Tóm tắt Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu đánh giá sức tải một số yếu tố môi trường (C, N, P) khu vực đầm phá Tam Giang - Cầu Hai (tỉnh Thừa Thiên Huế)

Chia sẻ: Phong Tỉ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:24

Thêm vào BST

Báo xấu

32
lượt xem 1
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích nghiên cứu của luận án nhằm đánh giá được sức chịu tải của một số yếu tố môi trường (C, N, P) trong hệ đầm phá TG - CH làm cơ sở cho quản lý, phát triển bền vững hệ đầm phá.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu đánh giá sức tải một số yếu tố môi trường (C, N, P) khu vực đầm phá Tam Giang - Cầu Hai (tỉnh Thừa Thiên Huế)

MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Hệ đầm phá Tam Giang - Cầu Hai (thuộc tỉnh Thừa Thiên Huế) là đầm phá lớn nhất ở ven bờ Việt Nam với gần 1000 loài động vật, thực vật thủy sinh có giá trị kinh tế [1]. Các hoạt động kinh tế - xã hội vùng đầm phá đang diễn ra hết sức sôi động bao gồm nông nghiệp, nghề cá và khai thác biển, giao thông - cảng, du lịch – dịch vụ v.v.. Hệ đầm phá là nơi tiếp nhận các nguồn thải ven bờ không những của các huyện giáp ranh mà còn cả của các khu vực miền núi. Khả năng suy thoái chất lượng môi trường, cạn kiệt nguồn giống sẽ xảy ra nếu không có những biện pháp quản lý hệ thống đầm phá. Mỗi một hệ thống tự nhiên có một khả năng chịu tải nhất định. Vượt quá ngưỡng đó, hệ thống sẽ bị thay đổi kéo theo sự thay đổi chức năng của hệ thống. Trong khi đó, các hoạt động phát triển kinh tế - xã hội ven bờ đã dẫn đến tải lượng hữu cơ và dinh dưỡng đưa vào hệ đầm phá không ngừng gia tăng mà không có biện pháp bảo vệ hoặc cảnh báo. Trước sức ép phát triển kinh tế của khu vực, nghiên cứu sinh đã chọn đề tài “Nghiên cứu đánh giá sức tải một số yếu tố môi trường (C, N, P) khu vực đầm phá Tam Giang - Cầu Hai (tỉnh Thừa Thiên Huế)” làm luận án nghiên cứu của mình. Nghiên cứu sức tải môi trường có một số hướng tiếp cận và được áp dụng trong một số lĩnh vực như trong NTTS, quản lý nguồn thải, quản lý hệ sinh thái. Hướng tiếp cận của luận án tập trung vào nghiên cứu, quản lý nguồn thải, góp phần bảo vệ chất lượng môi trường nước và hệ sinh thái. Hiểu và đánh giá đúng sức chịu tải môi trường có ý nghĩa quan trọng trong việc đưa ra các chính sách phát triển kinh tế - xã hội và bảo vệ môi trường. 2. Mục tiêu của luận án - ánh giá được sức chịu tải của một số yếu tố môi trường (C, N, P) trong hệ đầm phá TG - CH làm cơ sở cho quản lý, phát triển bền vững hệ đầm phá. 3. Nội dung nghiên cứu - Phân tích, đánh giá và dự báo tải lượng ô nhiễm từ các nguồn đưa vào hệ đầm phá. 1
- Mô phỏng lan truyền các chất ô nhiễm trong hệ đầm phá TG - CH theo các kịch bản cơ sở (năm 2011 – 2012) và kịch bản 2020, 2030, kịch bản đột xuất. - Nghiên cứu, tính toán sức tải hệ đầm phá TG - CH đối với các chất hữu cơ và chất dinh dưỡng theo các ngưỡng của quy chuẩn Việt Nam, ngưỡng sức tải tối đa và ngưỡng gây bất lợi đối với sinh vật thủy sinh. 4. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu - ối tượng nghiên cứu: các hợp chất C, N, P trong nước hệ đầm phá TG - CH; các nguồn thải đưa vào hệ thống đầm phá. - Phạm vi không gian: không gian nghiên cứu là hệ đầm phá TG – CH và các vùng xung quanh đưa các chất ô nhiễm vào đầm phá. - Phạm vi thời gian: mùa mưa (tháng 11) và mùa khô (tháng 5) của các năm 2011, 2012, 2016; dự báo cho các năm 2020, 2030 5. Phƣơng pháp nghiên cứu - Tổng quan tài liệu về sức tải môi trường và hệ đầm phá TG-CH. - iều tra, khảo sát và thực nghiệm ngoài hiện trường. - Mô hình hóa chế độ thủy động lực và sự lan truyền chất ô nhiễm trong hệ đầm phá sử dụng phần mềm Delft – 3D. 6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài - Hệ thống hóa được phương pháp đánh giá sức chịu tải môi trường cho một thủy vực ven bờ Việt Nam. - Góp phần xác định sức tải môi trường các yếu tố BOD5, COD, N- NH4 , N-NO3- và P-PO43- cho hệ đầm phá Tam Giang – Cầu Hai, có thể sử + dụng làm nguồn tham khảo cho công tác quản lý môi trường. 