Đánh giá sức chịu tải

Mô đun sinh thái (ECOLab) trong mô hình MIKE 11 có nhiều lựa chọn để mô phỏng các thông số khác nhau, tuy nhiên căn cứ theo điều kiện hiện trạng, tình hình số liệu và mục đích sử dụng, báo cáo đã lực chọn Temple “MIKE11 WQ model without oxygen” để mô phỏng, tính toán các chỉ tiêu chất lượng nước, bao gồm: BOD, N-NH4+, N-NO3-, P-PO43- và Colifrom.

TỔNG QUAN VỀ KHU VỰC DỰ ÁN

Vị trí địa lý

Theo Niên giám thống kê năm 2017, tổng diện tích khu vực này là 5.221,19 km², trong đó đất nông nghiệp chiếm 461.317 ha, đất phi nông nghiệp là 56.153 ha, diện tích đất trồng lúa đạt 129.204 ha và đất lâm nghiệp có tổng diện tích 103.723 ha.

Vị trí địa lý của khu vực nằm trong khoảng 8°34' đến 9°33' vĩ độ Bắc và 104°43' đến 105°25' kinh độ Đông, cách thành phố Hồ Chí Minh 370 km và thành phố Cần Thơ 180 km về phía Nam Tổng chiều dài khu vực từ Bắc tới Nam là 100 km theo đường chim bay.

Cà Mau, nằm trên bán đảo với vị trí địa lý đặc biệt, giáp tỉnh Kiên Giang ở phía Bắc, Bạc Liêu ở phía Đông Bắc, biển Đông ở phía Đông và Đông Nam, cùng Vịnh Thái Lan ở phía Tây Đây là nơi duy nhất trên đất liền có thể ngắm mặt trời mọc từ biển Đông và lặn xuống biển Tây Với vị trí trung tâm trong vùng biển Đông Nam Á, Cà Mau tạo điều kiện thuận lợi cho giao lưu và hợp tác kinh tế với các nước trong khu vực.

Vùng biển và thềm lục địa thuộc quyền chủ quyền và quyền tài phán của Việt Nam, do tỉnh Cà Mau quản lý, có tổng diện tích lên đến 71.000 km² Khu vực này bao gồm các cụm đảo nổi bật như Hòn Khoai, Hòn Chuối và Hòn Đá Bạc.

Địa hình, địa mạo

Cà Mau là một vùng đồng bằng thấp, với độ cao trung bình từ 0,5m đến 1,5m so với mực nước biển, thường xuyên bị ngập nước Địa hình nghiêng dần từ Bắc xuống Nam và từ Đông Bắc xuống Tây Nam, tạo nên các vùng trũng như Thới Bình, Cà Mau, và các khu vực lân cận Những ô trũng U Minh và Trần Văn Thời được bao quanh bởi hệ thống sông ngòi tự nhiên, tạo thành những vùng đầm lầy quanh năm Đất đai ở Cà Mau chủ yếu là đất trẻ, màu mỡ nhờ phù sa bồi lắng, rất thích hợp cho nuôi trồng thủy sản, trồng lúa và rừng ngập mặn.

Địa hình tỉnh bị chia cắt bởi hệ thống sông rạch dày đặc, tạo lợi thế cho giao thông đường thủy nhưng lại là trở ngại lớn cho giao thông đường bộ Sự xuất hiện nhiều cầu cống đã làm chậm phát triển giao thông đường bộ, ảnh hưởng đến chương trình phát triển đô thị, hạn chế khả năng phát triển khu đô thị cao tầng và tăng chi phí đầu tư xây dựng hạ tầng đô thị.

Đặc điểm khí hậu

Cà Mau là một tỉnh ven biển thuộc đồng bằng sông Cửu Long, nằm trong khu vực nội chí tuyến bắc bán cầu và gần xích đạo Khí hậu nơi đây ôn hòa, mang đặc trưng của vùng cận xích đạo và nhiệt đới gió mùa, với hai mùa mưa và nắng rõ rệt.

Mùa mưa tại tỉnh kéo dài từ tháng 5 đến tháng 11, với tổng số ngày mưa trung bình từ 170 đến 200 ngày mỗi năm Khu vực biển phía tây và tây nam thường có mùa mưa bắt đầu sớm hơn và kết thúc muộn hơn so với các khu vực khác Lượng mưa trung bình hàng tháng trong mùa này dao động từ 200mm đến 400mm, không có sự chênh lệch lớn giữa các tháng.

Mùa khô diễn ra từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau, với nhiệt độ trung bình hàng năm dao động từ 26,6 o C đến 27,7 o C Nhiệt độ cao nhất thường rơi vào tháng 4 và tháng 5, đạt khoảng 28,6 o C, trong khi từ năm 2001 đến 2005, nhiệt độ trung bình tháng 4 dao động từ 29,2 o C đến 29,7 o C Ngược lại, tháng 1 ghi nhận nhiệt độ trung bình thấp nhất, khoảng 25,6 o C, dẫn đến chênh lệch nhiệt độ trung bình giữa tháng nóng nhất và tháng lạnh nhất khoảng 3,0 o C.

Thủy văn, hải văn

Cà Mau nổi bật với hệ thống kênh rạch phong phú, bao gồm các kênh lớn như kênh xáng Quản Lộ - Phụng Hiệp, kênh Cà Mau - Bạc Liêu, kênh Chợ Hội - Huyện Sử, cùng với các kênh nhỏ như Chắc Băng, Bà Kẹo, Đội Cường và Biện Nhị.

Trong khu vực này, một số sông ngòi chính bao gồm sông Cửa Lớn (còn gọi là Cái Lớn), sông Gành Hào, sông Bảy Háp, sông Ông Đốc và sông Trèm Trẹm (hay còn gọi là sông Trẹm).

Cà Mau nổi bật với nhiều rạch như Rạch Sau, Rạch Lùm, Rạch Dinh và nhiều rạch khác Trong số đó, đầm Bà Tường, hay còn gọi là Đầm Thị Tường, là đầm lớn nhất và là một trong những thắng cảnh nổi bật của Cà Mau Đầm này được chia thành ba phần chính: Đầm Trên, Đầm Giữa và Đầm Dưới, tạo nên vẻ đẹp đa dạng cho khu vực.

2 bờ nơi rộng nhất khoảng 2 km Chiều dài 7 km Đầm Thị Tường cạn, có nhiều tôm, cá và là nơi du lịch sinh thái hấp dẫn.

Danh mục hệ thống sông, kênh rạch nội tỉnh Cà Mau đã được ban hành theo Quyết định số 341/QĐ-BTNMT ngày 23/3/2012 của Bộ trưởng Bộ Tài nguyên và Môi trường, và được thống kê chi tiết trong bảng dưới đây.

Bảng 1.1 Các sông nội tỉnh thuộc lưu vực sông lớn

STT Tên sông, suối Chảy ra L (km)

1 Sông Bạch Ngưu Kênh Láng Trâm 16

2 Kênh Huyện Sử Kênh Xáng Chắc Băng 10

3 Sông Giồng Kè Sông Gành Hào 10

4 Kênh Chung Kiệt Sông Gành Hào 15

6 Kênh Xáng Lương Thế Trân Sông Ông Đốc 10

8 Kinh Tây Sông Ông Đốc 17

9 Rạch Ông Tư Sông Bảy Háp 12

10 Sông Mương Điều Sông Đầm Dơi 11

11 Sông Ngà Cái Sông Bảy Háp 13

12 Rạch Lung Lá Sông Bảy Háp 13

13 Rạch Bà Hính Sông Bảy Háp 10

14 Kênh xáng Đông Hưng Sông Bảy Háp 18

15 Sông Cái Keo Sông Bảy Háp 13

16 Kênh Xáng Cái Ngay Sông Cửa Lớn 11

17 Rạch Bò Dú Sông Bảy Háp 13

STT Tên sông, suối Chảy ra L (km)

18 Kênh Lô Đầm Cùng Sông Bảy Háp 26

19 Kênh Xáng Sông Cửa Lớn 13

20 Sông Bào Chấu Sông Bảy Háp 40

21 Kênh Thọ Mai Sông Bảy Háp 10

22 Sông Mỹ Bình Sông Bảy Háp 21

23 Rạch Mang Rổ Sông Bảy Háp 15

25 Sông Đầm Dơi Sông Cửa Lớn 35

26 Rạch Cây Dừa Sông Vàm Cỏ 12

27 Sông Vàm Đầm Sông Đầm Dơi 26

29 Sông Cái Bé Sông Vàm Đầm 13

30 Rạch Su Cùi Sông Cửa Lớn 10

31 Sông Cái Ngay Sông Cửa Lớn 19

32 Rạch Bà Bường Sông Cửa Lớn 11

33 Rạch Bà Thanh Sông Cửa Lớn 13

34 Rạch Ông Quyền Sông Cửa Lớn 13

35 Rạch Ông Đồ Sông Cửa Lớn 10

36 Rạch Ông Dinh Sông Rạch Cốc 17

37 Rạch Đường Kéo Sông Cửa Lớn 28

38 Rạch Ông Quyến Sông Cửa Lớn 11

39 Rạch Trại Lưới Sông Cửa Lớn 15

40 Rạch Ca Cao Sông Cửa Lớn 14

42 Sông Biện Nhị Sông Cửa Lớn 16

43 Sông Nhưng Miên Sông Cửa Lớn 16

44 Rạch Ông Thuộc Sông Cửa Lớn 15

45 Sông Ông Trang Sông Cửa Lớn 16

Hệ thống sông Cà Mau gồm 8 sông chính, chảy ra biển qua các cửa sông lớn Bề rộng của các cửa sông này dao động từ 45 m ở sông Cái Tàu đến 1.800 m ở sông Cửa.

