BK TPHCM BÀI GIẢNG MÔN HỌC MÔ HÌNH HÓA MÔI TRƯỜNG Chương SỰ PHÚ DƯỢNG HÓA NGUỒN NƯỚC GVHD: PGS.TS Lê Hoàng Nghiêm BK TPHCM NỘI DUNG CHƯƠNG V 3.1 Tổng quan chế hình thành phú dưỡng hóa nguồn nước 3.2 Mối quan hệ chất dinh dưỡng phú dưỡng hóa 3.2.1 Các chất dinh dưỡng nguồn cung cấp 3.2.2 Tầm quan trọng tỷ số N P (N/P) 3.3 Mô hình đơn giản mô tả phú dưỡng hóa hồ chứa 3.3.1 Cân vật chất phốt hồ chứa 3.3.2 Sự tương quan tổng phốt mức dinh dưỡng hồ 3.4 Sự tác động qua lại phiêu sinh thực vật chất dinh dưỡng 3.4.1 Cân vật chất phiêu sinh thực vật 3.4.2 Động học trình tăng trưởng phiêu sinh thực vật 3.4.3 Động học trình chết phiêu sinh thực vật 3.4.4 Các mối quan hệ phiêu sinh thực vật chất dinh dưỡng 3.5 Mối quan hệ phiêu sinh thực vật oxy hòa tan HỒNG 23.6 Mô hình đơn giản mô tả phú dưỡng hóa dòTS.LÊ ng sô ng NGHIÊM 3.7 Kỹ thuật kiểm soát phú dưỡng hóa nguồn nước Câu hỏi thảo luận tập chương 3.1 TỔNG QUAN VÀ CƠ CHẾ HÌNH THÀNH SỰ PHÚ DƯỢNG HÓA NGUỒN NƯỚC BK TPHCM v Sự phú dưỡng hóa (eutrophication) phát triển thực vật nước (aquatic plant) mức cho phép gây ảnh hưởng đến chất lượng nước mục đích sử dụng nước v Sự phú dưỡng hóa xảy nguồn nước tiếp nhận lượng dồi tác nhân dinh dưỡng bao gồm nitơ, phốt pho, TS.LÊ HỒNG NGHIÊM 3.1 TỔNG QUAN VÀ CƠ CHẾ HÌNH THÀNH SỰ PHÚ DƯỢNG HÓA NGUỒN NƯỚC BK TPHCM Sự phú dưỡng hóa tự nhiên - Là tượng bình thường xảy hệ sinh thái nước (freshwater ecosystem) - Đó trình lão hóa tự nhiên xảy có hồ chứa từ trạng thái nghèo dinh dưỡng (oligotrophic) chuyển sang giàu dinh dưỡng (phú dưỡng – eutrophication) - Hồ tự nhiên biến thành đầm lầy (marsh) sau đồng cỏ (meadow) Quá trình thường kéo dài hàng ngàn năm tự nhiên TS.LÊ HỒNG NGHIÊM 3.1 TỔNG QUAN VÀ CƠ CHẾ HÌNH THÀNH SỰ PHÚ DƯỢNG HÓA NGUỒN NƯỚC BK TPHCM Sự phú dưỡng hóa nhân tạo Các hoạt động người đẩy nhanh trình (“sự phú dưỡng hóa nhân tạo”) việc cung cấp dưỡng chất từ nguồn xả chất thải hình vẽ Hình vẽ 3.1: Các nguồn cung cấp chất dinh dưỡng cho phú dưỡng hóa BK TPHCM TS.LÊ HỒNG NGHIÊM ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ PHÚ DƯỢNG HÓA TS.LÊ HỒNG NGHIÊM PHÂN LOẠI NGUỒN NƯỚC THEO TRẠNG THÁI DINH DƯỢNG BK TPHCM Từ năm 1939 nhà nghiên cứu phân loại nguồn nước theo trạng thái dinh dưỡng (trophic state) chúng sau: Trạng thái thiếu dinh dưỡng (Oligotrophic) – Nguồn nước