7. Những kết quả khoa học đạt đƣợc và đóng góp mới của luận án - ã xác định nguồn thải và ước tính lượng thải các chất ô nhiễm C, N, P từ các hoạt động kinh tế - xã hội đưa vào hệ đầm phá TG-CH. - ã hiệu chỉnh mô hình chất lượng nước hệ đầm phá TG-CH và mô phỏng chất lượng nước theo các kịch bản phát triển đến năm 2020 và 2030. - ã tính được sức tải môi trường cho hệ đầm phá TG-CH theo các ngưỡng của QCVN và theo khả năng tự làm sạch (đồng hóa) của đầm phá. 2
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU VÀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU 1.1. Tổng quan về sức tải môi trƣờng 1.1.1. Các khái niệm Sức tải môi trường (STMT) là một hướng nghiên cứu của khoa học môi trường. Vấn đề là hiểu đúng bản chất của STMT và có phương pháp tính toán đúng đắn để có thể áp dụng vào trong thực tiễn quản lý nguồn thải và BVMT. Mỗi một định nghĩa, khái niệm về STMT có cách tiếp cận riêng, nhưng vấn đề kiểm soát nguồn ô nhiễm từ lục địa là mối quan tâm lớn nhất trong các nghiên cứu về STMT. 1.1.2. Tình hình nghiên cứu ngoài nước Nghiên cứu STMT trên thế giới được tiếp cận theo các hướng sau: a) Áp dụng mô hình sinh địa hóa để tính toán mật độ nuôi thả tối đa của các loài nuôi trồng (cá, tôm, hai mảnh vỏ, v.v.). b) Tính toán lượng thải tối đa hàng ngày được phép đưa vào thủy vực c) Xây dựng hệ thống chỉ số, chỉ thị để đánh giá STMT cho vùng ven biển. d) Một số hướng tiếp cận khác liên quan đến sử dụng đất, sức tải xã hội... 1.1.3. Tình hình nghiên cứu trong nước Ở Việt Nam, STMT đã được nghiên cứu từ cuối những năm 1990 dưới dạng các nghiên cứu về tải lượng thải, năng suất sơ cấp, khả năng tự làm sạch của thủy vực, khả năng trao đổi nước, v.v. STMT đã được đưa vào trong Luật BVMT từ năm 2005 và là nội dung bắt buộc phải thực hiện cho tất cả các sông, suối, kênh, rạch, hồ. Tuy nhiên, các nghiên cứu tại Việt Nam mới chỉ dừng lại ở việc tính STMT qua khả năng trao đổi nước, chưa tính đến bản chất thực sự của sức tải môi trường là khả năng đồng hóa của thủy vực và các ngưỡng gây bất lợi đến sinh vật thủy sinh. 1.2. Tổng quan về tình hình nghiên cứu môi trƣờng trong hệ đầm phá TG - CH 1.2.1. Khái quát về hệ đầm phá TG - CH và các hoạt động kinh tế xã hội Hệ đầm phá TG - CH có chiều dài 68km, tổng diện tích mặt nước 216 km . 5 huyện liên quan là Phong iền, Phú Lộc, Phú Vang, Quảng iền và 2 3
Hương Trà với tổng số dân khoảng 615.946 người, diện tích 2648.76km2. Các hoạt động kinh tế - xã hội vùng đầm phá bao gồm nông nghiệp, nghề cá và khai thác biển, giao thông - cảng, du lịch – dịch vụ. Năm 2016, diện tích NTTS toàn khu vực là 7175 ha; số lượng đàn trâu của khu vực đạt 22,4 nghìn con, đàn bò đạt 33,6 nghìn con, đàn lợn đạt 205,6 nghìn con và đàn gia cầm đạt 2,7 triệu con; lượng khách du lịch là 1,7 triệu khách [66]. 1.2.2. Các nghiên cứu về môi trường hệ đầm phá TG - CH Các nghiên cứu về môi trường bao gồm: địa chất, địa mạo, vận chuyển trầm tích, hình thái động lực, xói lở bờ biển; chất lượng nước và các nguồn thải; chất lượng trầm tích; nguồn lợi, thủy sinh, đa dạng sinh học; các vấn đề kinh tế - xã hội và quản lý. 1.2.3. Môi trường và chất lượng nước hệ đầm phá TG - CH Nước hệ đầm phá có dấu hiệu ô nhiễm cục bộ chất hữu cơ , amoni và TSS. Nồng độ các chất có xu hướng tăng theo thời gian. 1.3. Sử dụng công cụ mô hình hóa trong nghiên cứu sức tải môi trƣờng Hiện nay có nhiều mô hình được sử dụng để mô phỏng chất lượng nước: Mô hình