu lượng từ thượng nguồn” (Trần Quốc
Đạt, 2012). Dựa vào hiện trạng mực nước biển dâng và lưu lượng thượng nguồn suy
giảm, tác giả ứng dụng mô hình Mike 11 để mô phỏng xâm nhập mặn ở đồng bằng
sông Cửu Long dựa trên bộ số liệu năm 1998 và năm 2005. Các kịch bản được xây
dựng dựa trên kịch bản CRES B2, kịch bản tăng diện tích nông nghiệp và kịch bản
tác giữa các yếu tố. Chẳng hạn khi xem xét sự ô nhiễm nước sông chịu ảnh hưởng của
thuỷ triều. Khi thải chất bẩn vào dòng chảy, dưới tác động của thuỷ triều, chất bẩn lan
toả đi các hướng khác nhau và cũng giảm dần nồng độ bẩn do quá trình tự làm sạch.
Để tính toán được phạm vi ảnh hưởng của các nguồn ô nhiễm cũng như nồng độ tại
từng thời điểm thì chỉ có mô hình hoá mới giải quyết được (Tô Văn Trường, 2010).
Mô hình môi trường là ngành khoa học cung cấp các công cụ ở dạng hình ảnh,
sơ đồ, biểu đồ, phần mềm, hay sa bàn, … để chuyển các hiểu biết từ các đo đạc thực tế
của một khu vực nghiên cứu thành các lý giải cần thiết cho nhu cầu thông tin và tiên
đoán diễn biến của môi trường – sinh thái.
Mô hình hóa (Modeling) là thay thế đối tượng gốc bằng một mô hình nhằm thu
nhận các thông tin quan trọng về đối tượng bằng cách tiến hành các thực nghiệm trên
mô hình. Lý thuyết xây dựng mô hình và nghiên cứu mô hình để hiểu biết về đối tượng
gốc.
Mô hình hóa môi trường là ngành khoa học mô phỏng hiện tượng lan truyền
chất ô nhiễm và các dự báo thay đổi môi trường theo không gian và thời gian.
Hiệu chỉnh mô hình (calibration) là tiến trình mà trong đó các thông số và biến
số của mô hình được điều chỉnh để kết quả ra của mô hình phù hợp với thực tế quan
sát được. Do khi phát triển mô hình, chúng ta phải tối giản các hiện tượng vật lý trong
tự nhiên để thuận lợi cho người làm thuật toán. Điều này sẽ khiến các số liệu nhập vào
mô hình có những giá trị không hoàn toàn chắc chắn và kết quả ra sẽ sai biệt với thực
tế. Hiệu chỉnh là công việc nhằm rút ngắn các khoảng cách sai biệt bằng cách đưa ra
các thông số điều chỉnh gọi là thông số mô hình (model parameters).
Kiểm định mô hình là bước tiếp theo sau công việc hiệu chỉnh mô hình nhằm
kiểm tra các thông số mô hình đưa ra có phù hợp với các diễn biến của thực tế hay
không (Lê Anh Tuấn, 2008).
--------------------------------------------------------------------------------------------------------Mai Chí Thảo (MSSV: 3113845)
9
Luận văn tốt nghiệp
2.2.3 Giới thiệu mô hình Mike 11
Mike 11 – là một phần mềm đóng gói thuộc bản quyền của hãng DHI Water &
Environment (DHI – Danish Hydraulic Institute). Mike 11 được xây dựng cho máy
tính cá nhân và từ năm 1996, chương trình được viết để chạy trên hệ thống Window
95/98/2000/NT. Chương trình này là sản phẩm công nghệ máy tính cao (với bộ nhớ
động và CSDL). Chương trình tích hợp rất nhiều mô hình toán được nghiên cứu từ
những năm 60 của thế kỷ trước.
--------------------------------------------------------------------------------------------------------Mai Chí Thảo (MSSV: 3113845)
10
Luận văn tốt nghiệp
Ngành QLMT & TNTN
--------------------------------------------------------------------------------------------------------Mike 11 là một gói phần mềm kỹ thuật chuyên môn để mô phỏng thủy lực, chất
lượng nước và vận chuyển bùn cát cửa sông, trong sông, hệ thống tưới, kênh dẫn và
các hệ thống dẫn nước khác.
