L IC M

N

Tôi có th nói r ng Lu n v n Th c s c a tôi s không bao gi đ
thành n u không có s giúp đ và ng h c a m i ng
Tr

c hoàn

i.

c h t, v i lòng kính tr ng và bi t n sâu s c, tôi xin bày t lòng c m n

chân thành t i PGS.TS. Bùi Qu c L p, gi ng viên Khoa Môi tr ng, Tr ng
i
h c Th y L i, đã tr c ti p h ng d n tôi r t t n tình, cho tôi nh ng ki n th c và
kinh nghi m quý báu, t o đi u ki n thu n l i cho tôi trong quá trình th c hi n, hoàn
thành lu n v n.
Tôi xin g i l i c m n chân thành t i Ban Lãnh đ o Khoa Môi tr ng,
tr ng i h c Th y l i, c m n các th y cô giáo trong khoa, trong tr ng đã d y
cho tôi nh ng ki n th c, k n ng quan tr ng.
Tôi chân thành c m n đ ng nghi p c a tôi đã t o đi u ki n và giúp đ tôi
trong quá trình tôi đi h c và làm lu n v n.
C m n b m và gia đình đã luôn ng h m i quy t đ nh l a ch n trong
vi c nghiên c u c a tôi. B m là ngu n đ ng viên tinh th n l n lao nh t mà tôi có
đ c.
Hà N i, tháng 08 n m 2014
H c viên

Nguy n T t Tu n


v nđ

c th hi n theo đúng quy đ nh, các ngu n tài li u, t li u nghiên c u và s

d ng trong lu n v n đ u đ

c trích d n ngu n.

N u x y ra v n đ gì v i n i dung lu n v n này, tôi xin ch u hoàn toàn trách
nhi m theo quy đ nh./.
NG

I VI T CAM OAN

Nguy n T t Tu n


M CL C

M

U .......................................................................................................... 1

Ch

ng 1: HI N TR NG KHU V C NGHIÊN C U .............................. 4

1.1. i u ki n t nhiên, kinh t - xã h i........................................................ 4
1.1.1. i u ki n t nhiên ........................................................................... 4

ng trình c b n c a mô hình Mike 11................................... 43

2.2.1. H ph
2.2.2. Ph

ng trình c b n c a modul th y l c ................................ 44

ng trình c b n c a modul t i khuy ch tán........................... 46

2.2.3. Các ph

ng trình c b n c a modul ch t l

ng n

c .................. 46

2.3. Các yêu c u s li u đ u vào c a mô hình ............................................ 50
2.3.1. C s ph

ng pháp thu th p và x lý d li u ............................... 50

2.3.2. Các s li u đ u vào c b n c a mô hình ....................................... 51
2.4. Các đi u ki n n đ nh c a mô hình ...................................................... 58
2.4.1. i u ki n n đ nh cho tính toán thu l c ...................................... 58
2.4.2. i u ki n n đ nh cho tính toán ch t l

ng n

c ......................... 58

DANH M C CÁC HÌNH, S

Hình 1.1. B n đ l u v c sông C u .................................................................. 5
Hình 2.1. Chu trình bi n đ i oxy .................................................................... 47
Hình 2.2. S đ m ng sông ............................................................................. 52
Hình 2.3. M t c t trên sông C u t i tr m Gia B y .......................................... 54
Hình 2.4. M t c t trên sông Cà L t i tr m Phúc Yên .................................... 54
Hình 2.5. V trí các đi m x th i và các đi m quan tr c ................................. 56
Hình 2.6. K t qu hi u ch nh m c n

c t i Phúc L c Ph

ng tháng 3/2008 61

Hình 2.7. K t qu ki m đ nh m c n

c t i Phúc L c Ph

ng tháng 2/2007 . 65


DANH M C CÁC B NG, BI U

B ng 1.1. Nhi t đ trung bình các tháng n m 2007 .................................................. 8
B ng 1.2.

mt

ng đ i c a không khí trung bình nhi u n m ..........................10


B ng 3.2. N ng đ DO, BOD5 t i m t s đi m trên sông C u mô ph ng b ng mô
hình Mike 11 theo ph

ng án 3 .................................................................................. 80

