Ứng dụng mô hình Mike 11 đánh giá khả năng cải thiện chất lượng nước sông đồng nai của nhà máy nước thải Tân Uyên, tỉnh Bình Dương

Ứng dụng mô hình Mike 11 đánh giá khả năng cải thiện chất lượng nước sông đồng nai của nhà máy nước thải Tân Uyên, tỉnh Bình Dương

18/10/2021

    Tóm tắt

    Bài báo mô phỏng chất lượng nước (CLN) mặt và đánh giá khả năng cải thiện CLN sông Đồng Nai sau khi Nhà máy nước thải Tân Uyên, công suất 15.000m3/ngày, đêm đi vào hoạt động, trên cơ sở sử dụng Mô hình Mike 11 của Viện Thủy lực Đan Mạch (DHI).

    Từ khóa: Mike 11, sông Đồng Nai, suối Cái, CLN.

Nhận bài : 21/9/2021 ; Sửa chữa : 24/9/2021 ; Duyệt đăng : 27/9/2021

    1. Đặt vấn đề

Sông Đồng Nai là nguồn tài nguyên nước rất quan trọng cho hoạt động và sinh hoạt, công nghiệp, nông nghiệp và nuôi trồng thủy hải sản của tỉnh Đồng Nai và những tỉnh Tỉnh Bình Dương, Bình Phước, TP. Hồ Chí Minh … Do vậy, yếu tố cải tổ CLN mặt sông Đồng Nai luôn được những cơ quan quản trị và những nhà khoa học quan tâm triển khai .
Nghiên cứu và cải tổ CLN mặt trong nhiều năm qua luôn là một trong những mối chăm sóc số 1 của những nhà làm quy hoạch, khoa học và hội đồng. Chính thế cho nên, số lượng những đề tài nghiên cứu và điều tra khoa học, hội thảo chiến lược, tư liệu về yếu tố này khá nhiều và đã đạt được tác dụng tích cực. Trong đó, việc ứng dụng mô hình hóa đã đem lại những bước tiến mới trong cách tiếp cận và xử lý yếu tố khoa học hơn. Mô hình Mike 11, không bị hạn chế bởi sự phức tạp của lưu vực vận dụng, là mô hình tương thích cho việc thống kê giám sát hiệu suất cao và tổng lực, vận dụng cho quy hoạch và quản trị chất lượng nguồn nước và những khu công trình thủy lợi, nên được lựa chọn để mô phỏng mạng lưới thủy văn, thủy lực và sự Viral chất ô nhiễm, qua đó nhìn nhận diễn biến CLN mặt và năng lực đảm nhiệm nước thải của suối Cái và sông Đồng Nai theo ngữ cảnh trước và sau khi Nhà máy nước thải Tân Uyên, hiệu suất 15.000 m3 / ngày, đêm đi vào hoạt động giải trí .

2. Đối tượng và phương pháp nghiên cứu

Để nhìn nhận năng lực cải tổ CLN trên sông Đồng Nai, điều tra và nghiên cứu đã ứng dụng Mô hình Mike 11 ( Mô hình thủy động lực học CLN ). Mô hình gồm có những module thủy động lực học ( HD ) ; module tải – khuếch tán ( AD ) ; module sinh thái xanh ( Ecolab ). Tiêu chuẩn nhìn nhận tác dụng mô phỏng là thông số đối sánh tương quan Pearson ( R2 ) và thông số hiệu suất cao mô hình hay còn gọi là thông số Nash-Sutcliffe ( NSE ) .
a. Sơ đồ thủy lực : Bao gồm 105 nhánh sông, trên những nhánh sông được gắn một số ít mặt phẳng cắt thực đo nổi bật để hoàn toàn có thể đại diện thay mặt cho đoạn sông đó làm đường dẫn trong mô hình, sát với size trong thực tiễn của sông trong vùng nghiên cứu và điều tra. Tổng sơ đồ tính, gồm có 1.289 h-points và 1.005 Q-points được sử dụng cho giải sơ đồ sai phân 6 điểm Abbott – Ionescu. Trong điều tra và nghiên cứu này, thông số nhám Manning n giao động trong khoảng chừng 0,024 ÷ 0,036 ; thông số khuếch tán của mô hình xê dịch từ 35 ÷ 50 .

