Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020. ISBN: 978-604-82-3869-8

MÔ PHỎNG SỰ THAY ĐỔI CHẤT LƯỢNG NƯỚC
SÔNG TÔ LỊCH & SÔNG NHUỆ GIAI ĐOẠN 2025-2030
Lê Minh Thành
Trường Đại học Thủy lợi, email:

1. GIỚI THIỆU CHUNG

Nghiên cứu này mơ phỏng một số thơng số
chất lượng nước chính gồm DO, BOD5, nhiệt
độ, NH4+, NO3- của hai con sông Tô Lịch và
sông Nhuệ, với các kịch bản mô phỏng diễn
biến chất lượng nước các sông trong tương lai
năm 2025 và 2030. Kết quả của nghiên cứu sẽ
là cơ sở để đánh giá mức độ ô nhiễm nghiêm
trọng của các sông trên trong trường hợp các
cơ quan quản lý khơng có các giải pháp can
thiệp nhằm cải thiện chất lượng nước.
2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. Khu vực nghiên cứu
Khu vực nghiên cứu là lưu vực các con
sông Tô Lịch, sông Nhuệ và thuộc lưu vực
sơng Nhuệ - Đáy (hình 1).

Hình 1. Sơ đồ hóa mạng lưới hai sơng
2.2. Xây dựng mơ hình
Nghiên cứu này sử dụng mơ hình MIKE
11 (1-D) để xem xét cả lượng và chất của
nguồn nước ở hai con sông. MIKE 11 bao

gồm nhiều mô đun với các tính năng và mục
đích khác nhau: mơ đun mưa - dịng chảy
(RR), mơ đun thủy động lực (HD), mơ đun
tải - khuếch tán (AD), mô đun chất lượng
nước (ECOLab)….
Mô đun ECOLab tính tốn mơ phỏng 13
thơng số chất lượng nước với 6 cấp độ khác
nhau, trong đó bao gồm oxy hồ tan trong
nước (Dissolved Oxygen - DO); nhu cầu ơxy
sinh hoá (Biological Oxygen Demand - BOD);
Phốtpho; Amonia; Nitrate; Coliform; v.v.
Mạng lưới của hai con sông nằm trên hệ
thống sông Nhuệ Đáy, trong đó: Sơng Tơ
Lịch dài 13.4 km, giới hạn từ cống Bưởi đến
vị trí nhập lưu vào sơng Nhuệ tại Phúc La;
Sông Nhuệ dài 73.5 km, kết nối nguồn nước
sông Hồng tại cống Liên Mạc, hạ lưu sông
Nhuệ nối với sông Đáy tại thị xã Phủ Lý…
Dữ liệu mặt cắt địa hình được sử dụng cho
mơ hình 1 chiều MIKE 11 là dữ liệu mặt cắt
ngang sơng, trong đó số lượng mặt cắt ở sông
Nhuệ là 45, sông Tô Lịch là 32 mặt cắt.
Điều kiên biên thủy lực là các giá trị mực
nước/lưu lượng phía thượng nguồn và hạ lưu
của các sông Nhuệ và sông Tô Lịch. Biên
trên gồm giá trị mực nước cống Liên Mạc
tính cho sơng Nhuệ, và giá trị quan trắc mực
nước tại cống Bưởi tính cho sông Tô Lịch.
Biên dưới là giá trị mực nước tại vị trí hợp

lưu sơng Nhuệ với sơng Đáy.
Điều kiện biên chất lượng nước trong mô
đun ECOLab là tại vị trí các biên thủy lực
cần phải có giá trị chất lượng nước tương
ứng. Chất lượng nước tại các biên được thu
thập từ các đơn vị như Chi cục Bảo vệ Môi
trường Hà Nội, Tổng cục Bảo vệ Môi trường
(bảng 1).