B ng 3.3. S c ch u t i c a ngu n n
MIKE11 cho ph

c h th ng sông C u tính toán b ng mô hình

ng án gi m 50% n ng đ ch t ô nhi m .....................................81


DANH M C CÁC T

VI T T T

CHC

Ch t h u c

Ch t ON

Ch t ô nhi m

LVS

L u v c sông

BVMT


U

1. Tính c p thi t c a đ tài.
Trong nh ng n m g n đây cùng v i quá trình công nghi p hóa và đô th
hóa thì l

ng n

c th i không ng ng t ng lên. N

th i sinh ho t và các lo i n
không đ

c th i công nghi p, n

c th i khác có hàm l

c

ng các ch t ô nhi m cao

c x lý là nguyên nhân gây ô nhi m ngu n ti p nh n. Áp l c c a

quá trình đô th hóa, công nghi p hóa và s gia t ng dân s đã kéo theo nh ng
tác đ ng tiêu c c đ n môi tr
suy thoái tài nguyên n

ng đ t - n


c, s gia t ng tình tr ng ô nhi m, suy thoái các ngu n tài

nguyên và môi tr

ng c a các l u v c sông. Vi c xác đ nh kh n ng ch u t i

c a các dòng sông và vi c b n v ng các ngu n tài nguyên đ t, n
trong m t l u v c sông, đ xác đ nh, d báo di n bi n ch t l

c, sinh v t

ng môi tr

ng

và đ xu t nh ng gi i pháp ki m soát các ngu n gây ô nhi m, nh m qu n lý
t i u cho l u v c.
Sông C u v i di n tích l u v c 6030 km2 ch y qua các t nh B c K n,
Thái Nguyên, B c Giang, B c Ninh, và V nh Phúc. Sông C u đóng vai trò
quan tr ng trong c p n

c cho sinh ho t và s n xu t Công, nông nghi p. Tuy

nhiên, cùng v i quá trình phát tri n kinh t và xã h i thì sông C u c ng đang
ch u tác đ ng tr c ti p do quá trình th i n
C u đã b ô nhi m, nhi u ch tiêu ch t l

c th i không đ
ng n


khoa h c m t nhi m v c p bách: Tìm ra gi i pháp kh c ph c tình tr ng ô
nhi m môi tr

ng n

c l u v c sông C u đ c u sông C u thoát kh i tình

tr ng ô nhi m nh hi n nay.
V i mong mu n tìm hi u và ph n nào gi i quy t nh ng v n đ c a h
th ng sông C u nh m giúp các c quan qu n lý tài nguyên n
môi tr

c và b o v

ng có các bi n pháp thích h p đ gi m b t ô nhi m nên trong đ tài

này đã nghiên c u tìm ra mô hình thích h p đ mô ph ng th y l c và di n
bi n ch t l

ng n

c trên l u v c sông C u.

2. M c tiêu và ph m vi nghiên c u
V i đ tài “ ng d ng mô hình toán xác đ nh kh n ng ch u t i c a
sông C u và đ xu t gi i pháp ki m soát các ngu n gây ô nhi m”
M c tiêu c a lu n v n
ng d ng mô hình Mike 11 đánh giá di n bi n ch t l

ng n

ng t i khu v c nghiên c u.

c d c các sông, nh m đánh


3

Ti p đó s d ng ph

ng pháp mô hình toán đ tính toán, mô ph ng ch

đ th y v n th y l c và di n bi n ch t l
Ph

ng n

c trên đo n sông nghiên c u.

ng pháp chuyên gia: Tham kh o, t p h p ý ki n t các nhà khoa h c.


4

Ch

ng 1:

HI N TR NG KHU V C NGHIÊN C U
1.1. i u ki n t nhiên, kinh t - xã h i
1.1.1. i u ki n t nhiên


ng, sông u, sông Cà L n m trong đ a

bàn 6 t nh B c K n, B c Giang, B c Ninh, Thái Nguyên, H i D

ng, V nh

Phúc).
L u v c sông C u n m trong ph m vi t a đ đ a lý: 21o07' - 22o18' v
b c, 105o28' - 106o08' kinh đông, có t ng di n tích l u v c là 10530 km², bao
g m toàn b hay m t ph n lãnh th 6 t nh và 2 huy n thu c Hà N i, (trong đó
chính l u sông C u có chi u dài là 288 km và di n tích l u v c là 6030 km².
Các ph l u có t ng chi u dài là 1332 km và di n tích l u v c là 3535km²).


