Luận án tiến sĩ kỹ thuật - Phát triển mô hình toán mô phỏng phú dưỡng nước tĩnh tại hồ Cự Chính, Hà Nội

BỘ GIÁO DỤC VADAOTAO BỘ NONG NGHIỆP VÀ PTNT TRUONG ĐẠI HỌC THỦY LỢI TA ĐĂNG THUAN NGHIÊN CỨU PHAT TRIEN MO HÌNH TO/ N MO PHONG QUA TRÌNH PHU DUONG Ở CAC VUNG NU‘ TINH NONG, UNG DUNG CHO HO CỰ CHÍNH-] A NỘI LUẬN AN TIEN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI, NĂM 2019 BỘ GIÁO DỤC VADAOTAO BỘ NONG NGHIỆP VÀ PTNT TRUONG ĐẠI HỌC THỦY LỢI TẠ ĐĂNG THUẦN NGHIÊN CỨU PHAT TRIEN MÔ HÌNH TOÁN MÔ PHONG QUÁ TRÌNH PHÚ DƯỠNG Ở CÁC VÙNG NƯỚC TĨNH NÔNG, UNG DUNG CHO HO CY CHÍNH-HÀ NOI Chuyên ngành: Môi trường Đắt va Nước.03 NGƯỜI HƯỚNG DAN KHOA HOC: — PGS.TS BÙI QUỐC LẬP. HÀ NỘI, NĂM 2019 LỜI CAM DOAN “Tác giả xin cam đoan đây là công tình nghiên cứu của bản thân tác giả. Các kết quả nghiên cứu và các kết luận trong luận án li rung thực, không sao chép từ bắt kỳ một nguồn nào và dưới bắt ky hình thức nảo. Việc tham khảo các nguồn tải liệu (nếu có) đã được thực hiện ích dẫn và hi ngu ti lệ tham khảo đúng quy định “Tác giả Ing “Tạ Đăng Thuần LỜI CẢM ON Lời đầu tiền, NCS xin gửi lời cảm ơn tới Trường Đại học Thủy Lợi đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho NCS trong thai gian học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận án.Với lòng biết ơn sâu sắc, NCS xin trân trong cảm ơn PGS.TS Bùi Quốc Lập, người đã cdành thời gian, tâm sức tận tinh hướng dẫn NCS trong suốt qué trinh thực hiện bản luận án này [NCS xin cảm ơn các Thiy Cô ở Khoa Môi trường đặc biệt là các Thầy Cô trong bộ ‘mon Quản I môi trường, Phỏng Đảo tạo - Trường Đại học Thủy Lợi, Viện Công nghệ môi trường, Viện Hóa học các hợp chất hữu cơ thiên nhiên - Viện Han lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam và nhiều chuyên gia đã giúp đỡ NCS trong quá trình thực hiện và hoàn thiện luện án.

NCS xin trấn trọng cảm ơn Bạn Giám hiệu- Trường Đại học Sư Pham kỹ thuật Hưng ‘Yen, Lãnh đạo Khoa Công nghệ hóa học và Mỗi trường, cũng như bạn bé đồng nghiệp, đã ang hộ và tạo mọi điều kiện thuận li giúp đỡ NCS hoàn thành luận án Một số thí nghiệm cũng như kinh phí hoản thiện luận án được hỗ trợ từ nguồn học. bằng chính phủ theo đề ân 911 “Cuối cũng, NCS xin cảm ơn gia đình, bạn bé đã động viên, ủng hộ NCS trong suốt quá trình làm luận án. MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH ANH. vi DANH MUC BAN viii DANH MỤC CÁC TU VIET TAT VA GIẢI THÍCH THUẬT NGỮ ix MO DAU 1 1.

Tinh cắp thiết của đề ti 1 2. Mục tiêu nghiền cứu, 3 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.2 Phạm vi nại sấu 3 4. Cách tip cận và phương pháp nghiên cứu 3 4.1 Cích tgp cận 3 4.2 Phuong pháp nghiên cứu, 4 5.