EFDC (Mỹ), WASP7, AQUATOX, SWAT, MIKE21, MIKE-3, Delft3D v.v. Delft-3D là mô hình đã được thương mại hóa, có thể áp dụng cho cả khu vực sông và biển do có lưới cong trực giao giúp cho việc mô phỏng tại các khu vực đường bờ, cửa sông. Mô hình Delft-3D là mô hình có bản quyền, đã được kiểm nghiệm kỹ nên NCS đã chọn phần mềm này làm công cụ nghiên cứu. 1.4. Tổng quan cuối chƣơng và hƣớng nghiên cứu của luận án Tiếp cận của luận án theo hướng kiểm soát nguồn thải, phòng ngừa ô nhiễm, thể hiện ở việc tính toán lượng chất tối đa mà đầm phá TG - CH có thể tiếp nhận sao cho không gây ảnh hưởng đến sự phát triển của sinh vật thủy sinh. NCS đã tính toán STMT theo các ngưỡng an toàn cho sinh vật thủy sinh, ngưỡng theo QCVN và ngưỡng sức tải tối đa. Ngưỡng an toàn cho sinh vật thủy sinh được chọn là nồng độ phosphat - 0,045 mg/l, nồng độ khí NH3 - 0,05mg/l, và nồng độ DO - 5 mg/l. Ngưỡng ”sức tải tối đa” – ngưỡng mà tại đó thủy vực không còn khả năng tự làm sạch với các giá trị được chọn là nồng độ DO = 2mg/l; N-NH4+ = 1mg/l và P-PO43- = 1mg/l. 4
CHƢƠNG II. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Khu vực nghiên cứu Hình 2.1. Phạm vi nghiên cứu: khu vực đầm phá TG - CH 2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu Chuẩn bị dữ liệu Triển khai mô Hiệu chỉnh đầu vào hình thủy động mô hình thủy lực cho hệ đầm động lực (Dữ liệu khí tượng, thủy văn, dữ liệu chất lượng nước, dữ phá TG-CH liệu nguồn thải …) Thẩm định mô hình Hiệu chỉnh mô chất lượng nước hình chất lượng nước Triển khai các kịch Triển khai các kịch bản tính sức tải bản mô phỏng chất môi trường lượng nước Hình 2.2. Sơ đồ nghiên cứu của luận án 2.2.1. Phương pháp điều tra, khảo sát 5
Hai chuyến khảo sát vào hai mùa: mùa mưa (tháng 11/2011) và mùa khô (tháng 5/2012) thực hiện tại đầm phá TG - CH. Thời gian khảo sát là từ 17h ngày 25/11/2011 đến 17h ngày 26/11/2011 – đại diện cho mùa mưa; và từ 16h ngày 19/5/2012 đến 16h ngày 20/5/2012 – đại diện cho mùa khô, 4h/ốp. Các khảo sát này gồm: (1) khảo sát đo đạc thủy văn tại 3 trạm liên tục trong 24h (hình 2.1) vào 2 mùa, các yếu tố đo đạc là hướng và tốc độ dòng chảy; (2) Khảo sát chất lượng nước theo thời gian liên tục, 4h/op trong 24 h, các thông số chất lượng nước khảo sát là nhiệt độ, pH, DO, độ muối, độ đục, BOD5, COD, N- (NH4++NH3), N-NO2-, N-NO3- và P-PO43-. Các phương pháp điều tra khảo sát tuân theo Hướng dẫn của Thông tư 34/2010/TT-BTNMT ngày 14/12/2010 Quy định kỹ thuật điều tra, khảo sát hải văn, hóa học và môi trường vùng ven bờ và hải đảo. 2.2.2. Phương pháp tính tải lượng thải 2.2.2.1. Tính toán lượng thải phát sinh Lượng thải phát sinh tại nguồn (dân cư và du lịch, NTTS, chăn nuôi gia súc, gia cầm, công nghiệp, rửa trôi đất) được tính toán theo hướng dẫn của WHO (1993) và một số nghiên cứu khác [126, 127, 128]. 2.2.2.2. Ước tính tải lượng ô nhiễm đưa vào khu vực đầm phá TG - CH Tải lượng ô nhiễm đưa vào khu vực đầm phá tính dựa trên tình hình thực tế giảm thiểu chất thải trong khu vực hoặc quá trình xử lý chất thải của từng loại nguồn ô nhiễm. 2.2.2.3. Dự báo nguồn ô nhiễm Nguồn ô nhiễm dự báo được tính trên cơ sở các định hướng phát triển kinh tế- xã hội của khu vực đến năm 2020, 2030 và các quy hoạch bảo vệ môi trường của tỉnh. 2.2.3. Phương pháp mô hình hóa 2.2.3.1. Cơ sở lý thuyết của mô hình Delft -3D a. Mô hình thủy động lực [113] Cơ sở toán học của mô hình thuỷ động lực là giải phương trình Navier Stokes với chất lỏng không nén trong nước nông và phương pháp xấp xỉ Boussinesq. 6