5

1.1.1.2.

Hình 1.1. B n đ l u v c sông C u
a hình, đ a m o

a. i u ki n đ a hình
L u v c có d ng hình lông chim. Ranh gi i phía b c c a l u v c là các
núi PiaYeng, Hoa S n, và Sam Lai v i đ cao nh t 1525m, nh ng núi đó là
ti p t c c a các d i núi thu c cánh cung sông Gâm, là đ

ng phân n

cm t

Th

ng.

a hình th p d n t đ u ngu n và chia ra làm 3 vùng:

ng l u, trung l u và h l u.
Vùng th

ng l u sông C u: t đ u ngu n đ n Ch M i, ch y qua vùng

núi cao trung bình 300-400m, có nh ng đ nh núi cao 1300-1500m, lòng sông
h p và r t d c, nhi u thác gh nh, đ d c đáy sông l n h n 1‰. L u v c vùng
th

ng l u sông C u n m trên đ a ph n hành chính c a t nh B c K n.

sông ch y qua đ a ph n các huy n Ch

n B ch Thông, th xã B c K n,

huy n Ch M i, đi m cu i cùng c a sông C u
(huy n Ch M i).

đây,

B c K n là xã Qu ng Chu

o n này có đ dài 103 km ch y qua 30 xã ph


sông ch y theo h

ng tây b c - đông nam, đ a hình khu v c đã gi m cao đ

nhi u, cao đ trung bình l u v c đo n h l u t 10-25m, lòng sông r ng (70150m) và sâu (3-7m), đ d c đáy sông ch còn còn 0,01‰. L u v c vùng h


7

l u sông C u n m trên đ a ph n hành chính c a các t nh Thái Nguyên, V nh
Phúc, B c Ninh, B c Giang. Bên phía b ph i sông C u b t đ u ch y vào t nh
B c Ninh t i xã Tam Giang thu c huy n Yên Phong. T Tam Giang, sông
C u ch y qua phía b c th xã B c Ninh, qua huy n Qu Võ r i ch y vào sông
Thái Bình t i Ph L i.

i m cu i sông C u

B c Ninh là xã

c Long

(huy n Qu Võ). Chi u dài sông C u qua B c Ninh là 69km, v i 20 xã
ph

ng ven sông (Yên Phong: 8 xã; th xã B c Ninh: 3 ph

ng, xã; huy n

Qu Võ: 9 xã). Phía bên trái sông C u thu c đ a ph n t nh B c Giang, qua các
huy n Hi p Hòa, Vi t Yên và Yên D ng.


m a l n trên LVS C u.
b.

c đi m đ a m o
Toàn b l u v c có th chia làm ba lo i đ a m o: Vùng đ ng b ng, vùng

đ i và vùng núi, song di n tích vùng đ i núi chi m đ i b ph n di n tích l u
v c (Ngu n: C c đ a ch t và khoáng s n Vi t Nam, 2007).
Núi trung bình có đ cao l n h n 1000m phân b theo các đ
n

ng phân

c phía b c và phía tây b c c a l u v c chi m kho ng 20% di n tích l u
n r t d c 40°- 45o. Vùng núi th p, đ i trung bình chi m

v c, đ nh núi nh n s

kho ng 25% di n tích l u v c đ
nh Hóa, Thác B
i th p đ

i,

c phân b

các vùng Ch

n, B c K n,


vùng h du c a sông Công,

sông Cà L , sông C u. T ng di n tích đ i th p và vùng đ ng b ng chi m
kho ng 64% di n tích l u v c.
Núi đá vôi đ
trung và th

c phát tri n

các vùng đông b c th xã B c K n, vùng

ng du sông Ch Chu và g m ph n l n LVS Nghinh T

ng và

m t ph n c a LVS Mo Linh chi m kho ng 46% di n tích l u v c. Karst
phát tri n d

i nhi u d ng ph c t p qua nhi u th i k khác nhau đ l i các h

th ng hang đ ng

nhi u đ cao khác nhau, các l ng karst phân c t s

n đá

vôi thành dãy có đ chia c t hàng 100m trên b m t phân c p đó l i có các
d ng karst th c p nh rãnh xói, h s t. Trong vùng đ a m o này phát tri n
nhi u sông ng m hang đ ng, h