Ý nghĩa khoa học va thực tiễn của luận án.1 Ý nghĩa khoa học 4 52 Ý nghĩa thục tiên 4 6, Câu trúc của luận dn 4 CHUONG | TONG QUAN VAN ĐỀ NGHIÊN CỨU. 6 1-1 Tổng quan vé phú đường. Khái niệm, oo chế hình thành phú đường 6 1.2 Nguyên nhân gây phú dưỡng.3 Phương pháp đánh giá phú dưỡng hồ 9 1.2 Tình hình nghiên cứu, phát rin mô hình phú dưỡng hổ, " 1.1 Tình hình nghiên cứu, phát triển mô hình phú dưỡng hỗ trênthé giới.22 Tỉnh hình nghiên cứu, phát triển mô hình phú dưỡng hỗ ở Việt Nam.3 Những vin để cin giải quyết.3 Điều kiện khu vực nghiên cửu.1 Điều kiện ho Hà Nội.2 Hiện tượng phú dưỡng hỗ Ha Nội.2 Điều kiện khu vực nghiên cứu hỗ Cự Chính 30 1.4 Kết luận chương | „ CHƯƠNG 2. PHÁT TRIEN MÔ HÌNH TOÁN MÔ PHONG QUÁ TRÌNH PHU DUGNG TRONG HỖ TĨNH NONG.1 Các bước phát tiễn mô hình toán mô phóng phú dưỡng hồ 35 2.2 Cơ sở lý thuyết phát tiễn mô hình phú dường 37 2.21 Các yéu tổ ảnh hưởng đến phú dưỡng.2 Các giả thiết rong phát tiễn mô hình phú dưỡng ho.3 Các quá tinh mô phòng trong phát tiền mô bình phú dưỡng, 2.24 Phương tình mô phông quá tình phú dưỡng trong hỗ 3.5 Phương trình mô phóng phú đường hỗ cải tiến 2.3 Phương pháp giải phương tinh 37 2.1 Phương pháp Runge-Kutta giải PTVPT 37 2.2 Phương pháp đánh giá mo hình.3 Phin mềm Matlab 6 2.4 Lấy mẫu, do dae thực nghiệm %6 2.1 Do đạc, nh toán dữ liệu biển ngoại sinh, %6 2.2 Bo đạc, phân tch chất lượng nước.5 Ứng dụng mô hình phú dưỡng phát triển ở hỗ Cự Chính-Hà Nội 12 5.1 Sơ đồ khối của chương trình ập trình mô hình 2.2 Thiết lập mô hình.53 Sổ liệu hiệu chỉnh mồ hình.4 Số liệu kiểm định mổ hình 25.5 Các kịch bản mô phông của mô hình 2.6 Kết luận chương 2 _— 'CHƯƠNG 3 KET QUÁ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN.1 Kết quả phân tích chat lượng nước và đánh giá phú dưỡng.1 Git tj thong số chất lượng nước và mai ign giữa chúng 4 3.2 Đánh giá mức độ phú dưỡng 93 3.3 Quần xã thực vật 3.2 Kết quả phát tiễn mô hình mô phông quá tinh phú dưỡng 53.21 Giá tị, khoảng giá tị các tham số của mồ bình.2 Phân tích độ nhạy.3 Hiệu chỉnh mô hình 3.24 Kết quả kiểm định mô hình.25 Kết quả mô phông sự phát tiễn của thực vật nỗi sử dụng các hàm giới bạn 136 3.6 Nhận xét mô hình phát triển 12 3.3 Kết qua tính toán mô hình theo các kịch bản mô phòng.4 KẾt luận chương 3 147 KẾT LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ 149 1.

Kết quả đạt được của luận án 149 2. Những đồng g6p mới của luận án 149 3. Những hạn chế và định hướng nghiên cứu p theo. 150 DANH MỤC CÁC BÀI BẢO ĐÃ CÔNG BO 151 TÀI LIỆU THAM KHẢO.

