Dự thảo tóm tắt Luận án - Đánh giá chất lượng nước, tính toán khả năng chịu tải của sông Nhuệ - Đáy trong bối cảnh biến đổi khí hậu và phát triển kinh tế xã hội

PGS.TS. Lê Văn Thiện 2. PGS.TS. Trần Hồng Thái Phản biện : Phản biện : Phản biện : Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng cấp Đại học Quốc gia chấm luận án tiến sĩ họp tại Trường ĐH Khoa học Tự nhiên vào hồi ... giờ, ngày .... tháng .... năm 20..... Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện Quốc gia Việt Nam; - Trung tâm Thông tin - Thư viện, Đại học Quốc gia Hà Nội. MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Lưu vực sông Nhuệ - sông Đáy nằm ở hữu ngạn sông Hồng với diện tích tự nhiên khoảng 7.665 km2, với dân số năm 2015 gần 12 triệu người (Tổng Cục thống kê, 2015), mật độ dân số trung bình khoảng 1.160 người/km2. Trong những năm gần đây, tình hình phát triển KT-XH trong lưu vực sông Nhuệ - sông Đáy diễn ra rất mạnh mẽ, các tỉnh trong lưu vực hàng năm đóng góp vào ngân sách đạt trên trăm tỷ đồng, góp phần nâng cao đời sống cho người dân, giải quyết công ăn việc làm cho một số lượng lớn người lao động. Tuy nhiên, ngoài những lợi ích mang lại thì tình trạng ô nhiễm do những mặt trái của các hoạt động trên gây ra đang ở mức báo động. Tính trung bình tổng lượng nước thải của các tỉnh, thành phố thuộc lưu vực sông đổ vào khoảng 621.000 m3/ngày đêm. Nhưng phần lớn lượng nước thải chưa được xử lý đã và đang gây ô nhiễm nghiêm trọng nguồn nước lưu vực sông này. Diến biến của tình trạng ô nhiễm không có dấu hiệu được cải thiện mà còn tăng lên. Mặt khác, nhu cầu sử dụng nước ngày càng cao và mở rộng do sự phát triển KT-XH và trong bối cảnh thay đổi lưu lượng nước do biến đổi khí hậu, nguồn nước lưu vực này không những phải đáp ứng mục đích sử dụng cho sinh hoạt và sản xuất mà còn đòi hỏi nguồn nước để duy trì hệ sinh thái, pha loãng để hạn chế ô nhiễm nguồn nước trước khi tập trung đổ vào lưu vực. Điều này đòi hỏi cần đánh giá các nguồn thải, đánh giá diễn biến môi trường, xác định tải lượng và thành phần nước thải, từ đó các chỉ tiêu giới hạn về an toàn môi trường sẽ được xác định và sử dụng làm cơ sở cho tính toán khả năng chịu tải của môi trường cũng như các ngưỡng an toàn cho môi trường nước tại lưu vực sông. Xuất phát từ các căn cứ trên đề tài luận án "Đánh giá chất lượng nước, tính toán khả năng chịu tải của sông Nhuệ - Đáy trong bối cảnh biến đổi khí hậu và phát triển KTXH” được thực hiện. 1 2. Mục tiêu nghiên cứu - Đánh giá được hiện trạng môi trường nước lưu vực sông Nhuệ - Đáy. - Tính toán và dự báo diễn biến chất lượng nước, tải lượng và ngưỡng chịu tải của LVS Nhuệ - Đáy theo các kịch bản phát triển KT- XH và trong bối cảnh tác động của ĐKH. - Đề xuất giải pháp quản lý, bảo vệ và cải thiện môi trường nước trong bối cảnh ĐKH và kịch bản phát triển KTXH. 3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn - Cung cấp cơ sở khoa học đánh giá ngưỡng chịu tải của LVS Nhuệ - Đáy trong bối cảnh ĐKH và kịch bản phát triển KT-XH. - Là căn cứ để có những điều chỉnh về kế hoạch bảo vệ môi trường nước LVS Nhuệ - Đáy trong bối cảnh ĐKH và kịch bản phát triển KT-XH. - Hỗ trợ công tác quản lý, phòng ngừa ô nhiễm môi trường nước LVS Nhuệ - Đáy. 4. Những đóng góp mới - Góp phần hoàn thiện phương pháp luận nghiên cứu đánh giá ngưỡng chịu tải của LVS trong bối cảnh ĐKH và phát triển KTXH. - Đã tính toán và dự báo ngưỡng chịu tải của LVS Nhuệ - Đáy trong bối cảnh tác động của ĐKH và kịch bản phát triển KT-XH. - Đề xuất được định hướng các giải pháp quản lý và bảo vệ để phòng ngừa ô nhiễm môi trường LVS Nhuệ - Đáy. CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Tổng