Lớn) và sâu từ 3m (cửa Bảy Háp) tới 19m (cửa Bồ Đề của sông Cửa Lớn) Số liệu cụ thể như sau:

Bảng 1.2 Thống kê đặc điểm các sông chính tỉnh Cà Mau

TT Sông chính Dài Rộng Sâu

Vị trí đo rộng sâu

1 Sông Gành Hào 56 60-200 5-14 Cà Mau- cửa sông

2 Sông Cửa Lớn 58 600-1.800 19-5 Bồ Đề -Ông Trang

3 Sông Đầm Dơi 45 200 12 Tam Giang

4 Sông Bảy Háp 50 250 3 Cửa Bảy Háp

5 Sông Đầm Chim 24 140 3 Trung bình sông

6 Sông Ông Đốc 60 300 4 Cửa ông Đốc

7 Sông Cái Tàu 45 45 3,5 Cửa Sông

8 Sông Trèm Trẹm 33 80 3,5 Cửa Sông

Một số tuyến sông, kênh lớn thuộc danh mục sông Liên tỉnh trích từ Quyết định số 1989/QĐ-TTg ngày 01/11/2010 của Thủ tướng Chính phủ như sau:

Bảng 1.3 Danh mục lưu vực sông liên tỉnh thuộc địa bàn tỉnh Cà Mau

STT Tên sông, suối Chảy ra Chiều dài (Km)

1 Kênh Chợ Hội Kênh Xáng Quản Lộ -

Phụng Hiệp 11 Bạc Liêu, Cà Mau

2 Kênh Chắc Băng Sông Ông Đốc 33 Cà Mau, Kiên Giang

3 Sông Cái Tàu Sông Ông Đốc 42 Cà Mau, Kiên Giang

4 Sông Ông Đốc Biển 107 Cà Mau, Kiên Giang

Lộ - Phụng Hiệp Sông Gành Hào 121 Bạc Liêu, Cà Mau,

Mau - Bạc Liêu Sông Mỹ Thanh 103 Bạc Liêu, Sóc Trăng,

7 Sông Gành Hào Biển 59 Bạc Liêu, Cà Mau

Phụng hiệp 21 Bạc Liêu, Cà Mau,

9 Kênh Láng Trâm Kênh Xáng Cà Mau -

Bạc Liêu 29 Bạc Liêu, Cà Mau

(Nguồn: Ban hành kèm theo Quyết định số 1989/QĐ-TTg ngày 01 tháng11 năm

2010 của Thủ tướng Chính phủ)

Tỉnh Cà Mau chịu ảnh hưởng trực tiếp từ chế độ thủy triều của biển Đông và vịnh Thái Lan, với đặc điểm bán nhật triều không đều Biên độ triều biển Đông dao động lớn, đạt từ 3 đến 3,5 m vào những ngày triều cường, trong khi đó, thủy triều ở vịnh Thái Lan có biên độ thấp hơn, trung bình chỉ từ 0,5 đến 1 m.

Thủy triều thường xuyên đưa nước biển vào các sông, kênh thủy lợi, mang theo phù sa lớn, dẫn đến tình trạng bồi lắng nhanh chóng, đặc biệt tại các cửa sông lớn như Cái Đôi Vàm, Khánh Hội, và Sông Đốc Việc nạo vét kênh mương rất tốn kém và cần đầu tư thường xuyên Trong mùa khô, nước biển dâng cao gây ra tình trạng tràn mặn, ảnh hưởng nghiêm trọng đến sản xuất và đời sống của người dân Do đó, công tác ngăn mặn và chống tràn là nhiệm vụ cần thiết hàng năm của địa phương.

Hệ thống sông rạch có nhiều vật cản và ma sát lớn, khiến biên độ triều giảm nhanh khi vào sâu trong các sông, ngòi, kênh rạch Tại vùng ven biển Tây, chênh lệch giữa hai đỉnh triều trong ngày dao động từ 50 đến 100 cm, nhưng giảm xuống còn một nửa khi vào sâu trong đất liền Ở vùng ven biển Đông, mức chênh lệch giữa hai chân triều trong ngày đạt từ 300 đến 350 cm, trong khi tại TP Cà Mau chỉ còn từ 50 đến 75 cm Đặc biệt, sự giảm biên độ triều trong những ngày triều cường lớn hơn rõ rệt so với những ngày triều kém Khi vào sâu trong nội địa, do độ dốc lòng sông và ma sát, thời gian triều lên ngắn lại, trong khi thời gian triều xuống kéo dài hơn so với vùng cửa sông Biên độ triều ở sông chịu ảnh hưởng từ biển Đông lớn hơn so với sông chịu ảnh hưởng từ thủy triều Vịnh Thái Lan, dẫn đến xu thế giảm dần biên độ triều từ Đông sang Tây.

Tại cửa Gành Hào, mực nước lớn thường xuất hiện vào tháng X và XI, trong khi mực nước thấp nhất đạt -2,1m vào tháng VI và VII hàng năm Mực nước với tần suất 10% là 1,96m.

+ Tại Năm Căn mực nước lớn xuất hiện vào tháng X, XI Mực nước thấp nhất – 1,8m xuất hiện vào tháng VI, VII hàng năm Mực nước với tần suất 10% là 1,4m.

+ Tại Cà Mau mực nước lớn xuất hiện vào tháng XI, XII Mực nước thấp nhất – 0,5m xuất hiện vào tháng IV, V hàng năm Mực nước với tần suất 10% là 1,2m.

Tại cửa Sông Đốc, mực nước cao nhất thường xuất hiện vào tháng XI và XII, trong khi mức thấp nhất, đạt -0,5m, xảy ra vào tháng VI và VII hàng năm Tần suất mực nước 0,8m là 10%.

Vận tốc lan truyền triều trên hệ thống sông rạch ở Cà Mau tương đối nhỏ, với khoảng cách từ Cà Mau đến Gành Hào hơn 40 km đường sông Pha triều tại Cà Mau chậm hơn Gành Hào tới 2 giờ 30 phút, tương đương với tốc độ truyền triều chỉ khoảng 15 km/giờ Điều này dẫn đến bức tranh ngập triều và dòng chảy trên toàn bộ hệ thống sông rạch trở nên rất phức tạp.

Khu vực ven biển tỉnh Cà Mau tiếp giáp Biển Đông ở ba mặt và được bao phủ bởi trầm tích đầm lầy RNM Địa hình phía đông và đông nam từ huyện Đầm Dơi đến Ngọc Hiển có độ cao khoảng 0,8-1,5m với bờ biển phức tạp, trong khi khu vực phía tây từ huyện U Minh đến Năm Căn có độ cao thấp hơn, khoảng 0,5-0,8m với bờ ổn định Mạng lưới sông rạch dày đặc, đặc trưng cho vùng đồng bằng châu thổ, có tổng chiều dài khoảng 2.800km và mật độ thay đổi từ 1,3 đến 2,5km/km².

Hệ thống sông chính của khu vực bao gồm sông Cửa Lớn nối liền bờ đông và bờ tây, cùng với sông Bảy Háp và Rạch Gốc chảy theo hướng tây nam - đông bắc Ngoài ra, các kênh rạch tại Đất Mũi cũng chảy theo hướng tây bắc, dẫn ra bờ tây, trong khi các kênh khác hướng tây đông thông ra bờ đông của Biển Đông.

