Tài liệu ứng dụng mô hình mike 11 để đánh giá chất lượng nước hệ thống kênh chính hồ sông quao, tỉnh bình thuận

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TP.HCM KHOA ĐỊA CHẤT VÀ KHOÁNG SẢN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE 11 ĐỂ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG NƯỚC HỆ THỐNG KÊNH CHÍNH HỒ SÔNG QUAO, TỈNH BÌNH THUẬN Sinh viên thực hiện: Nguyễn Kiên Quyết MSSV: 0150100030 Khóa: 2012 – 2016 TP. Hồ Chí Minh, 2016 TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG TP.HCM KHOA ĐỊA CHẤT VÀ KHOÁNG SẢN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ỨNG DỤNG MÔ HÌNH MIKE 11 ĐỂ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG NƯỚC HỆ THỐNG KÊNH CHÍNH HỒ SÔNG QUAO, TỈNH BÌNH THUẬN Sinh viên thực hiện: Nguyễn Kiên Quyết MSSV: 0150100030 Khóa: 2012 – 2016 Giảng viên hướng dẫn: PGS. TS. Nguyễn Hồng Quân TP. Hồ Chí Minh, 2016 LỜI CẢM ƠN Quá trình học tập tại trường Đại Học Tài Nguyên và Môi Trường TP.HCM, những ngày tháng làm đồ án tại phòng Tin Học Môi Trường thuộc Viện Môi Trường và Tài Nguyên đã trang bị cho em những kinh nghiệm, những kiến thức quý báu trong học tập cũng như trong cuộc sống. Để có thể hoàn thành bài Báo cáo đồ án tốt nghiệp, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến: - Toàn thể giáo viên Trường đại học Tài nguyên và Môi trường TP.HCM, Khoa Địa chất và Khoáng sản đã tạo điều kiện giúp đỡ em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này. - PGS. TS. Nguyễn Hồng Quân, đã tận tình hướng dẫn, chỉ dạy, giúp đỡ em trong suốt thời gian thực tập và thực hiện hoàn thành đồ án tốt nghiệp. Đồng thời, em xin chân thành cám ơn Thầy đã giúp đỡ, định hướng cho em để hoàn thành đồ án tốt nghiệp một cách hoàn thiện nhất. - KS. Lê Thị Hiền và anh chị phòng Tin Học Môi Trường thuộc Viện Môi Trường và Tài Nguyên hướng dẫn thực hành và hỗ trợ cho em trong quá trình thực hiện đề tài. - ThS. Nguyễn Thị Thanh Hoa, Khoa Địa Chất và Khoáng Sản trường Đại Học Tài Nguyên và Môi Trường TP.HCM, người đã chỉ dạy và góp ý cho em trong quá trình thực hiện đề tài. Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn đến gia đinh, bạn bè đã luôn ủng hộ, động viện em trong suốt thời gian thực hiện đề tài. Em xin chân thành cám ơn! i MỤC LỤC TÓM TẮT ......................................................................................................................1 MỞ ĐẦU .........................................................................................................................2 1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ...................................................2 2. MỤC TIÊU CỦA ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ..............................................................3 3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ...................................................................................3 4. PHẠM VI NGHIÊN CỨU ......................................................................................4 5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...........................................................................4 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN .........................................................................................5 1.1. TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC ...................5 1.1.1. Các nghiên cứu ngoài nước ...........................................................................5 1.1.2. Các nghiên cứu trong nước............................................................................7 1.2. TỔNG QUAN VỀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU ...................................................8 1.2.1. Điều kiện tự nhiên .........................................................................................8 1.2.2. Kinh tế - xã hội ............................................................................................13 1.3. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THỦY LỢI HỒ SÔNG QUAO ......................14 1.3.1. Hồ sông Quao ..............................................................................................14 1.3.2. Hệ thống kênh..............................................................................................15 1.4. TỔNG QUAN VỀ MIKE 11 ..............................................................................17 1.4.1. Mô tả sơ lược về MIKE 11 ..........................................................................17 1.4.2. Mô đun thủy động lực .................................................................................17 1.4.3. Mô đun truyền tải – khuyếch tán (AD) .......................................................23 CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .......................................................27 2.1. PHƯƠNG PHÁP MÔ HÌNH TOÁN HỌC ........................................................27 2.2. PHƯƠNG PHÁP THU THẬP, PHÂN TÍCH VÀ TỔNG HỢP DỮ LIỆU .......28 ii 2.3. PHƯƠNG PHÁP THÀNH LẬP BẢN ĐỒ ........................................................29 2.4. PHƯƠNG PHÁP KHẢO SÁT THỰC ĐỊA.......................................................30 CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN..............................................................31 3.1. THỜI GIAN MÔ PHỎNG VÀ KHAI THÁC KẾT QUẢ .................................31 3.2. KẾT QUẢ TÍNH TOÁN, HIỆU CHỈNH VÀ KIỂM ĐỊNH MÔ HỈNH MIKE 11 ...............................................................................................................................31 3.2.1. Sơ đồ tính toán .............................................................................................31 3.2.2. Biên của sơ đồ tính toán ..............................................................................34 3.2.3. Kết quả tính toán mô hình thủy lực .............................................................42 3.2.4. Kết quả tính toán chất lượng nước ..............................................................44 3.3. CHẤT LƯỢNG NƯỚC HỆ THỐNG KÊNH CHÍNH SÔNG QUAO THEO CÁC KỊCH BẢN XẢ THẢI BẰNG MÔ HÌNH TOÁN MIKE 11 ..........................48 3.3.1. Đề xuất các kịch bản....................................................................................48 3.3.2. Kết quả mô phỏng kịch bản .........................................................................48 3.4. ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP GIẢM THIỂU VÀ NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG NƯỚC HỆ THÔNG KÊNH CHÍNH HỒ SÔNG QUAO, KÊNH ĐÔNG, TỈNH BÌNH THUẬN ..........................................................................................................57 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .....................................................................................59 KẾT LUẬN ...............................................................................................................59 KIẾN NGHỊ ...............................................................................................................59 TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................61 PHỤ LỤC .....................................................................................................................63 iii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT BOD5 Biochemical Oxygen Demand (nhu cầu oxy sinh hóa) COD Chemical Oxygen Demand (nhu cầu oxy hóa học) ĐATN Đồ án tốt nghiệp DEM Digital Elevation Model DHI Denmark Hydrodynamic Institute (Viện thủy lực Đan Mạch) NO2 Nitrit (NO-2 tính theo N) NT Nguồn thải QCVN Quy chuẩn Việt Nam TIN Triagulated Irregular Network TSS Turbidity & Suspendid Solids (tổng chất rắn lơ lửng) iv DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Tọa độ giá trị lượng mưa khu vực tỉnh Bình Thuận năm 2015 ....................11 Bảng 1.2. Hiện trạng sử dụng đất năm 2015 của huyện ................................................13 Bảng 3.1. Kích thước kênh chính hồ sông Quao