suất thấp Trạng thái dinh dưỡng trung bình (Mesotrophic) – Nguồn nước có suất trung bình Trạng thái giàu dinh dưỡng hay phú dưỡng hóa (Eutrophic) - Nguồn nước có suất cao so với mức tự nhiên TS.LÊ HỒNG NGHIÊM PHÂN LOẠI NGUỒN NƯỚC THEO TRẠNG THÁI DINH DƯỢNG BK TPHCM Bảng 3.1: Trạng thái dinh dưỡng hồ Thông số chất lượng nước Thiếu dinh Dinh dưỡng dưỡng trung bình (Oligotrophic) (Mesotrophic) Giàu dinh dưỡng (Eutrophic) Tổng phốt Tp (µg/ L) < 10 10 – 20 > 20 Chlorophyll (µg/L) 10 Chiều sâu Secchi (m) >4 2–4 80 10 – 80 < 10 TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM PHÂN LOẠI NGUỒN NƯỚC THEO TRẠNG THÁI DINH DƯỢNG BK TPHCM Bảng 3.2: Phân loại trạng thái dinh dưỡng nguồn nước vào hàm lượng N P Chỉ tiêu Thiếu dinh dưỡng Trung bình (Oligotrophic) (Mesotrophic) Giàu dinh dưỡng (Eutrophic) N-NO2 0,00 0,015 0,05 N-NO3 0,00 0,015 0,05 N-NH4 0,00 0,015 0,00 – 0,30 Toång N 0,05 0,05 – 0,10 0,10 P-PO4 0,00 0,01 0,05 Toång P 0,06 0,06 – 0,15 0,15 TS.LÊ HỒNG NGHIÊM CƠ CHẾ CƠ BẢN CỦA SỰ PHÚ DƯỢNG HÓA BK TPHCM v  Sự phát triển nhanh thực vật nước kết trình tiêu thụ biến đổi chất dinh dưỡng vô thành chất hữu thực vật thông qua chế quang hợp (photosynthesis) v  Động lực chủ yếu trình xạ mặt trời cung cấp vào trình v  Sự phú dưỡng hóa nguồn nước phụ thuộc vào vị trí địa lý, mức độ thâm nhập xạ vào chiều sâu lớp nước, khối lượng loại chất dinh dưỡng 10 TS.LÊ HỒNG NGHIÊM CƠ CHẾ CƠ BẢN CỦA SỰ PHÚ DƯỢNG HÓA BK TPHCM Các tượng trình tăng trưởng phiêu sinh thực vật vùng ôn đới bắc bán cầu tóm tắt hình vẽ 3.2 ü  Bức xạ mặt trời tăng cung cấp nguồn lượng cho phản ứng quang hợp ü  Sinh khối phiêu sinh thực vật bắt đầu tăng nhiệt độ nước tăng chất dinh dưỡng dạng hoà tan phiêu sinh vật sử dụng ü  Cơ chế tiếp diễn mức dinh dưỡng nước không đáp ứng cho phát triển gia tăng sinh khối ngừng lại ü  Sự suy giảm sinh khối quan sát tiêu thụ (ăn thịt) phiêu sinh động vật ü  Thông thường vào cuối mùa hè - đầu mùa thu, quan sát thấy nở hoa (bloom) phiêu sinh thực vật lập lại việc tuần hoàn dinh dưỡng ü  Sinh khối sau giảm xạ mặt trời nhiệt độ giảm đến mức thấp vào cuối mùa thu đầu mùa đông 11 TS.LÊ HỒNG NGHIÊM CƠ CHẾ CƠ BẢN CỦA SỰ PHÚ DƯỢNG HÓA BK TPHCM 12 TS.LÊ HỒNG NGHIÊM CƠ CHẾ CƠ BẢN CỦA SỰ PHÚ DƯỢNG HÓA BK TPHCM Các thông số quan trọng phân tích mô hình hóa phú dưỡng hóa