Tỉnh Cà Mau có khí hậu gió mùa cận xích đạo với hai mùa rõ rệt: mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 11 và mùa khô từ tháng 12 đến tháng 4 năm sau Mùa mưa chịu ảnh hưởng của gió mùa tây nam, trong khi mùa khô do gió mùa đông bắc chi phối Lượng mưa hàng năm trung bình khoảng 2.300mm, với 90% lượng mưa tập trung trong mùa mưa.

Cơn bão vào ngày 5 tháng 11 năm 1997 đã gây ra thiệt hại nghiêm trọng cho rừng ngập mặn và môi trường sinh thái ven biển tỉnh Cà Mau Mặc dù chỉ tồn tại trong thời gian ngắn, nhưng bão đã làm thay đổi đáng kể các đặc điểm của chế độ thủy hải văn ven bờ, ảnh hưởng lâu dài đến sự phân bố của vật liệu trầm tích và quá trình bồi xói bờ biển trong khu vực.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÔ HÌNH MIKE 11

Cơ sở lý thuyết

MIKE 11 do DHI Water & Environment (Đan Mạch) phát triển, là một gói phần mềm kỹ thuật chuyên môn để mô phỏng lưu lượng, chất lượng nước và vận chuyển bùn cát ở cửa sông, sông, hệ thống tưới, kênh dẫn và các vật thể nước khác

MIKE 11 là mô hình động lực, một chiều được sử dụng nhằm phân tích chi tiết, thiết kế, quản lý và vận hành cho sông và hệ thống kênh dẫn đơn giản hay phức tạp. Với môi trường đặc biệt thân thiện, linh hoạt và tốc độ tính toán khá cao, MIKE 11 cung cấp một môi trường thiết kế hữu hiệu về kỹ thuật công trình, tài nguyên nước, quản lý chất lượng nước và các ứng dụng phục vụ cho quy hoạch.

Mô-đun mô hình thủy động lực (HD) là thành phần chính trong hệ thống mô hình MIKE 11, đóng vai trò quan trọng trong các mô-đun như dự báo lũ, truyền tải khuyếch tán, chất lượng nước và vận chuyển bùn lắng không cố kết Mô-đun HD giải quyết các phương trình tổng hợp theo phương đứng, đảm bảo tính liên tục và bảo toàn động lượng, cụ thể là giải hệ phương trình Saint Venant.

* Các ứng dụng liên quan đến mô - đun HD bao gồm:

+ Dự báo lũ và vận hành hồ chứa,

+ Các phương pháp mô phỏng kiểm soát lũ,

+ Vận hành hệ thống tưới và tiêu thoát bề mặt,

Nghiên cứu sóng triều và nước dâng do mưa tại sông và cửa sông là rất quan trọng Hệ thống mô hình MIKE 11 nổi bật với cấu trúc mô-đun tổng hợp, cho phép tích hợp nhiều loại mô-đun để mô phỏng các hiện tượng liên quan đến hệ thống sông một cách hiệu quả.

Ngoài các mô-đun HD đã mô tả ở trên, MIKE bao gồm các mô-đun bổ sung đối với:

+ Các mô hình về chất lượng nước,

+ Vận chuyển bùn cát có cố kết (có tính dính),

+ Vận chuyển bùn cát không có cố kết (không có tính dính).

Phương trình cơ bản và phương pháp giải

Mô hình tính toán cho trường hợp dòng không ổn định được xây dựng dựa trên hệ phương trình liên tục và phương trình động lượng, còn được gọi là hệ phương trình Saint Venant, với các giả thiết cụ thể.

+ Dòng chảy thay đổi từ từ dọc theo lòng dẫn để áp suất thuỷ tĩnh chiếm ưu thế, gia tốc theo chiều thẳng đứng được bỏ qua.

+ Trục của lòng dẫn được coi như một đường thẳng.

+ Độ dốc đáy lòng dẫn nhỏ và đáy cố định, bỏ qua hiện tượng xói và bồi.

+ Có thể áp dụng hệ số sức cản của dòng chảy rối đều, ổn định cho dòng không ổn định để mô tả các tác động của lực cản.

+ Chất lỏng không nén được và có khối lượng không đổi trong toàn dòng chảy.

A: Diện tích mặt cắt (m 2 ), q: Lưu lượng nhập lưu trên một đơn vị chiều dài dọc sông (m 2 /s),

C: Hệ số Chezy, α: Hệ số động lượng,

* Phương pháp giải hệ phương trình Saint Venant

Hệ phương trình Saint Venant bao gồm hai phương trình vi phân đạo hàm riêng phi tuyến bậc nhất, thường không thể giải bằng phương pháp giải tích trong trường hợp tổng quát Do đó, các nhà nghiên cứu thường áp dụng phương pháp gần đúng, hay còn gọi là phương pháp số hoá, để giải quyết vấn đề này Phần mềm MIKE11 cũng sử dụng phương pháp số hoá với lược đồ sai phân hữu hạn 6 điểm theo sơ đồ ẩn Abbott-Inoescu để giải hệ phương trình Saint-Venant.

Hình 2.1 Sơ đồ sai phân 6 điểm Abbott

Trong phương trình liên tục, ta có: t q b h x

Sai phân hoá phương trình trên tại bước thời gian thứ (n+1/2), ta thu được các phương trình sai phân: j n j n j n j n j x

Với b trong phương trình (2.3) được tính theo công thức: j j j x

Trong đó: A0j: Diện tích mặt phân cách giữa 2 điểm lưới j-1 và điểm lưới j

A0j+1: Diện tích mặt phân cách giữa 2 điểm lưới j và điểm lưới j+1 Δ2xj: Khoảng cách giữa hai điểm lưới j-1và j+1

Thế vào các phương trình sai phân, rút gọn các hệ số, được phương trình: j n j j n j j n j j Q  h  Q 

Với α, β, γ là hàm của b và δ, ngoài ra nó còn phụ thuộc vào giá trị Q và h tại bước thời gian n và giá trị Q tại bước thời gian n+1/2.

Hình 2.2 Sơ đồ sai phân 6 điểm Abbott cho phương trình liên tục

Sai phân hoá phương trình động lượng: t

(2.10) Để xác định thành phần bậc 2 trong phương trình trên, sử dụng phương trình gần đúng: n j n j n j n j Q Q Q

Hệ số θ là giá trị do người sử dụng xác định, được ghi trong mục Default value của mô đun HD, với giá trị mặc định từ 0 đến 1 Khi thay thế vào các phương trình sai phân và rút gọn các hệ số, phương trình động lượng sẽ được viết dưới dạng: [1] j n j j n j j n j j h β Q γ h δ.

Khi viết các phương trình với đầy đủ các bước thời gian, ta thu được một ma trận tính toán và sử dụng công cụ toán học để giải ma trận nhằm tìm nghiệm cho bài toán Tính ổn định của phương pháp sai phân hữu hạn trong việc giải hệ phương trình Saint Venant được đảm bảo khi số liệu địa hình đạt yêu cầu và giá trị tối đa cho Δx (dx-max) được lựa chọn hợp lý Bên cạnh đó, bước thời gian Δt cần phải đủ nhỏ để đảm bảo điều kiện ổn định Courant Tuy nhiên, trong trường hợp giải hệ phương trình Saint Venant với sơ đồ ẩn, điều kiện ổn định Courant không nhất thiết phải được thỏa mãn.

Mô hình MIKE 11 áp dụng phương trình sai phân 6 điểm cho động lượng, đồng thời tích hợp các phương trình Darcy và Poisson để tính toán dòng chảy nước ngầm.

Công thức tính toán được xây dựng từ việc sai phân hóa các hệ phương trình và chia các sông trong hệ thống thành các đoạn dài từ 1000 đến 2000 m Mỗi đoạn sông có mặt cắt ổn định và không có dòng chảy tập trung Thời gian tính toán được thiết lập là 10 giây.

Sai phân hóa hệ phương trình cơ bản (2.1) và phương trình (2.2) được thực hiện cho từng đoạn sông, từ đó tạo ra một hệ phương trình bậc nhất với các ẩn số lưu lượng Q và mực nước H tại hai đầu đoạn sông.

Hệ phương trình (2.1) và (2.2) đã được sai phân hóa, trong đó mạng sông được chia thành các đoạn với các đặc trưng lòng dẫn ổn định Các công trình như đập, cầu, và cống được mô phỏng như những đoạn sông đặc biệt, giúp cải thiện độ chính xác trong việc phân tích và dự báo.