277


Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020. ISBN: 978-604-82-3869-8

a. Với mơ hình thủy lực

Bảng 1. Một số giá trị thông số chất lượng
nước tại sông Tô Lịch năm 2015 [2]
Giá
trị

QCVN 08-MT
(B1)

1 DO (mg/L)

0.4

4


2 BOD5 (mg/L)

53.2

15

3 Ammonium (mg/L) 33.8

0.9

4 Nitrate (mg/L)

10

TT

Thơng số

2.1

Biên nguồn thải được tính ước lượng dựa
vào tải lượng ơ nhiễm của 5 nguồn thải chính
có ảnh hưởng lớn đến chất lượng nước sông
theo dữ liệu thống kê nguồn thải (sinh hoạt,
công nghiệp, y tế, làng nghề, chăn nuôi) được
giả định là các nguồn thải điểm phân bố dọc
các sông, với thải lượng khoảng 200000
m3/ngày đối với sông Nhuệ, và khoảng
310000 m3/ngày đối với sông Tô Lịch [1]..
Trong q trình hiệu chỉnh và kiểm

nghiệm mơ hình, các chỉ số phần trăm sai số
(PBIAS) và hệ số Nash Sutcliffe Efficiency
(NSE) được sử dụng để đánh giá hiệu quả
của mơ hình. Chỉ số PBIAS càng nhỏ hơn
±10% và chỉ số NSE càng tiến tới 1.0 thì sai
số giữa thực đo và mô phỏng càng nhỏ dần
(Moriasi et al., 2007).
Nghiên cứu này đưa ra 2 kịch bản mơ
phỏng tình trạng ô nhiễm nước của hai con
sông Tô Lịch, sông Nhuệ năm 2025 (1a) và
2030 (1b), với điều kiện các nguồn thải gia
tăng theo thời gian nhưng hiện trạng hệ thống
quản lý ơ nhiễm khơng được đầu tư, cải
thiện, ví dụ như công suất xử lý của các nhà
máy xử lý nước thải tập trung hiện tại không
thay đổi.
3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

3.1. Hiệu chỉnh và kiểm nghiệm mơ hình
Dữ liệu khí tượng thủy văn được thu thập
từ năm 2000 đến năm 2018, dữ liệu chất
lượng nước thu thập trong giai đoạn 5 năm
gần đây từ năm 2014-2018. Các dữ liệu của
năm 2015 được sử dụng để hiệu chỉnh và
2016 được sử dụng để kiểm nghiệm mơ hình
thủy lực và mơ hình chất lượng nước.

Việc hiệu chỉnh thơng số của mơ hình thủy
lực được thực hiện chủ yếu qua việc thay đổi
hệ số nhám Manning để kết quả tính tốn phù

hợp với giá trị mực nước thực đo. Kết quả
hiệu chỉnh mực nước tính tốn và giá trị mực
nước thực đo được trình bày đại diện cho vị
trí cống Nhật Tựu (sơng Nhuệ) trong hình 2.
Kết quả hiệu chỉnh cho thấy tại các đường
q trình mực nước tính tốn là phù hợp với
thực đo về cả giá trị và cũng như hình dạng
đường quá trình.

Hình 2. Kết quả hiệu chỉnh thủy lực
tại cống Nhật Tựu (sông Nhuệ) năm 2015
Kết quả của quá trình hiệu chỉnh thu được
là các hệ số nhám Manning cho từng đoạn vị
trí trên sơng được trình bày trong bảng 2.
Bảng 2. Kết quả hiệu chỉnh
hệ số nhám Manning (n)
TT

Tên sông

Đoạn (km)

Hệ số nhám n

1

Nhuệ

0 - 43.8


0.025

2

Nhuệ

43.9 - 70.0

0.026

3

Tơ Lịch

0 - 6.7

0.023

Kết quả kiểm nghiệm mơ hình thủy lực
ứng với thời đoạn năm 2016 cũng cho kết
quả tốt. Giá trị NSE cho mơ hình thủy lực tại
cống Nhật Tựu (sơng Nhuệ) đạt 0.89 - 0.90,
cịn giá trị PBIAS đạt 6.86% - 7.60% cho quá
trình hiệu chỉnh và kiểm nghiệm. Chứng tỏ
mơ hình thủy lực có hiệu quả dự báo tốt.
b. Với mơ hình chất lượng nước
Việc hiệu chỉnh và kiểm nghiệm mơ hình
chất lượng nước cũng được thực hiện với số
liệu năm 2015 và 2016. Số liệu được trình bày
đại diện với thơng số DO và BOD5 trên hình 3.