quan các nghiên cứu về môi trường nước lưu vực sông Nhuệ - Đáy Đã có nhiều công trình nghiên cứu khoa học đánh giá chất lượng môi trường lưu vực sông Nhuệ - Đáy và từ đó cơ sở đề xuất xây dựng các giải pháp nhằm bảo vệ chất lượng môi trường nước, về tổng quan có thể chia thành các hướng nghiên cứu sau: 1.1.1. Xây dựng và ban hành cơ chế chính sách, thể chế Luật ảo vệ môi trường năm 2014 đã dành nhiều nội dung về vấn đề bảo vệ môi trường nước lưu vực sông với các nội dung được quy định 2 cụ thể trong Mục 1, Chương VI (từ Điều 52 đến Điều 55). Đồng thời, Luật VMT 2014 phân định trách nhiệm rõ ràng trong VMT nước sông giữa U ND cấp tỉnh và ộ TN&MT. 1.1.2. Nghiên cứu về quản lý sử dụng hợp lý tài nguyên nước của lưu vực sông Các tỉnh trong LVS Nhuệ - Đáy mà đại diện là U ND thành phố Hà Nội năm 2008 xây dựng Đề án tổng thể bảo vệ môi trường lưu vực sông Nhuệ - sông Đáy đến năm 2020, đề án này đã được Thủ tướng chính phủ phê duyệt. Cục Quản lý Tài nguyên nước và Viện Sinh thái và Môi trường, đã thực hiện nghiên cứu “Nhu cầu cấp nước, sử dụng nước và tính kinh tế của tài nguyên nước lưu vực sông Nhuệ - sông Đáy” đã xây dựng mối tương quan giữa các khía cạnh chính của cách tiếp cận kinh tế trong việc quy hoạch phân bổ tài nguyên nước. 1.1.3. Nghiên cứu về kiểm soát ô nhiễm trên lưu vực Trung tâm Tư vấn Khí tượng Thủy văn, 2009 đã nghiên cứu cải thiện chất lượng sông Nhuệ - Đáy bằng cách đánh giá sức chịu tải và kiểm kê các nguồn gây ô nhiễm nghiên cứu này đã đưa phương pháp tiếp cận trong nghiên cứu sức chịu tải và kiểm kê các nguồn gây ô nhiễm cũng như lan truyền các chất ô nhiễm trong lưu vực sông Nhuệ - Đáy đồng thời cũng đề cập đến các ảnh hưởng đến sức khỏe do ô nhiễm nguồn nước. Trong những năm qua Tổng Cục môi trường đã xây dựng cổng thông tin giám sát môi trường lưu vực sông Nhuệ - Đáy, công thông tin này đã ứng dụng GIS để quản lý các đối tượng dữ liệu không gian, cung cấp các bản đồ chuyên đề, thực hiện các phép phân tích không gian, phân tích mạng lưới,... 1.1.4. Nghiên cứu áp dụng các mô hình mô phỏng để phân tích đánh giá hiện trạng, dự báo và đề xuất các giải pháp quản lý bền vững Các tác tác giả Trần Hồng Thái và nnk, 2009; Vũ Minh Cát, 2007; Nguyễn Thanh Sơn và nnk, 2011; Nguyễn Văn Cư và nnk, 2005 và Nguyễn Kiên Sơn, 2005 đã nghiên cứu ứng dụng các mô hình tiến tiến để đánh giá diễn biến chất lượng nước, đa dạng sinh học lưu vực sông Nhuệ - Đáy tập trung vào việc đánh giá chất lượng nước, sử dụng các 3 mô hình toán học tính toán dòng chảy để bổ sung nguồn nước vào LVS nhằm giảm sự ô nhiễm. 1.2. Tổng quan về c sở khoa học của phư ng pháp đánh giá khả năng tự làm sạch dựa vào các quá trình trong nước sông. 1.2.1. Nước sông và các quá trình xảy ra trong nước sông Trong nước tự nhiên tồn tại nhiều chất vô cơ và hữu cơ với các dạng tồn tại khác nhau. ên cạnh đó trong nước còn có mặt tất cả các chất khí có trong khí quyển do kết quả của các quá trình khuếch tán và đối lưu. Khi bị ô nhiễm do tiếp nhận các nguồn xả thải, môi trường nước sông sẽ thay đổi. Trong sông sẽ xảy ra các quá trình khoáng hóa, sinh hóa, lý hóa với sự tham gia của nhiều động thực vật thủy sinh sinh sống và hoạt động trong thủy vực. Dưới đây sẽ xem xét vai trò của một số loài cơ bản thường có mặt trong môi trường nước sông: 1.2.2. Vai trò của oxy trong quá trình tự làm sạch (TLS) nước sông Trong nước, ô xy tham gia vào các phản ứng hóa học khử các chất ô nhiễm hữu cơ của lượng ôxy thường xuyên có trong nước sông sẽ làm tăng khả năng TLS chất thải gây ô nhiễm của nước sông. 1.2.3. Vai trò của vi khuẩn trong quá trình TLS nước sông Có mặt trong môi trường nước, vi khu n thu năng lượng và tiêu thụ các chất có trong nước để sinh trưởng thông qua một số phản ứng ô xy hóa khử mà vi khu n làm trung gian cho các phản ứng ôxy hóa khử chất hữu cơ, các kim loại nặng,... 