Mô đun thủy lực (HD) trong MIKE 11 là phần chính để tính toán các đặc trưng thủy lực của dòng chảy, đồng thời, phần mềm cũng hỗ trợ tính toán quá trình xâm nhập mặn thông qua mô đun AD.

Phương trình cơ bản Mô đun tải phân tán

Mô đun tải phân tán (AD) là công cụ quan trọng để mô phỏng quá trình vận chuyển một chiều của chất huyền phù hoặc hòa tan trong các lòng dẫn hở Mô hình này dựa trên phương trình bảo toàn khối lượng, giả định rằng các chất được hòa tan không có sự thay đổi trong mặt cắt và dòng chảy diễn ra một cách đồng đẳng, không phân tầng.

* Phương trình truyền tải - phân tán

D: Hệ số phân tán, q: Lưu lượng nhập lưu trên 1 đơn vị chiều dài dọc sông (m 2 /s),

K: Hệ số phân huỷ sinh học, K chỉ được sử dụng khi các hiện tượng hay quá trình xem xét có liên quan đến các phản ứng sinh hóa.

Hệ số phân huỷ sinh học K phản ánh nhiều hiện tượng và phản ứng sinh hoá quan trọng Trong các bài toán lan truyền chất thông thường, hệ số này thường không cần được xem xét.

Phương trình (2.13) mô tả hai cơ chế truyền tải chính: truyền tải đối lưu do dòng chảy và truyền tải phân tán do gradient nồng độ.

Sự phân tán theo chiều dọc sông chủ yếu do sự kết hợp của dòng chảy rối và sự phân tán, trong đó ảnh hưởng của chảy rối lớn hơn rất nhiều so với phân tán của các phân tử đơn lẻ Thành phần phân tán rối có giá trị lớn hơn nhiều so với thành phần phân tán phân tử, và sự phân bố của nó trong dòng chảy không đồng đều Điều này phụ thuộc vào hướng của tốc độ dòng chảy và khoảng cách đến thành ống, dẫn đến hệ số phân tán rối khác nhau theo các hướng Quá trình truyền tải phân tán này tuân theo định luật Fick.

Hệ số phân tán được xác định như là một hàm của dòng chảy trung bình:

Trong đó: a, b: các hằng số do người dùng xác định.

* Phương pháp giải phương trình truyền tải phân tán

Phương pháp số để giải phương trình truyền chất thường sử dụng sơ đồ sai phân ẩn trung tâm Sơ đồ này được thiết lập bằng cách phân tích dòng chảy vào một thể tích kiểm tra xung quanh nút điểm j, với các giới hạn biên bao gồm đáy sông, bề mặt nước, và hai mặt cắt tại các điểm j-1/2 và j+1/2.

Hình 2.4 Sơ đồ sai phân

T: Tải lượng qua thể tích tính toán (kg/s), q: Lượng nhập lưu trên một đơn vị chiều dài dọc sông (m 2 /s),

Cq: Nồng độ của dòng nhập lưu (mg/l),

* Phương trình truyền tải phân tán

Q j   : lưu lượng qua mặt phân cách bên phải vùng tính toán (m 3 /s),

A j   D : diện tích mặt phân cách bên phải vùng tính toán (m 2 ),

: nồng độ nội suy phía thượng lưu,

C j  được tính theo công thức:

Thay thế và sắp xếp các phương trình trên lại, thu được một phương trình sai phân hữu hạn sơ đồ ẩn

*Điều kiện biên thủy lực

Biên thủy lực ở mặt cắt thượng lưu được xác định từ lưu lượng, có thể thu thập từ dữ liệu thực đo Trong khi đó, biên hạ lưu phản ánh quá trình mực nước, cũng được lấy từ tài liệu thực tế.

Mô đun sinh thái (Ecolab)

Mô đun sinh thái (Ecolab) trong mô hình MIKE 11 tập trung vào chất lượng nước sông ở các khu vực bị ảnh hưởng bởi hoạt động kinh tế và dân sinh Để hoạt động hiệu quả, mô đun này cần kết hợp với mô đun tải - khuyếch tán (AD), cho phép mô phỏng các quá trình biến đổi sinh học của hợp chất trong sông, đồng thời mô phỏng quá trình truyền tải và khuyếch tán của các hợp chất đó.

Nước là môi trường sống thiết yếu cho nhiều loài động thực vật thủy sinh và vi sinh vật, tạo ra sự tương tác phức tạp với môi trường xung quanh Trong môi trường nước, các quá trình như hô hấp, phân hủy và hấp thụ nhiệt diễn ra liên tục Những quá trình này được mô hình hóa và tích hợp vào mô đun chất lượng nước, cho phép chúng ta tác động thông qua các hệ số hiển thị Mô đun sinh thái tính toán 13 thông số chất lượng nước với 6 cấp độ khác nhau, mô phỏng và thể hiện các quá trình chuyển hóa giữa các thành phần liên quan.

Lượng oxy hoà tan trong nước (DO) được tính toán dựa trên các yếu tố như sự tương tác với ôxy từ khí quyển tại bề mặt, quá trình hô hấp và quang hợp của sinh vật dưới nước, cũng như việc tiêu thụ oxy trong quá trình chuyển hoá Ammonia thành Nitrate và nhu cầu oxy ở đáy.

Tính toán nhu cầu ôxy sinh hoá (BOD) cho phép xác định các thành phần riêng biệt như BOD lơ lửng, BOD hòa tan trong nước và BOD trong lớp bùn đáy Mô hình này cũng hỗ trợ phân tích các quá trình sinh hóa liên quan đến BOD, bao gồm quá trình phân rã và chuyển hóa giữa các hợp phần BOD.

Mô hình tính toán tổng Phốtpho cho phép phân tích hai hợp phần riêng biệt: Orthophosphate và Particulate Phosphorus Qua đó, các quá trình sinh hóa được xem xét, bao gồm việc thu nhận phốtpho từ phân rã BOD và sự tiêu hao phốtpho do sự hấp thụ của sinh vật.

Tính toán Amonia: sinh ra do quá trình phân hủy BOD, tiêu hao do chuyển hóa thành Nitrate, do thực vật và vi khuẩn hấp thụ.

Tính toán Nitrate: sinh ra do quá trình chuyển hóa từ Ammonia sang Nitrate (quá trình Nitrate hoá), sút giảm do chuyển hóa thành Nitơ tự do.

Mô hình tính toán Coliform có khả năng xác định hai thành phần chính là Faecal Coliform và Total Coliform Quá trình biến đổi lượng Coliform xảy ra do sự chết đi của chúng và việc tiếp nhận các hợp phần Coliform từ các nguồn thải Mô hình cung cấp danh sách các giá trị tham số chất lượng nước và sinh thái, kèm theo các ngưỡng giá trị tương ứng với từng mức độ tính toán Điều này rất quan trọng cho việc hiệu chỉnh mô hình, đặc biệt khi số lượng tham số rất lớn.

Các lựa chọn kiết xuất dữ liệu giúp lấy và kiểm tra quá trình chuyển hóa giữa các hợp phần tính toán Mô hình này có tính đồng bộ cao, cho phép cập nhật các nguồn thải dưới dạng nguồn điểm hoặc nguồn diện trên từng đoạn sông.

THIẾT LẬP, HIỆU CHỈNH VÀ KIỂM ĐỊNH MÔ HÌNH THỦY LỰC

Cơ sở dữ liệu

- Tài liệu thủy văn: Số liệu được thu thập trong 4 năm từ năm 2015 đến năm

2018 tại Tổng cục Khí tượng Thủy văn và Ủy ban sông Mê Kông bao gồm:

+ Lưu lượng nước tại các trạm: Kratie; Biển Hồ.

Mực nước tại các trạm như Tân Châu, Châu Đốc, Cao Lãnh, Mỹ Hòa, Mỹ Tho, Cần Thơ, Cà Mau, Năm Căn, Vũng Tàu, Vàm Kênh, An Thuận, Bến Trại, Trần Đề, Gành Hào, Sông Đốc, Xèo Rô và Rạch Giá đang được theo dõi chặt chẽ để đảm bảo an toàn cho khu vực.

Tài liệu địa hình bao gồm các mặt cắt ngang sông được thu thập từ các dự án trước đó, kết hợp với 68 mặt cắt ngang trên 8 tuyến sông chính của tỉnh Cà Mau, được đo đạc và khảo sát vào tháng 5 năm 2020 Tổng số liệu mặt cắt ngang trong phạm vi nghiên cứu đạt 5928 mặt cắt của 289 sông kênh chính, trải dài từ Kratie đến các cửa sông ven biển.

