Báo cáo khoa học: "đánh giá và dự báo chất l-ợng n-ớc hồ tây bằng mô hình toán học"

Chia sẻ: Nguyễn Phương Hà Linh Linh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

Thêm vào BST

Báo xấu

45
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tóm tắt: Bài viết này trình bày tóm tắt kết quả nghiên cứu đánh giá chất l-ợng n-ớc Hồ Tây bằng mô hình toán học. Trên cơ sở đó đề xuất chiến l-ợc quy hoạch, bảo vệ và sử dụng hợp lý nguồn tài nguyên quý giá này đặc biệt là quản lý chất l-ợng n-ớc.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Báo cáo khoa học: "đánh giá và dự báo chất l-ợng n-ớc hồ tây bằng mô hình toán học"

®¸nh gi¸ vµ dù b¸o chÊt l−îng n−íc hå t©y b»ng m« h×nh to¸n häc Ng« Quang Dù Bé m«n Kü thuËt m«i tr−êng Tr−êng §¹i Giao th«ng VËn t¶i Tãm t¾t: Bμi viÕt nμy tr×nh bμy tãm t¾t kÕt qu¶ nghiªn cøu ®¸nh gi¸ chÊt l−îng n−íc Hå T©y b»ng m« h×nh to¸n häc. Trªn c¬ së ®ã ®Ò xuÊt chiÕn l−îc quy ho¹ch, b¶o vÖ vμ sö dông hîp lý nguån tμi nguyªn quý gi¸ nμy ®Æc biÖt lμ qu¶n lý chÊt l−îng n−íc. Summary: This paper briefs on the study results of an evaluation of the water quality of the West Lake by mathematical modelling. Based on the findings, a strategy on protection and sensible use of this valuable resource, especially water quality management, is put forward. I. §Æt vÊn ®Ò Hå T©y lµ hÖ sinh th¸i hå n−íc ngät ®iÓn h×nh cña ®ång b»ng B¾c Bé, cã vÞ trÝ, vai trß, gi¸ trÞ rÊt quan träng víi sù ph¸t triÓn kinh tÕ - x· héi cña thñ ®« Hµ Néi, lµ 1 trong 4 hå cña ViÖt Nam ®−îc xÕp vµo danh s¸ch nh÷ng hå n−íc ngät cÇn ®−îc b¶o vÖ trªn thÕ giíi. Hå T©y ®−îc coi nh− nhµ m¸y ®iÒu hoµ khÝ hËu tiÓu khu vùc. CT 2 Tuy nhiªn, cïng víi tèc ®é ph¸t triÓn m¹nh mÏ vµ s©u s¾c cña qu¸ tr×nh ®« thÞ ho¸, c«ng nghiÖp ho¸, th× hÖ thèng s«ng, hå cña thñ ®« Hµ Néi ®· vµ ®ang ph¶i ®èi mÆt víi vÊn ®Ò « nhiÔm m«i tr−êng vµ Hå T©y còng kh«ng tr¸nh khái. HiÖn t¹i hå ®ang bÞ ¶nh h−ëng nghiªm träng do c¸c qu¸ tr×nh ®ã, t¹i nhiÒu khu vùc t×nh tr¹ng n−íc th¶i, r¸c th¶i « nhiÔm ®æ vµo hå ngµy cµng nhiÒu vµ ch−a cã sù kiÓm so¸t chÆt chÏ, dÉn tíi v−ît qu¸ kh¶ n¨ng tù lµm s¹ch cña hå ®· lµm cho hå T©y ngµy cµng bÞ suy tho¸i. Do vËy cÇn ph¶i cã nh÷ng nghiªn cøu, biÖn ph¸p