Tổng lượng khí hòa tan (TDG) là tổng lượng khí, chẳng hạn như oxy hoặc carbon dioxide, hòa tan trong một vùng nước. Nồng độ TDG thường được biểu thị bằng tỷ lệ giữa tổng áp suất khí (TGP) với áp suất khí quyển cục bộ (BP) và có thể được tính bằng phần trăm áp suất khí quyển cục bộ: TDG (%) = TGP / BP × 100%. TGP là áp suất tuyệt đối của tổng áp suất riêng phần cộng với hơi nước. Nếu áp suất riêng phần của các khí này trong nước vượt quá áp suất khí quyển của chúng, nước sẽ trở nên siêu bão hòa, tức là chứa hơn 100% trạng thái cân bằng khí hòa tan ở áp suất khí quyển. TDG là một quá trình tự nhiên trong đó không khí được hòa tan thông qua sự truyền khối lượng giữa không khí và nước. Áp suất khí quyển, độ ẩm và nhiệt độ cục bộ sẽ ổn định TDG với nồng độ bão hòa. [1] Tổng khí hòa tan siêu bão hòa (TDG) đã được xác định là một trong những tác động tiềm năng chính của hoạt động thủy điện [1].
Nó xảy ra do các yếu tố khác nhau liên quan đến động lực học nước và điều kiện môi trường. Sự xuất hiện của TDG siêu bão hòa có thể là từ những điều sau đây:
- Xả thủy lực: TDG siêu bão hòa có thể xảy ra do xả nước thủy lực, liên quan chặt chẽ đến sục khí, áp suất, cường độ nhiễu loạn và nhiệt độ nước. Sục khí mạnh của nước tốc độ cao trong thời gian xả đập có thể dẫn đến TDG siêu bão hòa ở vùng hạ lưu, gây ra bệnh bong bóng khí ở cá và đe dọa sự tồn tại của chúng [2].
- Động lực học nước: Oxy hòa tan siêu bão hòa (DO) và TDG có thể được tạo ra do xả đập cao, sản xuất oxy dư thừa trong quang hợp và tăng nhiệt độ nước. Sục khí tích cực thúc đẩy giải phóng DO và TDG siêu bão hòa, trong khi khẩu độ và độ sâu sục khí có thể ức chế chúng [3]. TDG siêu bão hòa được vận chuyển và tiêu tan chậm hơn trong các hồ chứa so với các con sông tự nhiên do độ sâu nước cao hơn và nhiễu loạn thấp hơn [4].
Các nghiên cứu thực nghiệm chỉ ra rằng áp suất (độ sâu của nước), sục khí, thời gian hòa tan bong bóng, diện tích tiếp xúc không khí-nước và cường độ nhiễu loạn là những yếu tố chính ảnh hưởng đến TDG siêu bão hòa. Tốc độ phát của TDG siêu bão hòa bị ảnh hưởng bởi cường độ nhiễu loạn và diện tích tiếp xúc nước-không khí (kích thước bong bóng). Đường kính bong bóng khí nhỏ hơn làm cho nó hòa tan nhanh chóng do diện tích tiếp xúc không khí-nước lớn hơn và tốc độ tạo ra TDG siêu bão hòa nhanh hơn. Sự nhiễu loạn đáng kể hơn cũng dẫn đến tỷ lệ phát điện TDG siêu bão hòa cao hơn. Cần có đủ sục khí và áp suất (độ sâu của nước) để tạo TDG siêu bão hòa khi đập cao xả nước. Độ sâu nước lớn hơn và áp suất cao hơn có thể tạo ra mức TDG siêu bão hòa cao hơn. [5]
Tác động của Tổng khí hòa tan siêu bão hòa (TDG) do hoạt động của đập là nhiều mặt và có thể có ý nghĩa quan trọng đối với những điều sau:
- Bệnh bong bóng khí (GBD): TDG tăng cao ở hạ lưu đập có thể làm tăng tỷ lệ mắc bệnh bong bóng khí không lây nhiễm ở cá, dẫn đến tổn thương nội mô và chấn thương. Sự hiện diện của bong bóng khí trong cá có liên quan đến các tổn thương mạch máu và da nghiêm trọng, ảnh hưởng đến sức khỏe của hệ sinh vật thủy sinh [6].
- Hành vi và sức khỏe của cá: Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc tiếp xúc với TDG siêu bão hòa có thể ảnh hưởng đáng kể đến tốc độ nở của trứng cá và khả năng chịu đựng của cá con đối với TDG siêu bão hòa và trầm tích lơ lửng [7]. Tác động sinh lý của TDG siêu bão hòa đối với cá vẫn chưa được hiểu đầy đủ, nhấn mạnh sự cần thiết phải nghiên cứu thêm trong lĩnh vực này [8]. Cá có kích cỡ và loài khác nhau đã cho thấy khả năng chịu đựng khác nhau đối với TDG siêu bão hòa. Kích thước cá nhỏ hơn đã được tìm thấy thể hiện khả năng chịu đựng lớn hơn ở mức siêu bão hòa cao [9].
