Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2015. ISBN: 978-604-82-1710-5
304
PHÁT TRIỂN MÔ HÌNH SỐ MÔ PHỎNG CHẤT LƯỢNG NƯỚC
CÁC SÔNG VỪA VÀ NHỎ
Bùi Quốc Lập
Đại học Thủy lợi, email: buiquoclap@tlu.edu.vn
1. GIỚI THIỆU CHUNG
Việc phát triển các mô hình để mô phỏng
chất lượng nước ở các sông có ý nghĩa quan
trọng trong việc bảo tồn nguồn nước các sông
cũng như định hướng cho các mục đích sử
dụng nước khác nhau. Cho đến nay đã có rất
nhiều mô hình chất lượng nước sông được
phát triển từ đơn giản đến phức tạp (Zeng et
al. 2001). Các mô hình điển hình như
QUAL2E (Brown and Barnwell 1987),
CE-QUAL-W2 (Cole and Buchak1995),
MIKE11, 21 v.v... Tuy nhiên, trong một số
trường hợp như mô phỏng chất lượng nước
sông trong thời đoạn ngắn đối với những sông
vừa và nhỏ, việc áp dụng các mô hình có sẵn
này tỏ ra không phù hợp vì nó đòi hỏi phải có
bộ số liệu tương đối đầy đủ và chạy mô hình
cũng rất phức tạp, chưa kể việc phải bỏ ra một
khoản chi phí lớn để mua các phần mềm này.
Do vậy, nghiên cứu này trình bày một cách
áp dụng khác của việc phát triển một mô hình
toán thích hợp cho việc mô phỏng chất lượng
nước các sông vừa và nhỏ trong thời đoạn
ngắn (chu kỳ 1 ngày đêm).
2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Mô hình được phát triển trong nghiên cứu
này dựa trên phương trình truyền chất tổng
quát (1) được xây dựng trên cơ sở nguyên tắc
bảo toàn khối lượng:
xx
xx
c
( A E ) ( A Uc)
c dc s
x
t A x A x dt V
(1)
Trong đó: c là nồng độ của chất nào đó
trong nước (mg/L); Ax là diện tích mặt cắt ướt
sông tại x (m2); U là vận tốc trung bình của
dòng chảy (m/s) ; E là hệ số khuếch tán dọc
(m2/s) ; t là thời gian (s); V là thể tích của khối
nước tính toán (m3); s là nguồn bổ sung vào
hoặc ra khỏi khối nước tính toán của chất c.
Từ phương trình tổng quát (1), áp dụng để
mô phỏng nhiệt độ nước (T) (oC) và độ ô xy
hòa tan trong nước (DO) (mg/L) sẽ được
phương trình cho các thông số này như sau:
xx
x x p
T
( A E ) ( A UT )
T dT s
x
t A x A x dt C V
(2)
xx
xx
DO
( A E ) ( A UDO )
DO dDO s
x
t A x A x dt V
(3)
Với:
dT
dt
biểu thị lượng nội nhiệt sinh ra
hoặc mất đi, chúng rất nhỏ nên có thể bỏ qua;
là tỷ trọng của nước (kg/m3); Cp là nhiệt
dung riêng của nước (J/kg.oC);
dDO
dt
biểu thị
sự thay đổi của DO trong khối nước tính
toán, có thể được tính như sau (Orlob, 1983):
2S
4
1 3 4 a
5 1 1 6 2 2
dDO K ( DO DO)
dt K
K BOD ( )A
H
NN
(4)
Với: K2 là hệ số tái nạp ô xy; DOs (mg/L)
là nồng độ ô xy hòa tan bão hòa trong nước
được tính theo (APHA, 1992); K1 là tỷ lệ ô
xy hóa chất hữu cơ các bon; BOD là nhu cầu
ô xy sinh hóa (mg/L); K4 là hệ số nhu cầu ô
xy bùn cát; H là độ sâu trung bình của nước
(m);
3 là tốc độ sản sinh ô xy trên đơn vị tảo
quang hợp;
là tốc độ sinh trưởng của tảo;