b. Mô hình chất lượng nước Cơ sở toán học của mô hình lan truyền ô nhiễm là phương trình lan truyền và khuyếch tán vật chất. Các quá trình chính xảy ra được mô phỏng bởi Delft-3D-WAQ liên quan đến các hợp chất C, N, P là: sự thoáng khí, sản xuất sơ cấp, sự nitrat hóa và đề nitrat hóa, sự khoáng hóa của các chất hữu cơ, sự hấp phụ của phosphat, sự hòa tan của silicat. 2.2.3.2. Triển khai mô hình Delft 3D mô phỏng chất lượng nước vùng đầm phá TG-CH và tính toán STMT a. Thiết lập các dữ liệu đầu vào của mô hình - Địa hình: Số liệu độ sâu và đường bờ của khu vực được số hoá từ các bản đồ địa hình UTM tỷ lệ 1: 50.000 do Cục o đạc Bản đồ xuất bản. - Số liệu khí tượng: Các số liệu về khí tượng với giá trị trung bình theo mùa, theo tuần được thu thập từ trạm khí tượng Huế. - Số liệu thủy văn: ặc trưng về dòng chảy của các sông được sử dụng để thiết lập mô hình thủy động lực. Các hằng số điều hoà thuỷ triều được tính toán từ chuỗi số liệu quan trắc mực nước trong khoảng thời gian dài trong một số đề tài, dự án đã thực hiện tại khu vực. - Lựa chọn miền tính, lưới tính: Kích thước miền tính có phạm vi 70 km theo hướng bắc nam và 1 - 10 km theo hướng đông tây. Toàn bộ khu vực tính toán bao gồm 95 x 513 ô lưới. - Thời gian tính toán: theo hai mùa: mùa mưa (từ 0h00, ngày 01/10/2011 đến 23h00, ngày 30/11/2011) và mùa khô (từ 0h00, ngày 01/4/2012 đến 23h00, ngày 31/5/2012). Bước thời gian để chạy mô hình là 30 s. - Điều kiện ban đầu và điều kiện biên: Với mô hình thủy động lực: tại thời điểm ban đầu giá, trị mực nước lấy bằng 0m, độ muối và nhiệt độ nước biển lấy trung bình thấp nhất. Tại các biên mở phía biển (Thuận An, Tư Hiền): dùng các hằng số điều hoà thuỷ triều đã được tính toán và nội suy phù hợp với điều kiện địa phương; tại biên sông: sử dụng số liệu lưu lượng trung bình nhiều năm. Với mô hình chất lượng nước: tại thời điểm ban đầu, các giá trị được thiết lập bằng 0. Sau mỗi lần chạy, điều kiện ban đầu được lấy là giá trị cuối cùng của file chạy trước đó. Lưu lượng của các biên sông và biên biển được chạy trên nền thủy động lực. Dữ liệu nguồn thải của mô hình chất lượng nước được tính toán và phân bổ chi tiết cho toàn vùng (hình 2.5). 7
b. Thiết lập các dữ liệu nguồn thải Dựa trên đặc điểm lưu vực và kinh tế- xã hội, đã thiết kế 74 điểm nguồn thải đổ vào khu vực đầm phá TG - CH, hình 2.5. Hình 2.5 Vị trí các điểm thải khu vực TG - CH phục vụ chạy mô hình c. Hiệu chỉnh và đánh giá tính tương hợp của mô hình; thẩm định mô hình Các giá trị quan trắc dòng chảy và chất lượng nước năm 2011 -2012 được sử dụng để hiệu chỉnh mô hình. Cơ sở để hiệu chỉnh dựa vào sai số giữa mô hình và quan trắc, giá trị này càng nhỏ thì kết quả mô phỏng càng gần với thực tế. Mô hình được thẩm định qua kết quả quan trắc chất lượng nước tháng 4 năm 2017 tại đầm Cầu Hai trên cơ sở tham khảo kết quả của đề án 47 “ iều tra tổng thể hiện trạng và biến động đa dạng sinh học trong các hệ sinh thái ven biển Việt Nam” [143]. d. Thiết lập các kịch bản mô phỏng Cơ sở để thiết lập các kịch bản là các kết quả tính toán tải lượng thải thời điểm năm 2011 – 2012 và thời điểm năm 2020, 2030. 7 kịch bản được thiết lập, gồm: Kịch bản cơ cở (năm 2011-2012); Kịch bản dự báo năm 2020 – kịch bản thấp và cao; Kịch bản dự báo năm 2030 – kịch bản thấp và cao; Kịch bản đột xuất năm 2020 và 2030 e. Các kịch bản tính toán sức tải môi trường Tính STMT dựa trên các ngưỡng: theo tiêu chuẩn chất lượng nước hiện tại của Việt Nam, ngưỡng sức tải tối đa và ngưỡng STMT đề xuất. 8
