ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
Phạm Thị Thanh Thúy
NGHIÊN CƢ
́
U HIỆN TRẠNG CHẤT LƢỢNG NƢỚC SÔNG CÔNG
ĐOẠN TỪ HẠ LƢU HỒ NÚI CỐC ĐẾN ĐIỂM HỢP LƢU SÔNG CẦU
VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP BẢO VỆ
LUÂ
̣
N VĂN THA
̣
C SI
̃
KHOA HO
̣
C
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS.TS. Nguyễn Mạnh Khải
Hà Nội - 2012 1
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN
PHỤ LỤC
BẢNG DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
MỞ ĐẦU
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 9
1.1. Hiện trạng môi trường nước mặt của Việt Nam 9
1.2. Tổng quan về lưu vực sông Công 10
1.2.1. Điều kiện tự nhiên 10
1.2.2. Hiện trạng kinh tế xã hội khu vực nghiên cứu 11
1.2.3. Hiện trạng sử dụng đất 15
1.3. Tổng quan về chỉ số chất lượng nước (WQI) 17
1.3.1. Tổng quan về chỉ số môi trường 17
1.3.2. Lịch sử phát triển của phương pháp chỉ số CLN 18
1.4. Thải lượng các chất ô nhiễm 22
CHƢƠNG 2. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 24
2.1. Đối tượng nghiên cứu 24
2.2. Nội dung nghiên cứu 24
2.3. Phương pháp nghiên cứu 24
3.4.1.2. Thải lượng từ sinh hoạt của con người năm 2010 53
3.4.1.3. Thải lượng do nước mưa chảy tràn khu vực đô thị năm 2010 54
3.4.1.4. Tính toán thải lượng do hoạt động nông nghiệp năm 2010 55
3.4.1.5. Thải lượng phát thải từ vùng rừng 55
3.4.1.6. Thải lượng ô nhiễm của ngành y tế 55
3.4.1.7. Thải lượng từ hoạt động sản xuất công nghiệp 56
3.4.2. Tính tổng thải lượng ô nhiễm đổ vào lưu vực sông Công đoạn từ hạ lưu
hồ Núi Cốc đến điểm hợp lưu sông Cầu 57
3.5. Đề xuất giải pháp bảo vệ chất lượng nước sông Công 58
3.5.1. Giải pháp quy hoạch 58
3.5.2. Giải pháp quản lý 60
3.5.3. Giáo dục cộng đồng 61
3.5.4. Giải pháp kỹ thuật 62
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 64
TÀI LIỆU THAM KHẢO 67
PHỤ LỤC 3
BẢNG DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
BC
Bristish Columbia
BVMT
Bảo vệ môi trường
BVTV
Bảo vệ thực vật
CLN
Chất lượng nước
CCME
Canada Council of Ministry of the Environment
WQIA
Water Quality Index weighted Arithmetic
QCVN 6TS
Chỉ số chất lượng nước bao gồm 6 thông số
4
DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Mô hình tháp dữ liệu thể hiện mối quan hệ giữa các mức độ sử dụng dữ
liệu từ chi tiết đến tổng hợp 17
Hình 1.2. Sơ đồ các giai đoạn xây dựng chỉ số chất lượng nước 19
Hình 2.1. Sơ đồ vị trí lấy mẫu 26
Hình 3.1. Diễn biến TSS trung bình trên sông Công giai đoạn 2005 - 2011 36
Hình 3.2. Diễn biến BOD
5
trung bình trên sông Công giai đoạn 2005-2011 37
Hình 3.3. Diễn biến COD trung bình trên sông Công giai đoạn 2005-2011 37
Hình 3.4. Diễn biến NH
4
+
trung bình trên sông Công giai đoạn 2005- 2011 38
Hình 3.5. Diễn biến NO
2
-
trung bình trên sông Công giai đoạn 2005-2011 39
Hình 3.6. Diễn biến Coliform trung bình trên sông Công giai đoạn 2005-2011 40
Hình 3.7. Biểu đồ giá trị BOD
5
Bảng 1.8. Các công thức tập hợp tính WQI 20