1.2.4. Vai trò của hệ động thực vật thủy sinh trong quá trình TLS nước sông Hệ động thực vật thủy sinh có vai trò là mắt xích quan trọng trong chuỗi thức ăn của hệ sinh thái thủy vực. Sự tích tụ nguồn chất thải ô nhiễm cũng như vai trò khử độc, hay nói cách khác là vai trò tham gia vào quá trình TLS nguồn nước. 1.2.5. Vai trò của các quá trình xáo trộn, lắng đọng trong quá trình TLS nước sông 4 Như đã nêu trong phần mở đầu, nhờ có tính đặc th riêng, sông là một HSTTV có khả năng TLS nhờ các quá trình xáo trộn, pha loãng giữa nước thải và nước sông, ngay trong dòng chảy. Đây là quá trình có tính chất động lực của dòng chảy nên được mô hình hóa trên cơ sở hệ phương trình thủy động lực học và được giải bằng phương pháp số. Đã có nhiều mô hình được xây dựng và sử dụng. Về khả năng TLS bằng các quá trình động lực học trong sông đã được xem xét trong nhiều công trình nghiên cứu trong và ngoài nước. 1.3. Tổng quan các nghiên cứu về ngưỡng chịu tải môi trường nước sông 1.3.1. Các nghiên cứu ngoài nước - Giai đoạn đầu thế kỷ 20 đến thập nhiên 70: Mô hình chất lượng nước đầu tiên được Streeter-Phelps thiết lập 1925, mô phỏng sự thay đổi các giá trị DO và OD ở v ng hạ lưu với các nguồn thải điểm trên dòng chảy sông Ohio, Hoa Kỳ. Các giai đoạn tiếp theo độ tin cậy của mô hình tiếp tục được cải tiến. - Giai đoạn thập niên 80 đến nay: Mô hình chất lượng nước trong giai đoạn này đã hoàn thiện hơn với độ tin cậy cao hơn, các quá trình ảnh hưởng đến chất lượng nước được đề cập đến nhiều hơn, phạm vi ứng dụng đa dạng hơn. Điển hình trong giai đoạn này là các nghiên cứu của tác giả: Thomann và Mueller,1989; Law và Chalup, 1990; Ditoro và Fitzpatrick, 1993. Mô hình MIKE 11 là bộ mô hình 1 chiều được phát triển bởi Viện thủy lực Đan Mạch (DHI) từ mô hình gốc đầu tiên ra đời năm 1972 d ng để mô phỏng thủy lực nước trong sông. 1.3.2. Các nghiên cứu ứng dụng trong nước Trong hơn một thập kỷ qua, các nghiên cứu về mô hình chất lượng nước tại Việt Nam chủ yếu sử dụng mô hình chất lượng nước chủ yếu tập trung cho các con sông chính của Việt Nam như mô hình WQ97; STREAM II; Qual2E;Hiện nay, một số mô hình như MIKE, SMS đang được nghiên cứu đưa vào áp dụng tính toán chất lượng nước cho các sông. 5 CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu 2.1.1. Đối tượng nghiên cứu Các hoạt động phát triển KTXH sử dụng các nguồn nước trong lưu vực; Các đặc điểm tự nhiên ảnh hưởng tới lưu lượng và chất lượng nguồn nước; Các quá trình xáo trộn, lắng đọng trong quá trình TLS nước sông của LVS Nhuệ - Đáy. 2.1.2. Nội dung nghiên cứu - Đánh giá hiện trạng các điều kiện tự nhiên - KTXH lưu vực sông Nhuệ - Đáy. - Nghiên cứu đánh giá hiện trạng môi trường nước lưu vực sông Nhuệ - Đáy. - Nghiên cứu tính toán, dự báo diễn biến chất lượng nước, tải lượng và ngưỡng chịu tải của sông Nhuệ - Đáy theo các kịch bản phát triển KTXH và trong bối cảnh tác động của ĐKH. - Nghiên cứu đề xuất giải pháp quản lý, bảo vệ và cải thiện môi trường nước cho lưu vực sông Nhuệ - Đáy. 2.1.3. Phạm vi nghiên cứu Phạm vi thực hiện trên lưu vực sông Nhuệ- sông Đáy được giới hạn trong phạm vi 6 tỉnh thành phố: Hà Nội, Hà Nam, Hòa ình, Nam Định, Ninh Bình. 2.2. Phư ng pháp nghiên cứu 2.2.1. Phương pháp thu thập, tổng hợp tài liệu Để thu thập và tổng hợp các tài liệu, số liệu về điều kiện tự nhiên, KTXH các tỉnh v ng lưu vực sông Nhuệ - Đáy, các số liệu quan trắc môi trường, các bản đồ lưu vực sông, mạng lưới quan trắc môi trường. 