qu¶n lý vµ c«ng nghÖ phï hîp nh»m gi¶m thiÓu xu thÕ suy tho¸i m«i tr−êng ®ång thêi cã chiÕn l−îc khai th¸c mét c¸ch hiÖu qu¶ vµ bÒn v÷ng nguån tµi nguyªn hå phôc vô cho sù ph¸t triÓn bÒn v÷ng. §Ó thùc hiÖn nghiªn cøu nµy, chóng t«i ®· sö dông mét sè ph−¬ng ph¸p sau ®©y: Ph−¬ng ph¸p kÕ thõa, thèng kª, ph©n tÝch, tæng hîp vµ ®¸nh gi¸; ph−¬ng ph¸p thùc nghiÖm; ph−¬ng ph¸p m« h×nh to¸n (ph−¬ng ph¸p m« pháng) vµ ph−¬ng ph¸p xö lý sè liÖu. II. Néi dung vμ kÕt qu¶ nghiªn cøu 1. M« h×nh c©n b»ng n−íc 1.1. Kh¸i qu¸t vÒ m« h×nh Ph−¬ng tr×nh c©n b»ng n−íc ®−îc viÕt d−íi d¹ng ph−¬ng tr×nh vi ph©n nh− sau:
dV = dßng vµo – dßng ra – tÝch luü dt dV = (QP + Q i ) − (Q e + Q 0 ) − Q r hay dt trong ®ã: V - thÓ tÝch cña hå (m3); QP: l−u l−îng n−íc m−a (m3/ngµy); Qe: l−u l−îng n−íc bèc h¬i (m3/ngµy); Qi: l−u l−îng c¸c nguån th¶i cung cÊp vµo hå (m3/ngµy); Qo: l−u l−îng n−íc ra khái hå (m3/ngµy); Qr: l−u l−îng n−íc trÇm tÝch trong hå (m3/ngµy). NÕu ta xÐt trong kho¶ng thêi gian (dt) nhá, khi ®ã thÓ tÝch hå kh«ng thay ®æi nhiÒu, do vËy dV = 0 . Tõ ph−¬ng tr×nh tæng qu¸t suy ra Qr = (QP + Qi) – (Qe + Qo) dt 1.2. KÕt qu¶ m« pháng m« h×nh Trªn c¬ së nh÷ng sè liÖu vÒ ®iÒu kiÖn tù nhiªn vµ ®Æc ®iÓm cña hå T©y, ta dÔ dµng tÝnh ®−îc: Qp = 4,5 x 10-3 x 5260000 = 23267 m3/ngµy Qe = 4,35 x 10-3 x 5260000 = 22880 m3/ngµy CT 2 Qi = tõ 3197 ®Õn 6998 m3/ngµy, trung b×nh lµ 5097 m3/ngµy[5]. Vµ Qr = Qo + Qe - Qp - Qi = 24820 m3/ngµy víi t = 0,5 n¨m. C©n b»ng n−íc Hå T©y m« pháng l−u l−îng c¸c dßng ch¶y vµo, ra vµ tÝch luü trong hå. Nã ¶nh h−ëng vµ t¸c ®éng trùc tiÕp tíi c©n b»ng cña c¸c chØ tiªu chÊt l−îng n−íc hå, c¸c yªu tè dinh d−ìng trong hå. 2. X¸c ®Þnh t¶i l−îng cña Photpho hå T©y theo m« h×nh Vollenweider 2.1. Ph−¬ng tr×nh x¸c ®Þnh hμm l−îng P tæng sè Theo Vollenweider nång ®é P tæng sè trong hå cã thÓ tÝnh b»ng c«ng thøc sau: J Z L L= qs = P= ë ®ã: vµ τW Q s (1 + τ W ) A trong ®ã: P: nång ®é Photpho tæng sè (g/m3); L: t¶i l−îng ®¬n vÞ photphat bÒ mÆt trong mét n¨m (gP/n¨m); Qs: t¶i l−îng thuû lùc bÒ mÆt (m3/m2.n¨m); τw: thêi gian l−u thuû vùc cña n−íc trong hå (n¨m); J: tæng l−îng Photpho vµo hå hµng n¨m (g/n¨m);