2. Điều kiện biên của Mô hình Mike 11

Biên lưu lượng và biên mực nước dựa trên tài liệu từ Dự án “ Đầu tư kiến thiết xây dựng trục tiêu thoát nước suối Bưng Cù ” và số liệu thực đo vào ngày 18/2/2020 – 20/2/2020. Giá trị biên lưu lượng, biên mực nước tại suối Cái và suối Bưng Cù biểu lộ trong Hình 2 .

Biên CLN dựa vào tác dụng quan trắc CLN tại những vị trí trên suối Cái, suối Bưng Cù đo đạc vào tháng 2/2020 .

3. Kết quả hiệu chỉnh và kiểm định mô hình thủy lực

Về lưu lượng : Kết quả thực đo từ ngày 18/2 – 20/02/2020 cho thấy, suối Bưng Cù có lưu lượng xê dịch vào khoảng chừng 0,073 – 0,28 m3 / s ( trung bình 0,18 m3 / s ) ; suối Cái ( trung bình 2,48 m3 / s ) và sông Đồng Nai vào thời gian 363 – 475 m3 / s ( trung bình 419 m3 / s ). Kết quả mô phỏng và tác dụng thực đo lưu lượng tại Hình 3 và Hình 4 .

Mực nước : Kết quả thực đo mực nước vào ngày 18/2 – 20/2/2020 trên suối Bưng Cù giao động ( từ 0,35 m ÷ 1,86 m ) ; sông Đồng Nai ( từ – 1,21 m ÷ 1,75 m ) ; tác dụng mô phỏng và kết quả thực đo mực nước tại Hình 5 và Hình 6 .

Kết quả đo lường và thống kê cho thấy, sự tương thích của đường quy trình mực nước, lưu lượng mô phỏng và thực đo tại suối Bưng Cù, sông Đồng Nai với những chỉ số nhìn nhận theo Bảng 1 .

    Bảng 1. Kết quả đánh giá khả năng mô phỏng của mô hình

4. Kết quả nhìn nhận và kiểm định Mô hình Ecolab

Nghiên cứu sử dụng hiệu quả quan trắc CLN có nồng độ cao nhất tại 4 vị trí : NM1 ( thượng lưu suối Bưng Cù cách điểm xả thải 280 m ), NM2 ( suối Bưng Cù tại điểm xả thải ), NM4 ( suối Cái cách điểm giao với suối Bưng Cù về thượng lưu 200 m ), NM7 ( điểm giao giữa suối Cái và sông Đồng Nai ) vào tháng 2/2020, để kiểm định thông số kỹ thuật DO, BOD, NH4 + và PO43 -, coliform. Kết quả cho thấy, module CLN Ecolab đã mô phỏng tốt cho những thông số kỹ thuật này .

1.Các kịch bản tính toán của Mô hình    3. Kết quả và thảo luận

Kịch bản ( KB ) khi chưa có mạng lưới hệ thống giải quyết và xử lý nước thải ( XLNT ) ( KB 1 ) : Lượng thải ra lưu vực suối Bưng Cù, suối Cái, sông Đồng Nai lúc bấy giờ hầu hết là nước thải hoạt động và sinh hoạt của những hộ dân sinh sống ven những suối, sông này, cùng với lượng nước thải từ hoạt động giải trí sản xuất công nghiệp, kinh doanh thương mại, dịch vụ …. ( thuộc khu vực phường Thái Hòa, phía nam phường Tân Phước Khánh và phường Bình Chuẩn ). Tổng lưu lượng nước thải hoạt động và sinh hoạt và sản xuất thải ra những suối trong khu vực Dự án là 8.936,9 m3 / ngày, đêm ( 0,1034 m3 / s ) .

Hình 11. Lưu vực đảm nhiệm nước thải từ suối Bưng Cù, suối Cái và sông Đồng Nai – KB1
KB khi có mạng lưới hệ thống XLNT ( KB 2 ) : Lưu lượng nước thải do Nhà máy Tân Uyên thu gom, giải quyết và xử lý và xả thải vào suối Bưng Cù là 15.000 m3 / ngày, đêm, với nồng độ nước thải đầu ra đạt QCVN 40 : 2011 / BTNMT, cột A, kf = 0,9, kq = 0,9 ; cùng với nước thải từ những khu vực ngoài khoanh vùng phạm vi dự án Bất Động Sản thu gom, gồm có nước thải hoạt động và sinh hoạt chưa qua giải quyết và xử lý ( 1.652 m3 / ngày, đêm ) và nước thải từ hoạt động giải trí kinh doanh thương mại sản xuất, dịch vụ ( 2.092 m3 / ngày, đêm ). Do vậy, tổng lượng nước thải vào suối Bưng Cù, suối Cái và sông Đồng Nai trong khu vực nghiên cứu và điều tra khi đã có mạng lưới hệ thống XLNT : 18.752 m3 / ngày, đêm ( 0,217 m3 / s ) .