2.2.2. Phương pháp điều tra, khảo sát thực địa - Khảo sát thực địa các nguồn thải được thực hiện các năm 2014, 2015 để xác định và phân loại nguồn thải chính. 6 - Khảo sát theo tuyến về đặc điểm địa hình, dòng chảy phục vụ công tác phân đoạn để nghiên cứu tính toán khả năng tiếp nhận chất ô nhiễm. 2.2.3. Phương pháp sử dụng mô hình toán để tính toán chất lượng nước, khả năng tự làm sạch trong bối cảnh Đ và kịch bản phát triển T-XH 2.3.3.1. Cách tiếp cận Cách tiếp cận thực hiện đề tài luận án được dựa vào các căn cứ sau (sơ đồ hình 2.1): Hình 2.1: S đồ cách tiếp cận thực hiện của đề tài luận án. 2.2.3.2. Cơ sở lý thuyết mô hình mưa – dòng chảy (NAM) Mô hình NAM là chữ viết tắt của cụm từ tiếng Đan Mạch “Nedbør - Afstrømnings - Models” có nghĩa là mô hình mưa rào dòng chảy. Mô hình tính quá trình mưa-dòng chảy theo cách tính liên tục hàm lượng m trong năm bể chứa riêng biệt có tương tác lẫn nhau. 7 Ứng dụng mô hình NAM trong bối cảnh ĐKH và kịch bản phát triển KT-XH: Theo kịch bản BDKH nước biển dâng cho Việt Nam và dựa vào các điều kiện tự nhiên, tình hình KT-XH, dân số và mức độ quan tâm đến môi trừờng của khu vực. Trong luận án này đã lựa chọn kịch bản ĐKH là kịch bản phát thải trung bình A1 và dự báo cho năm 2020, năm 2030 theo kịch bản phát thải ở mức trung bình RPC 45. Có 2 kịch bản KTXH (K ) đã được đưa ra, các kịch bản sẽ tính toán tải lượng ô nhiễm trên lưu vực đến năm 2020 và 2030, bao gồm các thông số chất lượng nước ( OD5, COD, TSS, N tổng, P tổng, với kịch bản 0% nước thải được xử lý và 80% nước thải được xử lý. 2.2.3.3. Cơ sở lý thuyết mô hình diễn toán thủy lực Mô đun mô hình thuỷ động lực (HD) là phần trung tâm của hệ thống mô hình MIKE 11 và hình thành cơ sở cho hầu hết các mô đun bao gồm: dự báo lũ, tải khuyếch tán, chất lượng nước và các mô đun vận chuyển b n cát. 2.2.3.4. Cơ sở lý thuyết mô hình chất lượng nước (mô đun truyền tải khuếch tán và mô đun sinh thái) để đánh giá khả năng tự làm sạch của nước. Ngoài mô đun thuỷ lực (HD) là phần trung tâm của mô hình làm nhiệm vụ tính toán thuỷ lực, trong tính toán (1 chiều) để đánh giá các quá trình xáo trộn, lắng đọng trong mô hình MIKE 11, phải đồng thời sử dụng cả hai mô đun đó là mô đun tải - khuyếch tán (AD) và mô đun sinh thái (Ecolab). 2.2.4. Phương pháp đánh giá ngưỡng chịu tải dựa vào tải lượng chất ô nhiễm 2.2.4.1. Sử dụng Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về môi trường Trong thời gian tháng 8/2014 và tháng 11/2015 đã tiến hành khảo sát, đo đạc, lấy mẫu phân tích tại 45 điểm trên các sông thuộc lưu vực sông Nhuệ - Đáy. Để đánh giá chất lượng nước trên các sông Nhuệ, Đáy, từ đó tính toán tải lượng và đánh giá ngưỡng chịu tải, nghiên cứu này sử dụng Quy chu n kỹ thuật Quốc gia về chất lượng nước mặt 08/2015 để so sánh. 8 Phương trình tính toán khả năng tiếp nhận chất ô nhiễm của nguồn nước có thể viết dưới dạng như sau : Tải lượng ô Khả năng tiếp Tải lượng ô nhiễm s n có nhận nguồn nước nhiễm tối đa ≈ - trong nguồn (2-1) đối với chất ô của chất ô nước của chất ô nhiễm nhiễm nhiễm 2.2.4.2. Đánh giá ngưỡng chịu tải dựa vào tính toán tải lượng, đánh giá khả năng tiếp nhận nước thải của nguồn nước Khả năng tiếp nhận chất ô nhiễm của nguồn nước có thể thực hiện theo 3 bước sau: + ước 1: Tính toán tải lượng chất ô nhiễm có sẵn trong sông; + ước 2: Tính toán tải lượng ô nhiễm tối đa của chất ô nhiễm; + ước 3: Tính khả năng tiếp nhận nước thải; 2.2.4.3. Tính tải lượng ô nhiễm có sẵn trong sông Tải lượng các chất ô nhiễm từ nguồn thải (Lt) và lưu lượng nước thải (Qt) được tiến hành tính toán trên 5 thông số ô nhiễm đặc trưng bao gồm TSS, BOD5, COD, N tổng, và P tổng. Dựa trên số liệu, tài liệu thu thập được về đặc điểm nguồn thải (vị trí, quy mô và phân bố) trên từng đoạn sông, thực hiện phân chia và tính toán tải lượng ô nhiễm và lưu lượng thải trên 6 đối tượng chính là nguồn thải sinh hoạt, nông nghiệp; công nghiệp; làng nghề; bệnh viện (bảng 2.2). Bảng 2.2: Công thức tính toán tải lượng ô nhiễm đưa vào nước sông Nguồn thải Công thức Ghi chú DMT : định mức tải lượng ô nhiễm thông số j Sinh hoạt L = P*DTM j tj j (Kg/người/ngđ); (kg/ngày) P: số dân (người). Trồng trọt: DMTj: định mức tải lượng ô nhiễm thông số j Ltj = F*DTMj (Kg/ha/ngày); Nông (kg/ngày) F: diện tích gieo trồng (ha). nghiệp Chăn nuôi: DMTj: định mức tải lượng ô nhiễm thông số j Ltj = P*DTMj (Kg/con/ngày đêm); (kg/ngày) p: số lượng vật nuôi (con). Cách 1: DMTj: định mức tải lượng ô nhiễm thông số j Công Ltj = N*DTMj (Kg/tấn sp/ngày); nghiệp; (kg/ngày) N: năng suất ngành (tấn Sp/ngày). 9 Nguồn thải Công thức Ghi chú 3 làng nghề Qt: lưu lượng thải (m /s); Cách 2: Ctj: nồng độ thải của thông số ô nhiễm j Ltj = (Qt*Ctj)* (mg/l); 86,4 (kg/ngày) 86,4: hệ số chuyển đổi đơn vị thứ nguyên từ (m3/s)*(mg/l) sang (kg/ngày). n: Số giường bệnh (giường bệnh); L = tj Q : Lưu lượng thải định mức cho một gường n*Q *C *10-6 dm ệnh viện dm tj bệnh một ngày đêm (l/giường bệnh.ngđ); (kg/ngày) Cj: Nồng độ chất ô nhiễm j (mg/l). 2.2.4.4. Tính tải lượng ô nhiễm tối đa của chất ô nhiễm theo mục đích sử dụng Tải lượng ô nhiễm tối đa là khối lượng lớn nhất của các chất ô nhiễm có thể có trong nguồn nước tiếp nhận mà không làm ảnh hưởng đến khả năng đáp ứng mục tiêu chất lượng nước của nguồn tiếp nhận. Và được tính theo công thức: Ltđ = (Qs + Qt) * Ctc * 86,4 (2-6) Trong đó: Ltđ (kg/ngày): là tải lượng ô nhiễm tối đa của chất ô 3 nhiễm; Qs (m /s): là lưu lượng dòng chảy tức thời nhỏ nhất ở đoạn sông 3 cần đánh giá trước khi tiếp nhận nước thải; Qt (m /s): là lưu lượng nước thải lớn nhất đưa vào nguồn nước; Ctc (mg/l): là giá trị giới hạn nồng độ chất ô nhiễm được quy định theo QCVN 08/2008 để đảm bảo mục đích sử dụng của nguồn nước đang được đánh giá; 86,4: là hệ số chuyển đổi đơn vị thứ nguyên từ (m3/s) * (mg/l) sang (kg/ngày). 2.2.4.5. Đánh giá khả năng tiếp nhận nước thải của nguồn nước Khả năng tiếp nhận tải lượng nước thải của nguồn nước đối với một chất ô nhiễm cụ thể được tính theo công thức: Ltn = (Ltđ – Ln – Lt) * Fs (2-7) Trong đó: Ltn (kg/ngày): là khả năng tiếp nhận tải lượng chất ô nhiễm của nguồn nước; Ltđ (kg/ngày): là tải lượng ô nhiễm tối đa của chất ô nhiễm; Ln (kg/ngày): là tải lượng ô nhiễm có sẵn trong nguồn nước tiếp nhận; Lt (kg/ngày): là tải lượng ô nhiễm của chất ô nhiễm đưa vào nguồn nước tiếp nhận; Fs: là hệ số an toàn , có giá trị trong khoảng 0,3<Fs<0,7. Đối với hệ thống sông Nhuệ-sông Đáy, hệ số an toàn Fs được chọn là 0,4 cho chất ô nhiễm đưa vào nguồn nước tiếp nhận. 10 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢNGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1. Đặc điểm điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội vùng nghiên cứu 3.1.1. Đặc điểm tự nhiên 3.1.1.2. Đặc điểm địa hình Lưu vực sông Nhuệ - Đáy có địa hình đa dạng, với các v ng núi, đồi và 2/3 diện tích là đồng bằng nên có những thuận lợi để phát triển kinh tế. Xét cấu trúc ngang đi từ Tây sang Đông có thể chia địa hình lưu vực sông Đáy thành ba v ng chính là: V ng núi; v ng đồng bằng và v ng cửa sông ven biển. 3.1.1.3. Đặc điểm khí tượng thủy văn a. Đặc điểm khí tượng Sông Nhuệ và sông Đáy nằm trong khu vực mang đầy đủ những thuộc tính cơ bản của khí hậu miền bắc Việt Nam đó là nhiệt đới gió m a nóng m, m a đông khá lạnh và ít mưa, m a hè nắng nóng nhiều mưa