Nghiên cứu phân tích mô phỏng sinh thái chất lượng nước phục vụ việc sử dụng hợp

| n NT] Da] BO GIAO DUC VA DAO TAO TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI ác tk He He Ie k s he ức ‡É She aie oie fee ie fe he se he ok ode 2k 2c fe of DANG XUAN HIEN NGHIÊN CỨU PHAN TiICH, MO PHONG SINH THÁI-CHẤT LƯỢNG NƯỚC PHỤC VỤ VIỆC SỬ DỤNG HỢP LÝ NGUÔN NƯỚC SÔNG. Chuyên ngành: Cấp thoát nước Mã số: 2.12 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ovat HA NOI 2000 BO GIAO DUC VA DAO TAO TRUONG DAI HOC XAY DUNG HA NOI DANG XUAN HIEN NGHIEN CUU PHAN TICH, MO PHONG SINH.THÁI-CHẤT LƯỢNG NƯỚC PHỤC VỤ VIỆC SỬ DỤNG HỢP LÝ NGUÔN NƯỚC SÔNG Chuyên ngành: Cấp thoát nước Mã số: 2.12 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Cán bộ hướng dẫn: GS.|Hrần Hiếu Nhuệ HA NOI 2000 LOI CAM DOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu cua riéng tdi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực. Những đóng góp mới của tác giả chưa từng được ai công bố trong bất cứ công trình nào.

Tác giả luận án Dang Xuan Hiển II MUC LUC Lời cám ơn | Tinh cap thiết của đề tài 2 Mục đích nghiên cứu của luận án WN 3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận án 4 Phương pháp nghiên cứu NMP 5 Những đóng góp mới của luận án 6 Bố cục của luận án CHUONG | DAC DIEM SINH THAI-CHAT LUGNG NUGC SONG HONG- THAI BINH VA CGO SO KHOA HOC CUA VIEC NGHIEN CUU MÔ HÌNH SINH THÁI- CHẤT LƯỢNG NƯỚC l.]-'Tổng quan sơ lược một số nghiên cứu về dòng chảy sông 1.2 Đặc điểm sinh thái-chất lượng nước của dòng chảy sông Hồng và Thát bình 10 1.1 Đặc điểm sinh thái của dòng chảy sông 10 1.1 Ảnh hưởng của dòng chảy đến sinh thái sông 10 1.2 Sự trao đổi vật chất và năng lượng của sông với môi trường hai bên bờ 10 1.3 Tính chất của các quần xã trong dòng chảy sông I} 1.2 _ Đặc điểm thuỷ sinh của dòng chảy sông Hồng và sông Thái bình 12 1.1 Thực vật nổi 12 1.2 Dong vat nổi 12 1. Đặc điểm chất lượng nước sông, các yếu tố chỉ phối và ảnh hưởng đến chất lượng nước sông 14 1.1 Cac yéu t6 chi phối và ảnh hưởng đến chất lượng nước sông 14 1.2 Đặc điểm chất lượng nước sông Hồng và sông Thái bình 17 1.3 Các vấn đề cơ bản trong nghiên cứu mô hình chất lượng nước 19 1.1 Một số mô hình toán được ứng dụng trong nghiên cứu UI chất lượng nước của dòng chảy sông 21 1.2 Một số nhận xét về phương pháp số trong nghiên cứu mô hình thuỷ động lực học một chiều 24 Phương pháp giải tích 25 Phương pháp đặc trưng 25 Phương pháp sai phân hữu hạn 26 1.3 Một số nhận xét về phương pháp số giải bài toán vận chuyển vật chất trong đòng chảy sông (bài toán tải-khuếch tán chất) 28 Phương pháp số giải phương trình tải-khuếch tán 28 Phương pháp số giải phương trình tải 28 Phương pháp số giải phương trình khuếch tán 29 1.4 Các quá trình cần vét khi mô hình hoá sinh thái-chất lượng nước sông 30 Kết luận chương I 35 CHƯNG 2 MÔ HÌNH ĐỘNG HỌC MỘT SỐ QUÁ TRÌNH SINH THÁI VÀ SINH HỌC-CHẤT LƯỢNG NƯỚC TRONG DÒNG CHẢY SÔNG 2.1 Mô hình hoá một số quá trình sinh thái trong dòng chảy sông 38 2.2 Hệ sinh thái dòng chảy sông và các quá trình sinh thái 38 2.3 Các tương quan của các quá trình hoá học, sinh