Bảng 1.9. Tính toán WQI cuối cùng [39, 40] 21
Bảng 2.1. Thông số và phương pháp phân tích 27
Bảng 2.2. Bảng quy định các giá trị q
i
, BP
i
28
Bảng 2.3. Bảng quy định các giá trị BP
i
và qi đối với DO
% bão hòa
29
Bảng 2.4. Bảng quy định các giá trị BP
i
và q
i
đối với thông số pH 29
Bảng 2.5. Phân loại chất lượng nước mô hình WQI – TCMT 30
Bảng 2.6. Hệ số lưu lượng dòng chảy 32
Bảng 2.7. Chỉ số đánh giá sức chịu tải và khả năng tiếp nhận nước thải 32
Bảng 2.8. Đánh giá sức chịu tải và khả năng tiếp nhận nước thải của DO 33
Bảng 2.9. Hệ số chảy tràn đối với một số nguồn ô nhiễm điển hình 34
Bảng 3.1. Kết quả WQI của sông Công khu vực nghiên cứu mùa khô và mùa mưa 44
Bảng 3.2. Kết quả WQI của phụ lưu sông Công mùa khô và mùa mưa 45
Bảng 3.3. Tính toán WQI của sông Công khu vực nghiên cứu trung bình qua các năm 48
Bảng 3.4. DO, BOD
5
, NH
4
cực, núi cao, còn lại 0,61% nằm rải rác trong không khí và các thuỷ vực mặt, ngầm
ở lục địa [11].
Hệ thống sông suối của Việt Nam khá phát triển, nhưng phân bố không đều.
Mật độ trung bình 0,6 km/km, lớn nhất 2 - 4 km/km ở châu thổ sông Hồng - Thái
Bình và Cửu Long, do nhu cầu tiêu thoát nước lớn trong khi địa hình bằng phẳng,
biên độ triều lớn và khả năng can thiệp của con người cao [5]. Mật độ sông suối lớn
tạo ra những thuận lợi cho đối tượng trực tiếp dùng nước, tạo điều kiện phát triển
giao thông thủy.
Cùng với sự phát triển đất nước theo hướng CNH – HĐH, quá trình đô thị
hoá diễn ra mạnh mẽ, môi trường nói chung và môi trường nước nói riêng đang bị
tác động rất lớn. Chất lượng nước các con sông đang bị ô nhiễm nghiêm trọng, đồng
thời khả năng tiếp nhận chất thải của chúng cũng bị mất dần như sông Nhuệ, Tô
Lịch, sông Đồng Nai, sông Sài Gòn,…vùng thượng lưu cũng như hạ lưu các con
sông đ chịu tác động mạnh mẽ từ các hoạt động sinh hoạt, y tế, hoạt động sản xuất
nông, lâm nghiệp và công nghiệp… từ các tỉnh trong lưu vực sông [2].
Sông Công là một chi lưu của sông Cầu. Sông Công bắt nguồn từ vùng Ba
Lá, huyện Định Hóa, chảy theo hướng Tây Bắc-Đông Nam. Môi trường nước sông
Công đang có biểu hiện bị ô nhiễm do nguồn thải từ các hoạt động sản xuất nông
nghiệp, sản xuất công nghiệp, dịch vụ chủ yếu qua khu vực thị x sông Công. Với
vai trò trong việc phát triển kinh tế-x hội của tỉnh Thái Nguyên, việc bảo vệ tổng
thể môi trường nước sông Công là hết sức cần thiết.
Trước những yêu cầu về việc bảo vệ môi trường nước sông Công, chúng tôi
thực hiện đề tài “Nghiên cứu hiện trạng chất lượng nước sông Công đoạn từ hạ 8
lưu Hồ Núi Cốc đến điểm hợp lưu sông Cầu và đề xuất giải pháp bảo vệ”, với
mục tiêu sau:
Đánh giá hiện trạng và diễn biến chất lượng nước Sông Công.
Đánh giá khả năng chịu tải của dòng sông.
(11,1%) [2]. Đây là nguồn tài nguyên nước vô cùng quý giá góp phần vào sự phát
triển kinh tế - xã hội của đất nước. Tuy nhiên, nước mặt ở Việt Nam hiện đang đối
mặt với tình trạng suy kiệt và ô nhiễm trên diện rộng [2].