A: diÖn tÝch mÆt hå (m2); Z: ®é s©u trung b×nh (m). 2.2. C¸c ph−¬ng tr×nh biÓu diÔn mèi quan hÖ gi÷a nång ®é P tæng sè vμ hμm l−îng chlorophyll A, ®é trong vμ nhu cÇu tiªu thô «xy bÒ mÆt ®¸y hå. Nghiªn cøu chÊt l−îng n−íc hå T©y giai ®o¹n gÇn ®©y ¸p dông ph−¬ng ph¸p thùc nghiÖm vµ håi quy to¸n häc ®· x¸c ®Þnh ®−îc mét sè quan hÖ sau: Mèi quan hÖ gi÷a nång ®é P vµ hµm l−îng Chlorophyll A (mg/m3) trong hå: ChlA = 295 x Cp0,66 (d¹ng tæng qu¸t ChlA = a.Cpb) Mèi quan hÖ gi÷a hµm l−îng Chlorophyll A (mg/m3) víi ®é trong (S): S = 6,5 x ChlA-0,474 (d¹ng tæng qu¸t S = a.ChlAb) Mèi quan hÖ gi÷a tèc ®é tiªu thô oxy ë ®¸y hå (D: gO2/m2.ngµy) vµ nång ®é P tæng sè (Chapa vµ Canale, 1991): D = 0,086 x Cp0,4789 (d¹ng tæng qu¸t D = a.Cpb) 2.3. Ph−¬ng tr×nh vÒ sù thay ®æi nång ®é P theo thêi gian Sö dông phÐp ph©n tÝch t−¬ng quan vµ håi quy chóng t«i ®· x¸c ®Þnh mèi quan hÖ gi÷a nång ®é Photpho tæng sè biÕn thiªn theo thêi gian trong giai ®o¹n gÇn ®©y: Y = a x t3 + b x t2+ c x t + d Y: hµm l−îng P tæng sè; t: thêi gian (n¨m) vµ a, b, c, d lµ c¸c h»ng sè. 3. M« h×nh trao ®æi Photpho ë Hå T©y theo Jorgensen CT 2 Chóng t«i ¸p dông m« h×nh trao ®æi Photpho cña Jorgensen ®Ó m« pháng cho hÖ sinh th¸i hå T©y bao gåm c¸c biÕn tr¹ng th¸i sau PS: Photpho hoμ tan trong n−íc; PC: Photpho trong t¶o; PD: Photpho trong c¸c m¶nh vôn; PiN: Photpho trong kÏ n−íc cña trÇm tÝch; PB: Photpho cã kh¶ n¨ng gi¶i phãng tõ nÒn ®¸y th«ng qua c¸c qu¸ tr×nh sinh häc vμ PE: Photpho cã kh¶ n¨ng trao ®æi ë nÒn ®¸y. C¸c mèi quan hÖ gi÷a chóng ®−îc m« pháng b»ng s¬ ®å d−íi ®©y (h×nh 1), ë ®ã mçi mét mòi tªn lµ mét qu¸ tr×nh vµ mçi mét qu¸ tr×nh vµ ®−îc biÓu diÔn b»ng nh÷ng ph−¬ng tr×nh to¸n häc. C¸c qu¸ tr×nh chÝnh trao ®æi Photpho ®−îc m« pháng gåm cã: Qu¸ tr×nh hÊp thô Photpho hoμ tan (PS) cña thùc vËt næi: (UP) Qu¸ tr×nh T¶o chÕt ®i t¹o thμnh mïn (INPUT 6) Qu¸ tr×nh l¾ng ®äng cña x¸c T¶o t¹o thμnh líp cÆn ®¸y (INPUT5) Qu¸ tr×nh l¾ng ®äng cña c¸c m¶nh vôn t¹o thμnh líp cÆn ®¸y (INPUT 7) Qu¸ tr×nh ph©n gi¶i Photpho trong c¸c m¶nh vôn thμnh Photpho hoμ tan (INPUT 2) Qu¸ tr×nh kho¸ng ho¸ v« c¬ PE ë nÒn ®¸y (OUTPUT2) Qu¸ tr×nh khuyÕch t¸n Photpho hoμ tan trong kÏ n−íc vμo cét n−íc (OUTPUT5) Qu¸ tr×nh PE bÞ ph©n gi¶i vμ gi¶i phãng bëi c¸c qu¸ tr×nh sinh häc (OUTPUT4) Qu¸ tr×nh Photpho ®−îc ph©n gi¶i qua qu¸ tr×nh sinh häc (PB) ®−îc gi¶i phãng vμo cét n−íc th«ng qua ho¹t ®éng cña sinh vËt (QBIO)