dùng trong tính toán .........................31 Bảng 3.2. Kích thước, vị trí kênh cấp 1 dùng trong tính toán .......................................33 Bảng 3.3. Thống kê các nút kiểm tra của mô hình ........................................................37 Bảng 3.4. Số liệu biên chất lượng nước mô hình toán ..................................................38 Bảng 3.5. Kết quả điều tra nguồn thải 26/9/2015 ..........................................................38 Bảng 3.6. Tiêu chuẩn cấp nước sinh hoạt cho khu vực hồ sông Quao .........................41 Bảng 3.7. Hệ số nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt ..........................41 Bảng 3.8. Lượng thải sinh hoạt khu vực nghiên cứu năm 2015....................................41 Bảng 3.9. Phân tích hiệu quả và sai số của mô hình .....................................................43 v DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Vị trí khu vực nghiên cứu ................................................................................9 Hình 1.2. Địa hình huyện Hàm Thuận Bắc, tỉnh Bình Thuận .......................................10 Hình 1.3. Thủy văn, lượng mưa huyện Hàm Thuận Bắc, tỉnh Bình Thuận ..................12 Hình 1.4. Vị trí công trình trên hệ thống kênh chính hồ Sông Quao ............................16 Hình 1.5. Diễn biến mực nước, lưu lượng theo chiều dài sông và theo thời gian.........18 Hình 1.6. Sơ đồ sai phân 6 điểm Abbott .......................................................................19 Hình 1.7. Sơ đồ sai phân 6 điểm Abbott cho phương trình liên tục ..............................20 Hình 1.8. Sơ đồ sai phân 6 điểm cho phương trình động lượng ...................................22 Hình 1.9. Sơ đồ sai phân ẩn trong mô hình MIKE 11 ...................................................25 Hình 2.1. Sơ đồ bước áp dụng mô hình MIKE 11 ........................................................27 Hình 3.1. Khu vực mô hình tính toán ............................................................................34 Hình 3.2. Sơ đồ mạng lưới tính toán hệ thống kênh hồ Sông Quao..............................35 Hình 3.3. Vị trí các biên lưu lượng, mực nước trong mô hình MIKE 11 .....................36 Hình 3.4. Số liệu biên lưu lượng, mực nước .................................................................37 Hình 3.5. Vị trí phân bố các nguồn thải trên khu vực hồ Sông Quao ...........................40 Hình 3.6. Mực nước thực đo và mô phỏng tại VMT05 .................................................43 Hình 3.7. Lưu lượng thực đo và mô phỏng tại VMT05 ................................................44 Hình 3.8. Vị trí so sánh kết quả mô phỏng và kết quả quan trắc...................................45 Hình 3.9. Kết quả so sánh BOD5 vào mùa mưa ............................................................46 Hình 3.10. Kết quả so sánh COD vào mùa mưa ...........................................................46 Hình 3.11. Kết quả so sánh TSS vào mùa mưa .............................................................47 Hình 3.12. Kết quả so sánh NO2 vào mùa mưa .............................................................47 Hình 3.13. Kết quả chỉ tiêu BOD5 của KB1 ..................................................................49 Hình 3.14. Kết quả chỉ tiêu COD của KB1 ...................................................................49 Hình 3.15. Kết quả chỉ tiêu TSS của KB1 .....................................................................50 Hình 3.16. Kết quả chỉ tiêu NO2 của KB1 ....................................................................51 Hình 3.17. Kết quả chỉ tiêu BOD5 của KB2 ..................................................................52 Hình 3.18. Kết quả chỉ tiêu COD của KB2 ...................................................................53 Hình 3.19. Kết quả chỉ tiêu TSS của KB2 .....................................................................53 Hình 3.20. Kết quả chỉ tiêu NO2 của KB2 ....................................................................54 vi Hình 3.21. Kết quả chỉ tiêu BOD5 của KB3 ..................................................................55 Hình 3.22. Kết quả chỉ tiêu COD của KB3 ...................................................................55 Hình 3.23. Kết quả chỉ tiêu TSS của KB3 .....................................................................56 Hình 3.24. Kết quả chỉ tiêu NO2 của KB3 ....................................................................56 vii TÓM TẮT Vấn đề về môi trường trong đó có vấn đề về chất lượng nước là vấn đề cấp bách cần được đánh giá và đưa ra các giải pháp quản lý, nâng cao chất lượng nước. Nghiên cứu này đã sử dụng mô hình MIKE 11 để mô phỏng chế độ thủy động lực cho khu vực kênh chính, kênh Đông hồ Sông Quao, tỉnh Bình Thuận. Kết quả mô phỏng là khá tốt, xu thế xu thế về quá trình và pha giao động là tương đối tốt. Kết quả mô phỏng mực nước tương đối tốt cho các trạm trong vùng nghiên cứu. Sự lệch pha cũng như chênh lệch giữa chân triều và đỉnh triều là rất ít từ 0 – 8cm. Từ đó xây dựng mô hình chất lượng nước cho các thông số BOD5, COD, TSS, NO2, cho khu vực kênh chinh, kênh Đông. Kịch bản hiện trạng (năm 2015) đều đạt QCVN08-MT: 2015/BTNMT cột A1, A2. Kịch bản dự báo đến năm 2020 được xây dựng cho thấy chất lượng nước có sự thay đổi, hệ thống kênh có dấu hiệu ô nhiễm nếu không có các biên pháp sử lý nước thải trước khi thải ra môi trường. Từ đó đưa ra các giải pháp giảm thiểu và nâng cao chất lượng nước cho khu vực kênh chính, kênh Đông hồ Sông Quao, huyện Hàm Thuận Bắc, tỉnh Bình Thuận. Từ khóa: MIKE 11, mô hình thủy lực, mô hình chất lượng nước, kịch bản. 1 MỞ ĐẦU 1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nước là tài nguyên vô cùng quan trọng đối với sự sống của con người, con người không thể sống nếu thiếu nước. Vì thế, bảo vệ và sử dụng bền vững nguồn tài nguyên nước đang là vấn đề nóng không chỉ một quốc gia nào. Sông, hồ và hệ thống kênh dẫn là nguồn cung cấp, tích trữ nước cho các hoạt động kinh tế, sinh hoạt của người dân. Nhưng nguồn nước đang bị suy giảm và ô nhiễm nghiêm trọng do gia tăng dân số, đô thị hóa, sử dụng nước lãng phí, sự biến đổi khí hậu… Vì vậy cần có những nghiên cứu đánh giá, quản lý sử dụng có hiệu quả các nguồn nước nói riêng và nguồn tài nguyên nói chung theo hướng phát triển bền vững. Tỉnh Bình Thuận là tỉnh nằm trong khu vực có lượng mưa thấp (lượng mưa trung bình năm 800 - 1150 mm), có nguồn tài nguyên nước mặt thấp nhất nước ta, nước còn bị nhiễm mặn ở nhiều nơi nhất là những vùng ven biển. Nước mặt đóng vai trò chính trong các hoạt động sinh hoạt sản xuất của người dân. Hằng năm thường xảy ra tình trạng thiếu nước nhất là vào mùa khô. Hồ Sông Quao và hệ thống kênh dẫn cung cấp nước chính cho hoạt động kinh tế, dân sinh của vùng phụ cận và thành phố Phan Thiết. Tuy nhiên chất lượng nước hồ Sông Quao và hệ thống kênh dẫn cấp nước sinh hoạt đang chịu tác động tiêu cực của hoạt động kinh tế - xã hội (hoạt động nông nghiệp, chăn nuôi, sản xuất…). Theo kết quả quan trắc chất lượng môi trường nước mặt năm 2015, 2016 của trung tâm quan trắc môi trường tỉnh Bình Thuận, thông số TSS, COD, BOD5 vượt quá quy chuẩn nguồn cung cấp nước sinh hoạt, có dấu hiệu ô nhiếm hữu cơ và dinh dưỡng. Vậy nên, việc bảo vệ chất lượng nước hồ Sông Quao và hệ thống kênh dẫn cấp nước sinh hoạt đảm bảo đảm bảo đạt quy chuẩn là nhiệm vụ hết sức quan trọng. Hiện nay, với sự phát triển của công nghệ thông tin cũng như khoa học kỹ thuật, các mô hình toán ứng dụng ngày càng được phát triển. Các mô hình toán với ưu điểm như kết quả tính toán nhanh, dễ dàng thay đổi kịch bản tính toán… giúp nghiên cứu đánh giá chất lượng nước trên phạm vi lớn, trong thời gian dài đơn giản hơn rất nhiều. Có rất nhiều mô hình dòng chảy và chất lượng nước như: ISIS được sử dụng trong chương trình sử dụng nước (WUP) của Ủy Hội sông Mê Công. Phần mềm này chưa được thương mại hóa ở Việt Nam, du nhập vào thông qua các dự án chuyển giao 2 công