Theo thống kê của Cục quản lý tài nguyên nước, tổng trữ lượng nước mặt
của Việt Nam chỉ đạt khoảng hơn 830-840 tỷ km
3
, trong đó hơn 60% lượng nước
được sản sinh từ nước ngoài. Tình trạng suy kiệt nguồn nước trong các hệ thống
sông ngòi, kênh, hồ chứa đang diễn ra ngày càng nghiêm trọng mà nguyên nhân chủ
yếu là do khai thác quá mức tài nguyên nước và ảnh hưởng của biến đổi khí hậu.
Khả năng cung cấp nước cũng khác nhau đối với các vùng khác nhau trên
lãnh thổ. Đối với LV hệ thống sông Đồng Nai (khu vực có đóng góp đến 40% tổng
sản phẩm quốc nội cả nước), hiện tại có khả năng cung cấp nước đạt 2.350
m
3
/người/năm và có thể giảm xuống còn khoảng 1.600 m
3
/người/năm vào 2025 nếu
dân số vẫn tiếp tục tăng như xu hướng hiện nay. Tình hình này còn xấu hơn tại LVS
Cầu, khả năng cung cấp nước hiện tại là 656 m
3
/người/năm. LVS Nhuệ - Đáy con
số này là 2.830 m
3
/người/năm [6].
Toàn bộ lưu vực sông Công nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới ẩm ướt, gió
mùa chịu ảnh hưởng của gió mùa Đông Nam và gió mùa Đông Bắc. Hướng gió
thịnh hành trên lưu vực là hướng gió Tây Bắc-Đông Nam. Độ ẩm khá lớn 86-90%.
Nhiệt độ trung bình năm đạt khoảng 23,6
o
C trong đó nhiệt độ trung bình cao nhất
đạt 28,9
o
C (thời gian tháng 6) và trung bình thấp nhất khoảng 17
o
C. Nhiệt độ cao
nhất trong năm là 40,1
o
C. Biên độ nhiệt ngày khá cao, từ 7,0 - 7,3
o
C.
Bảng 1.1. Nhiệt độ không khí trung bình qua các tháng (năm 2010)
Tháng
01
02
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
12
%
79
77
88
86
81
81
88
86
85
83
77
78 11
Lƣợng mƣa
Với lượng mưa khá lớn, trung bình khoảng 1.500-2.500 mm. Theo thời gian,
lượng mưa tập trung khoảng 87% vào mùa mưa (từ tháng 5 đến tháng 10) trong đó
riêng lượng mưa tháng 8 chiếm đến gần 30% tổng lượng mưa cả năm và vì vậy
thường gây ra những trận lũ lụt. Vào mùa khô, đặc biệt là tháng 12, tháng 1, lượng
mưa trong tháng chỉ bằng 0,5% lượng mưa cả năm.
Bảng 1.3. Tổng lượng mưa các tháng trong năm (mm)
Năm
Trung bình
Tổng
2005
145,4
1744,4
Sáu nhánh cấp I còn lại chảy nhập vào sông Công ở hạ lưu đập (5 nhánh bên
phải và một nhánh bên trái) [22].
1.2.2. Hiện trạng kinh tế xã hội khu vực nghiên cứu
a. Dân số
Tổng dân số toàn vùng là 161914 người. Trong cơ cấu dân số, tỷ lệ nam là
49,9% và nữ là 50,1% (dân số toàn vùng). Về độ tuổi gồm các mức 0-14 tuổi chiếm 12
40,31% dân số, 15-19 tuổi 10,24%, 20-54 tuổi 57,08% và trên 54 tuổi chỉ có 20%
trong đó trên 80 tuổi là 0,7%. Nhìn chung tỷ lệ người có tuổi ít hơn so với các vùng
khác trên cả nước. chung, các xã có sự phân bố dân cư không đồng đều. Tình hình
phát triển dân số của các x liên quan đến vùng nghiên cứu được tóm tắt tại bảng sau:
Bảng 1.4. Tình hình phát triển dân số khu vực nghiên cứu
Huyện, xã
Năm 2010
Ngƣời
Mật độ (ngƣời/km
2
)
Thành phố Thái Nguyên
55035
-
Tích Lương
11468
702
Thịnh Đức
6782
403
Tân Cương
các loại cây lúa, ngô (cây lương thực) và cây chè (cây cho sản phẩm hàng hóa chủ lực).