Mike 11 là công cụ lập mô hình động lực, một chiều và thân thiện với người sử
dụng nhằm phân tích chi tiết, thiết kế, quản lý và vận hành cho sông và hệ thống kênh
dẫn đơn giản và phức tạp. Với môi trường đặc biệt thân thiện với người sử dụng, linh
hoạt và tốc độ, Mike 11 cung cấp một môi trường thiết kế hữu hiệu về kỹ thuật công
trình, tài nguyên nước, quản lý chất lượng nước và các ứng dụng quy hoạch.
Mô-đun mô hình thủy động lực (HD) là một phần trọng tâm của hệ thống lập
mô hình Mike 11 và hình thành cơ sở cho hầu hết các mô-đun bao gồm dự báo lũ, tải
khuyếch tán, chất lượng nước và các mô-đun vận chuyển bùn lắng không có cố kết.
Mô-đun Mike 11 HD giải các phương trình tổng hợp theo phương đứng để đảm bảo
tính liên tục và động lượng (momentum), nghĩa là phương trình Saint Venant.
Các ứng dụng liên quan đến mô-đun Mike 11 HD bao gồm:
Dự báo lũ và vận hành hồ chứa.
Các phương pháp mô phỏng kiểm soát lũ.
Khi | | < V (chế độ chảy êm): xét hai đầu biên của miền tính tại x = 0 và x = L
chỉ có một họ đường đặc trưng đi vào miền tính cho nên tại mỗi đầu biên có một điều
kiện. Trong thực tế, các bài toán thường cho Q(0,t) hoặc Z(0,t) hoặc thiết lập quan hệ
Q(Z) tại x = 0; tương tự với x = L.
Khi | | > V (chế độ chảy xiết), theo chiều dòng chảy thì trên biên thượng lưu
có cả hai họ đặc trưng đi vào miền và tại đó có hai điều kiện. Tuy vậy, ta chỉ xét chế
độ chảy êm.
Một số kinh nghiệm cho thấy: tại các đầu biên có thể gán giá trị mực nước cho
tất cả các biên nhưng không nên gán lưu lượng tại tất cả các biên. Bài toán sẽ hoàn
chỉnh hơn nếu tại các biên thượng lưu gán lưu lượng Q, còn các biên hạ lưu nên gán
cho mực nước Z.
b. Cơ sở lý thuyết mô hình toán thuỷ lực
Mô đun thủy lực được xây dựng trên cơ sở hệ phương trình Saint - Venant một
chiều cho trường hợp dòng không ổn định, gồm hai phương trình sau:
Phương trình liên tục:
Q A q
x t
(1)
Phương trình động lượng:
Q 2
A
---------------------------------------------------------------------------------------------------------
Hình 2.1 Mô tả lưu lượng ra - vào đoạn kênh qua hai mặt cắt ướt
Chênh lệch lượng nước ra – vào đoạn kênh ds qua hai mặt cắt ướt trong thời
gian dt là:
.
Biến thiên thể tích đoạn kênh trong thời gian đó là:
ℎ
.
Trong đó: A – diện tích mặt cắt ướt; B – bề rộng mặt thoáng kênh; h – độ sâu
của kênh.
Vì nước không nén được nên phương trình bảo toàn khối lượng được viết như
sau:
ℎ
. + .
=0
B
h Q
0
t s
(3)
Với A = B.h; phương trình có thể viết dưới dạng:
A Q
0
Theo định luật II Newton:
−
+
−
+
+
=
Phân tích các thành phần: (1) áp lực tác dụng lên các mặt cắt ướt; (2) ứng suất
ma sát trong lòng kênh, theo phương trình cơ bản của dòng chảy đều: τ = γRJ; (3)
phản lực thành kênh trên phương s. Trên dải dy, áp lực trên phương s.
Phương trình động lượng:
0 Q z Q 2 Q Q
0
gA t s gA s A A2C 2 R
(5)
--------------------------------------------------------------------------------------------------------Mai Chí Thảo (MSSV: 3113845)
14
Luận văn tốt nghiệp
nằm ngang, được xác định =
;
2
A: Diện tích mặt cắt ướt (m ).
c. Cơ sở lý thuyết mô hình chất lượng nước
Để giải quyết vấn đề chất lượng nước có liên quan đến những phản ứng sinh
hóa sử dụng đồng thời hai mô đun là mô đun tải - khuếch tán (AD) và mô đun sinh thái
(Ecolab) trong tính toán và mô đun truyền tải khuếch tán.