Hình 12. Lưu vực thu gom nước thải của Chi nhánh nước thải Tân Uyên và tiếp đón nước thải từ suối Bưng Cù, suối Cái và sông Đồng Nai – KB2

    3.2.Kết quả tính toán mô phỏng

KB1 : Khả năng đảm nhiệm nguồn thải của suối Bưng Cù, suối Cái và sông Đồng Nai khi chưa có mạng lưới hệ thống XLNT. Báo cáo sử dụng Mô hình MIKE 11 AD để mô phỏng thực trạng CLN. Tại giao điểm giữa suối Cái và suối Bưng Cù chỉ tiêu NH4 + là ( 1,4 mg / l ), BOD5 ( 12,37 mg / l ), PO43 – ( 1,13 mg / l ), tại vị trí giao gữa suối Cái và sông Đồng Nai những chỉ tiêu NH4 +, BOD5, PO43 – lần lượt là 0,29 mg / l, 3,53 mg / l và 0,083 mg / l. Do đó, CLN của sông Đồng Nai chưa bị tác động ảnh hưởng ô nhiễm. Các chỉ tiêu NH4 +, BOD5, PO43 – trên sông Đồng Nai đều đạt nhu yếu theo QCVN 08 – MT / năm ngoái : BTNMT, cột A2 .

    Phạm vi lan truyền của các chỉ tiêu BOD5, NH4+, PO43- tại khu vực nghiên cứu khi chưa có hệ thống xử lý nước thải của Chi nhánh nước thải Tân Uyên theo KB 1 từ Hình 13 – 15.

Khả năng tiếp đón nguồn thải của suối Cái và sông Đồng Nai tại khu vực nghiên cứu và điều tra khi chưa có mạng lưới hệ thống XLNT được biểu lộ trong Bảng 2. Trong đó, suối Cái chỉ có năng lực đảm nhiệm BOD5, sông Đồng Nai vẫn còn năng lực tiếp đón BOD5, NH4 +, PO43 – .

    Bảng 2. Khả năng tiếp nhận nước thải của nguồn nước (KB1)

KB2 : Khả năng đảm nhiệm nguồn thải của suối Bưng Cù, suối Cái và sông Đồng Nai khi có mạng lưới hệ thống XLNT của Chi nhánh nước thải Tân Uyên. Kết quả mô phỏng CLN tại vị trí giao điểm giữa suối Cái và Bưng Cù, với NH4 + ( 0,59 mg / l ), BOD5 ( 11,16 mg / l ) trong số lượng giới hạn được cho phép theo QCVN 08 – MT / năm ngoái : BTNMT, cột B1, riêng PO43 – ( 0,465 mg / l ) vượt mức được cho phép theo QCVN 08 – MT / năm ngoái : BTNMT, cột B1 .
Kết quả mô phỏng CLN sông Đồng Nai theo KB này gần như không đổi, những chỉ tiêu NH4 +, BOD5, PO43 – đều đạt nhu yếu theo QCVN 08 – MT / năm ngoái : BTNMT, cột A2. Nguyên nhân do sông Đồng Nai là một con sông lớn cùng với lưu lượng nước mặt trên sông Đồng Nai lớn hơn rất nhiều lần so với lưu lượng xả thải từ mạng lưới hệ thống XLNT của Chi nhánh nước thải Tân Uyên .

    Phạm vi lan truyền của các chỉ tiêu BOD5, NH4+, PO43- tại khu vực nghiên cứu khi có hệ thống XLNT của Chi nhánh nước thải Tân Uyên theo KB 2 từ Hình 16 –18. Khả năng tiếp nhận nguồn thải của suối Cái và sông Đồng Nai tại khu vực nghiên cứu khi có trạm XLNT được thể hiện trong Bảng 3, trong đó, suối Cái có khả năng tiếp nhận BOD, amoni; sông Đồng Nai vẫn còn khả năng tiếp nhận NH4+, BOD, PO43-.