nghệ. Mô đun chất lượng nước chưa được thử nghiệm nên chưa có kết quả đánh giá cụ thể; Các bộ phần mềm như Duflow, Sobek/Wendy, Telemax, Qual2-E, Wasp 6… Các phần mềm có nguồn gốc từ châu Âu (hoặc Mỹ) điều kiện sông ngòi khác hẳn ở Việt Nam nên không phải khi nào cũng sử dụng được. Bên cạnh đó cũng có một số phần mềm mô hình được các chuyên gia trong nước xây dựng như: VRSAP là bộ phần mềm được xem là đâu tiên cho tính toán thủy lực mạng kênh sông, được sử dụng cho nhiều dự án. Đáp ứng được yêu cầu tính toán cho những bài toán lớn của đồng bằng sông Cửu Long, nhưng tốc độ tính toán còn hơi chậm, khả năng kết nối GIS và Database chưa mạnh; HydroGIS phần nối công cụ GIS, demo kết quả giao diện khá tốt. Tuy nhiên, tác giả ít công bố về thuật toán nên khó đánh giá; MK4 Là phần mềm mang tính học thuật nhiều, chủ yếu dùng trong giảng dạy, việc áp dụng cho các bài toán thực tế lớn còn hạn chế. Để mô phỏng, tính toán chế độ thủy lực và chất lượng nước cho hệ thống kênh chính hồ Sông Quao tỉnh Bình Thuận, bộ phần mềm MIKE11 bộ đã được lựa chọn nghiên cứu, bởi nó đáp ứng được những tiêu chí sau: Mô tả bài toán là một chiều; Là bộ phần mềm đa tính năng; Cho phép tính toán thủy lực và chất lượng nước với độ chính xác khá cao; Giao diện thân thiện, dễ sử dụng; Kết nối với GIS và Database mạnh. Từ những lý do trên việc thực hiện đề tài: “Ứng dụng mô hình MIKE 11 để đánh giá chất lượng nước hệ thống kênh chính hồ Sông Quao, tỉnh Bình Thuận” là hết sức cần thiết. Kết quả là cơ sở để đánh giá chất lượng nước, từ đó là tiền để cho các nghiên cứu, đưa ra các biện pháp quản lý bảo vệ chất lượng nước sau này. 2. MỤC TIÊU CỦA ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Ứng dụng mô hình toán nhằm đánh giá chất lượng nước hệ thống kênh chính cấp nước sinh hoạt cho toàn vùng hưởng lợi từ nguồn nước hồ Sông Quao. 3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội ảnh hưởng đến chất lượng nước hệ thống kênh chính, hồ Sông Quao: lớp phủ thực vật, lượng mưa, các hoạt động sản xuất nông nghiệp, công nghiệp… Thu thập, tổng hợp dữ liệu đầu vào cho mô hình (địa hình, mạng lưới kênh, thủy văn, hệ thống thủy lợi hồ Sông Quao): - Mạng lưới hệ thống kênh chính; 3 - Mặt cắt ngang của kênh; - Biên đầu: lưu lượng dòng chảy của kênh, kết quả đo thông số chất lượng nước; - Biên cuối: mực nước của kênh, kết quả đo thông số chất lượng nước; - Các hệ số đâu vào cho mô hình: hệ số lực cản đáy, hệ số phân tán, hê số phân hủy của từng thông số chất lượng nước; Chạy mô hình toán MIKE 11 để đánh giá chất lượng nước hệ thống kênh chính hồ Sông Quao. Kiểm định mô hình: so sánh kết quả chạy mô hình với kết quả quan trắc chất lượng nước. Xây dựng các kịch bản mô phỏng và đánh giá chất lượng nước hệ thống kênh chính hồ Sông Quao. Đề xuất giải pháp giảm thiểu và nâng cao chất lượng nước hệ thông kênh chính hồ Sông Quao, tỉnh Bình Thuận. 4. PHẠM VI NGHIÊN CỨU Hệ thống kênh chính hồ Sông Quao, tỉnh Bình Thuận. 5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Phương pháp mô hình toàn học: sử dụng mô hình MIKE 11 để mô phỏng thủy lực, chất lượng nước, hệ thống kênh chính hồ Sông Quao, từ đó xây dựng các kịch bản mô phỏng chất lượng nước trong tương lai. Phương pháp thu thập, phân tích và tổng hợp dữ liệu: trên cơ sở thu thập, tổng hợp các các tài liệu về địa phương khu vực nghiên cứu từ cơ quan, sách báo, mạng internet. Phân tích, tổng hợp số liệu địa hình, hệ thống thủy lợi, công trình kênh chính hồ Sông Quao bằng phần mềm excel 2010. Phương pháp thành lập bản đồ: các bản đồ có liên quan (khu vực nghiên cứu, công trình, nguồn thải, vị trí quan trắc, kiểm định chất lượng nước, diễn biến chất lượng nước…) được biên tập từ phần mềm Mapinfo, QGIS. Phương pháp khảo sát thực địa: khảo sát khu vực nghiên cứu, chụp hình, từ đó đánh giá khách quan khu vực nghiên cứu (các tác nhân ảnh hưởng đến hệ thống kênh, các công trình, quan sát tham gia vào công tác lấy mẫu, có tư liệu thực tế để bổ xung thêm vào bài báo cáo). 