Tháng 1

14,7

Tháng 2

Các t nh

B cK n

Bình quân n m

(đ n v : ºC)
H iD

B c Giang

B c Ninh

24,5

24

19,9

24,1

16,2


20,9

20,8

Tháng 4

22,1

22,9

23,3

22,9

22,9

22,8

ng


9
Thái

V nh

Nguyên

Phúc


26,6

29,4

29,9

29,5

29,7

30,0

28,1

29,6

30,2

29,9

30,0

30,0

Tháng 8

27,1

28,5


25,4

25,4

25,3

Tháng 11

18,1

20,3

21,0

20,2

20,4

20,4

Tháng 12

18,1

19,5

20,1

19,7


đ cao

ng t nh v y các tháng mùa đông nhi t đ
o

đ cao 500m s gi m xu ng 12-13 C;

o

1000m xu ng 10 C.

c l i vào các tháng mùa hè khi lên t i đ cao trên 1000m nhi t đ s

gi m xu ng d

o

i 24 C. i u đó có ngh a là trên các vành đai núi cao t 100m

tr nên ph m vi l u v c v c b n s không còn t n t i mùa nóng hàng n m.
nh ng đ cao này h sinh thái đã có nh ng thay đ i đáng k v i s t ng lên
đáng k c a các loài cây lá kim, th nh hành trong khí h u l nh.
Trên các khu v c th p thu c l u v c t p trung ch y u

h l u, mùa

o

nóng (nhi t 0 đ trung bình trên 25 C) b t đ u t kho ng tháng 5 và k t thúc
vào cu i tháng 10, kéo dài kho ng 6 tháng; mùa l nh (nhi t đ trung bình


đã đo đ
g nt

ng (có đ a hình thoáng) đ u

ng t nh nhi t đ trung bình n u không k đ n nh h

đ a hình. C ng có quy lu t di n bi n g n t

ng c a d ng

ng t nh các đ c tr ng nhi t v a

nêu nh ng nhi t đ t i th p (t min) nh y c m h n và ph thu c khá nhi u vào
d ng đ a hình và m t đ m.
Trên nhi u vùng th p c a l u v c c ng đã xu t hi n nhi t đ th p d
o

0 C, và đã x y ra hi n t

ng s

i

ng mu i và b ng giá nh t là ph n b c c a l u

v c. Trên các vùng núi cao nhi t đ t i th p d

o

(

Tháng

n v %)
N m

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12


82

83

85

86

83

84

87

86

86

83

83

81

84

80

82


N m

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

o

88


84

85

81

81

81

84

82

80

79

78

81

B c Ninh

80

82

87


82

82

82

84

82

80

77

76

81

Tam

Ngu n: C c Qu n lý tài nguyên n
Tính toán đ

c (2007)

m trung bình nhi u n m c a LVS C u thì đ

vùng dao đ ng t 81% đ n 84%, các vùng có l



chuy n đ i c a hoàn l u chung. H
tháng mùa đông th hi n nh h
ng

cv ih

ng gió th nh hành

ông B c trong các

ng c a lu ng gió mùa đông t phía b c t i

ng th nh hành đông nam th hi n nh h

c ng nh t phía tây tràn sang sau khi đã đ i h

ng t phía nam đi lên

ng khi t i lãnh th B c B .

c đi m này th y khá rõ trên các hoa gió c a m t s tr m thu c l u v c nh
Thái Nguyên, Tam

o, V nh Yên, B c Ninh. Tuy nhiên do nh h

đ a hình các khu v c th p n m trong l u v c h
bi n đ i không th hi n đ

ng c a


kho ng 45%. Hi n nay, các y u t c u thành c nh quan hi n đ i đã b thay
đ i. Ven các sông su i mi n núi đã không còn r ng t nhiên. Ch t l

ng r ng

b suy gi m nghiêm tr ng, nghèo ki t, đ che ph th p không còn kh n ng
gi n

c, ng n l vào mùa m a và gi

m cho đ t, gây l l t nghiêm tr ng

vào mùa m a và h n hán kéo dài v mùa khô.
L u v c sông C u có dòng chính là sông C u v i chi u dài 290 km b t
ngu n t núi V n Ôn (V n On)