+ Trên địa phận Capuchia gồm: Dòng chính Sông Mê Kông từ Kratie và Sông Tolesap.

Trên lãnh thổ Việt Nam, hệ thống sông Cửu Long bao gồm các nhánh chính như sông Tiền, sông Hậu, Ba Lạt, Cổ Chiên, Cung Hầu, Hàm Luông, Cửa Đại và Cửa Tiểu Ngoài ra, còn có các sông kênh chảy ra Biển Tây như Vĩnh Tế, Rạch Giá – Long Xuyên, Cái Sắn, Cái Lớn, Cái Bé, Sông Đốc và Gành Hào, cùng với các kênh cấp 1, cấp 2 được liệt kê trong bảng (3.1).

Bảng 3.1 Một số nhánh sông chính trên hệ thống sông trong mô hình

TT Tên sông Đoạn Chiều dài (m) Số mặt cắt

1 Tonle Sap Từ biển hồ đến Bassac

2 Mekong Từ Kratie đến Cửa Tiểu

3 Bassac Từ Phnôm Pênh đến Cửa 317000 85 Định An (Biển Đông)

4 Vĩnh Tế Từ Châu Đốc (An Giang) đến

Long Xuyên Từ Long Xuyên tới Rạch Giá 61618 33

6 Cái Sắn Từ Long Xuyên đến Rạch Sỏi 58746 17

7 Xà No Từ Cần Thơ đến Giồng Riềng 44000 24

8 Cái Bé Từ Giồng Riềng đến cửa biển Tây (An Biên) 92000 18

9 Cái Lớn Từ Vị Thanh Hậu Giang đến biển Tây 107000 21

Thiết lập mô hình

Mạng lưới thủy lực tại đồng bằng sông Cửu Long rất phức tạp và chằng chịt, do đó, việc nghiên cứu khu vực tỉnh Cà Mau đòi hỏi phải thiết lập mô hình cho toàn bộ đồng bằng sông Cửu Long.

Sơ đồ tính thuỷ động lực được trình bày trong hình 2 gồm 5928 mặt cắt ngang của 289 sông và kênh rạch với các biên như sau:

 Biên trên: Lưu lượng nước tại các trạm Kratie và Biển Hồ.

 Biên dưới: Mực nước tại các trạm Vũng Tàu, Vàm Kênh, An Thuận, Bến Trại,

Trần Đề, Gành Hào, Sông Đốc, Xèo Rô, Rạch Giá.

 Trạm kiểm tra: Mực nước tại trạm thủy văn Cần Thơ; Cao Lãnh, Mỹ Hòa, Mỹ Tho, Cà Mau và Năm Căn.

Bước thời gian tính toán trong mô hình là ∆t = 30 giây.

Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình

Việc hiệu chỉnh bộ thông số mô hình được thực hiện bằng cách điều chỉnh các thông số thủy lực và kiểm tra tính hợp lý tại các điều kiện biên Đối với việc đánh giá khả năng tiếp nhận và sức chịu tải, chủ yếu tập trung vào dòng chảy kiệt và dòng chảy trong lòng sông, do đó, việc điều chỉnh chủ yếu liên quan đến việc thay đổi độ nhám của lòng dẫn.

Hệ số nhám được xác định cho từng đoạn sông dựa trên điều kiện thực tế của mặt cắt, thường dao động từ 0.02 đến 0.05 Hệ số này được điều chỉnh trong quá trình hiệu chỉnh mô hình, kết hợp với các nghiên cứu tham khảo.

Để đánh giá kết quả tính toán và mô phỏng của mô hình, quá trình hiệu chỉnh được thực hiện bằng cách tính toán sai số giữa mực nước tính toán và mực nước thực đo Chỉ số Nash-Sutcliffe được sử dụng để đánh giá độ chính xác của mô hình trong bước hiệu chỉnh này.

Chỉ số Nash: Có ý nghĩa đánh giá mức độ tương quan giữa kết quả tính toán và kết quả đo đạc Và được xác định theo công thức:

Htđ: Mực nước thực đo tại thời điểm thứ i

Htt: Mực nước tính toán tại thời điểm thứ i

Htdtb: Mực nước thực đo trung bình các thời đoạn

Dựa trên các giá trị của Nash có thể đánh giá được độ chính xác của mô phỏng (Bảng 3.2).

Bảng 3.2 Đánh giá mức độ chính xác của kết quả mô phỏng theo các chỉ số

Nash Độ chính xác của mô phỏng NASH

Khá 0,65 < Nash ≤ 0,75 Trung bình 0,5 < Nash ≤ 0,65 Dưới trung bình Nash < 0,5

Giả thiết bộ thông số

Chạy mô hình So sánh thực đo và tính toán Đánh giá sai số theo tiêu chuẩn Nash

Thay đổi bộ thông số Đạt

Mô hình thủy lực được hiệu chỉnh trong các tháng mùa cạn các năm 2015 và

Từ tháng 1 đến tháng 5 năm 2016, các trạm thủy văn tại Tân Châu, Châu Đốc, Cần Thơ, Năm Căn và Cà Mau đã tiến hành hiệu chỉnh Kết quả của quá trình này được trình bày trong bảng 3.3 và từ hình 3.3 đến hình 3.12.

Hình 3.2 Đường quá trình mự nước tính toán và thực đo trạm Châu Đốc tháng 3 năm 2015

Hìn h 3.3 Đường quá trình mực nước tính toán và thực đo trạm Tân Châu

Hình 3.4 Đường quá trình mực nước tính toán và thực đo trạm Cần Thơ tháng

Hình 3.5 Đường quá trình mực nước tính toán và thực đo trạm Cà Mau tháng 5 năm 2015

Hình 3.6 Đường quá trình mực nước tính toán và thực đo trạm Năm Căn tháng 5 năm 2015

Hình 3.9 Đường quá trình mực nước tính toán và thực đo trạm Cần Thơ tháng 5 năm 2016

Hình 3.10 Đường quá trình mực nước tính toán và thực đo trạm Châu Đốc tháng 5 năm 2016

Hình 3.11 Đường quá trình mực nước tính toán và thực đo trạm Tân Châu tháng 5 năm 2016 Bảng 3.3 Kết quả hiệu chỉnh hệ số Nash tại các trạm kiểm tra

Nash Độ chính xác của mô phỏng Nash Độ chính xác của mô phỏng

Các kết quả hiệu chỉnh từ Bảng 3.3 cho thấy rằng các trạm mực nước tính toán tương đối chính xác so với số liệu thực đo, thể hiện rõ sự biến thiên theo thời gian, bao gồm theo ngày và theo pha triều, cùng với các giá trị tối đa và tối thiểu theo ngày và tháng Đánh giá bằng chỉ tiêu Nash cho thấy mô hình mô phỏng đạt hiệu quả tốt, với chỉ tiêu Nash nằm trong khoảng từ 0,72 đến 0,90.

Bộ thông số đã được hiệu chỉnh sẽ được sử dụng để kiểm tra độc lập nhằm đảm bảo độ tin cậy Dữ liệu mực nước thực đo tại các trạm quan trắc thủy văn trong mùa cạn các năm 2017 và 2018 sẽ được áp dụng để kiểm định mô hình Kết quả kiểm định cho thấy sự phù hợp giữa kết quả tính toán và số liệu thực đo, như được minh họa trong Hình 3.13 đến Hình 3.20 và Bảng 3.4.

Hình 3.15 Đường quá trình mực nước tính toán và thực đo trạm Tân Châu tháng 5 năm 2017

Hình 3.16 Đường quá trình mực nước tính toán và thực đo trạm Tân Châu tháng 4 năm 2018

Bảng 3.4 Kết quả hiệu chỉnh hệ số Nash tại các trạm kiểm tra

Nash Độ chính xác của mô phỏng Nash Độ chính xác của mô phỏng

Nghiên cứu đã thành công trong việc xây dựng mô đun thủy lực, với kết quả hiệu chỉnh và kiểm định cho thấy sự tương đối phù hợp giữa các giá trị tính toán và thực đo.

Bộ mô đun thủy lực này sẽ được sử dụng kết nối với mô đun chất lượng nước phục vụ mô phỏng chất lượng nước.