+ Chăn nuôi
Ngành chăn nuôi của tất cả xã vùng hạ lưu Hồ Núi Cốc vẫn còn phát triển theo
hướng tự phát, nhỏ lẻ, mặc dù điều kiện tự nhiên của vùng rất thuận lợi cho phát triển 13
chăn nuôi theo mô hình trang trại lớn tập trung như: có diện tích đồng cỏ chăn nuôi thả
lớn dưới tán rừng, đồng cỏ tự nhiên Do kĩ thuật chăn nuôi còn lạc hậu, giống gia súc
gia cầm chủ yếu là giống địa phương có tầm vóc nhỏ, tăng trưởng chậm, đặc biệt là khả
năng phòng chống dịch kém nên hiệu quả kinh tế ngành chăn nuôi chưa cao.
Bảng 1.5. Tình hình chăn nuôi của các xã năm 2010
ĐVT: con
Huyện, xã
Đàn trâu
Đàn bò
Đàn lợn
Đàn gia cầm
Thành phố Thái Nguyên
1342
954
14110
164400
Tích Lương
160
140
2150
26200
Thịnh Đức
182
11685
101432
830000
Thị xã Sông Công
4853
1980
18728
323000
Tổng
19559
34178
134261
1317400
Nguồn: Số liệu do các xã cung cấp [14, 15, 16]
- Lâm nghiệp
Diện tích đất lâm nghiệp của các xã, huyện tương đối lớn. Nhiều hộ gia đình
của các xã Phúc Tân, Phúc Trìu, Phúc Xuân có thu nhập ổn định và đảm bảo cuộc
sống nhờ vào trồng và chăm sóc rừng phòng hộ cho Ban quản lý rừng phòng hộ Hồ
Núi Cốc (được thành lập từ năm 1993). Nhiều quả đồi trước năm 1990 còn trọc trơ
đất, đá hay lưa thưa cây gỗ đến nay đ được dân các xã ven hồ trồng phủ kín keo
lai, bạch đàn và các loại cây lấy gỗ khác. Hàng năm toàn vùng trồng mới hàng trăm
ha. Như vậy nhiều hộ nằm trong vùng dự án có thể chuyển từ sản xuất nông nghiệp
sang chuyên trồng và chăm sóc, bảo vệ rừng phòng hộ, rừng sản xuất mà không ảnh 14
hưởng đến thu nhập, đồng thời đảm bảo tốt cuộc sống. Diện tích rừng bị phá và khai
thác trái phép còn lớn đặc biệt từ năm 2009 trở lại đây.
Bảng 1.6. Hiện trạng lâm nghiệp năm 2010
ĐVT: ha
328
Thịnh Đán
89.64
3
86.84
Lương Sơn
79.26
5
74.26
Huyện Phổ Yên
7315.66
676.6
6639.06
Thị xã Sông Công
1762.99
-
-
Tổng số
11675.5
1983.8
9912.16
Nguồn: Số liệu do các xã cung cấp [14, 15, 16]
- Ngành tiểu thủ công nghiệp, thương mại, dịch vụ du lịch
Về phát triển tiểu thủ công nghiệp, thương mại, dịch vụ du lịch: các x lưu
vực sông Công có nhiều điều kiện thuận lợi để phát triển tiểu thủ công nghiệp, dịch
vụ thương mại do nằm trên tuyến đường tỉnh lộ 261. Hiện tại trên địa bàn của các
x này đều có chợ để tiêu thụ các sản phẩm nông sản. Ngành tiểu thủ công nghiệp
công nghiệp như dệt, mây tre đan, sản xuất vật liệu xây dựng và chế biến nông sản
phát triển mạnh. Mỗi xã có từ 15-20 hộ buôn bán nhỏ lẻ, 1-2 xưởng cưa xẻ, xay sát.