đ cao 1.170 m và đ vào sông Thái Bình

Ph L i. Trong l u v c sông C u có t i 26 ph l u c p m t v i t ng chi u dài
670 km và 41 ph l u c p hai v i t ng chi u dài 645 km và hàng tr m km
sông c p ba, b n và các sông su i ng n d

i 10 km. L u v c sông C u n m

trong vùng m a l n (1.500-2.700 mm/n m) c a các t nh B c K n và Thái
Nguyên. T ng l u l

ng n


L

ng m a n m

Theo th ng kê c a Vi n khí t

ng Th y V n, trên LVS C u, mùa m a

b t đ u t tháng 5 và k t thúc vào tháng 9, m t s n i mùa m a còn kéo dài
t i tháng 10 nh B c Ninh, B c Giang, ven s

n Tam

o, mùa khô b t đ u

t tháng 10 m t s n i b t đ u t tháng 10 đ n tháng 4 n m sau. Hàng n m,
tháng 4 và tháng 10 là hai tháng giao th i. Nhìn chung, mùa khô trùng v i
mùa nóng và đây là th i k gió mùa đông nam ho t đ ng,

th

v c mùa nóng ng n h n và mùa m a c ng ng n h n. L

ng m a c a toàn

mùa m a chi m kho ng trên 75% l
Thông th

ng n



o là 2771mm t trung tâm m a l n nh t này đ

ng chung quanh, vùng

Yên, Phú Thu n l

ng m a

ng m a n m nh sau: Trung tâm m a l n nh t là s

Tam
h

ng m a

ng m a cao nh t đo đ c đ

n
c

c gi m d n theo các

i T , Giáng Tiên, Thái Nguyên, Phú Bình, Ph

ng m a t 1800-2400mm. Vùng phía nam dãy núi C u

Qu c, phía tây b c c a sông Chu l

ng m a trên 1800mm vùng đ ng b ng

ng m a trung bình nhi u n m c a m t s tr m
L ng m a
2040 mm
1740 mm
1940 mm
1630 mm
1800 mm
1600 mm
1750 mm
1500 mm

Tr m
Thái Nguyên
Ph n M
Thác B i
B cK n
Ch M i
Phú Bình
Ch Chu
Th t Khê

Ngu n: C c Qu n lý tài nguyên n
L

ng m a n m trên LVS C u

g p 2- 3 l n l

nh ng n m có l



ng m a toàn n m. L

các tháng mùa m a t kho ng tháng 5 đ n tháng 9 ho c t tháng 6 đ n tháng
10 chi m kho ng 75 - 80% l
th

ng m a toàn n m. L

ng xu t hi n vào tháng 1 chi m t 0,5 - 1% l

ng m a tháng ít nh t

ng m a toàn n m, có m t

s vùng không có m a vào tháng 1 nh Võ Nhai, Phú L

ng, Phúc Yên, Hi p

Hoà, Yên D ng, Qu Võ.
L
L

ng m a m t ngày l n nh t
ng m a ngày l n nh t trong n m có kh n ng xu t hi n vào các

tháng trong mùa m a song t p trung vào tháng 7 ho c tháng 8. L

ng m a


xu t hi n tâm m a nh x p x 90-110mm. Xu th phân b phù h p v i s
phân b l
l

ng m a n m n kh p v i đ a hình đón gió và khu t gió đ a l i

ng m a l n và l

ng m a nh .

Th i gian m a nhi u hay ít còn tùy thu c vào s bi n đ ng nhi u hay ít c a
các h th ng th i ti t. Trung bình m i tr n m a gây l l n kéo dài t 3- 5 ngày
t

ng ng v i l

19 ngày v i l
L

ng m a tr n t 150 - 200 mm. Có nh ng tr n m a kéo dài 10 ng m a t 300 - 400 mm nh tr n l tháng 8/68, 8/83 và 7/86.

ng m a bình quân trên LVS C u 1650 - 1710 mm, có n i đ c bi t

lên t i l n h n 2700 mm. Qua phân tích tài li u th c đo c a m t s tr m cho
th y m c đ quan h gi a m a và dòng ch y khá ch t ch , h s t
gi a l
l

ng quan


đ

c ch y u t p trung vào mùa m a, do v y ngu n b sung dòng ch y trên

LVS C u ch y u do l

ng dòng ch y

ng m a.