Qu¸ tr×nh PB ®−îc gi¶i phãng vμo cét n−íc th«ng qua qu¸ tr×nh ho¸ häc (QDSORP.AB) Nguồn μZ.CZ.PC §iÒu khiÓn Mưa thải sinh tr−ëng CA μ .CF C F .P cña T¶o F2.P2 CA P fish F3.P3 Pzoo PC UP PS F4.P4 μ.CF 1 Z .PC ( −1 L−u ) CA F vùc QBIO KP.DP SA.PC QDSORP PD SA .DP SA . PC QDIFF f PB f H×nh 1. S¬ ®å c¸c qu¸ tr×nh SA .PC f chu chuyÓn cña Photpho PI PE PE.KE trong c¸c thμnh phÇn Sö dông phÇn mÒm Stella II, chóng t«i ®· m« pháng vµ tÝnh to¸n sù biÕn thiªn cña tõng thµnh phÇn Photpho theo thêi gian (h×nh 2), kÕt qu¶ ®−îc tr×nh bµy trong h×nh 3 vµ 4 víi gi¸ trÞ th«ng sè ch−a hiÖu chØnh vµ sau khi hiÖu chØnh. PD PS Ipn Cpp Ipl CT 2 T D FT4 PS PiN INPUT1 DB T OUTPUT1 QDIFF QDSORP INPUT2 KDP10 T DMU Q D DB PB FT6 V OUTPUT2 AE He1 PS KE20 LUL QBIO FP2 KE AI FP1 DMU PD PE D KP FT2 PD UP PC INPUT7 OUTPUT3 UPmax QSED SA SD SVD D D Q V FPAmax FT2 AB FP1 PHYT He2 D DMU FPAmin FT2 FPA DB PC SA T SVS INPUT6 INPUT5 MA H×nh 2. CÊu tróc m« h×nh trao ®æi Photpho ë Hå T©y theo Jorgensen (m« pháng b»ng ch−¬ng tr×nh Stella II)
KÕt qu¶ ch¹y m« h×nh víi sè liÖu ch−a hiÖu chØnh: Do mét sè gi¸ trÞ th«ng sè trong m« h×nh ®−îc sö dông lµ gi¸ trÞ cè ®Þnh nªn cã sù sai lÖch gi÷a kÕt qu¶ m« pháng vµ gi¸ trÞ thùc tÕ (h×nh 3), do vËy cÇn cã sù hiÖu chØnh nh÷ng gi¸ trÞ th«ng sè cã sù biÕn thiªn theo thêi gian ®Ó kÕt qu¶ m« pháng ®−îc gÇn víi thùc tÕ h¬n. Đồ th ị s o sánh k ế t qu ả m ô ph ỏ ng và th ự c tế củ a PO 4 trong h ồ 14 12 n ồ ng đ ộ P O 4 (m g /l) 10 PO4, mô 8 ph ỏ ng 6 PO4, th ực 4 tế 2 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Th ời gian (tháng) H×nh 3. §å thÞ vμ biÓu ®å biÕn thiªn hμm l−îng Photpho khi ch−a hiÖu chØnh Sau khi hiÖu chØnh sè liÖu kÕt qu¶ ch¹y ®−îc thÓ hiÖn trong s¬ ®å d−íi ®©y, kÕt qu¶ cho thÊy gi¸ trÞ m« pháng vµ gi¸ trÞ thùc tÕ cã sai sè kh«ng lín, do vËy cã thÓ ¸p dông ph−¬ng ph¸p m« pháng ®Ó ®¸nh gi¸ vµ dù b¸o sù biÕn thiªn hµm l−îng Photpho theo thêi gian (h×nh 4). 