CHƢƠNG III. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 3.1. Tính toán lƣợng chất thải đƣa vào đầm phá Tam Giang - Cầu Hai 3.1.1. Tính toán lượng chất thải phát sinh từ các nguồn khu vực đầm phá Tam Giang – Cầu Hai thời điểm năm 2011 và dự báo năm 2020, 2030 Lượng thải phát sinh của toàn tỉnh được tính toán từ tất cả các nguồn sinh hoạt –du lịch, công nghiệp, chăn nuôi, NTTS và rửa trôi đất. Bảng 3.1 trình bày kết quả tính toán tải lượng thải phát sinh vào các thời điểm 2011, 2020 và 2030. So với năm 2011, lượng chất thải phát sinh trong toàn tỉnh TTH năm 2020 và 2030 sẽ tăng khoảng trung bình 1,3 lần và 1,6 lần. Lượng chất thải phát sinh từ khu vực TG-CH chiếm tỷ trọng trung bình 60% trong tải lượng thải của tỉnh. Bảng 3.1. Tải lượng ô nhiễm phát sinh năm 2011 và dự báo năm 2020, 2030 từ các nguồn của tỉnh TTH và khu vực TG – CH (tấn/năm) 2011 2020 2030 Thông số TG-CH Toàn tỉnh TG-CH Toàn tỉnh TG-CH Toàn tỉnh COD 47873,7 86790,4 58454,5 116594,2 79471,7 157820,5 BOD 30726,0 55925,4 39788,3 74373,6 52895,9 99759,1 N-T 18552,6 27985,7 21701,7 36040,1 31284,7 48775,9 P-T 3834,8 6418,2 4559,4 7912,5 5534,7 9313,0 - - NO3 +NO2 888,2 1411,0 802,3 1645,0 899,4 1775,4 + NH4 4853,1 7482,0 5645,5 9499,1 7994,0 12682,4 3- PO4 1689,9 2823,6 2014,9 3489,7 2450,5 4111,2 3.1.2. Tải lượng thải C, N, P đưa vào vùng đầm phá: năm 2011 và dự báo năm 2020, 2030 Về quy họach bảo vệ môi trường: Tỉnh TTH không có quy họach bảo vệ môi trường riêng mà được lồng ghép vào quy họach phát triển kinh tế - xã hội đến năm 2020 của tỉnh. Năm 2011, tỉnh chưa có nhà máy xử lý nước thải sinh hoạt. Hiện nay, tỉnh đang triển khai xây dựng Nhà máy xử lý nước thải cho thành phố Huế, công suất 30.000 m3/ngày đêm, dự kiến hoàn thành trước năm 2020. Theo đề án xử lý chất thải rắn của tỉnh và định hướng bảo vệ môi trường trong quy họach tổng thể đến năm 2020, quy 9
họach phát triển KT-XH khu vực TG-CH, có thể đánh giá như sau: Nước thải sinh họat: 95% bùn bể phốt tại các trung tâm huyện lỵ và 70% các cụm dân cư tập trung được thu gom và xử lý đảm bảo môi trường; Nước thải công nghiệp tại các khu công nghiệp, làng nghề: phải thu gom xử lý trước khi thải ra môi trường; Nước thải nông nghiệp: gồm chăn nuôi và NTTS: chưa có kế họach thu gom, xử lý. Trên cơ sở năng lực xử lý chất thải từ các nguồn tại địa phương, đặc điểm địa hình lưu vực, đã tính được tải lượng thải đưa vào hệ đầm phá TG- CH năm 2011 và dự báo năm 2020, 2030. Bảng 3.7. Tổng tải lượng ô nhiễm đưa vào hệ đầm phá TG - CH năm 2011 và dự báo cho năm 2020 và 2030 (tấn/năm) Tải lƣợng phát sinh toàn tỉnh Tải lƣợng đƣa vào đầm phá Thông số Năm Năm Năm Năm Năm Năm 2011 2020 2030 2011 2020 2030 COD 86790,4 116594,2 157820,5 40408 44643 58602 BOD 55925,4 74373,6 99759,1 16353 18817 24517 N-T 27985,7 36040,1 48775,9 14736 18469 24511 P-T 6418,2 7912,5 9313,0 3217 3899 4515 NO3+NO2 1411,0 1645,0 1775,4 782 904 965 NH4+ 7482,0 9499,1 12682,4 3975 4838 6335 3- P-PO4 2823,6 3489,7 4111,2 1412 1721 1994 Tới năm 2020, nhóm tải lượng hữu cơ đưa vào đầm phá sẽ tăng khoảng 1,12 lần, nhóm tải lượng dinh dưỡng tăng khoảng 1,21 lần so với năm 2011. Tới năm 2030, lượng chất thải đưa vào đầm phá tăng trung bình 1,46 lần so với năm 2011 (bảng 3.7). Nước thải sinh hoạt của các huyện ven biển và nước thải chăn nuôi vẫn chưa được xử lý. 3.2. Hiệu chỉnh mô hình 3.2.1. Mô hình thủy động lực - Hiệu chỉnh hệ số nhám đáy Manning: Giá trị mặc định của mô hình đối với hệ số là 0,02 s/m1/3. Trên cơ sở giá trị MSE nhỏ nhất (MSE theo phương u = 0,5416; MSE theo phương v = 0,1443), giá trị của hệ 10
số Manning = 0,028 s/m1/3 đã được chọn cho mô hình thủy động lực của khu vực nghiên cứu. - Hiệu chỉnh các hệ số nhớt và khuếch tán theo phương ngang: Giá trị mặc định của các hệ số này là 10m2/s. Kết quả chạy mô hình cho thấy, với giá trị của νH = m2/s và DH = 1m2/s thì sai số bình phương trung bình của vận tốc dòng chảy theo phương u và v là nhỏ nhất. Do đó đã chốt giá trị hiệu chỉnh của hệ số khuếch tán (DH) và độ nhớt theo phương ngang (νH) là 1m2/s. - ánh giá tính tương hợp của mô hình Hình 3.3. Tính tương hợp giữa mô hình và quan trắc của dòng chảy theo phương U (R2 = 0,696) Hình 3.4. Tính tương hợp giữa mô hình và quan trắc của dòng chảy theo phương V (R2 = 0,690) Hệ số tương quan giữa mô hình và quan trắc của dòng chảy tính theo các phương U, V, theo mùa mưa, mùa khô trung bình là 0,681 nên 11