Mô phỏng chất lượng nước sông của hệ thống sông thuộc tỉnh Cà Mau bằng mô hình MIKE11

Như đã trình bày trước đây, mô đun sinh thái (ECOLab) trong mô hình MIKE

Mô đun giải quyết khía cạnh chất lượng nước trong sông tại các vùng bị ảnh hưởng bởi hoạt động kinh tế dân sinh cần phải kết hợp với mô đun tải - khuyếch tán (AD) Điều này cho phép mô đun sinh thái xử lý các quá trình biến đổi sinh học của các hợp chất trong sông, trong khi mô đun tải - khuyếch tán (AD) được sử dụng để mô phỏng quá trình truyền tải và khuyếch tán của các hợp chất đó.

Báo cáo nhằm xác định và khoanh vùng khả năng tiếp nhận nguồn nước thải của các tuyến sông lớn tại tỉnh Cà Mau, đã ứng dụng mô đun sinh thái (ECOLab) trong mô hình MIKE 11 để tính toán chất lượng nước cho hệ thống sông trong khu vực.

Mô đun sinh thái (ECOLab) trong mô hình MIKE 11 cung cấp nhiều tùy chọn để mô phỏng các thông số khác nhau Tuy nhiên, dựa trên điều kiện hiện trạng, tình hình số liệu và mục đích sử dụng, báo cáo đã chọn Temple “MIKE11 WQ model without oxygen” để mô phỏng và tính toán các chỉ tiêu chất lượng nước, bao gồm BOD, N-NH4+, N-NO3-, P-PO4 3- và Coliform.

Hình 3.20: Mô-đun lựa chọn để mô phỏng chất lượng nước

Hình 3.21: Chỉ tiêu chất lượng nước được mô phỏng trong Mô-đun lựa chọn

Mô hình chất lượng nước tại tỉnh Cà Mau sử dụng hai loại dữ liệu chính: dữ liệu thủy lực và dữ liệu nồng độ, tải lượng các chất ô nhiễm Dữ liệu thủy lực được thu thập từ mô hình thủy lực của các sông trong tỉnh, trong khi dữ liệu về nồng độ và tải lượng ô nhiễm được lấy từ khảo sát các nguồn thải chính Các nguồn thải tại Cà Mau bao gồm sinh hoạt, bệnh viện, chăn nuôi và công nghiệp Kết quả tính toán tải lượng ô nhiễm trong nước thải từ các khu công nghiệp, cụm công nghiệp, cơ sở sản xuất có lượng xả thải trên 10m³/ngày đêm, cùng với các cơ sở y tế, chăn nuôi và sinh hoạt đã được tổng hợp để phục vụ cho việc đánh giá chất lượng nước.

Dữ liệu về chất lượng nước được thu thập từ các quan trắc hàng năm của Sở Tài nguyên và Môi trường Các điểm quan trắc bao gồm nhiều vị trí trên các sông chính và sông nội đồng, với tần suất đo đạc 4 lần mỗi năm.

3.4.2 Kết quả hiệu chỉnh mô hình CLN

Dựa trên các điều kiện thủy lực từ mô hình MIKE 11 và các biên chất lượng nước, các thông số tải lượng ô nhiễm đã được điều chỉnh cho mô hình chất lượng nước trong tháng 4 và 5 năm 2020 Việc điều chỉnh được thực hiện tại các vị trí có điểm quan trắc chất lượng nước hàng năm.

Vị trí các điểm hiệu chỉnh được trình bày trong bảng dưới:

Bảng 0.1: Vị trí hiệu chỉnh mô hình chất lượng nước

STT Kí hiệu nút kiểm tra Sông Tọa độ

Hình 3.22: So sánh kết quả tính toán và thực đo BOD tại các điểm đo nước mặt tháng 4 năm 2010

Hình 3.23: So sánh kết quả tính toán và thực đo No3 - tại các điểm đo nước mặt tháng 4 năm 2010

Hình 3.24: So sánh kết quả tính toán và thực đo PO4 3- tại các điểm đo nước mặt tháng 4 năm 2010

Các hình từ 3.22 đến 3.27 minh họa sự so sánh giữa kết quả tính toán và số liệu thực đo tại các vị trí trên các sông Cái Tàu, Ông Đốc, Ghềnh Hào, Mương Điêu, và Cà Mau – Tắc Thủ.

Kênh Xáng Quản Lộ, Kênh Sáng Cà Mau và Kênh Xáng Lương Thế Trần cho thấy mối tương quan trung bình giữa các giá trị tính toán và thực đo đối với các chất như DO và BOD5.

NH4+, NO3- và PO4 3- có tỷ lệ lần lượt là 14,25%, 14,6%, 21,98%, 21,03% và 23,28%, cho thấy sự phù hợp giữa tính toán và thực đo Những giá trị tương quan này cho phép sử dụng tính toán để đánh giá và kiểm định mô hình một cách hiệu quả.

Kết quả kiểm định mô hình chất lượng nước (CLN) được thực hiện bằng cách áp dụng bộ thông số chất lượng nước Thời gian kiểm định diễn ra vào tháng 6 năm 2020, sử dụng số liệu từ các quan trắc chất lượng nước sông tại tỉnh và giá trị các thông số tải lượng ô nhiễm đổ vào sông.

Kết quả kiểm định mô hình cho các sông Cái Tàu, Ông Đốc, Ghềnh Hào, Mương Điêu, Cà Mau – Tắc Thủ, Kênh Xáng Quản Lộ, Kênh Sáng Cà Mau và Kênh Xáng Lương Thế Trần đã được trình bày với các thông số BOD5, NH4+, NO3- và PO4^3- như thể hiện trong các hình dưới đây.

Các hình từ 3.28 đến 3.30 minh họa sự so sánh giữa kết quả tính toán và thực đo tại các vị trí trên các sông như Cái Tàu, Ông Đốc, Ghềnh Hào, Mương Điêu, Cà Mau – Tắc Thủ, Kênh Xáng Quản Lộ, Kênh Sáng Cà Mau, và Kênh Xáng Lương Thế Trần trong thời kỳ kiểm định mô hình Kết quả cho thấy sự tương quan giữa tính toán và thực đo đối với các chất BOD5, NH4+, NO3- và PO4^3- lần lượt là 14,76%, 20,88%, 25,89%, 26,05% và 25,84%, cho thấy độ tin cậy cao của các kết quả tính toán.

Giá trị hiệu chỉnh và kiểm định của các chất dao động từ 14,5% đến 26,05% cho thấy sự tương đồng giữa tính toán và thực đo trong quá trình này Điều này chứng tỏ rằng mô phỏng chất lượng nước trong hai giai đoạn hiệu chỉnh và kiểm định có độ tin cậy cao, có thể áp dụng cho các bài toán khác.

ỨNG DỤNG MÔ HÌNH THỦY LỰC ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG KHẢ NĂNG TIẾP NHẬN NƯỚC THẢI CỦA CÁC SÔNG CHÍNH TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH CÀ MAU

Phương pháp đánh giá

Tất cả các sông chính ở tỉnh Cà Mau đều chịu ảnh hưởng của thủy triều, do đó, việc đánh giá sức chịu tải nguồn nước sông sẽ được thực hiện theo Mục 3.4 (Bước HT-4) của Quyết định số 154/QĐ-TCMT ngày 15/02/2019 của Tổng Cục Môi trường, nhằm hướng dẫn kỹ thuật tính toán sức chịu tải nguồn nước sông.

Phương pháp tính toán chi tiết cho các sông tại tỉnh Cà Mau sẽ áp dụng mô hình MIKE 11 kết hợp với mô đun sinh thái Ecolab Các thiết lập và thông số tính toán của mô hình đã được hiệu chỉnh và kiểm định, đảm bảo độ chính xác cho tính toán thủy lực và chất lượng nước.

Theo Quyết định số 154/QĐ-TCMT ngày 15/02/2019, việc xác định dòng chảy trung bình của sông trong mùa kiệt tại khu vực Cà Mau, nơi chịu ảnh hưởng lớn từ thủy triều, gặp nhiều khó khăn Do đó, việc ứng dụng mô hình để tính toán sức chịu tải cho các sông trong khu vực này là rất cần thiết Các bước tính toán sức chịu tải cho các sông chính ở tỉnh Cà Mau sẽ được áp dụng để đảm bảo hiệu quả quản lý nguồn nước.

Để tính toán, cần lựa chọn thời gian trong tháng có giá trị dòng chảy trung bình nhỏ nhất trong năm Tháng được chọn để thực hiện tính toán là tháng 2 năm 2020, khi mực nước trung bình đạt mức thấp nhất trong năm.