1: PB 2: PC 3: PS 4: PD 5: PiN Đồ thị s o sánh k ế t quả mô phỏ ng PO4 và 1: 0.10 thực tế ở H ồ Tây 2: 0.20 3: 1.00 5 5 5 5 4: 0.05 3 5: 0.50 Nồng độ PO4 (mg/l) CT 2 2.5 1 1 2 1 1: 0.05 PO4, mô 2: 0.10 1 1.5 3: 0.50 ph ỏ ng 4: 0.03 3 3 5: 0.25 1 3 PO4, th ực t ế 3 2 2 2 4 0.5 4 4 4 2 1: 0.00 0 2: 0.00 3: 0.00 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 4: 0.00 5: 0.00 Thời gian (tháng) 0.00 3.00 6.00 9.00 12.00 Graph 1 Months 15:13 25/04/2007 H×nh 4. §å thÞ vμ biÓu ®å biÕn thiªn hμm l−îng Photpho khi hiÖu chØnh sè liÖu 4. Th¶o luËn Mét trong nh÷ng nh−îc ®iÓm cña m« h×nh ho¸ lµ l−îng th«ng tin, sè liÖu cÇn cho m« h×nh lµ t−¬ng ®èi nhiÒu. Sè liÖu cµng nhiÒu vµ cµng chÝnh x¸c th× ®é tin cËy cña m« h×nh cµng cao, do vËy vÊn ®Ò ®¶m b¶o th«ng tin ph¶i ®−îc coi träng. Do vËy ph¶i x©y dùng ®−îc hÖ thèng vµ ch−¬ng tr×nh quan tr¾c ë hå T©y bao gåm (cÇn ph¶i tuú thuéc vµo môc ®Ých nghiªn cøu mµ cã nh÷ng thay ®æi): th«ng sè quan tr¾c, tÇn suÊt quan tr¾c vμ ®Þa ®iÓm quan tr¾c. §Ó ¸p øng yªu cÇu ph©n tÝch vµ dù b¸o th× quan tr¾c sè liÖu ph¶i ®¶m b¶o tÝnh liªn tôc, thèng nhÊt vÒ ®Þa ®iÓm vμ ®¶m b¶o vÒ ph−¬ng ph¸p. CÇn cã mét ch−¬ng tr×nh nghiªn cøu quy ho¹ch tæng thÓ vµ chi tiÕt vÒ sö dông, khai th¸c vµ qu¶n lý khu vùc hÖ sinh th¸i hå T©y phôc vô cho ph¸t triÓn bÒn v÷ng.
HiÖn t¹i cã nhiÒu m« h×nh m« pháng chÊt l−îng n−íc cña nhiÒu t¸c gi¶, mçi m« h×nh cã sè biÕn tr¹ng th¸i vµ cã ®iÒu kiÖn biªn kh¸c nhau nªn sÏ cã hiÖu qu¶ kh¸c nhau. §Ò tµi ®· kÕt hîp m« h×nh tÝnh t¶i l−îng Photpho cña Vollenweider vµ m« h×nh cña Jorgensen ®· m« pháng ®−îc hÇu hÕt c¸c biÕn tr¹ng th¸i vµ c¸c qu¸ tr×nh x¶y ra trong hÖ sinh th¸i hå, do vËy kÕt qu¶ thu ®−îc lµ ®¸ng tin cËy. III. KÕt luËn C¸c th«ng sè chÊt l−îng n−íc cña hå trong nh÷ng n¨m qua cho thÊy hå ®ang ë møc « nhiÔm nhÑ, mét vµi chØ tiªu ®· v−ît qu¸ giíi h¹n cho phÐp nh− Nit¬rat, Coliform,... vµ cã xu h−íng ngµy cµng t¨ng. ¤ nhiÔm ë hå T©y mang tÝnh côc bé râ rÖt, khu vùc ven hå vµ gÇn c¸c cèng th¶i cã møc ®é « nhiÔm nÆng h¬n. C¸c nguån th¶i chÝnh cña Photpho vµo hå T©y lµ tõ c¸c cèng th¶i, l−u vùc vµ tõ khÝ quyÓn, nh−ng quan träng nhÊt lµ kho¶ng 90% l−îng Photpho lµ tõ c¸c cèng th¶i xung quanh ®æ trùc tiÕp xuèng hå mµ ch−a qua xö lý. B»ng m« h×nh cña Vollenveider ®· cho thÊy l−îng Photpho th¶i vµo hå ®· v−ît qu¸ t¶i l−îng cho phÐp, theo tiªu chuÈn cña tæ chøc c¸c n−íc