mô hình có độ tương hợp khá, có thể sử dụng cho các mô phỏng tiếp theo. 3.2.2. Mô hình chất lượng nước 3.2.2.1. Phân bổ lượng thải và số liệu quan trắc chất lượng nước Dữ liệu nguồn thải của 74 điểm thải đưa vào khu vực TG-CH được tổng hợp trong bảng 3.13. Tính toán cho thấy sông Hương đóng góp một lượng chất thải khá lớn trong tổng lượng thải đưa vào đầm phá. Bảng 3.13. Tổng hợp lượng chất thải từ các vị trí điểm thải đổ vào hệ đầm phá TG-CH Các điểm thải và Chất thải (tấn/năm) sông đưa ra N- P- BOD5 COD (NH4++NH3) N-NO3- PO43-- Tam Giang 2111 5217 712 186 236 ầm Sam - Thủy Tú 2706 6651 1011 130 328 Cầu Hai 5069 11902 1954 190 791 Sông Ô Lâu 831 2362 40 50 9 Sông Hương 4936 12139 207 186 41 Sông Truồi 699 2136 51 40 7 Tổng 16352 40407 3975 782 1412 3.2.2.2. Hiệu chỉnh mô hình a) ánh giá độ nhạy ã tiến hành đánh giá độ nhạy với 9 tham số sau: 1. Hệ số cấp khí Klrear (m/ngày) 2. Tốc độ sản xuất sơ cấp tối đa của tảo (1/ngày) 3. Hằng số tốc độ phản ứng đề nitrrat hóa bậc 0 (gN/m3/ngày) 4. Hằng sốtốc độ phản ứng nitrrat hóa bậc 0 (gN/m3/ngày) 5. Tốc độ phân hủy chất hữu cơ (1/ngày) 6. Hằng số bán bão hòa của Nitơ đối với tảo (gN/m3) 7. Hằng số bán bão hòa của P đối với tảo (gP/m3) 8. Hằng số bán bão hòa của Si đối với tảo (gSi/m3) 9. Hằng số tốc độ chuyển hóa phosphat hòa tan sang phosphat hấp thụ (1/ngày) 12
Kết quả đánh giá độ nhạy cho thấy có 6 tham số ảnh hưởng chính đến hệ thống gồm hằng số tốc độ sản xuất sơ cấp tối đa của tảo, hằng số tốc độ phân hủy chất hữu cơ, hằng số tốc độ chuyển hóa PO43, hệ số cấp khí Klrear, hằng số tốc độ nitrat hóa và hằng số tốc độ đề nitrat hóa. Do đó chỉ hiệu chỉnh đối với các tham số này, các tham số khác của mô hình giữ nguyên giá trị mặc định. b) Hiệu chỉnh các tham số Sau nhiều lần chạy hiệu chỉnh thì các giá trị mô phỏng của mô hình đã khá sát với giá trị quan trắc. Tổng sai số bình phương trung bình của các biến số đã giảm từ 4,552 (so với file chạy các thông số mặc định của mô hình) xuống 0,134. Sau lần hiệu chỉnh cuối, giá trị của các biến số và sai số được trình bày trong bảng 3.17. Các tham số chấp nhận được trình bày trong bảng 3.18. 3.2.2.3. Thẩm định mô hình Kết quả thẩm định mô hình tại đầm Cầu Hai – mùa khô năm 2017 cho thấy sai số giữa mô hình và quan trắc trong khoảng từ dưới 1 - 21%. 3.3. Mô phỏng thủy động lực khu hệ đầm phá Tam Giang – Cầu Hai a) Dòng chảy Mùa mưa, vận tốc dòng chảy có giá trị lớn nhất đạt 1,0-1,2m/s tại cửa Thuận An, giá trị nhỏ nhất tại khu vực đầm Cầu Hai, đạt 0,15m/s. Vào mùa khô, vận tốc dòng chảy đạt giá trị lớn nhất khoảng 0,7-0,8m/s tại cửa Thuận An, đạt khoảng 0,06m/s tại khu vực đầm Cầu Hai và đạt khoảng 0,09-0,28m/s ở khu vực đầm Thuỷ Tú. b. Trao đổi nước Khả năng trao đổi nước khoảng 43,00%/ngày tại phá TG, 34,18%/ngày tại đầm Thủy Tú và khoảng 4,86%/ngày tại đầm Cầu Hai. 13
Bảng 3.17. Sai số giữa mô hình và quan trắc hệ đầm phá TG-CH Thông Giá trị quan trắc – Giá trị theo mô hình – Giá trị quan trắc – Giá trị theo mô hình Sai số Sai số bình Chỉ 3 3 3 3 số mùa mưa (g/m ) mùa mưa (g/m ) mùa khô (g/m ) –mùa khô (g/m ) tương phương số TG S CH TG S CH TG S CH TG S CH đối (%) trung bình Nash DO 7,56 5,25 6,28 7,10 6,10 6,02 6,47 5,42 5,59 6,34 5,64 5,57 6,11 0,3110 0,62 BOD5 2,44 2,48 2,57 2,54 2,43 2,61 1,99 2,09 1,92 2,03 1,93 1,91 3,04 0,0290 0,68 COD 10,56 12,92 13,41 10,57 12,42 13,42 7,41 6,33 7,81 7,27 6,14 7,91 1,90 0,4816 0,94 NH4 0,078 0,084 0,096 0,080 0,081 0,094 0,081 0,07 0,069 0,079 0,07 0,071 1,92 0,0001 0,6 NO3 0,121 0,115 0,166 0,119 0,111 0,174 0,125 0,113 0,114 0,119 0,106 0,131 6,18 0,0002 0,64 PO4 0,026 0,025 0,029 0,0254 0,0244 0,0298 0,025 0,023 0,023 0,025 0,023 0,023 1,30 0,0000 0,69 14