bao gồm: Bức xạ mặt trời bề mặt nước biến thiên theo chiều sâu Thông số hình học nguồn nước: diện tích mặt nước, diện tích đáy, chiều sâu thể tích Lưu lượng, vận tốc, khuếch tán Nhiệt độ nước Chất dinh dưỡng : phốt pho, nitơ, silica Phiêu sinh thực vật – Chlorophyll a 13 TS.LÊ HỒNG NGHIÊM 3.2 MỐI QUAN HỆ GIỮA CÁC CHẤT DINH DƯỢNG VÀ SỰ PHÚ DƯỢNG HÓA BK TPHCM Các nguồn cung cấp chất dinh dưỡng từ bên Nước thải sinh hoạt Nước thải công nghiệp Nước chảy tràn từ khu vực canh tác nông nghiệp Nước chảy tràn từ khu rừng Nước mưa chảy tràn từ khu đô thị Sự sa lắng chất ô nhiễm từ không khí 14 TS.LÊ HỒNG NGHIÊM BK TPHCM 3.2 MỐI QUAN HỆ GIỮA CÁC CHẤT DINH DƯỢNG VÀ SỰ PHÚ DƯỢNG HÓA Bảng 3.3: Nồng độ chất dinh dưỡng trung bình từ nước thải sinh hoạt Đầu vào (mg/L) Dạng chất dinh dưỡng Đầu sau xử lý bậc (mg/L) Sau trình khử phốt (mg/L) Phốt (tính P) Tổng phốt có chất tẩy rửa, Tp – 10 Tổng phốt chất tẩy rửa 2–5 Ortho phốt có chất tẩy rửa 2–5 1–2 14 1–3 Nitơ (tính N) Tổng nitơ, TN 50 18 Nitơ vô cơ, IN 30 15 TS.LÊ HỒNG NGHIÊM BK TPHCM 3.2 MỐI QUAN HỆ GIỮA CÁC CHẤT DINH DƯỢNG VÀ SỰ PHÚ DƯỢNG HÓA Bảng 3.4: Tải trọng chất dinh dưỡng số nguồn phân tán Loại nguồn Tp (kg/ha.năm) Giá trị trung Khoảng bình giá trị Rừng tự nhiên TN (kg/ha.năm) Giá trị trung bình Khoảng giá trị 1,3 – 10,2 0,4 0,01 – 0,9 3,0 Nước mưa 0,2 0,08 – 1,0 8,0 Sa lắng khô 0,8 Khí 16,0 Nước mưa chảy tràn đô thị 1,0 0,1 – 10 5,0 – 20 Khu canh tác nông nghiệp 0,5 0,1 – 5,0 0,5 – 50 16 TS.LÊ HỒNG NGHIÊM CÁC CHẤT DINH DƯỢNG TÁC ĐỘNG ĐẾN SỰ PHÚ DƯỢNG HÓA BK TPHCM v  Các chất dinh dưỡng cung cấp hóa chất để hình thành khung cho đời sống hệ thực vật nước v  Một số chất dinh dưỡng cần với khối lượng lớn để phát triển tế bào gọi chất đa lượng (macronutrient) bao gồm cacbon, oxy, nitơ, phốt pho, sulfur, silic sắt v  Ngoài thực vật cần lượng nhỏ chất dinh dưỡng vi lượng (micronutrient) bao gồm mangan, đồng, kẽm,… v  Sự thiếu hụt chất dinh dưỡng thiết yếu hạn chế phát triển thực vật cấp thấp (rong tảo) Đây sở xác định yếu tố hạn chế phát triển chúng v  Dưỡng chất cần thiết N P N nguyên tố quan trọng protein tế bào P có vị trí quan trọng trình biến đổi lượng phục vụ cho trình tổng hợp chất a Mô hình hóa chất lượng nước kiểm soát phú dưỡng hóa tập trung vào phốtpho, nitơ 17 BK TPHCM TS.LÊ HỒNG NGHIÊM PHỐT PHO (1) v  Quan trọng trọng hệ thống di truyền việc dự trữ vận chuyển lượng tế bào v  Trên quan điểm mô hình hóa chất lượng nước phốt chất dinh dưỡng quan trọng cần xem xét thường không cung cấp đầy đủ so với nguyên tố đa lượng khác v  Phốt không phong phú lớp vỏ đất, khoáng chất phốt phát khó hòa tan nước v  Phốt không tồn dạng khí Vì vậy, khác với cacbon nitơ, phốt nguồn cung cấp từ khí v  Mặt dù phốt khan thiên nhiên nhiều hoạt động người (sử dụng phân bón canh tác nông nghiệp, chất tẩy rửa (detergent) thải lượng đáng kể phốt vào nguồn nước v  Các hoạt động người tạo xói mòn đất làm tăng lượng phốt vào nguồn nước 18 TS.LÊ HỒNG NGHIÊM BK TPHCM Các thành phần phốt nước v  Orthophosphate hay phốt vô hòa tan bao gồm dạng H2PO4-, HPO42-, PO43- thực vật trực tiếp tiêu thụ v  Phốt hữu dạng hạt (Particulate organic P): thể thực vật, động vật vi khuẩn sống mãnh vụn hữu 19 BK TPHCM TS.LÊ HỒNG NGHIÊM NITƠ (1) Các dạng nitơ chủ yếu bao gồm: v  Nitơ tự (N2) v  Ammonium (NH4+)/ammonia (NH3) v  Nitrit (NO2-)/ nitrat (NO3-) v  Nitơ hữu 20 TS.LÊ HỒNG NGHIÊM 10 ĐỘNG HỌC QUÁ TRÌNH CHẾT CỦA PHIÊU SINH THỰC VẬT BK TPHCM v  Tốc độ chế hô hấp nội bào tính xấp xó theo công thức: T − 20 p1 R D = µ (1,08) (3.46) Dp1 tính ngày-1 T tính oC Hệ số µR thay đổi khoảng 0,05 - 0,25/ngày, giá trị trung bình 0,15/ngày v  Hình vẽ 3.22 biểu diễn quan hệ Dp1 T cho giá trị µR = 0,05 đến 0,25/ngày Hình vẽ 3.22: Biểu đồ biểu diễn tốc độ chết phiêu sinh thực vật theo nhiệt độ (Nguồn: USEPA, 1983) 79 BK TPHCM TS.LÊ HỒNG NGHIÊM TỐC ĐỘ CHẾT CỦA PSTV DO PSĐV GÂY RA v  Sự biếu PSTV phiêu sinh động vật (PSĐV) ăn thực vậtû tiêu thụ tỷ lệ với số lượng hay nồng độ phiêu sinh động vật ăn thực vật có nguồn nước Tốc độ chết Dz viết theo công thức: Dz = Cg Z (3.47 ) Cg tốc tiêu thụ phiêu sinh động vật (lít/ngày.mgC củaPSĐV) Z nồng độ PSĐV tính theo đơn vị cacbon (mgC/L) v  Nồng độ hay số lượng PSĐV biểu diễn phương trình: dZ = (GZ − DZ )Z (3.48) dt GZ tốc độ tăng trưởng PSĐV; DZ tốc độ chết PSĐV 80 TS.LÊ HỒNG NGHIÊM 40 BK TPHCM TỐC ĐỘ TĂNG TRƯỞNG VÀ CHẾT CỦA PSĐV v  Tốc độ tăng trưởng PSĐV biểu diễn công thức: GZ = a1' Cg (aZP P ) (3.49) a1’ hiệu đồng hóa (mg C PSĐV/mg C PSTV) Cân thứ nguyên: lít mgP( chl ) −1 ngày = ngày.mgZ(C) × lít v  Tốc độ chết sinh khối PSĐV tính tổng tốc độ chết hô hấp nội bào, tốc