Đất nuôi
trồng thuỷ
sản
Đất ở
Đất chuyên
dùng(*)
Đất chƣa sử
dụng
TP Thái Nguyên
10301.81
4956.02
2596.5
136.72
391.4
2057
164.07
Tích Lương
932.46
484.29
144.38
14.37
72.83
198.71
17.88
Thịnh Đức
1708.23
926.2
339.41
17.56
41.35
8.69
62.57
150.71
17.43
Lương Sơn
1,592.75
1,187.18
79.26
26.25
72.99
223.72
3.35
Huyện Phổ Yên
25667.63
12080.56
7315.66
313.45
974.01
3071.75
303.25
Thị xã Sông Công
8363.82
4339.58
1762.99
122.54
355.35
1673.32
110.04
Tổng
44333.26
18
- Thông tin cho cộng đồng về chất lượng môi trường, nâng cao nhận thức
bảo vệ môi trường cho cộng đồng.
1.3.2. Lịch sử phát triển của phƣơng pháp chỉ số CLN
WQI (Water Quality Index) được xuất hiện đầu tiên ở Mỹ vào thập niên 70
và hiện đang được áp dụng rộng rãi ở nhiều bang. Hiện nay, WQI được triển khai
nghiên cứu và sử dụng rộng rãi ở nhiều quốc gia như Ấn Độ, Canada, Chilê, Anh,
Đài Loan, Úc, Malaysia… Một trong những bộ chỉ số nỗi tiếng, được áp dụng rộng
rãi trên thế giới là bộ WQI-NSF của Quỹ vệ sinh Quốc gia Mỹ NSF (National
Sanitation Foundation - Water Quality Index). Tại Việt Nam đ có nhiều nghiên
cứu và đề xuất và áp dụng về bộ chỉ số chất lượng nước như các WQI-2 và WQI-4
được sử dụng để đánh giá số liệu chất lượng nước trên sông Sài Gòn tại Phú Cường,
Bình Phước và Phú An trong thời gian từ 2003 đến 2007 [24].
Từ những năm 70 đến nay, trên thế giới đ có hàng trăm công trình nghiên
cứu phát triển và áp dụng mô hình WQI cho quốc gia hay địa phương mình theo
một trong 3 hướng sau:
- Áp dụng mô hình WQI có sẵn vào quốc gia/địa phương mình.
- Áp dụng có cải tiến một mô hình WQI có sẵn vào quốc gia/địa phương mình.
- Nghiên cứu phát triển một mô hình WQI mới cho quốc gia/địa phương
mình. Trong đó hướng hai hướng đầu tiên phù hợp cho việc áp dụng ở các nước
đang phát triển vì ít tốn kém về nhân lực, thời gian và tài chính.
Ở Việt Nam, phương pháp này đ được các nhà khoa học nghiên cứu và áp
dụng cho một vài lưu vực sông.
Hiện nay, do tăng nhanh tốc độ phát triển kinh tế xã hội, tốc độ đô thị hóa,
công nghiệp hóa ở một số tỉnh, thành phố trên lưu vực sông chính trên cả nước đều
khá nhanh, do đó lượng chất thải phát sinh ngày càng nhiều và ảnh hưởng ngày
càng nghiêm trọng đến CLN của các dòng sông. Do đó, cần có những đánh giá phân
vùng CLN cập nhật kịp thời theo không gian và thời gian để phục vụ cho việc quy
nhau và tổng trọng lượng đóng góp của các thông số bằng 1 (
1
i
w
). Tuy nhiên,
cũng có một số loại WQI không tính đến phần trọng lượng đóng góp.
Để chuyển giá trị đo của các thông số quyết định (x
i
) thành các chỉ số phụ
(q
i
), chủ yếu theo hai cách:
-
Sử dụng các hàm đồ thị còn gọi là hàm ẩn.
-
Sử dụng các hàm tuyến tính hoặc phi tuyến tính.
Các công thức tính WQI có nhiều dạng khác nhau, có thể tính và không tính đến phần
trọng lượng đóng góp, có thể là dạng tổng hoặc dạng tích hoặc dạng Solway (xem bảng 1.8).