Bảng 3.18. Các tham số chất lượng nước được hiệu chỉnh cho hệ đầm phá TG-CH STT Tham số Giá trị mặc định Giá trị Đơn vị và khoảng hiệu hiệu chỉnh chỉnh 1 Hệ số chuyển đổi thoáng khí 1 (0,2 -1000)* 0,88 m/ngày (KLrear) 2 Hằng số tốc độ sản xuất sơ 1,8 (0,1 - 2,5)** 0,5 1/ngày cấp tối đa của tảo lục 3 Hằng số tốc độ sản xuất sơ 2,3 (0,1 – 2,5) ** 0,5 1/ngày cấp tối đa của tảo cát 4 Hằng số tốc độ nitrat hóa 0 (0 – 1) ** 0,0152 gN/m3/ngày bậc 0 (Rc0NitOx) 5 Hằng số tốc độ phản ứng đề 0 (0-1) ** 0,02 gN/m3/ngày nitrat hóa bậc 0 trong nước 6 Hằng số tốc độ phân hủy 0,3 (0,01 -0,45) 0,015 1/ngày chất hữu cơ *** 7 Hằng số tốc chuyển hóa 1 (0,01 – 1,5) ** 0,085 1/ngày PO4 hòa tan sang AAP Ghi chú: * - [112]; ** - [149], *** - [150] 3.4. Mô phỏng chất lƣợng nƣớc theo các kịch bản 3.4.1. Các kịch bản mô phỏng - Kịch bản cơ sở (năm 2011-2012): tương ứng với tải lượng thải năm 2011, tình hình quản lý và BVMT năm 2011 - Kịch bản thấp năm 2020, 2030: tương ứng với tải lượng thải năm 2020, 2030, quy hoạch BVMT năm 2020, 2030 - Kịch bản cao năm 2020, 2030: tương ứng với tải lượng thải năm 2020, 2030, nhưng các mục tiêu trong quy hoạch BVMT không đạt được. 3.4.2. Kết quả mô phỏng chất lượng nước đầm phá Tam Giang – Cầu Hai thời điểm năm 2011 – 2012 Nồng độ oxy hòa tan (DO) trong nước đầm phá TG-CH chủ yếu nằm trong khoảng 5,5 -7,5 mg/l. BOD5 có giá trị từ 2,2 – 2,8 mg/l (mùa mưa) và từ 2,0 - 2,5 mg/l (mùa khô). Nhu cầu oxy hóa học dao động từ 10,0 – 15
18,0 mg/l vào mùa mưa và từ 7,0 -9,0 mg/l vào mùa khô. Nồng độ muối amoni trong nước đầm phá chủ yếu nằm trong khoảng 0,06 – 0,15 mg/l vào mùa mưa và từ 0,05 – 0,20 vào mùa khô. Phân bố nitrat trong nước trong khoảng 0,10 -0,14 mg/l. Nồng độ muối phosphat trong nước đầm phá TG-CH phổ biến trong khoảng 0,02 -0,04 mg/l. So với GHCP, nước đầm phá có biểu hiện ô nhiễm chất hữu cơ vào mùa mưa. 3.4.3. Kịch bản thấp 2020 Theo kịch bản này, lượng nước thải công nghiệp của tỉnh được xử lý hầu như hoàn toàn trước khi thải ra môi trường; 100% lượng nước thải sinh hoạt của thành phố Huế được xử lý, tuy nhiên lượng chất thải sinh hoạt và chăn nuôi ở các khu vực tiếp giáp đầm phá vẫn không có kế hoạch xử lý. Kết quả mô phỏng cho thấy, tại các điểm quan trắc, nồng độ oxy hòa tan trong nước giảm từ 0,7% đến 3,8%; giá trị BOD5 tăng từ 1,1 - 1,3 lần, giá trị COD tăng từ 1,1 -1,2 lần, nồng độ amoni tăng khá cao từ 1,3 -1,8 lần, nồng độ phosphat tăng từ 1,1 – 1,3 lần so với thời điểm năm 2011-2012. Vào mùa mưa nước đầm phá có biểu hiện ô nhiễm chất hữu cơ từ khu vực đầm Thủy Tú đến đầm Cầu Hai. Nồng độ amoni trong nước có giá trị lớn hơn GHCP. 3.4.4. Kịch bản cao 2020 Với kịch bản này, do việc thực hiện các kế hoạch BVMT không triệt để nên việc xử lý chất thải sinh hoạt, công nghiệp, chăn nuôi được xả ra đầm phá tương tự thời điểm 2011-2012. Kết quả mô phỏng cho thấy, tại các điểm quan trắc, nồng độ oxy hòa tan trong nước giảm từ 3,4% đến 19,5%; giá trị BOD5 tăng từ 1,3 - 3,0 lần, giá trị COD tăng từ 1,3 -1,9 lần, nồng độ amoni tăng khá cao từ 1,6 - 2,7 lần, nồng độ nitrat tăng từ 1,4 đến 2,1 lần, nồng độ phosphat tăng từ 1,3 – 1,5 lần so với thời điểm năm 2011-2012. Với kịch bản này thì tất cả các khu vực trên đầm phá bị ô nhiễm chất hữu cơ và amoni vào mùa mưa, nồng độ muối phosphate bắt đầu có ảnh hưởng đến sinh vật thủy sinh. 16