độ chết riêng, tiêu thụ động vật bậc cao chuỗi thức ăn: DZ = K Z (T ) + DZ' (3.59) KZ(T) tốc độ chết hô hấp nội bào, =0,02/ngày 20oC ø Dz’ tốc độ PSĐV chết động vật bậc cao tiêu thụ, thông số thực nghiệm 81 TS.LÊ HỒNG NGHIÊM BK TPHCM 3.6 MÔ HÌNH PHÂN TÍCH SỰ PHÚ DƯỢNG HÓA DÒNG SÔNG DO SỰ PHÁT TRIỂN PHIÊU SINH THỰC VẬT 82 TS.LÊ HỒNG NGHIÊM 41 3.6.2 MÔ HÌNH PHIÊU SINH THỰC VẬT ĐƠN GIẢN CHO DÒNG SÔNG (1) BK TPHCM v Thời gian di chuyển dòng chảy liên quan đến phú dưỡng hóa thường xem xét khoảng thời gian ngắn, 10 ngày v Giá trị tương đương với khoảng cách nhỏ 16,09 km (10 mile) dòng sông có vận tốc 0,30 m/s (1ft/s) -> Tốc độ tăng trưởng PSTV thời gian di chuyển dòng chảy thông số đặc biệt quan trọng 83 TS.LÊ HỒNG NGHIÊM 3.6.2 MÔ HÌNH PHIÊU SINH THỰC VẬT ĐƠN GIẢN CHO DÒNG SÔNG (5) BK TPHCM v Khi chất dinh dưỡng vượt mức cho phép miệng xả, sau thực vật nước phát triển phía hạ lưu điểm xả làm cho nồng độ chất dinh dưỡng dòng sông giảm dọc theo dòng chảy phía hạ lưu Cuối dòng sông trạng thái thiếu dinh dưỡng hạ lưu điểm xả v Hai câu hỏi đặt là: Ở khoảng cách phía hạ lưu điểm xả dòng sông trạng thái thiếu dinh dưỡng? Chất dinh dưỡng trở thành tác nhân hạn chế phú dưỡng hóa? 84 TS.LÊ HỒNG NGHIÊM 42 3.6.2 MÔ HÌNH PHIÊU SINH THỰC VẬT ĐƠN GIẢN CHO DÒNG SÔNG (6) BK TPHCM v Thomann Mueller (1987) phát triển mô hình đơn giản để phân tích ảnh hưởng nguồn điểm đến phú dưỡng hóa dòng sông Phương trình biểu diễn cân khối lượng PSTV trạng thái ổn định là: Trong đó: U v ⎞ dP dP ⎛ = * = ⎜ G p − D p − s ⎟ P = Gn P (3.67 ) dx dt ⎝ H ⎠ P = chlorophyll PSTV (µ Chl/L); Gp tính theo công thức (3.31); Dp tốc độ chết tính ngày-1; vs vận tốc lắng đọng tính m/ ngày; H chiều sâu dòng sông; U vận tốc dòng chảy; x khoảng cách; t* thời gian di chuyển khoảng cách x tính từ vị trí điểm xả; Gn tốc độ tăng trưởng ròng PSTV tính theo công thức: Gn = G p − D p − 85 BK TPHCM vs (3.68) H TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM ĐỘNG HỌC PHÁT TRIỂN CỦA PHIÊU SINH THỰC VẬT v  Tốc độ tăng trưởng phiêu sinh thực vật (PSTV) phụ thuộc vào ba yếu tố sau đây: - Nhiệt độ - Năng lượng xạ mặt trời - Chất dinh dưỡng v  Tốc độ tăng trưởng PSTV biểu diễn dạng toán học sau: Gp = (ảnh hưởng nhiệt độ)×(ảnh hưởng ánh sáng)× (ảnh hưởng chất dinh dưỡng) G p = G(T ).G(I ).G( N ) (3.31) 86 TS.LÊ HỒNG NGHIÊM 43 BK TPHCM ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ ĐẾN SỰ TĂNG TRƯỞNG CỦA PSTV v Quan hệ nhiệt độ tốc độ phát triển xác định công trình nghiên cứu Eppley (1972): T − 20 G(T ) = Gmax (1,066 ) (3.32) Trong đó: Gmax tốc độ tăng trưởng cực đại PSĐV nhiệt độ 20oC điều kiện ánh sáng chất dinh dưỡng tối ưu v Tốc độ Gmax thay đổi phụ thuộc vào loài PSTV tính xấp xỉ công thức: G max ≈ 1,8 / ngày v Giá trị Gmax ≈1,8/ngày giá trị trung bình cho hỗn hợp quần thể PSTV Nhiều loài PSTV có tốc độ tăng trưởng khác thông thường Gmax dao động khoảng 1,5 – 2,5/ngày 87 BK TPHCM TS.LÊ HỒNG NGHIÊM ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤT DINH DƯỢNG v  Mô hình tốc độ tăng trưởng PSTV biểu diễn sau: G( N ) = N K mN + N (3.42) N nồng độ chất dinh dưỡng cần cho phát triển của, mg/L KmN nồng độ chất dinh dưỡng tương ứng với giá trị G(N) = ½ KmN gọi số Michaelis 88 TS.LÊ HỒNG NGHIÊM 44 BK TPHCM ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤT DINH DƯỢNG v  Khi có nhiều chất dinh dưỡng giới hạn tăng trưởng thực vật nước, ảnh hưởng chúng biểu diễn nhö sau: ⎧⎪ ⎫⎪ N1 N2 G( N ) = ⎨ ; ⎬ ⎪⎩ K mN1 + N1 K mN + N ⎪⎭ (3.43) Xác định giá trị ảnh hưởng chất dinh dưỡng riêng biệt chọn giá trị nhỏ cho G(N) ⎧⎪ IN IP ⎫⎪ G( N ) = min⎨ ; ⎬ (3.66) ⎪⎩ K mN + IN Kmp + IP ⎪⎭ v  Trong trường hợp nồng độ chất dinh dưỡng lớn lần so với nồng độ bán bão hòa hay IN = 5KmN IP = 5Kmp G(N) = 0,83 tức ảnh hưởng chất dinh dưỡng lên tốc độ tăng trưởng G(N) giảm khoảng 17% 89 TS.LÊ HỒNG NGHIÊM Bảng 3.11: Giá trị điển hình số bán bão hòa KmN BK TPHCM STT 90 Chất dinh dưỡng Nitơ Phốt Silic (chỉ cho tảo cát) KmN 10 – 20 µgN/L – µgP/L 20 – 80 µgSi/L TS.LÊ HỒNG NGHIÊM 45 CƯỜNG ĐỘ ÁNH SÁNG VÀ TỐC ĐỘ TĂNG TRƯỞNG CỦA PSTV BK TPHCM v  Tốc độ quang hợp trung bình toàn chiều sâu H ngày đêm là: 2,718 f [exp(− α1 ) − exp(− α o )] (3.41) K H e t z I Trong đó: α = I a exp( − K H ) (3.41a) α o = a (3.41b) e Is Is G(I a ) = ∫ ∫ F (I (t, z))dtdz = Hình vẽ 3.20: a) Sự biến thiên cường độ xạ mặt trời ngày đêm; b) Sơ đồ ước lượng xấp xỉ trung bình cường độ ánh sáng mặt trời mộ t ngày đêm TS.LÊ HỒNG NGHIÊM 91 BK TPHCM HỆ SỐ TẮT DẦN CỦA ÁNH SÁNG v  Căn vào liệu đo đạc chiều sâu secchi cho nhiều nguồn nước khác nhau, Sverdrup cộng (1942) phát triển công thức thực nghiệm biểu diễn mối