4 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1. TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC 1.1.1. Các nghiên cứu ngoài nước Trên thế giới có rất nhiều nghiên cứu đánh giá chất lượng nước bằng nhiều phương pháp khác nhau. Theo nghiên cứu của (Kamel A.H., năm 2008) đã sử dụng mô hình thủy lực dòng chảy không ổn định một chiều, mô hình MIKE 11 để áp dụng nghiên cứu mô phỏng các trường hợp khuyếch tán các thông số chất lượng nước của Sông Euphrates ở Iraq. Và so sánh giữa các ước tính, quan sát giai đoạn thủy văn giữa mô hình này và mô hình Uday đã được sử dụng cho cùng một dòng sông thì giải thích rằng mô hình MIKE 11 cung cấp một mô phỏng tốt hơn. Nghiên cứu của (Vera Jones và cộng sự, 2008) sử dụng mô hình MIKE 11 Ecolab để đánh giá chất lượng nước hạ lưu Sông Stour. Cho chúng ta sự hiểu biết về quy trình chất lượng nước trong sông. Mô hình sau đó được sử dụng để thử nghiệm một số kịch bản trừu tượng. Các kết quả mô hình sẽ được dự đoán, đánh giá tác động môi trường từ đó hình thành các chiến lược, các quyết định liên quan đến quản lý tài nguyên nước cho khu vực. Theo nghiên cứu của (Lotov A. và công sự, 1999) đã giới thiệu một cách để phát triển các hệ thống hỗ trợ quyết định việc thành lập kế hoạch chất lượng nước tại các sông. Ứng dụng mô hình MIKE 11 để đánh giá, mô phỏng các chiến lược nhất định và sử dụng các công cụ đồ họa mới (Interactive Decision Maps / Feasible Goals Method (IDM/FGM)) cho việc tìm kiếm các chiến lược thông minh. DSS dựa trên sự kết hợp của IDM MIKE 11 và / FGM được hiệu chỉnh trên các mô hình thủy động lực và mô hình tải – khuyếch tán của sông Oka, được sử dụng trong khuôn khổ chương trình “Sự hồi sinh của sông Volga” liên bang Nga. Kết quả nghiên cứu của (Gedam V. V. và cộng sự, 2012) đã thực hiện mô phỏng cho đoạn sông Kanhan bằng MIKE 11 để đánh giá khả năng tự làm sạch và dự đoán tải trọng chất thải. Khả năng tự làm sạch của sông liên quan đến nhu cầu sinh hóa oxy (BOD) và oxy hòa tan (DO). Mô hình MIKE 11 mô phỏng các thông số DO và BOD với trường dữ liệu liên tục và các thông số mô hình. Các mô hình nghiên cứu sẽ 5 giúp cho việc quyết định việc phân bố tải trọng chất thải thích hợp dựa trên khả năng tự làm sạch của dòng hơn là tiêu chuẩn đơn giản. Mô hình nghiên cứu cung cấp thông tin quan trọng và cái nhìn sâu sắc hơn về tác động của các điểm ô nhiễm và điểm không ô nhiễm về chất lượng nước của dòng sông Kanhan. Nghiên cứu của (Eisakhani M. và cộng sự, 2012) với mục tiêu là mô hình sự thay đổi nhu cầu oxy hóa hóa học và sinh học (COD và BOD) tại mỗi mặt cắt ngang của sông Bertam ở cao nguyên Cameron, Malaysia. Do hoạt động du lịch, khai thác ngày càng tăng của nông nhiệp trồng rau, hoa, quả và phải chịu lượng mưa xối xả. Tình trạng của sông Bertam đã xuống cấp, có dấu hiệu ô nhiễm nguồn nước và môi trường sông. Do đó, MIKE 11 đã được áp dụng để mô phỏng thủy động lực học, mô hình vận chuyển dòng chảy của sông. Quá trình mô phỏng cho kết quả chất lượng nước thấy nồng độ BOD5 thay đổi từ 1 – 2 mg/l trong thời gian trước gió mùa và 4 – 10 mg/l trong hậu gió mùa. COD nằm ở 39 – 49 mg/l được quan sát ở dòng nước cao. Có nồng độ thấp hơn nhiều là ở dòng nước trung bình có giá trị 10 – 14 mg/l. So sánh giữa dữ liệu đo và mô phỏng cho thấy MIKE 11 có thể dự đoán đầy đủ, chính xác BOD và tải COD tại các cửa lưu vực đặc biệt là trong dòng nước trung bình. Nghiên cứu của (Engel B. và cộng sự, 2007) đã trình bày một quy trình áp dụng tiêu chuẩn của mô hình thủy văn, chất lượng nước. Việc tạo ra và sự dụng các kế hoạch xây dựng mô hình đang ngày càng quan trọng như kết quả của các dự án xây dựng mô hình, có ý nghĩa quan trong trong quá trình đưa ra quyết định. Giao thức chuẩn của lập mô hình phải được tuân theo, làm giảm thiểu sai số mô hình, tăng cường khả năng tái sử dụng mô hình, cải thiện sự chấp nhận các kết quả của mô hình. Theo nghiên cứu của (Kamal M.M. và cộng sự, 1999) đã nghiên cứu thực hiện ở sông Buriganga chạy qua thành phố Dhaka, hiện tại là một dòng sông ô nhiễm nhất ở Bangladesh. Thành