tạo nên bởi tác động qua lại của các yếu tố: bức xạ mặt trời, địa hình, các khối không khí luân phiên khống chế. b. Đặc điểm thủy văn Nói chung, 85% lượng dòng chảy trên lưu vực sông Nhuệ -Đáy có nguồn gốc từ sông Hồng chuyển sang, chỉ 15% còn lại bắt nguồn từ trên lưu vực. Tổng dòng chảy năm khoảng 28,8 tỉ m3, trong đó có đến 25,8 tỉ m3 (chiếm 85-90%) bắt nguồn từ sông Hồng qua sông Đào. Lượng dòng chảy trên sông Hoàng Long chiếm khoảng 2,4% tổng dòng chảy năm, tương đương 0,68 tỉ m3. Lượng dòng chảy trên sông Tích và sông Đáy tại a Thá chiếm khoảng 4,7%, tương đương 1,35 tỉ m3. Chế độ dòng chảy tại trung lưu, thượng lưu và các nhánh bờ tây sông Đáy bị chi phối rõ rệt bởi khí hậu. 3.1.1.4. Hiện trạng phân bố và đa dạng sinh học Xác định được 21 loài thực vật thủy sinh, trong đó bèo Nhật ản, rau Muống chiếm tỉ lệ tuyệt đối. Ngoài Lúa còn một số loài khác như Sen, Súng, Sậy, cây Nghề nước, các cây thuộc họ Cói. Thực vật nổi, có 73 loài, trong đó tảo Silic có số loài cao nhất (34 loài, chiếm 47 %), tiếp đến là tảo Lục (có 17 loài, chiếm 23 %), tảo Mắt (12 loài, chiếm 16 %), 11 tảo Lam (10 loài, chiếm 14 %) trên LVS Nhuệ - sông Đáy. Ngoài ra, có 70 loài động vật nổi, động vật thân mềm, cá chép, cá diếc, cá chầy,... (Tổng cục môi trường, 2011) 3.1.2. Đặc điểm kinh tế xã hội 3.1.2.1. Dân số Dân số của 05 tỉnh, thành phố trên lưu vực sông Nhuệ - sông Đáy (thành phố Hà Nội mở rộng, Hà Nam, Nam Định, Ninh ình và Hoà ình) tính đến 01/4/2015 là 11.040 người. Mật độ dân số trung bình trên toàn lưu vực là gần 1.000 người/km2, cao gấp 3,6 lần so với bình quân chung của cả nước (277 người/km2). 3.1.2.2. Công nghiệp – Tiểu thủ công nghiệp Theo thống kê tổng giá trị sản xuất công nghiệp trên toàn lưu vực trong năm 2015 là 796,2 nghìn tỷ đồng tăng gấp 2,5 lần so với năm 2010 (đạt 332 nghìn tỷ đồng). Các ngành công có ý nghĩa then chốt là: cơ - kim khí, dệt-da-may, chế biến lương thực thực ph m và đồ điện - điện tử. Sản lượng sản xuất công nghiệp của thành phố Hà Nội chiếm tới 78,3% tổng sản xuất công nghiệp toàn lưu vực. 3.1.2.3. Nông nghiệp Các hoạt động sản xuất nông nghiệp trên LVS Nhuệ- Đáy rất phát triển với số dân tham gia hoạt động nông nghiệp chiếm 60- 70% dân số toàn lưu vực, tuy nhiên đóng góp của nghành nông nghiệp còn khiêm tốn chỉ chiếm 21%. Ngành nông nghiệp lưu vực chủ yếu tập trung vào 2 ngành nghề chính là trồng trọt và chăn nuôi. 3.1.3. Mục tiêu, chiến lược phát triển TX tại các địa phương Định hướng đến 2020, tăng trưởng GDP của Hà Nội tăng lên 19% cao nhất cả nước, Ninh ình giảm chỉ còn 10,5%, các tỉnh còn lại hầu như không thay đổi. Các tỉnh, thành phố có tỷ trọng ngành công nghiệp tương đối cao là Hà Nội, Hà Nam và Ninh ình (trên 40%). Tỷ trọng phát triển các ngành dịch vụ của các tỉnh thành phố lưu vực sông Nhuệ - sông Đáy hầu như không thay đổi trong giai đoạn 2010-2020 (chỉ có tỉnh Ninh ình tăng khoảng 10%). 12 3.2. Hiện trạng khai thác và s dụng tài nguyên nước lưu vực sông Nhuệ - Đáy 3.2.1. ệ thống công trình thủy lợi Hệ thống công trình thủy lợi LVS Nhuệ - Đáy đã được đầu tư xây dựng và hoàn thiện, phục vụ nhu cầu d ng nước cho nông nghiệp và các hoạt động phát triển KTXH của các tỉnh trong LVS. 3.2.2. Nhu cầu sử dụng nước trong lưu vực Theo kết quả khảo sát của Trung tâm Quy hoạch và Điều tra tài nguyên nước Quốc Gia, 2014 nhu cầu sử dụng nước cho LVS Nhuệ - Đáy năm 2014 là 2556.836 m3. Trong đó trồng trọt 1098,25m3; chăn nuôi 76,74m3; công nghiệp 285,32m3; thủy sản 512,73m3; sinh hoạt 315,56 m3; khác 268,23 m3. 