học và sinh thái trong hé sinh thát sông 4] 2.4 Các thành phần chủ yếu trong hệ sinh thái sông và mô hình sinh thai 42 2.5 Mô hình hoá một số quá trình sinh thái trong sông 44 2.1 Sản xuất bậc một trong dòng chảy sông 44 2.2 Tốc độ ăn mồi của động vật nổi 46 2.3 Quá trình khử các chất trong nước do lang 46 2.4 Tốc độ khoáng hoá chất van 46 2.5 Quá trình khử nitrat hoá 47 2.6 Các quá trình phân huỷ sinh hoá trong sông 47 2.7: Quá trình hoà tan ô xy từ không khí 47 2.8 Sự phân huỷ trong lớp bùn đáy 48 2.9 Quá trình giải phóng các chất dinh dưỡng từ bùn đáy vào nước 48 2.10 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ sinh học 48 2.11 Ảnh hưởng gây chết của các chất độc đến thành phần sinhhọc 49 2.2Mô hình hoá một số quá trình sinh học-chất lượng nước trong dòng chảy sông 49 IV 2.1 M6 hinh qua trinh nitrat hod trong dong chay séng 49 2.1 Quá trình nitrat hoá trong dòng chảy và chu trình ni tơ 49 2.2 Mô hình toán học quá trình nitrat hoá trong dòng chảy sông 53] 2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trinh nitrat hoá trong dòng chảy sông 52 2.1 Ảnh hưởng của pH 52 2.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ đối với quá trình nitrat 32 2.3 Ảnh hưởng của ôxy hoà tan đối với quá trình nitrat 52 2.4 Ảnh hưởng của BOD; đối với quá trình nitrat 52 2.5 Ảnh hưởng của các chất độc kìm hãm, các chất hữu cơ có khả năng phân huỷ và ánh sáng 53 2.6 Ảnh hưởng của hình thái sông và vận tốc dòng chảy 53 2.4 Mô hình hoá sự phát triển của vi sinh vật nitrat trong sông 54 2.5 Mô hình hoá quá trình khử nitrat trong dòng chảy sông 55 2. Mô hình hoá sự phát triển của tảo trong dòng chảy sông 55 2.1 Sự phát triển của tảo trong dòng chảy sông 55 2.2 Các phương trình cơ bản 56 2.3 Động học sự phát triển của tảo 56 2.4 Sự hô hấp của tảo 57 2.5 Tốc độ chết của tảo 58 2.6 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự phát triển của tảo trong sông 58 2.1 Ảnh hưởng của các chất đinh dưỡng 58 2.2 Ảnh hưởng của ánh sáng 59 2:2.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ 60 2.4 Ảnh hưởng của sự kìm hãm quang hợp 60 2.5 Tốc độ mất đi của tảo do lắng 61 2.6 Sự ăn tảo của động vật nổi 6] 2. Động học sự phát triển của động vật nổi 6] 2.1 Tốc độ sinh trưởng của động vật nổi 62 2.2 Tốc độ chết của động vật nổi 63 2.

Động học sự phát triển của động vật đáy 64 2.1 Tốc độ phát triển của động vật đáy 64 2.2 Tốc độ hô hấp của động vật đáy 64 2.3 Tốc độ chết của của động vật đáy 65 2.5 Động học sự phát triển của cá 65 2.6 Động học sự phát triển của vi khuẩn dị dưỡng 66 Kết luận chương 2 68 CHƯƠNG3 MÔ HÌNH SINH THÁI-CHẤT LƯỢNG NƯỚC DONG CHAY SONG 3.] Mô hình thuỷ động lực một chiều 70 3.1 Phương trình cơ bản và các điều kiện ràng buộc 70 3.3 Khao sat diéu kién bién 72 3.4 Mô hình vùng mở rộng 74 3. Mô hình sinh thái-chất lượng nước của dòng chảy sông 75 3.1 Các điều kiện ban đầu và điều kiện biên 82 3.2 Quá trình tải-khuếch tán và các phản ứng 84 3.3 Vùng nước lặng hay vùng nước chết trong sông 85 3. Phương pháp số của mô hình 86 3.1 Bài toán tính dòng chảy không dừng một chiều 86 3.2 Phương pháp số giải bài toán vận