phố Dhaka rất đông dân cư và sẽ là một trong mười thành phố lớn vào năm 2000. Tuy nhiên, chỉ một phần nhỏ trong tổng số nước thải của thành phố được xử lý. Do đó, mục tiêu của nghiên cứu này là để điều tra về tình trạng chất lượng nước sông về một số thông số chất lượng nước và mô phỏng oxy hòa tan (DO) bằng mô hình chất lượng nước. Để hoàn thành mục tiêu, thu thập dữ liệu tại chỗ và phòng thí nghiệm. Sau đó, mô hình một chiều chất lượng nước được phát triển cho sông Dhaka trong thời gian 1994 – 1995. Các kịch bản khác nhau đã được thử nghiệm để dự 6 đoán các điều kiện có khả năng nhất của dòng sông. Tùy chọn chạy cho thấy một cách tiếp cận tích hợp sẽ được yêu cầu để khôi phục chất lượng của dòng sông. Theo nghiên cứu của (Radwan M. và cộng sự, 2003) đã sử dụng các loại mô hình khác nhau có sẵn để mô hình nước lưu vực và chất lượng. Họ thay đổi mô hình chi tiết vật lý dựa trên đơn giản hóa mô hình khái niệm và thực nghiêm. Mô hình thích hợp nhất cho một ứng dụng nhất định phụ thuộc vào các mục tiêu dự án và dữ liệu sẵn có. Trong nghiên cứu này, oxy hòa tan (DO) và nhu cầu oxy hóa sinh học (BOD) được mô hình hóa trong một dòng sông ở Flanders. Nguồn BOD từ nông nghiệp và các nguồn điểm trong nước được xem xét. Nồng độ DO, BOD trong nước sông được mô hình hóa trong MIKE 11. Bình lưu và phân tán được đưa vào xem xét cùng với quá trình sinh học và hóa học. Hiệu chỉnh mô hình được dựa trên cơ sở có sẵn dữ liệu chất lượng nước đo được. Kết quả mô phỏng lâu dài có thể được sử dụng trong phân tích thống kê. Việc xây dựng các mô hình đơn giản, tuy nhiên có thể sử dụng mô phỏng với mô hình chi tiết. Các chi tiết và các mô hình đơn giản có thể được sử dụng một cách bổ sung. Theo nghiên cứu của (Holguin-Gonzalez J. E. và cộng sự, 2013) đã sử dụng mô hình là một công cụ hiệu quả đề điều tra tình trạng sinh thái của tài nguyên nước. Ở các nước đang phát triển, tác động của các công trình vệ sinh môi trường (ví dụ như nhà máy sử lý nước thải), thường được đánh giá xem xét việc đạt được các tiêu chuẩn chất lượng hóa lý, pháp lý, nhưng bỏ qua chất lượng nước sinh thái (EWQ) của sông tiếp nhận. Trong báo cáo này, đã phát triển một khuôn khổ mô hình sinh thái tích hợp định lượng tác động của nước thải trên EWQ của sông Cauca (Colombia). Tích hợp một mô hình chất lượng nước thủy lực và hóa lý nước với mô hình sinh thái thủy sinh. Kết quả cho thấy sự tích hợp của mô hình sinh thái trong các mô hình chất lượng nước thủy lực, hóa lý (ví dụ như MIKE 11) có giá trị gia tăng để hỗ trợ ra quyết định trong quản lý sông và chính sách về nước. 1.1.2. Các nghiên cứu trong nước Theo báo cáo của trung tâm Quan trắc môi trường tỉnh Bình Thuận (2015) cho thấy chất lượng nước Sông Quao có một vài thông số hóa lý và chỉ số Coliform đạt quy chuẩn. Riêng thông số TSS, Fe, PO43-, NO2-, BOD5, COD vượt quy chuẩn, nguyên nhân có thể do hoạt động chăn thả vịt trên sông. Qua kết quả phân tích thì nguồn nước 7 tại Sông Quao đạt chất lượng nước cho mục đích tưới tiêu và các mục đích tương tự khác. Theo kết quả quan trắc chất lượng môi trường nước mặt tỉnh Bình Thuận (2016). Chất lượng nước sông Quao (từ thôn Phước An đến cầu sông Quao): Chất lượng nước sông Quao so với với cột B1 (dùng cho mục đích tưới tiêu thủy lợi) có giá trị các thông số quan trắc pH, DO, PO43-, NH4+, NO3- có giá trị đạt quy chuẩn cho phép. Giá trị các thông số TSS, Fe, NO2-, COD, BOD5 và chỉ số Coliform vượt quy chuẩn tại một số điểm quan trắc. Theo báo cáo của (Phan Viết Chính, 2012) nghiên cứu đã sử dụng mô hình toán MIKE11 để 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 của các nguồn xả thải của thành phố Biên Hòa. Nghiên cứu của (Nguyên Duy Khôi, 2009) đã ứng dụng mô hình tính toán dòng chảy một chiều đánh diễn biến dòng chảy về cả chất và lượng đã được ứng dụng rất nhiều trong các nghiên cứu phát triển nguồn nước. Mô hình MIKE 11 – ecolab, được chuyển giao cho Viện quy hoạch Thủy lợi miền Nam thông qua dự án tăng cường năng lực các Viện ngành nước do DANIDA tài trợ là công cụ hữu hiệu trong việc đánh giá diễn biến dòng chảy về cả chất và lượng. Trong báo cáo này tập trung đánh giá diễn biến chất lượng nước tại khu vực hạ lưu sông Đồng Nai – Sài Gòn ở giai đoạn hiện nay và cho một số phương án phát triển trong tương lai. Luận văn được thực hiện trong khuôn khổ đề tài “Điều tra, đánh giá các nguồn gây ô nhiễm và đề xuất giải pháp tổng hợp quản lý chất lượng nước hồ Sông Quao đảm bảo an toàn cấp nước cho thành phố Phan Thiết và vùng phụ cận”, của tác giả Nguyễn Hồng Quân, Lê Việt Thắng, Viện Môi Trường Và Tài Nguyên, năm 2015. 