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 giả thiết
các chất này được hoà tan trộn lẫn. Quá trình này được biểu diễn qua phương trình
sau:
AC QC AD C AKC C q
2
t
x
x
x
(7)
Trong đó, 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.
Phương trình (7) thể hiện hai cơ chế truyền tải, đó là truyền tải đối lưu do tác
dụng của dòng chảy và truyền tải khuếch tán do Gradien nồng độ gây ra. Phương trình
này cũng được giải theo phương pháp số với sơ đồ sai phân ẩn trung tâm.
Mô đun sinh thái (Ecolab)
Mô đun sinh thái giải quyết khía cạnh chất lượng nước trong sông tại những
Phốtpho từ quá trình phân rã BOD, tiêu hao phốtpho do sinh vật hấp thụ;
Tính toán Amonia: sinh ra do quá trình phân huỷ BOD, tiêu hao do chuyển hoá
thành Nitrate, do thực vật và vi sinh hấp thụ;
Tính toán Nitrate: sinh ra do quá trình chuyển hoá từ Ammonia sang Nitrate
(quá trình Nitrate hoá), sút giảm do chuyển hoá thành Nitơ tự do;
Tính toán Coliform: mô hình có thể tính được Coliform theo hai hợp phần là
Faecol Coliform và Total Coliform. Các quá trình biến đổi lượng Coliform do chúng
chết đi và nhận các hợp phần Coliform từ các nguồn thải. Các giá trị tham số của mô
hình chất lượng nước và sinh thái được liệt kê và cho sẵn các giá trị ngưỡng của từng
tham số ứng với các mức độ tính toán. Điều này đặc biệt có ý nghĩa cho việc hiệu
chỉnh mô hình khi có rất nhiều số lượng thông số. Các lựa chọn để xuất dữ liệu cho
phép lấy và kiểm tra các quá trình chuyển hoá giữa các hợp phần tính toán với nhau.
Với khả năng tính nồng độ cao, mô hình còn cho phép cập nhật các nguồn thải dưới
dạng các nguồn điểm hay nguồn đại diện trên từng đoạn sông.
--------------------------------------------------------------------------------------------------------Mai Chí Thảo (MSSV: 3113845)
16
Luận văn tốt nghiệp
Ngành QLMT & TNTN
--------------------------------------------------------------------------------------------------------Phương trình lan truyền chất trong sông
Nguyên lý bảo toàn là sự thay đổi của đại lượng C nào đó trong thể tích V trong
khoảng thời gian Δt sẽ bằng tổng lượng dòng vào của C cộng với tổng lượng sinh ra
của C trong chính thể tích V.
Hình 2.3 Sơ đồ dòng thông lượng
Xét đoạn sông chiều dài dx giữa hai mặt cắt 1-1 và 2-2. Thông lượng của chất
tải C qua hai mặt cắt này tương ứng là
Thông lượng bao gồm hai thành phần là: tải theo dòng chảy và khuyếch tán từ nơi
nồng độ cao sang nơi nồng độ thấp:
= .
−
Trong đó:
D - hệ số phân tán; v - vận tốc dòng chảy. Thay biểu thức Flux vào phương
trình nguyên lý bảo toàn và sắp xếp lại các số hạng, ta được phương trình vận tải chất
trong sông:
(
)
=
−
+
Phương trình trên được giải sau khi có v và A từ lời giải của phương trình Saint
– Venant.
--------------------------------------------------------------------------------------------------------Mai Chí Thảo (MSSV: 3113845)
17
Luận văn tốt nghiệp
Ngành QLMT & TNTN
--------------------------------------------------------------------------------------------------------Phương trình lan truyền chất
Là phương trình loại parabol cho nên tại mỗi đầu biên miền tính toán có một
điều kiện cho nồng độ chất tải. Cụ thể là tại đầu sông nơi nước chảy vào điều kiện biên
là nồng độ chất tải và tại đầu sông nơi nước chảy ra có thể có nhiều kiểu điều kiện
biên, nhưng thông dụng nhất là biên đạo hàm.
Điều kiện tại điểm hợp lưu hay phân lưu: tại điểm hợp lưu thường sử dụng định
Hệ phương trình Saint – Venant được viết lại như sau:
( )
+
=0
--------------------------------------------------------------------------------------------------------Mai Chí Thảo (MSSV: 3113845)
18
Copyright: Tài liệu đại học ©