    Bảng 3. Khả năng tiếp nhận nước thải của nguồn nước khi có hệ thống XLNT (KB 2)

    Như vậy, khi chưa xây dựng hệ thống XLNT, lưu lượng nước thải chưa được xử lý đưa vào suối Bưng Cù, suối Cái và Sông Đồng Nai trong lưu vực nghiên cứu khoảng 8.936,9 m3/ngày, đêm; suối Cái đã không còn khả năng tiếp nhận NH4+ và PO43–. Dự báo trong tương lai, với sự gia tăng dân số ở khu vực nghiên cứu, khả năng chịu tải của suối Cái sẽ giảm sút dẫn đến CLN sông Đồng Nai suy giảm.

Việc kiến thiết xây dựng mạng lưới hệ thống thu gom và XLNT 15.000 m3 / ngày, đêm của Chi nhánh nước thải Tân Uyên đã giúp thu gom và giải quyết và xử lý 7.258 m3 / ngày nước thải đang xả vào lưu vực và 7.715 m3 / ngày từ những khu vực lân cận. Kết quả mô phỏng cho thấy, CLN thải của suối Cái tại khu vực nghiên cứu và điều tra được cải tổ và ngày càng tăng năng lực chịu tải ( có thêm thông số kỹ thuật amoni ) so với hiện hữu. Từ đó, CLN sông Đồng Nai tốt hơn, với năng lực chịu tải BOD5, NH4 + và PO43 – ngày càng tăng, trong đó, năng lực chịu tải của amoni tăng đáng kể ( tăng 2,0 lần ) .

    4. Kết luận

    Thông qua việc sử dụng Mô  hình Mike 11 để mô phỏng CLN của lưu vực suối Bưng Cù, Suối Cái và Sông Đồng Nai, nghiên cứu đã dự báo khả năng chịu tải sông Đồng Nai về BOD5, NH4+ và PO43– gia tăng, khi các vấn đề ô nhiễm từ sông suối dẫn ra sông Đồng Nai được giải quyết. Qua đó, CLN sông Đồng Nai được cải thiện với các thông số về CLN mặt vẫn đạt quy chuẩn môi trường nhưng có nồng độ thấp hơn, giúp gia tăng khả năng tự làm sạch của sông Đồng Nai, đáp ứng nhu cầu phục vụ sinh hoạt và sản xuất.

Nguyễn Thị Phương Hiếu, Nguyễn Văn Phước, Võ Chí Công, Vũ Văn Nghị1

1H ội Nước và Môi trường TP. Hồ Chí Minh
( Nguồn : Bài đăng trên Tạp chí Môi trường, số Chuyên đề Tiếng việt III / 2021 )

    Tài liệu tham khảo

1. DHI Water và Environment, MIKE Basin, Horsholm, Denmark, 2004 ;

2. Viện Quy hoạch Thủy lợi miền Nam, Quy hoạch tài nguyên nước lưu vực sông Đồng Nai. Dự án cấp Bộ, 2007 ;

3. Nghi Vu Van, Comparison of Conceptual Hydrological Models and Improvement via GIS aided Approach, PhD Dissertation, Hohai University, Nanjing, P.R. China, 2008 ;

4. Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam, Quản lý tổng hợp và sử dụng hài hòa và hợp lý tài nguyên nước mạng lưới hệ thống sông Đồng Nai. Đề tài cấp nhà nước KC. 08.18 / 06-10, 2010 ;

5. Sở KH&CN TP. TP HCM, Đánh giá mức độ khan hiếm tài nguyên nước ngọt cho TP. Hồ Chí Minh bằng chỉ số áp lực đè nén về nước WSI theo những ngữ cảnh quy hoạch tăng trưởng đến năm 2030 trong điều kiện kèm theo đổi khác khí hậu khi nước biển dâng và yêu cầu những giải pháp tổng thể và toàn diện giảm thiểu, năm ngoái ;

6. Công ty Cổ phần nước – Môi trường Tỉnh Bình Dương, Dự án “ Thoát nước và giải quyết và xử lý nước thải khu vực Dĩ An, Thuận An, Tân Uyên tỉnh Tỉnh Bình Dương ”, 2018 .

Source: https://bem2.vn
Category: Ứng dụng hay