3.3. Đánh giá hiện trạng môi trường nước LVS Nhuệ- Đáy 3.3.1. Đánh giá các nguồn thải gây ô nhiễm môi trường sông Nhuệ- sông Đáy Kết quả điều tra, thống kê của ộ Tài nguyên và Môi trường, 2015 tính đến tháng 10 năm 2015, trên lưu vực sông Nhuệ - Đáy có khoảng 1.957 nguồn thải, trong đó: 1.642 nguồn thải là cơ sở sản xuất, kinh doanh (CSSX, KD); 40 nguồn thải là khu công nghiệp, cụm công nghiệp (KCN, CCN); 132 Cơ sở y tế ( ệnh viện); 143 Làng nghề. 3.3.2. Diễn biến chất lượng nước LVS Nhuệ-Đáy. Kết quả quan trắc của Trung tâm Quan trắc môi trường tiến hành quan trắc tại 45 điểm có tính đại diện cao và chủ yếu trên các sông chính trong lưu vực Nhuệ - Đáy trên LVS Nhuệ - Đáy với tần suất 5 lần/năm trong giai đoạn 2011-2015. Dựa trên kết quả tỉnh toán chỉ số WQI tại các trạm quan trắc và nội suy để đánh giá được tổng quan chất lượng nước sông của toàn LVS tại hình 3.52 cho thấy: - Đối với sông Nhuệ: có thể thấy rằng chất lượng nước sông Nhuệ vẫn rất kém, thậm chí còn có xu hướng kém hơn các năm trước. Trên toàn dòng sông Nhuệ, chỉ đáp ứng được cho mục đích giao thông thủy 13 (có WQI <50). Một số đoạn sông còn bị ô nhiễm nặng, không đáp ứng mục đích sử dụng nào, cần phải cải thiện chất lượng nước (WQI < 25). - Đối với sông Đáy: Nhìn chung, chất lượng nước sông Đáy cũng bị suy giảm đặc biệt ở đoạn thượng lưu. Chất lượng nước kém nhất ở đoạn cầu Mai Lĩnh, khi con sông tiếp nhận nước thải từ các quận, huyện: Đan Phượng, Quốc Oai, Hoài Đức, Chương Mỹ. Sau khi hợp lưu với sông i tại a Thá, Ứng Hòa, chất lượng nước có được cải thiện đôi chút. Từ đây, chất lượng nước duy trì ở mức WQI = 50 cho các đoạn sông tiếp theo. Từ ngã ba Gián Kh u khi sông Đáy hợp lưu với sông Hoàng Long, chất lượng nước tăng dần đến hạ lưu (có thể đáp ứng được mục đích tưới tiêu), trước khi đổ ra biển tại Cửa Đáy. - Các sông nội thành Hà Nội: Môi trường nước hầu hết đã bị ô nhiễm. Giá trị WQI tại tất cả các điểm quan trắc đều nằm trong khoảng (0-25) và (25-50), nước sông cũng chỉ có thể sử dụng được cho hoạt động giao thông thủy và các mục đích tương đương khác. Riêng sông Sét, nước sông tiếp tục bị suy giảm và vẫn bị ô nhiễm nặng. Hình 3.52: Bản đồ chất lượng nước LVS Nhuệ - Đáy năm 2015. 3.4. Dự báo ngưỡng chịu tải của LVS Nhuệ - Đáy trong bối cảnh BĐKH theo kịch bản phát triển KT-XH 3.4.1. Đánh giá số liệu hiện có 14 Số liệu về lưu lượng được d ng để làm điều kiện biên trên hoặc để hiệu chỉnh và kiểm nghiệm mô hình. Danh sách các trạm thủy văn và mục đích sử dụng số liệu lưu lượng tại các trạm đó như trong 3.16. Bảng 3.16: Danh sách các trạm thuỷ văn trên lưu vực sông Nhuệ, sông Đáy có s dụng số liệu lưu lượng Tên trạm Thời gian s dụng Mục đích s dụng Sơn Tây 01/1/2010– 31/12/2015 Biên trên- Mô phỏng dòng chảy (sông Hồng) Ba Thá (sông 01/01/1972– 31/12/1973 Hiệu chỉnh mô hình mưa dòng chảy Đáy) 01/01/1977– 31/12/1977 Kiểm nghiệm mô hình mưa dòng chảy Ba Thá (sông 01/1/2010– 31/12/2015 Biên trên – Mô phỏng dòng chảy Đáy) Hưng Thi 01/01/1972– 31/12/1973 Hiệu chỉnh mô hình mưa dòng chảy (sông Bôi) 01/01/1977– 31/12/1977 Kiểm nghiệm mô hình mưa dòng chảy Hưng Thi 01/1/2010– 31/12/2015 Biên trên- Mô phỏng dòng chảy (sông Bôi) 3.4.2. Áp dụng mô hình NAM khôi phục số liệu biên đầu vào cho mô hình thuỷ lực và chất lượng nước Mô hình mưa – dòng chảy được hiệu chỉnh và kiểm nghiệm dựa vào số liệu thời đoạn 1 ngày. Số liệu mưa tại các trạm đo mưa và bốc hơi được sử dụng để tính toán. Số liệu lưu lượng thực đo từ tháng 01/1972 đến tháng 12/1973 được d ng để hiệu chỉnh mô hình, từ tháng 01/1977 đến tháng 12/1977 được d ng để kiểm nghiệm mô hình. Giá trị các thông số trong mô hình mưa dòng chảy (NAM) sau khi hiệu chỉnh và kiểm nghiệm được ghi trong bảng 3.22. Bảng 3. 