quan hệ chiều sâu secchi (zs) hệ số tắt dần ánh sáng sau: Ke = (1,7 −1,9) (3.36) zs v  Di Toro (1978) phát triển công thức thực nghiệm tính toán hệ số Ke theo nồng độ chất rắn lơ lững không bay (N) (mg/L), mãnh vụn hữu (D) (mg/L), chlorophyll PSTV (P) (µg/L): Ke = 0,052N + 0,174D + 0,031P (3.37) 92 TS.LÊ HỒNG NGHIÊM 46 BK TPHCM MỨC ĐỘ THÂM NHẬP CỦA ÁNH SÁNG v Trực xạ kế (pyreheliometer) v Chiều sâu secchi Hình vẽ 3.18: a) Đo độ tắt dần ánh sáng trực xạ kế mặt nước nước b) Đo độ tắt dần ánh sáng đóa secchi TS.LÊ HỒNG NGHIÊM 93 BK TPHCM HỆ SỐ TẮT DẦN CỦA ÁNH SÁNG v  Riley (1956) thiết lập công thức tính toán hệ số Ke theo nồng độ chlorophyll (P) nhö sau: K e = K e' + 0,088 P + 0,054 P / (3.38) Trong đó: Ke’ hệ số tắt dần ánh sáng nguồn hấp thụ phân tán ánh sáng v  Cô n g thứ c (3.37) (3.38) = đú n g vớ i chlorophyll khoảng 15µg/L Công thức (3.38) thích hợp 94 TS.LÊ HỒNG NGHIÊM 47 CƯỜNG ĐỘ ÁNH SÁNG VÀ TỐC ĐỘ TĂNG TRƯỞNG CỦA PSTV BK TPHCM v  Is = cường độ ánh sáng bão hòa (ly/ngày), cường độ ánh sáng tương ứng với trình quang hợp đạt mức cực đại Giá trị Is cho hỗn hợp PSTV xấp xó 100 – 400 ly/ngày, trung bình 300 ly/ngày v  Io hàm theo thời gian ngày biểu diễn hình vẽ 3.20, để tính toán đơn giản giả sử rằng: Io = Ia = Io = IT f với 0 100 µg / L (3.73) n pi0 Ni0 nồng độ phốt nitơ miệng xả v Chú ý phương trình áp dụng cho chất dinh dưỡng vô nồng độ chất dinh dưỡng nhỏ cho phép pi = 25 µg p/L Ni = 100 µg N/L 101 TS.LÊ HỒNG NGHIÊM 3.6.2 MÔ HÌNH PHIÊU SINH THỰC VẬT ĐƠN GIẢN CHO DÒNG SÔNG (12) BK TPHCM v Thời gian để đạt nồng độ chất dinh dưỡng nhỏ cho phép tính toán cách giải phương trình (3.72) tìm pi = 25µgp/L, ta có: Po' + pi − 25 t = ln (3.74) ' Gn Po * 25 Trong ñoù: ' o P = 102 a p G p Po Gn TS.LÊ HỒNG NGHIÊM 51 3.6.2 MÔ HÌNH PHIÊU SINH THỰC VẬT ĐƠN GIẢN CHO DÒNG SÔNG (13) BK TPHCM Cách để giảm sinh khối cực đại PSTV ảnh hưởng nguồn điểm giảm thời gian cần thiết di chuyển dòng chảy để đạt nồng độ chất dinh dưỡng lớn cho phép Hình vẽ 3.30: Quan hệ chlorophyll PSTV thời gian di chuyển 103 TS.LÊ HỒNG NGHIÊM TÓM TẮT MÔ HÌNH PHIÊU SINH THỰC VẬT ĐƠN GIẢN CHO DÒNG SÔNG (1) BK TPHCM Tính toán G n từ công thức (3.68), (3.44), (3.45) hay tính Gn từ liệu có sẵn PSTV công thức (3.69) Với nồng độ phốt vô cho miệng xả, ước tính phần trăm có sẵn tiêu thụ cho phát triển