152 PHỤ LỤC 164 DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Mô hình cản bằng phốt pho (a) mô tả quả tình lắng là tổn thất một chi tối trằm tích [25] và (b) bao gồm quá trình trao đổi của tram tích với cột nước [28], l3 Hình 1.2 Phân chia động học trong mô hình dinh dưỡng, chuỗi thức ăn [43] 16 inh 1.3 Bán đồ khu vực nghiền cứu.1 Các bước phát riển mô hình toán m8 phỏng quá trình phú duỡng 38 Hình 22 Sơ đồ mô hình mô phỏng phú dưỡng rong hồ tinh ng [59] 46 Hình 2 3 Sơ đồ thật gi diruyền ái Hình 24 Gia diện công cụ GA trong Matlab 66 Hình 25 Sơ đồ khối a chung tinh n Hình 26 Tổng quan dữ iệu đẫu vào, daca mồ bình phú dưỡng hỗ, 3 Hình 27 Nhiệt độ nước trung bình ngày thời oan hiệu chính mô hin 1 Hình 2.8 Cường độ bức xạ mặt rời trung bình ngày thỏi đoạn hiệu chỉnh mô hình.9 Lượng mưa ngày trong thời đoạn hiệu chỉnh mô hình.10 Nông độ chất dinh đường trong nước mưa thời đoạn hiệu chính md hin.11 Nhiệt độ nước trung bình ngày thời đoạn kiểm định mô hình 79 “Hình 2.12 Cường độ bức xạ mặt trời trung bình ngày kiểm định mô hình, 79 Hình 2.13 Lượng mưa ngày trong thời đoạn kiểm định mô hình.14 Nong độ chat dinh đưỡng trong nước mưa thời đoạn kiểm định mô hình. Hình 31 Biễu đồ ác ch tiêu hóa ý ở hỗ Cự Chính (a, Nhiệt độ, bpH, e.DO, d, BS din điện (EC),c.BOD,) 86 Hình 32 Sự biển dBi gid tr các thông số chất dnh dưỡng ở hồ Cự Chính a.TN,e,POEP,£ TP,g. TOC, ¡Cha sọ Hình 3 3 Giá tị TN/TP theo thời gian quan ắc (TN/TP<4 5: Nita chất inh đưỡng giới han, 5 <TN/TP <6: Nito, phốt pho à chất din dưỡng giới hạn, TN/TP>6: Phx pho à chất ảnh dưỡng giới hạn) 4 inh 3.4 Biểu db lệ TN/TP theo mùa ở hỗ Cự Chính. s Hình 35 Trang thi phú dưỡng hỗ theo chỉ số định dưỡng Carlson TSI (<40, nghẻo dinh cđưỡng; 40-50: trung dưỡng; 50-70: phú dưỡng: >T0: siêu phú đường, 95 inh 3.6 Tỷ lệ phần trăm của ác nhóm thực ật nỗi ở hồ Cự Chính 97 "Hình 3.7 Biển động mật độ tế bảo thực vật nỗi ti hỗ Cự Chính 98 Hình 3.8 Biến động mật độ bảo ví khuẩn lam ti hồ Cự Chính.9 Biển động mitt bio to Ive ại bd Cự Chính ° Hình 3 10 Biểu đồ thé hiện múi lên bộ giữa nồng độ DIN+DỊP, DO với mật đột bảo 100 Hình 3.11 Biểo đồ mỗi ign hệ giữa nhiệt độ nước và mặt độ bào thực vật n.12 Biểu dé thể hiện mỗi liên hệ giữa cường độ bức xạ mặt trời và mật độ tế bảo, thực vật nỗi 101 inh3.13 Qué mình tối wu tham số của mô bình phú đưỡng hd mạ Hình 3.14 Kết quả biểu thị tối tugiá tị 15 tham số bằng GA.15 Phân bổ tn sắt uất hiện của 15 tham số được ti bởi GA "6 Hình 3.16 Các gi tr hàm mục tiêu nhỏ nit hồi ưu bằng GA.17 Kết qua bi tj ci uu giá tị 53 cham số ước kh điều chỉnh bằng GA.18 Kết qua biểu thị bi gi 53 tha số sau kh điều chỉnh bằng GA.19 Kết quả so sinh giá tị mô phòng va thực do của các biển rạng thấi mô hình (abe nồng độ sinh khối to lục, vi Khuẩn lam và to sie; POP, e-TP, PNHẸN, ENON, hNOsN, iTN, DOC, kTOC, LDO), lại Hình 320 Kết quả so sinh git mô phỏng và thực do của ác biến trạng thi của mồ nh (adie nồng độ sinh khổi táo lục, vĩ khuẩn lam và to silie; đPOcP, TP, LNH-N, NOzN,hNOSN,[TN,j DOC, kTÓC,LDO), 135 Hình 321 Him giới han củ ch dnh dường đối với sự phát iển của các nhóm thực vat nỗi (Tào lục,b.Vi khuẩn lam, Tảo sil,d Giá mì tổn hợp) 138 Hình 3.22 Sự thay theo mia ce bến thành phẫn toàn phn của DIP 139 Hình 3.23 Hàm giới hạn cường độ bức xạ mặt rời với sự phát én các nhóm TVN .24 Hàm giới hạn của nhiệt độ nước đối với sự phát triển của các nhóm thực vật nổi 140 Hình 3.25 Tích 3 hàm giới hạn với sự phát triển của các nhóm thực vật nỗi.

141 Hình 326 Kết quả so sinh giữa giá tị ban đầu với kịch bản mô phòng của nồng độ sinh hổi thực vt nỗi HH Hình 3.27 Ket quả so sánh giữa giá trị ban đầu với kịch bản mô phỏng của nông độ oxy hòa tan rong hồ, 145 inh 328 Kết qu so sinh giữa gii tị ban đầu với kịch bản mô phỏng của nằng độ DIP trong hồ. 145 DANH MỤC BẰNG Bảng LI Phân loại mức độ dính dưỡng h theo phương php Hakanson [Z1] 9 Bảng L2 Tổng quan về mô hình phú dưỡng bỏ [24] in Bảng 1.3 Một số hồ nội đồ Hà Nội không có nguồn thải ập mung đổ rực tế [68]. 28 "Băng 14 Nhiệt độ trung bình táng tại trạm Láng từ năm 20022018 CC) [76] 2 Bảng 1.5 Số giờ nắng trung bình tháng ti tram Lắng từ năm 2002-2018 (giờ) [76] oon 32 ‘Bang 1.