22: Kết quả hiệu chỉnh, kiểm nghiệm mô hình mưa - dòng chảy Chỉ số Nash(%) Lưu vực Tên trạm Hiệu chỉnh Kiểm nghiệm Lưu vực thượng nguồn sông Đáy Trạm a Thá 75% 89% Lưu vực thượng nguồn sông ôi Trạm Hưng Thi 64% 61% 3.4.4. Áp dụng mô hình MI E 11 tính toán thuỷ lực lưu vực sông Nhuệ sông Đáy 15 Sơ đồ tính toán thuỷ lực trên hệ thống sông Nhuệ và sông Đáy bao gồm 8 sông chính như đã nêu trong mục trước. Lưới tính toán được xây dựng trên bản đồ số hoá trong khu vực nghiên cứu và bộ mô hình MIKE 11 như hình 3.57. Hình 3.57: S đồ mặt cắt hệ thống sông Nhuệ - Đáy s dụng để tính toán trong mô hình MIKE11 3.4.4.1. Hiệu chỉnh mô hình thuỷ lực Kết quả phân tích sai số tính toán hiệu chỉnh mô hình được trình bày trong bảng 3.23. Bảng 3.23: Phân tích hiệu quả và sai số của hiệu chỉnh mô hình 2010-2011 2011-2012 2012-2013 TT Trạm kiểm nghiệm Nash Nash Nash 1 Hà Nội 95% 88,5% 94,7% 2 Hưng Yên 93% 83,7 % 91,2% 3 Phủ Lý 89% 82,6% 90,6% 4 Ninh Bình 83,2% 82,9% 81,3% 16 3.4.4.2. Kiểm nghiệm mô hình thuỷ lực Kết quả phân tích sai số tính toán kiểm nghiệm mô hình trong bảng 3.24 cho thấy kết quả tính toán khá ph hợp với tài liệu thực đo. Mức hiệu quả của mô hình đạt giá trị dao động trong khoảng 80 đến 96%. 3.4.5. Áp dụng mô hình MI E 11 tính toán chất lượng nước lưu vực sông Nhuệ sông Đáy 3.4.5.1. Hiệu chỉnh mô hình Kết quả mô phỏng các thông số chất lượng nước cho thấy có sự tương đồng vê xu thế ô nhiệm dọc theo các sông (các thông số ô nhiễm gia tăng dần về phía hạ lưu sông). Giá trị các chỉ tiêu mô phỏng cũng tương đối sát so với thực thế, sai số tương đối giao động trong khoảng 5 đến 35%. Như vậy, bộ thông số mô-đun EcoLab sẽ được d ng để kiểm định tiếp tục cho năm 2015. 3.4.5.2.Kiểm nghiệm mô hình Trong năm 2015, các chỉ tiêu chất lượng nước Do, OD và NH4 tại các vị trí quan trắc vẫn vượt ngưỡng cho phép so với QCVN08-2008. Kết quả mô phỏng kiểm định chất lượng nước cho thấy có sự tương đồng về xu thế biến đổi của các chỉ tiêu dọc theo sông từ thượng nguồn đến hạ lưu trong phạm vi mô phỏng thuỷ lực. Sai số tương đối giữa kết quả thực đo và tính toán dao động từ -19 đến 35%. Kết quả này cho thấy có sự chênh lệch đáng kể khi sử dụng mô hình để mô phỏng. Tuy nhiên có nhiều nguyên nhân dẫn đến sự sai lệch này, trong đó một trong những nguyên nhân chính là do việc thu thập số liệu nguồn gồm lưu lượng xả thải và chất lượng nước thải dọc sông (tập trung và phân tán) còn thiếu và hạn chế. Trong điều kiện nghiên cứu của luận án thì các kết quả trên có thể chấp nhận được. 3.4.6. Đánh giá ngưỡng chịu tải của LVS Nhuệ - Đáy 3.4.6.1. Đánh giá khả năng tiếp nhận nước thải của từng đoạn sông a. Tiêu chí thực hiện việc phân chia đoạn sông Trên cơ sở điều kiện tự nhiên, đặc th sử dụng nước, chất thải có thể chia thành 8 đoạn sông: (1) Cống Liên Mạc - Cầu Hà Đông; (2) Cầu Hà 17 Đông - Cầu Tó; (3) Cầu Tó – Cầu Chiếc; (4) Cầu Chiếc - Đồng Quan; (5) Đồng Quan - Cống Thần; (6) Cống Thần - Phủ Lý; (7) Ba Thá - Cầu Quế; (8) Cầu Quế - Cầu Hồng Phú. b. Số liệu nguồn nước tiếp nhận Số liệu về lưu lượng dòng chảy sông Nhuệ - sông Đáy được sử dụng là số liệu năm 2010 – 2015 cho từng đoạn sông được đánh giá, đặc biệt chú trọng đến lưu lượng dòng chảy m a kiệt từ tháng 11/2010 đến hết tháng 4/2015. Ngoài ra sử dụng số liệu kịch bản ĐKH mức trung bình RPC 4.5 để xác định lưu lượng dòng chảy cho kịch bản năm 2020 và 2030. Kết quả mô phỏng biến đổi lượng mưa, bốc hơi từ mô hình chi tiết hoá động lực PRECIS3 với nguồn số liệu từ 3 mô hình khí hậu toàn cầu gồm CNRM_CM5, GFDL_CM3 và HadGEM_ES. Thời gian mô phỏng cho hai thời kì 1/10/2019 đến 1/5/2020 và từ 1/10/2029-1/5/2030 - Sử dụng mô hình Mike 11 mô phỏng hệ thống thuỷ lực với chỉ số Nash sau hiệu chỉnh, k