Trong bài viết này, chúng tôi sẽ tập trung vào việc lựa chọn các sông chính tại tỉnh Cà Mau để tính toán, bao gồm các sông tiếp nhận nguồn xả nước thải từ tỉnh Các sông được đề cập bao gồm sông Cái Tàu, Ông Đốc, Ghềnh Hào, Mương Điêu, Cà Mau – Tắc Thủ, Kênh Xáng Quản Lộ, Kênh Sáng Cà Mau và Kênh xáng Lương Thế Trần.

Lựa chọn điểm giám sát trên các sông chịu ảnh hưởng của thủy triều gặp khó khăn do sự xuất hiện của dòng chảy ngược Do đó, báo cáo đề xuất xác định giá trị trung bình trên sông nhằm phục vụ cho việc đánh giá chính xác hơn.

- Lựa chọn quy chuẩn: Quy chuẩn được đưa ra so sánh là QCVN 08- MT:2015/BTNMT [35] Căn cứ theo mục đích sử dụng nước:

Sông Ông Đốc, Mương Điêu và Ghành Hào được sử dụng cho mục đích cấp nước sinh hoạt, với sự hiện diện của các nhà máy và trạm cấp nước trên các tuyến sông này Do đó, cần áp dụng Cột A2 theo QCVN 08-MT:2015/BTNMT, yêu cầu công nghệ xử lý phù hợp để đảm bảo chất lượng nước.

Sông Cái Tàu, Cà Mau – Tắc Thủ, Kênh Xáng Quản Lộ, Kênh Sáng Cà Mau và Kênh Xáng Lương Thế Trần không được sử dụng cho mục đích cấp nước sinh hoạt Do đó, sẽ áp dụng Cột B1 theo QCVN 08-MT:2015/BTNMT, cho phép sử dụng nước cho tưới tiêu, thủy lợi hoặc các mục đích khác với yêu cầu chất lượng tương tự.

- Thông số tính toán sức chịu tải: BOD5; Tổng Nitơ; Tổng Phốtpho Giá trị COD sẽ được tính trong phần tính trực tiếp.

Để xác định các nguồn thải chảy vào đoạn sông, cần dựa trên số liệu nguồn thải đã được tính toán trước đó Việc này giúp nhận diện các nguồn thải chính ảnh hưởng đến chất lượng nước của các con sông.

Thiết lập các giá trị nguồn thải mới cho các sông chính, bao gồm 0%, 25%, 50% và 75% giá trị nguồn thải hiện tại, nhằm xây dựng mối tương quan giữa tải lượng ô nhiễm và chất lượng nước Kết quả từ mô hình tính toán sẽ giúp xác định giá trị tải lượng ô nhiễm tại điểm chất lượng nước đạt quy chuẩn môi trường, phản ánh sức chịu tải của đoạn sông đó.

Số liệu đầu vào

Dựa trên các bước tính toán để xác định sức chịu tải của các sông chính tại tỉnh Cà Mau, dữ liệu quan trọng nhất bao gồm các thông số về lưu lượng nước, độ sâu và đặc điểm lòng sông Những thông tin này sẽ giúp đánh giá khả năng chịu tải và quản lý nguồn nước hiệu quả trong khu vực.

02 dữ liệu chính: dữ liệu về thủy lực và dữ liệu về nguồn thải của các sông chính

Dữ liệu thủy lực được tính toán từ mô hình MIKE 11 đã được thiết lập ở mục 3.4, với thời gian tính toán để xác định sức chịu tải cho các đoạn sông được chọn vào tháng 02/2020, tháng có dòng chảy kiệt trong năm Các biên lưu lượng và mực nước đã được trích xuất từ mô hình MIKE 11 để sử dụng làm đầu vào cho quá trình tính toán này.

Lượng nguồn thải vào các sông chính được xác định dựa trên dữ liệu nguồn thải và được đưa vào mô hình chất lượng nước Các kịch bản thải được tính toán với các mức giảm 0%, 25%, 50% và 75% so với giá trị tải lượng hiện tại, từ đó đánh giá sức chịu tải của các sông chính.

Tại Cà Mau, nguồn thải chủ yếu bao gồm sinh hoạt, bệnh viện, chăn nuôi và công nghiệp Kết quả tính toán cho thấy lượng chất ô nhiễm trong nước thải từ các khu công nghiệp (KCN), cụm công nghiệp (CCN), cơ sở sản xuất có lượng xả thải trên 10m³/ngày.đêm, cùng với các cơ sở y tế, chăn nuôi và sinh hoạt trên địa bàn tỉnh đã được tổng hợp trong chương trước.

Phân đoạn sông là quá trình đánh giá khả năng tiếp nhận nước thải và sức chịu tải của sông, được thực hiện dựa trên các quy định tại Khoản 1 và Khoản 2, Điều 5 của Thông tư số 76/2017/TT-BTNMT.

1 Việc phân đoạn sông để đánh giá khả năng tiếp nhận nước thải, sức chịu tải của sông được thực hiện trên cơ sở các căn cứ sau: a) Vị trí nhập lưu, phân lưu trên sông; b) Chức năng nguồn nước, mục đích sử dụng nước của sông; vị trí các công trình khai thác, sử dụng nước, xả nước thải; vị trí công trình hồ chứa, công trình điều tiết nước trên sông; c) Chiều dài xâm nhập mặn lớn nhất ứng với độ mặn 4,0‰ đối với các đoạn sông bị ảnh hưởng của thủy triều; d) Yêu cầu về bảo tồn, phát triển hệ sinh thái thủy sinh, giá trị lịch sử, văn hóa, du lịch, tín ngưỡng có liên quan đến nguồn nước; đ) Đối với các sông liên quốc gia, liên tỉnh, ngoài việc căn cứ quy định tại các Điểm a, b, c và Điểm d Khoản này, còn phải căn cứ vào đường biên giới quốc gia, địa giới hành chính cấp tỉnh.

2 Đoạn sông được xác định như sau: a) Một (01) đoạn sông được xác định bởi hai (02) mặt cắt liền kề có chiều dài từ10km trở lên, trừ trường hợp quy định tại Điểm b và Điểm c Khoản này.

Khi xác định đoạn sông có chiều dài dưới 10km, cần xem xét mức độ biến đổi lưu lượng dòng chảy, mục đích sử dụng nước và yêu cầu bảo vệ nguồn nước để có thể ghép chung với đoạn sông liền kề Đối với đoạn sông bị ảnh hưởng bởi thủy triều với độ mặn 4,0‰, đoạn sông này sẽ được phân thành một đoạn riêng biệt Ngoài ra, các đoạn sông chảy qua đô thị, khu bảo tồn đa dạng sinh học hoặc khu bảo tồn giá trị văn hóa liên quan đến nguồn nước cũng sẽ được xem xét để phân thành một đoạn.

Từ căn cứ trên, các sông lớn được phân đoạn như sau:

Bảng 4.2 : Phân vùng đoạn sông tính toán

Bắt đầu kết thúc Mục tiêu chức năng

Nhập lưu sông U minh - Khánh Hội và sông Cài Tàu

Trữ nước mưa phục vụ sản xuất và tiêu úng trong các ô bao nhỏ lẻ

Nhập lưu sông Cái Tàu và sông Ông Đốc

Trữ nước mưa phục vụ sản xuất và tiêu úng trong các ô bao nhỏ lẻ

Tắc Thủ - Kênh Tắc Thủ Điểm giao sông Ghềnh Hào và Kênh xáng Lương Thế Trân

Ngăn mặn và giữ ngọt là những biện pháp quan trọng trong việc tiêu úng và xổ phèn, nhằm phục vụ cho việc luân canh một vụ lúa trên đất nuôi tôm Đồng thời, việc cung cấp và tiêu thoát nước mặn cũng rất cần thiết cho nuôi trồng thủy sản, cũng như tiêu thoát nước thải để hỗ trợ cho sản xuất hiệu quả.

GanhHa o2 5.16 Điểm giao sông Ghềnh Hào và Kênh Lương Thế Trân Điểm giao Sông Ghềnh Hào Và Sông Mương Điều

Ngăn mặn và giữ ngọt là hai yếu tố quan trọng trong việc tiêu úng và xổ phèn, nhằm phục vụ cho việc luân canh một vụ lúa trên đất nuôi tôm Hệ thống kênh cần được thiết kế để cung cấp và tiêu thoát nước mặn cho nuôi trồng thủy sản, đồng thời xử lý nước thải phục vụ cho sản xuất Ngoài ra, việc cung cấp nước sinh hoạt cũng là một nhiệm vụ thiết yếu trong quản lý nguồn nước.