1.2. TỔNG QUAN VỀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU 1.2.1. Điều kiện tự nhiên  Vị trí địa lý Huyện Hàm Thuận Bắc, tỉnh Bình Thuận được thành lập năm 1983 từ việc tách huyện Hàm Thuận của tỉnh Thuận Hải (cũ) lấy sông Cà Ty làm ranh giới. Tọa độ địa lý từ 11o12’40” – 11o39’32” vĩ độ Bắc và từ 107o50’00’’ – 107o10’58’’ kinh độ Đông. - Phía Đông giáp với huyện Bắc Bình. 8 - Phía Tây giáp với huyện Hàm Thuận Nam và huyện Tánh Linh. - Phía Nam giáp với thành phố Phan Thiết. - Phía Bắc giáp với cao nguyên Di Linh. Gồm 2 thị trấn và 15 xã. Hình 1.1. Vị trí khu vực nghiên cứu  Địa hình, địa mạo Địa hình của huyện Hàm Thuận Bắc khá đa dạng, thấp dần theo hướng Tây Bắc – Đông Nam; có thể chia địa hình của huyện thành 3 dạng chính: - Vùng đồi núi bán sơn địa phía Bắc và phía Tây: phân bố về phía Tây đường sắt Bắc Nam, bao gồm các xã vùng bán sơn địa, chiếm 76,44% diện tích tự nhiên của huyện. 9 - Vùng đồng bằng phù sa ven sông: bao gồm một số xã nằm dọc quốc lộ 1A và quốc lộ 28, chiếm 12,39% diện tích tự nhiên của huyện. - Vùng cồn cát biển phía Nam và phía Đông: phân bố về phía Đông quốc lộ 1A kéo dài bao gồm các xã Hàm Đức, Hồng Sơn, Hồng Liêm, chiếm 10,63% diện tích tự nhiên của huyện. Đây là vùng có cồn cát trắng, vàng và đỏ mang tính chất khô hạn nhất của huyện (Trang thông tin huyện Hàm Thuận Bắc, tỉnh Bình Thuận). Ngoài ra dữ liệu địa hình còn được thu thập từ ảnh ASTER GLOBAL DEM từ trang web earthexplorer.usgs.gov của Cục khảo sát địa chất Mỹ USGS với độ phân giải 30m năm 2015. Sau đó sử dụng phần mềm QGIS ghép ảnh DEM, cắt ảnh theo ranh giới khu vực nghiên cứu huyện Hàm Thuận Bắc, tỉnh Bình Thuận. Tạo ảnh DEM 3D hiển thị dữ liệu địa hình khu vực. Hình 1.2. Địa hình huyện Hàm Thuận Bắc, tỉnh Bình Thuận  Khí hậu, thời tiết Huyện Hàm Thuận Bắc, nằm trong khu vực nhiệt đới gió mùa với 2 mùa rõ rệt. Mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 10, mùa khô từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau. Nhưng 10 khí hậu của huyện lại mang nét đặc trưng của chế độ khí hậu bán khô hạn vùng cực Nam Trung bộ. Do sự phân hóa về địa hình nên khí hậu của huyện được chia làm hai tiêu vùng gồm vùng khí hậu miền núi và vùng khí hậu đồng bằng ven biển. Chế độ thủy văn của huyện chịu ảnh hưởng của 2 con sông chính là sông Cái Phan Thiết và sông La Ngà. Ngoài ra còn một hệ thống gồm nhiều con sông, suối nhỏ khác (Trang thông tin huyện Hàm Thuận Bắc, tỉnh Bình Thuận, 2015). Ngoài ra, lượng mưa được thu thập từ vệ tinh TRMM qua mạng từ DHI. Dữ liệu lượng mưa từ vệ tinh (DHI) được bố trí theo ô lưới với độ phân giải 0,250 tương ứng 30km. Số liệu mưa được thu thập tại các điểm đo mưa từ vệ tinh trong khu vực tỉnh Bình Thuận và cả các điểm xung quanh địa bàn tỉnh. Sau đó tổng hợp lượng mưa để có lượng mưa trung bình năm 2015. Bảng 1.1. Tọa độ giá trị lượng mưa khu vực tỉnh Bình Thuận năm 2015 ID 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 X(Longitude) 107.375 107.375 107.375 107.375 107.625 107.625 107.625 107.625 107.625 107.875 107.875 108.125 108.125 108.125 108.125 108.125 108.375 108.375 108.375 108.375 108.625 Y(Latitude) 10.625 10.875 11.125 11.375 10.375 10.625 10.875 11.125 11.375 11.125 11.375 10.625 10.875 11.125 11.375 10.625 10.625 11.125 11.375 11.625 11.125 R 534.79 614.57 765.51 901.36 522.41 451.19 488.28 703.22 818.72 529.66 668.43 428.94 255.24 381.70 556.75 561.17 402.23 276.47 457.95 563.82 237.38 11