TDG bão hòa có thể được giảm thiểu thông qua những điều sau đây:
- Tản than hoạt tính: TDG siêu bão hòa có thể được giảm bằng cách đưa than hoạt tính vào và tăng cường nhiễu loạn nước khi TDG siêu bão hòa xảy ra. Hàm lượng than hoạt tính cao hơn có thể làm tăng hệ số tiêu tán của TDG. [10]
- Mô hình dự đoán: Mô hình dự báo TDG tại các công trình thủy điện được coi là giải pháp vận hành để đối phó với TDG bão hòa. Đây là một mô hình cụ thể theo địa điểm xác định số phận của đập tràn và dòng chảy điện trong kênh đuôi. Mô hình này dựa trên khái niệm rằng không khí trong đập tràn giải phóng và trao đổi khí quyển sau đó thành dung dịch qua lưu vực tĩnh có thể gây ra mức TDG bão hòa cao ở hạ lưu. Mô hình này rất hữu ích như một tài liệu tham khảo cho việc quản lý kênh tailrace. [11, 12]
TDG bão hòa đã trở thành một vấn đề môi trường sinh thái, và đáng để xem xét các nghiên cứu và điều tra sâu hơn, đặc biệt là ở các khu vực phát triển thủy điện.
Tác giả: Hendra WINASTU, SOLEN Principal Associate – IPC panel coordinator
Biên tập viên: Nguyeng Duy Hung, SOLEN Director – IPC program director
Ngày 21, tháng 11, 2023
Article#: SOLEN-IPC-0029
Tài liệu tham khảo:
[1] Li, P., Zhu, D. Z., Li, R., Wang, Y., Crossman, J. A., & Kuhn, W. L. (2022). Production of total dissolved gas supersaturation at hydropower facilities and its transport: A review. Water Research, 223, 119012. https://doi.org/10.1016/j.watres.2022.119012[2] Chen, Y., Wu, X., Lai, J., Yan, B., & Gong, Q. (2023). Molecular mechanisms of physiological change under acute total dissolved gas supersaturation stress in yellow catfish (Pelteobagrus fulvidraco). Environmental science and pollution research international, 30(43), 97911–97924. https://doi.org/10.1007/s11356-023-29157-6
[3] Yao, Y., Yang, H., & Wang, Y. (2022). Research on the release relationship between DO and TDG in standing water. Water Supply.
[4] Jingjie, F., Li, R., Liang, R., & Shen, X. (2013). Eco-environmentally friendly operational regulation: an effective strategy to diminish the Supersaturated TDG of reservoirs. Hydrology and Earth System Sciences, 18, 1213-1223.
[5] Qu, L., Li, R., Li, J., Li, K., & Wang, L. (2011). Experimental study on total dissolved gas supersaturation in water. Water science and engineering, 4, 396-404.
[6] Speare D. J. (1991). Endothelial lesions associated with gas bubble disease in fish. Journal of Comparative Pathology, 104(3), 327–335. https://doi.org/10.1016/s0021-9975(08)80044-8
[7] Li, N., Fu, C., Zhang, J., Liu, X., Shi, X., Yang, Y., & Shi, H. (2019). Hatching rate of Chinese sucker ( Myxocyprinus asiaticus Bleeker) eggs exposed to total dissolved gas (TDG) supersaturation and the tolerance of juveniles to the interaction of Supersaturated TDG and suspended sediment. Aquaculture Research.
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/B9780128122112000664
[8] Moen, K.L., & Kirschbaum, D.S. (2009). Hydraulic Design of Total Dissolved Gas Mitigation Measures for Boundary Dam.
[9] Xue, S., Wang, Y., Liang, R., Li, K., & Li, R. (2019). Effects of Total Dissolved Gas Supersaturation in Fish of Different Sizes and Species. International Journal of Environmental Research and Public Health, 16(13). https://doi.org/10.3390/ijerph16132444
[10] Niu, J., Li, R., Shen, X., & Wang, L. (2015). Experimental Research on the Promotion of Supersaturated Total Dissolved Gas Dissipation by the Use of Activated Carbon.
[11] Pasha, F., Hadjerioua, B., Stewart, K., Bender, M.D., & Schneider, M.L. (2012). Prediction of Total Dissolved Gas (TDG) at Hydropower Dams throughout the Columbia.
[12] Hadjerioua, B., Pasha, F., Stewart, K., Bender, M.D., & Schneider, M.L. (2012). PREDICTION OF TOTAL DISSOLVED GAS EXCHANGE AT HYDROPOWER DAMS.
English
日本語