Giao địa phần Tỉnh Cà Mau - Bạc Liêu

Giao với sông Ghềnh Hào

Nguồn cấp cho thủy sản mặn, giao thông thủy, sinh hoạt

KenhXa ngQL_1 7.11 Giao địa phần

Tỉnh Cà Mau - Bạc Liêu

Giao với Kinh Ông Tơ - Kênh Quảng Lộ - Phùng Hiệp

Ngăn mặn giữ ngọt, điều tiết mực nước, tiêu úng - chống ngập úng

Giao với Kinh Ông Tơ - Kênh Quảng Lộ - Phùng Hiệp

Giao với Kinh Gành Hào - Kênh Quảng Lộ

Ngăn mặn giữ ngọt, điều tiết mực nước, tiêu úng - chống ngập úng

LTT_1 9.91 Nô trồng thủy sản, cung cấp nước nông nghiệp kết hợp giao thông thủy

9 Giao với sông Gành Hào

Giao với sông Đầm Dơi - Thị Trần Đầm Dơi

Cung cấp nước cho thủy sản nước mặn và giao thông nông thôn

Giao sông Ông Đốc - Sông Tắc Thủ

Nông nghiệp, thủy sản, giao thông thủy và sinh hoạt

_2 3.53 Giao sông Ông Đốc - Sông Tắc Thủ

Giao sông Ông Đốc - Kênh Lương Thế Trân

Giao sông Ông Đốc - Rạch Nhum

9 Giao sông Ông Đốc - Rạch Nhum

Giao sông Ông Đốc - Kênh Bà Kẹo

_5 9.62 Giao sông Ông Đốc - Kênh Bà Kẹo

1 9.11 Giao Sông Ông ĐỐc Giao Kênh

Quảng Lộ thủy sản, giao thông thủy

Hình 5.31: Phân đoạn sông tính toán ngưỡng chịu tải

Tải lượng ô nhiễm trên các sông chính được xác định dựa vào vị trí xả thải từ các nhà máy, bệnh viện, hoạt động chăn nuôi và sinh hoạt Thông tin chi tiết được trình bày trong bảng dưới đây.

Bảng 4.3: Tải lượng ô nhiễm trên một số sông chính (kg/ngày)

T Lưu vực Tải lượng hiện trạng (kg/ngày)

1 Kênh Xáng Cà Mau - Bạc

3 Sông Cà Mau – Tắc Thủ 26069.0 42423.4 834.1 996.4 116.6

6 Kênh xáng Lơng Thế Trân 19273.7 31422.7 638.7 746.7 77.2

Dựa trên dữ liệu ô nhiễm hiện tại của các sông chính, đơn vị tư vấn đã thực hiện tính toán tải lượng ô nhiễm theo các tỷ lệ 0%, 25%, 50% và 75% để áp dụng vào mô hình tính toán.

Kết quả đánh giá hiện trạng khả năng tiếp nhận nước thải của một số sông chính

Dựa trên Quyết định số 154/QĐ-TCMT ngày 15/02/2019 và số liệu đầu vào đã trình bày, mô hình tính toán nồng độ trên các sông được áp dụng cho các trường hợp xả thải với tỷ lệ 0%, 25%, 50% và 75% so với giá trị xả thải ban đầu Biểu đồ tương quan giữa tỷ lệ nguồn thải và nồng độ trên các sông được thể hiện trong hình 4.3, trong đó nồng độ tại điểm quan sát là nồng độ lớn nhất trong quá trình tính toán.

Dựa vào kết quả tính toán, ta có thể thiết lập phương trình tuyến tính mô tả mối quan hệ giữa nồng độ ô nhiễm và tỷ lệ lượng thải hiện tại Phương trình này có dạng y = ax + b, trong đó các hệ số a và b được xác định thông qua quá trình tương quan giữa nồng độ ô nhiễm và tỷ lệ lượng thải Việc xác định các giá trị “x”, “a”, “b” và “y” là cần thiết để tính toán sức chịu tải cho từng con sông.

Giá trị “x” được xác định dựa trên nồng độ các chất trong nước theo quy định của QCVN 08-MT:2015/BTNMT Cụ thể, các sông Ông Đốc, Mương Điêu và Ghành Hào được sử dụng cho mục đích cấp nước sinh hoạt.

Trên các tuyến sông như Sông Cái Tàu, Cà Mau – Tắc Thủ, Kênh Xáng Quản Lộ, Kênh Sáng Cà Mau, và Kênh Xáng Lương Thế Trần, có hoạt động của các nhà máy và trạm cấp nước Tuy nhiên, những sông này không được sử dụng cho mục đích cấp nước sinh hoạt, do đó nồng độ các chất được lấy theo cột B1.

Giá trị “a” là độ đốc của phương trình.

Giá trị “b” là giá trị của của đường thằng khi giao cắt với trục y

Các giá trị "a" và "b" được xác định bằng cách sử dụng hàm SLOPE và hàm INTERCEPT trong Excel Các hàm này giúp tính toán dựa trên tỷ lệ lượng thải tương ứng với nồng độ chất ô nhiễm.

Bảng 4.4 Hệ số phương trình tuyến tính giữa nồng độ ô nhiễm và tỷ lệ lượng thải so với hiện tại

Tên Ký hiệu Tiêu chuẩn

Kênh xáng L- ơng Thế Trân LTT_1 B1 0.02 0.00 2.30 0.00 8.30 0.00 4.73 0.00 Sông Mơng Điều

Khi xác định được các hệ số "x", "a", "b" của phương trình, chúng ta có thể xác định giá trị "y" tương ứng, đại diện cho tỷ lệ lượng thải tối đa có thể nhận so với tải lượng thải ban đầu Giá trị "y" đóng vai trò quan trọng trong việc đánh giá khả năng chịu tải chất ô nhiễm của đoạn sông, cụ thể là khi "y" nhỏ hơn 1, đoạn sông không còn khả năng chịu tải chất ô nhiễm, ngược lại, khi "y" lớn hơn 1, đoạn sông còn khả năng chịu tải chất ô nhiễm.

Bảng 4.5: Sức chịu tải trên các sông

Tên Ký hiệu Tiêu chuẩ n

Sức chịu tải (kg/ngày)

COD (Tính toán trức tiệp)

- Giá trị có dấu trừ (-) có ý nghĩa tải lượng chất ô nhiễm của nước sông đã vượt quy chuẩn môi trường cho phép.

Giá trị không có dấu trừ cho thấy nguồn nước ở sông này vẫn có khả năng tiếp nhận thêm chất ô nhiễm, tương đương với các giá trị được trình bày trong bảng.

So sánh giữa cột A2 (các sông Ông Đốc, Mương Điêu, Ghành Hào) và cột B1 (Sông Cái Tàu, Cà Mau – Tắc Thủ, Kênh Xáng Quản Lộ, Kênh Sáng Cà Mau, Kênh xáng Lương Thế Trần) theo tiêu chuẩn QCVN 08-MT:2015/BTNMT cho thấy sự khác biệt rõ rệt về chất lượng nước và các chỉ tiêu môi trường.

Tất cả các sông đều vượt ngưỡng BOD5 cho phép, điều này cho thấy cần thiết phải áp dụng các giải pháp quản lý và xử lý hiệu quả nhằm giảm thiểu lượng chất ô nhiễm xả thải vào sông.

- Với thông số Amoni và Nitrat: tất cả các sông đều còn khả năng tiếp nhận;

Một số điểm tiếp nhận nguồn thải như GanhHao2 và KenhXangCM_1 đang vượt quá giá trị hạn mức cho phép về thông số phốt phat.

Tải lượng chất ô nhiễm trong nước sông được xác định theo Quyết định số 154/QĐ-TCMT ngày 15/02/2019 của Tổng Cục Môi trường, nhằm xác định mức tải tối đa cho con sông Tuy nhiên, trên thực tế, tải lượng chất ô nhiễm thường thấp hơn do khả năng tự làm sạch của sông, nhờ vào quá trình chuyển hóa sinh học Các yếu tố gây ô nhiễm từ các thông số hữu cơ sẽ được phân hủy theo thời gian bởi các sinh vật thủy sinh có trong nước.

Tỉnh Cà Mau hiện đang đối mặt với vấn đề ô nhiễm môi trường do lượng nước thải sinh hoạt lớn nhưng chưa có trạm xử lý nước thải tập trung nào Để giảm thiểu ô nhiễm vào sông từ nguồn sinh hoạt, cần thiết phải xây dựng các trạm xử lý nước thải tập trung.

Định dạng
Số trang	60
Dung lượng	3,32 MB