Giai đoạn 1: Lựa chọn các thông số
CLN, xác định trọng số của từng
thông số
Giai đoạn 2: Xây dựng đồ thị xác
định chỉ số phụ của từng thông số
Giai đoạn 3: Tính toán WQI và ứng
dụng để đánh giá chất lượng nước
Ý kiến của chuyên gia
Ý kiến của chuyên gia
Số liệu đo đạc
UM-WQI
n
i
q
n
1
1
100
1
US-WQI
Có tính phần
trọng lượng
đóng góp
n
Nguồn: [43, 35, 10, 13]
Hầu hết các mô hình chỉ số chất lượng nước hiện nay đều được xây dựng
thông qua quy trình 4 bước như sau:
Bước 1: Lựa chọn thông số
Việc lựa chọn thông số có thể dùng phương pháp Delphi hoặc phân tích nhân
tố quan trọng. Các thông số nên được lựa chọn theo 5 chỉ thị sau:
- Hàm lượng Oxy: DO
- Phú dưỡng: NH
4
+
-N, NO
3
-
-N, Tổng N, PO
4
3-
-P, Tổng P, BOD
5
, COD, TOC
- Các khía cạnh sức khỏe: tổng Coliform, Fecal Coliform, dư lượng thuốc
bảo vệ thực vật, các kim loại nặng
- Đặc tính vật lý: Nhiệt độ, pH, màu sắc
- Chất rắn lơ lửng: Độ đục, TSS
Bước 2: Chuyển đổi các thông số về cùng một thang đo (tính toán chỉ số phụ)
Các thông số thường có đơn vị khác nhau và có các khoảng giá trị khác nhau,
vì vậy để tập hợp được các thông số vào WQI ta phải chuyển các thông số về cùng
một thang đo. Bước này sẽ tạo ra một chỉ số phụ cho mỗi thông số. Chỉ số phụ có
thể được tạo ra bằng tỉ số giữa giá trị thông số và giá trị trong quy chuẩn.
Bước 3: Trọng số
Trọng số có thể xác định bằng phương pháp Delphi, phương pháp đánh giá
Bhargava, 1983
4
Trung bình nhân có
trọng số
Brown et al, 1972 Couillard and
Lefebvre, 1985
5
Tổng không trọng số
dạng Solway
Wepener et al., 2006
6
Tổng có trọng số dạng
Solway
Tyson and House, 1989; Gray,
1996; Bordalo, 2006
7
Trung bình bình
phương điều hòa
không trọng số
Dojlido et al., 1994; Cude, 2001
8
Giá trị nhỏ nhất
I = Min(q1,q2, qn)
Smith, 1990
9
Làng nghề
Nguồn diện
Chăn nuôi
Gia súc
Lợn
Vùng đô thị
Vùng đô thị
Vùng nông nghiệp
Vùng nông nghiệp
Rừng
Rừng
Thải lượng ô nhiễm tại nguồn:
Khi tính toán thải lượng ô nhiễm, dựa trên hệ số phát thải của mỗi nguồn
thải. Các bước tính toán dự báo thải lượng ô nhiễm như sau:
- Căn cứ quy hoạch phát triển của tỉnh, của các huyện xác định các nguồn
thải trên toàn lưu vực trong tương lai theo từng giai đoạn phát triển.
- Tính thải lượng từng loại nguồn thải trong một đơn vị thời gian.
Theo đó lượng thải của một đối tượng phát thải được tính bằng công thức:
Q
pt
=V x F 23
Trong đó:
- Q là thải lượng ô nhiễm tại nguồn (tính bằng kg, gam chất thải)
- V đơn vị của nguồn phát thải (số dân, vật nuôi hoặc diện tích khu đô thị )
- F là hệ số phát thải trên mỗi đơn vị nguồn phát thải trong một đơn vị thời
gian (gam hoặc kg trên mỗi đơn vị nguồn phát thải trong một khoảng thời gian là
ngày hoặc năm ) Hệ số phát thải được tra cứu tại Assessment of Sources of Air,
Copyright: Tài liệu đại học ©