chuyển-chuyển hoá vật chất trong sông 90 3.1 Phương pháp số giải bài toán tải 0] 3.2 Phương pháp số giải phương trình khuếch tán 93 3.4 Xác định các hệ số của mô hình sinh thái-chất lượng nước 94 3. Hiệu chỉnh, kiếm nghiệm và phân tích độ nhạy của mô hình 96 Kết luận chương 3 97 CHUONG 4 KET QUA NGHIEN CUU UNG DUNG MO HINH SINH THAI CHAT LƯỢNG NƯỚC VÀO HỆ THỐNG SÔNG HỒNG VÀ SÔNG THÁI BÌNH, KIẾN NGHỊ CÁC GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ XỬLÝ NƯỚC THÁI NHẰM BẢO VỆ CHẤT LƯỢNG NƯỚC SÔNG 4.1 Cơ sở dữ liệu 98 4.1 S6 liéu dia hinh 98 4.2 Số liệu điều kiện biên 98 4.3 S6 liéu ban dau 100 4.4 Các hệ số của mô hình sinh thái chất lượng nước sông 100 4.5 Các số liệu dùng dé kiểm nghiệm mô hình 106 VỊ 4.2 Áp dụng để mô phỏng chất lượng nước trong hệ tống sông Hồng 107 4.1 Hiệu chỉnh và kiểm nghiệm mô hình thuỷ động lực 109 4.2 Hiệu chỉnh và kiểm nghiệm mô hình sinh thái-chất lượng nước sông 110 4.3 Ap dung để mô phỏng sinh thái-chất lượng nước trong sông Thương thuộc hệ thống sông Thái bình 123 4.1 Hiệu chỉnh và kiểm nghiệm mô hình thuỷ động lực và mô hình sinh thái-chất lượng nước sông 125 4.4 Nghiên cứu khả năng tiếp nhận tải lượng ô nhiễm do nước thải trên cơ sở mô hình sinh thái-chất lượng nước sông 125 4.5 Kiến nghị công nghệ xứ lý nước thải hợp ly cho các nhà máy thuộc khu vực nghiên cứu trước khi xả vào sông để bảo vệ chất lượng nuoc song 131 4.6 Kiến nghị các biện pháp bảo vệ chất lượng nước sông khit vực nghiên cứu 134 Kết luận chương 4 136 KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC VII CÁC ĐINH NGHĨA VÀ KÝ HIÊỆU A(x,Ð Diện tích mặt cắt ngang lòng sông (m7) B(x,Ð Chiều rộng lòng sông (m) R(x,t) Bán kính thuỷ lực (m) g Gia tốc trọng trường (m/s*) Q(x,t) Lưu lượng nước sông (m*/s) h(x,t) Cao độ mực nước sông (m) x,t Biến không gian và thời gian (m,s) q(x,t) Lưu lượng bổ sung hoặc mất đi trên một đơn vị chiều dài dòng chảy (m°/s.m) c(Xx,t) Nồng độ vật chất trong dòng chảy (mg/l) v(x,t) Vận tốc dòng chảy trung bình tại mặt cắt (m/s) C,(X,t) Nồng độ chất trong nguồn bổ sung dọc đường (mg/l) E Hệ số khuếch tán dọc (m/s) Q Sự thay đối vật chất thông qua các nguồn thải ỐC, Tốc độ thay đổi nồng độ vật chất trong sông At, Ax Tương ứng là bước thời gian và bước không gian 0,0 Trọng số không gian và thời gian, Ủy Tốc độ sản xuất bậc một của tảo (mg/Ïl.ngày) Pu max Tốc độ sản xuất bậc một lớn nhat cua tao (mg/l.npày) FN), f(P), f (Si) Cac ham biéu thi anh hudng cia cdc chat dinh dudng ni to, phot pho và silic đến tốc độ quang hợp của tảo Hệ số tốc độ nhát triển của tảo (ngày) Hệ số tốc độ phát triển lớn nhất của tảo (ngày) Cường độ chiếu sáng trong nước (UE/m?.s) Hệ số bão hoà ánh sáng Hằng số Michaelis của ni tơ vô cơ hoà tan (mg/l) Hằng số Michaelis của phốt pho vô cơ hoà tan (mg/l) Mật độ của động vật nổi (cA thé/l) Tốc độ khử bỏ các chất dinh dưỡng do lắng (mg/I.ngay) Tốc độ lắng của chất vấn (m/ngay) Nồng độ của chất vần (mg/l) Độ sâu nguồn nước (m) Tốc độ khoáng hoá của chất vấn (mg/l.ngày) Hệ số khoáng hoá của chất vấn (ngày) Hệ số tốc độ khoáng hoá lớn nhất của chất vấn (ngày) VII 8 Tốc độ khử nitrat hoá (mg/1.