3.4.5. Kịch bản thấp 2030 Kịch bản này được xây dựng tương tự như kịch bản thấp năm 2020 nhưng tính toán theo các quy hoạch phát triển kinh tế - xã hội đến năm 2030. Khi đó, nồng độ DO tại các điểm quan trắc giảm từ 3,7% – 20,3%, nhu cầu oxy sinh hóa trong nước chủ yếu trong khoảng 3,0 – 5,0 mg/l, giá trị COD tăng lên từ 1,3 đến 1,8 lần, nồng độ amoni tăng từ 1,9 đến 3,0 lần, nồng độ nitrat tăng từ 1,7 -2,2 lần, nồng độ phosphat tăng khoảng từ 1,3 đến 1,6 lần. Kịch bản thấp 2030 cho thấy, mặc dù có xử lý nước thải ở thành phố Huế và các cơ sở công nghiệp, nhưng nước đẫm phá vẫn bị ô nhiễm chất hữu cơ và amoni, đặc biệt trong mùa mưa. 3.4.6. Kịch bản cao 2030 Kịch bản cao năm 2030 được xây dựng tương tự như kịch bản cao năm 2020 nhưng tính toán theo các quy hoạch phát triển kinh tế - xã hội đến năm 2030. Kết quả mô phỏng cho thấy, nồng độ DO tại các điểm quan trắc đều có giá trị thấp hơn 5mg/l trong cả 2 mùa mưa và khô. Nhu cầu oxy sinh hóa chủ yếu trong khoảng 3,5 - 8,0 mg/l. Giá trị COD chủ yếu trong khoảng 10 -18 mg/l vào mùa khô và từ 20 - 35 mg/l trong mùa mưa (hình 3.22). Nồng độ amoni tăng khá cao từ 2,9 - 4,4 lần, nồng độ muối nitrat tăng từ 2,5 - 3,0 lần, nồng độ muối phosphat tăng từ 1,6 – 1,8 lần. 17
Hình 3.22. Mô phỏng chất lượng nước hệ đầm phá TG-CH theo kịch bản cao 2030 – thời điểm triều xuống, mùa mưa 3.4.7. Kịch bản đột xuất 2020 Kịch bản đột xuất 2020 chủ yếu diễn ra ở khu vực phá Tang Giang và đầm Sam nơi tiếp nhận các nguồn thải công nghiệp: KCN Phong iền (Huyện Phong iền - Phá Tam Giang), KCN Phú Bài (thị xã Hương Trà, đổ vào sông Hương). Trên cơ sở kịch bản thấp, xây dựng kịch bản đột xuất thời điểm 2020, với giả thiết lượng chất thải công nghiệp không được xử lý mà xả thẳng ra môi trường trong thời gian 7 ngày mỗi mùa. Lượng chất thải tăng lên này chủ yếu đi vào phá Tam Giang và đầm Sam. Kết quả mô phỏng cho thấy nồng độ oxy hòa tan tại các điểm quan trắc giảm mạnh, đặc biệt nồng độ DO tại đầm Sam khá thấp, dưới 4mg/l, một số khu vực thông với cửa sông Hương giá trị DO còn 2 - 3mg/l (hình 3.23), có thể làm chết các sinh vật sống trong nước. Khu vực cửa sông Hương và phía huyện Phong iền, giá trị BOD5 lên đến 9 -10 mg/, COD lên tới 30mg/l, nồng độ muối amoni lên tới 0,9mg/l (hình 3.23), nếu kết hợp với giá trị pH cao có thể tạo ra nhiều 18
khí amoniac làm chết sinh vật. Nồng độ muối phosphat dao động quanh giá trị 0,04mg/l; khoảng 0,18mg/l tại khu vực KCN Phong iền. Với kịch bản xả thải đột xuất nước thải không xử lý tại KCN Phong iền và KCN Phú Bài, có thể gây thiếu hụt oxy hòa tan ở các khu vực gần điểm xả, gây chết sinh vật sống trong nước bởi các tác nhân ô nhiễm như amoniac và phosphat. Hình 3.23. Mô phỏng chất lượng nước hệ đầm phá TG-CH theo kịch bản đột xuất 2020 – thời điểm triều xuống, mùa mưa 3.4.8. Kịch bản đột xuất 2030 Kịch bản đột xuất 2030 được xây dựng tương tự như kịch bản đột xuất 2020 nhưng trên cơ sở kịch bản thấp 2030.Khi đó, tại điểm thải 19
khu vực huyện Phong iền, DO trong nước giảm mạnh còn 2,0 -3,0 mg/l, đặc biệt vào mùa khô. Với mức DO này, các sinh vật sống trong nước sẽ chết do thiếu oxy. Khu vực nguồn tiếp nhận của sông Hương, DO có giá trị dưới 2mg/l (hình 3.24). Giá trị BOD5 tăng và có giá trị khoảng 6,0 -10,0 mg/l ở đầm Sam và phá Tam Giang. Tại các điểm thải ở Phong iền và sông Hương, BOD có giá trị lớn hơn 15mg/l, COD có giá trị lớn hơn 40mg/l, amoni lên tới trên 1 mg/l. Với nồng độ này của amoni, sinh vật có thể chết. Phổ nồng độ phoshat chủ yếu trong khoảng 0,03 -0,07 mg/l, tại các điểm thải, nồng độ phosphat lên tới 0,25 mg/l. Như vậy, với kịch bản đột xuất 2030, chất lượng nước giảm thấp đáng kể ở khu vực phá Tam Giang và đầm Sam. Khu vực gần các điểm thải là huyện Phong iền và sông Hương, nước thiếu hụt oxy hòa tan trầm trọng, hàm lượng chất hữu cơ rất cao, đặc biệt nồng độ amoni tăng ở mức trên 1 mg/l, gây chết các sinh vật. 20