ph¸t triÓn (OECD) vÒ møc ®é dinh d−ìng cña c¸c hå n−íc ngät nhiÖt ®íi th× hiÖn t¹i hå T©y ®−îc xÕp vµo d¹ng hå giµu dinh d−ìng, l−îng Photpho cã xu h−íng t¨ng lªn theo thêi gian, do ®ã ®· g©y ra hiÖn t−îng sù ph¸t triÓn m¹nh mÏ g©y mÊt c©n b»ng cña c¸c loµi thùc vËt næi. KÕt qu¶ m« pháng sù trao ®æi Photpho theo m« h×nh Jorgensen ë hå T©y cho thÊy hå ®ang ë trong t×nh tr¹ng giµu dinh d−ìng, do vËy hiÖn t−îng phó d−ìng x¶y ra lµ ®iÒu kh«ng thÓ tr¸nh khái, nÕu kh«ng cã biÖn ph¸p can thiÖp kÞp thêi th× hËu qu¶ cña nã sÏ lµm suy gi¶m vai trß, chøc n¨ng cña hå, thËm chÝ cã thÓ dÉn ®Õn con ®−êng suy vong, ®ã qu¶ thËt lµ mét th¶m kÞch CT 2 mµ chóng ta kh«ng hÒ mong muèn nh−ng cã thÓ sÏ x¶y ra. Tµi liÖu tham kh¶o [1]. Hå Thanh H¶i, NguyÔn Kh¾c §ç. C¸c nguån dinh d−ìng ngo¹i lai tõ vïng l−u vùc ®Õn hå T©y. TuyÓn tËp c¸c c«ng tr×nh nghiªn cøu Sinh th¸i vµ Tµi nguyªn Sinh vËt. Nhµ xuÊt b¶n N«ng nghiÖp Hµ Néi, 2001. [2]. L−u Lan H−¬ng, Ng« Quang Dù, Tr−¬ng TuÊn Anh. §¸nh gi¸ sù phó d−ìng hå T©y, Hµ Néi b»ng m« h×nh to¸n tÝnh t¶i l−îng vµ hµm l−îng Phèt pho. TuyÓn tËp c«ng tr×nh "Nh÷ng vÊn ®Ò nghiªn cøu c¬ b¶n trong khoa häc sù sèng 2005”. NXB Khoa häc vµ Kü thuËt, Hµ Néi, 2005. [3]. NguyÔn Xu©n Nguyªn, TrÇn §øc H¹. ChÊt l−îng n−íc s«ng hå vµ b¶o vÖ m«i tr−êng n−íc. NXB Khoa häc vµ Kü thuËt, Hµ Néi, 2004. [4]. NguyÔn §øc Toμn. ThiÕt lËp m« h×nh kiÓm so¸t chÊt l−îng n−íc hÖ thèng hå ®« thÞ thuéc ®ång b»ng s«ng Hång. LuËn ¸n tiÕn sÜ kü thuËt, Tr−êng §¹i häc X©y dùng Hµ Néi, 2005. [5]. Hoμng D−¬ng Tïng. Sö dông c«ng cô to¸n häc ®¸nh gi¸ kh¶ n¨ng chÞu t¶i « nhiÔm cña Hå T©y ®Ó x©y dùng kÕ ho¹ch b¶o vÖ vµ ph¸t triÓn Hå T©y trong t−¬ng lai. LuËn ¸n TiÕn sÜ kü thuËt, tr−êng §¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi, 2004. [6]. Ph¹m Hïng ViÖt, Ng« Quang Dù. M« h×nh to¸n häc m« pháng hÖ sinh th¸i hå (lÊy hå T©y lµm vÝ dô). Héi th¶o toµn quèc vÒ M«i tr−êng vµ Ph¸t triÓn bÒn v÷ng. NXB Khoa häc vµ Kü thuËt, Hµ Néi, 2004. [7]. Steven C. Chapra. Surface Water-Quality Modeling. The McGraw-Hill Companies, Inc, 1997. [8]. Jorgensen. S.E. Application of Ecological Modelling in Evironment Management, part A. Elsevier Scientific Publishing Company, Amsterdam, 1983