278


Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2020. ISBN: 978-604-82-3869-8

a)

b)

Hình 3. Kết quả hiệu chỉnh DO (a)
và BOD5 (b) tại sông Tô Lịch 2015
Kết quả hiệu chỉnh cho thấy giá trị chênh
lệch tương đối giữa q trình tính tốn và
thực đo tại các vị trí kiểm tra đối với thông số
DO là 7.6%, BOD là 15.7%, NO3- là 16.5%,
NH4+ là 1.8%. Kết quả nhiệt độ cho độ chính
xác với sai số nhỏ hơn trung bình <2%.
Bảng 3. Một vài giá trị tham số trong
mô đun ECOLab của quá trình hiệu chỉnh
TT

Tham số

1

Nhiệt độ: Latitude

2


Chu trình oxy: số đại
diện sự kỵ khí

3

Q trình trầm tích:
nhu cầu oxy trầm tích

Đơn vị

Giá trị

độ

21
3

g/m2/day

0.5

Các giá trị PBIAS của các thông số chất
lượng nước (ví dụ DO = 7%, T = -4%) nằm
trong phạm vi cho phép (<10%), chứng tỏ mơ
hình chất lượng nước có hiệu quả dự báo tốt.
3.2. Kết quả mơ phỏng theo kịch bản
Kết quả chạy kịch bản 1a (chất lượng nước
hai sông được mô phỏng đến 2025): Tại Cầu
Mới (sông Tô Lịch), giá trị DO và NH4+ đều
không đạt tiêu chuẩn B1 hầu hết thời gian

trong năm. Giá trị DO thấp nhất thấp hơn 3
lần so với giá trị cho phép; trong khi giá trị
BOD cao hơn 6 lần giá trị cho phép. Giá trị
NH4+ cao nhất vượt 36 lần tiêu chuẩn cho

phép. Tại Phúc La (sông Nhuệ), các thông số
chất lượng nước dao động tương tự tại Cầu
Mới, tuy nhiên ít ơ nhiễm hơn.
Kịch bản 1b (chất lượng nước hai sông
được mô phỏng đến 2030): Tại Cầu Mới, giá
trị DO trung bình cả năm thấp hơn 2 lần giá
trị cho phép. Giá trị BOD5 cao nhất cũng cao
hơn 6 lần giá trị cho phép. Giá trị NH4+ cao
nhất vượt 38 lần tiêu chuẩn cho phép; trong
khi NO3- vẫn đạt tiêu chuẩn B1. So với chất
lượng nước năm 2025, giá trị DO trung bình
giảm 12%, trong khi giá trị NH4+ trung bình
tăng 23%. Tại Phúc La, mặc dù giá trị nồng
độ oxy hồ tan trung bình năm cao hơn 0.2
mg/L so với trạm Cầu Mới, nhưng các thông
số BOD5, NH4+, NO3- phản ánh chất lượng
nước khu vực Phúc La ô nhiễm hơn. Giá trị
BOD5 cao hơn 6 lần tiêu chuẩn cho phép. Kết
quả dự báo chất lượng nước sông giai đoạn
2030 cho thấy hai con sông sẽ ô nhiễm cao,
và một số chỉ số vượt từ 5-36 lần cho phép.
4. KẾT LUẬN

Nghiên cứu đã xây dựng mơ hình thủy lực
và mơ hình chất lượng nước cho hai sơng Tơ

Lịch và sơng Nhuệ. Mơ hình được hiệu với
dữ liệu năm 2015, được kiểm nghiệm với số
liệu thực đo của năm 2016. Đồng thời,
nghiên cứu cũng đưa ra các kịch bản mô
phỏng định lượng chất lượng nước đến năm
2025 và 2030. Kết quả cho thấy rằng nước
các sông sẽ càng ngày càng ô nhiễm nặng
hơn, từ 5 - 36 lần, nếu các nhà quản lý khơng
có biện pháp can thiệp để giảm tải ô nhiễm
hiện nay.
5. TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Sở Tài nguyên và Môi trường Hà Nội, "Báo
cáo khảo sát, lấy mẫu hiện trạng nguồn thải
lỏng và phân tích chất lượng các nguồn thải
lỏng xả vào sông Nhuệ và sông Đáy", 2016.
[2] Tổng Cục Môi Trường, "Báo cáo kết quả
quan trắc môi trường nước lưu vực sông
Nhuệ - Đáy năm 2015", 2016.

279