PSTV, ví dụ 75% Tính toán t *25 từ công thức (3.74) so sánh với khoảng thời gian cần thiết di chuyển khoảng cách thực t *25 Neáu t *a < * n 25 Pmax = Po exp G t t *25 , Pmax = Po exp G n t *a Neáu t *a > t *25 , t *a với sinh khối lớn số Ước lượng giá trị p i0 chương trình khử phốt Tính toán giái trị t *25 chương trình khử phốt So sánh ( t *25 ) 104 với t *a , ( t *25 ) > t *a việc giảm sinh khối chương trình khử phốt không đạt kết TS.LÊ HỒNG NGHIÊM 52 TÓM TẮT MÔ HÌNH PHIÊU SINH THỰC VẬT ĐƠN GIẢN CHO DÒNG SÔNG (1) BK TPHCM Trường hợp đặc biệt Gn = v Đối với trường hợp P = Po = constant Do đó: dpi = −a pG p Po (3.75) * dt số Do phốt vô giảm tuyến tính theo thời gian: pi = apGp Pot * + pi (3.76) v Thời gian để đạt nồng độ chất dinh dưỡng lớn cho phép tính theo công thức: * t25 = pi − 25 (3.77) a pG p P0 105 TS.LÊ HỒNG NGHIÊM 3.6.3 QUAN HỆ GIỮA PSTV VỚI DO TRONG DÒNG SÔNG (2) BK TPHCM Trường hợp 1: P(t*) = const = Po Đối với trường hợp dP/dt* = (Gp – Dp) = (vs/H) - Nếu (vs/H) ≠ 0, Gp > Dp sản lượng DO có giá trị dương tính theo công thức: D1 = − aoP (G p − D p )Po Ka (1 − e ) − Kat* (3.79) Neáu vs = 0, tăng trưởng cân với hô hấp Gp – Dp = Vì vậy, sản lượng DO ròng zero 106 TS.LÊ HỒNG NGHIÊM 53 3.6.3 QUAN HỆ GIỮA PSTV VỚI DO TRONG DÒNG SÔNG (3) BK TPHCM Trường hợp 2: P(t*) = Po expGnt*, Gn > v Đối với trường hợp tốc độ tăng trưởng lớn tốc độ chết hô hấp lắng đọng nên sản lượng DO khác zero Thay vào (3.78) ta coù: dD1 Gn t * ( ) = − a G − D P e − K a D1 (3.80) 0P p p o dt * Lời giải (3.80) là: D1 = − aoP (G p − D p )Po K a + Gn (e Gn t * − e −Kat * ) (3.81) v Chú ý trường hợp áp dụng cho vùng giàu chất dinh dưỡng, thời gian di chuyển nhỏ TS.LÊ HỒNG NGHIÊM 107(đối với phốt pho) 3.6.3 QUAN HỆ GIỮA PSTV VỚI DO TRONG DÒNG SÔNG (4) BK TPHCM Trường hợp 3: P(t*) = Po expGnt*, Gn < v Đối với trường hợp tốc độ tăng trưởng ròng nhỏ zero, liệu cho thấy PSTV suy giảm theo khoảng cách di chuyển dọc dòng sông - > Tốc độ chết hô hấp lắng đọng lớn tốc độ tăng trưởng - Nếu vs = 0, Dp > Gp xảy tiêu thụ ròng - Nếu vs ≠ 0, Gp lớn Dp sản lượng DO ròng khác zero Thay vào phương trình (3.78) ta coù: dD1 − Gn t * ( ) = − a G − D P e − K a D1 (3.82) P p p o dt * Lời giải (3.82) là: D1 = − 108 aoP (G p − D p )Po K a − Gn (e − Gn t * − e − Kat * ) (3.83) TS.LÊ HOÀNG NGHIÊM 54