Th i gian truy n l trên h th ng sông C u c ng có s thay đ i l n, nó
tùy thu c vào th i gian m a, c

ng đ m a và tâm m a l n, thông th

ng


16

th i gian truy n l t Ch M i đ n Thái Nguyên là 10 gi , Thái Nguyên đ n
Chã là 12 gi , t Chã đ n áp C u là 12 gi , áp C u đ n Ph L i là 10 gi .
c đi m dòng ch y trên LVS C u



+ T ng l

ng dòng ch y trung bình n m



ng m a n m. L

ng dòng ch y mùa l chi m kho ng 80 -

ng dòng ch y toàn n m. Nh ng tr m trên sông chính Thác

Ri ng, Thác B

i, Thái Nguyên l k t thúc s m h n, nh ng tr m trên sông

nhánh Giang Tiên, Núi H ng, Tân C
Tam

th

LVS C u

ng và nh ng vùng n m bên s

n núi

o l k t thúc mu n h n, đ c tính này c ng r t phù h p v i đ c tính

phân vùng v th i gian b t đ u và k t thúc mùa m a trong l u v c. Th i gian
mùa l ch m h n th i gian mùa m a m t tháng do tháng 5 có l

ng t n th t

do b c h i và th m th u l n gây nên. Th i gian k t thúc mùa l trùng v i th i


hi n vào tháng 2, sau khi tháng có t l m a nh nh t trong n m xu t hi n. T
s l
th

ng dòng ch y tháng l n nh t so v i l

ng dòng ch y tháng nh nh t

ng g p t 7 - 11 l n.
Phân ph i dòng ch y t Thái Nguyên tr lên đ

c t p trung h n: Mùa l

ng n; t s phân ph i các tháng mùa l cao. M t tháng l n nh t chi m t
21÷22%, ba tháng có l

ng dòng ch y l n nh t trong mùa l chi m 54-68%

và n m tháng l n nh t chi m t i 77%.
+ Dòng ch y n m
L

ng m a trung bình nhi u n m trên toàn LVS C u thu c lo i trung

bình (1565mm/n m), mô đun dòng ch y n m đ t kho ng 21,5 l/s.km². N u so
sánh v i vùng
ch y n m

ông B c Vi t Nam nh Qu ng Ninh thì l


ng ngu n sông C u

ng m a n m trung bình 1700 ÷ 1800 mm/n m và mô đun dòng ch y

n m đ t kho ng 23 ÷ 24 l/s.km². Tính bình quân toàn l u v c l
hàng n m còn đ t trên 1700 mm,

ng m a

c tính mô đun dòng ch y n m trung bình

trên LVS C u đ t t i 21,4 l/s.km².
H s dòng ch y n m bình quân nhi u n m c a LVS C u kho ng 0,41.
Vùng nh nh t là khu v c ngã ba sông Chu, sông Nginh T

ng là 0,38. Vùng


18

t

ng đ i nh là sông u, t Thác B

Vùng t

ng đ i l n là th

i đ n Thái Nguyên kho ng 0,38 - 0,39.

ng ngu n

sông C u có xu th nh h n các vùng khác. H s phân tán Cv dòng ch y
n m bi n đ ng t 0,25 ÷ 0,40. M t khác, xét th y Cv dòng ch y n m gi a các
vùng khác nhau c ng có s khác bi t nhau nhi u. Ch ng h n n i có r ng che
ph l n thì Cv nh , ng

c l i n i ít cây, đ i núi tr c nhi u ho c đ che ph

r ng nh thì Cv l n. Qua tính toán cho th y dòng ch y n m đ

c phân b

thành hai mùa rõ r t, đó là mùa l t tháng 6 đ n tháng 9; mùa c n t tháng
10 đ n tháng 5 n m sau. Trong m t s ph l u nh nh sông
và m t s su i l n ven dãy núi Tam

o mùa m a th

u, sông Công

ng xu t hi n mu n,

nên m a l c ng kéo dài (t tháng 6 đ n tháng 10).
Theo d án "Quy ho ch th y l i sông C u-sông Th
n

c trung bình nhi u n m t i các tr m trong l u v c đ

d
Trích đoạn Kim đ nh mô hình