Khóa luận: Xây dựng công cụ quản lý sức khỏe hệ sinh thái Sông Cu Đê

Khóa luận nghiên cứu, xây dựng công cụ website quản lý sức khỏe hệ sinh thái sông Cu Đê, áp dụng chỉ số EHI để đánh giá và trực quan hóa dữ liệu.

• Tác giả: Nguyễn Ngọc Trọng
• Người hướng dẫn: TS. Đoạn Chí Cường
• Trường học: Đại học Sư phạm, Đại học Đà Nẵng
• Chuyên ngành: Quản lí tài nguyên và môi trường
• Đề tài: Xây dựng công cụ quản lý sức khỏe hệ sinh thái Sông Cu Đê trên nền tảng website
• Loại tài liệu: Khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Đà Nẵng

Tóm tắt

I. Khái niệm và tầm quan trọng của công cụ quản lý sức khỏe hệ sinh thái

Công cụ web quản lý sức khỏe hệ sinh thái là một nền tảng kỹ thuật số hiện đại được xây dựng nhằm giám sát, đánh giá và quản lý sức khỏe các hệ sinh thái nước ngọt. Đặc biệt, công cụ này tập trung vào việc trực quan hóa dữ liệu môi trường từ các chỉ tiêu quan trọng như pH, DO (oxy hòa tan), COD, BOD5, và các chất ô nhiễm khác. Sông Cu Đê, một dòng sông quan trọng tại Đà Nẵng, đang đối mặt với những thách thức về chất lượng nước và sức khỏe hệ sinh thái. Việc xây dựng công cụ quản lý này giúp các nhà quản lý môi trường có cái nhìn toàn diện, thời gian thực về tình trạng của sông. Công cụ không chỉ cung cấp dữ liệu số mà còn giúp ra quyết định quản lý hiệu quả hơn, từ đó bảo vệ tài nguyên nước và đa dạng sinh học trong khu vực.

1.1. Định nghĩa sức khỏe hệ sinh thái

Sức khỏe hệ sinh thái được định nghĩa là khả năng của một hệ thống tự nhiên duy trì các chức năng sinh thái, đa dạng sinh học và khả năng tái sinh. Chỉ số EHI (Ecological Health Index) là một công cụ quan trọng để đánh giá sức khỏe này. Nó dựa trên các thông số như chất lượng nước, hàm lượng oxy hòa tan, pH, và các chất ô nhiễm hữu cơ. Một hệ sinh thái khỏe mạnh có khả năng cân bằng các quá trình tự nhiên, hỗ trợ sự phát triển của các sinh vật thủy sinh và duy trì giá trị sinh thái lâu dài.

1.2. Ý nghĩa của nền tảng website trong quản lý

Nền tảng website cung cấp giao diện thân thiện cho cả nhà quản lý và người dùng thông thường. Nó cho phép nhập dữ liệu từ Excel, tính toán tự động chỉ số EHI, và hiển thị kết quả qua biểu đồ màu sắc trực quan. Giao diện nhà quản lý giúp quản lý dữ liệu lịch sử từ 2010-2024, trong khi giao diện người dùng cung cấp thông tin dễ hiểu về tình trạng sức khỏe sông ở các khu vực Nam Ô, Trường Định và hợp lưu sông Bắc-Nam.

II. Đặc điểm và hiện trạng sông Cu Đê

Sông Cu Đê là một trong những dòng sông quan trọng của thành phố Đà Nẵng, với vai trò thiết yếu trong cung cấp nước, hỗ trợ nuôi trồng thủy sản và duy trì hệ sinh thái nước ngọt. Tuy nhiên, trong những năm gần đây, sông Cu Đê đã chứng kiến những biến đổi đáng kể trong chất lượng nước. Các chỉ tiêu như TSS (chất rắn lơ lửng), COD (nhu cầu oxy hóa học), BOD5 (nhu cầu oxy sinh học), ammonia, nitrate và phosphate đã vượt quá các tiêu chuẩn QCVN (Quy chuẩn Việt Nam). Những áp lực từ hoạt động công nghiệp, nông nghiệp và dân cư đã tác động tiêu cực đến sức khỏe hệ sinh thái. Việc giám sát liên tục và quản lý khoa học trở nên cấp thiết hơn bao giờ hết.

2.1. Vị trí địa lý và các khu vực nghiên cứu chính

Sông Cu Đê chảy qua nhiều khu vực khác nhau, với ba khu vực quan trọng được chọn để nghiên cứu: Nam Ô, Trường Định, và hợp lưu sông Bắc-Nam. Mỗi khu vực có đặc điểm riêng về địa hình, độ dòng chảy và áp lực từ các hoạt động con người. Việc phân tích dữ liệu theo khu vực giúp xác định những nơi có tình trạng ô nhiễm nghiêm trọng nhất và cần ưu tiên can thiệp quản lý.

2.2. Các áp lực môi trường ảnh hưởng đến sông Cu Đê

Sông Cu Đê phải đối mặt với nhiều áp lực từ hoạt động phát triển kinh tế: xả thải công nghiệp, nước thải sinh hoạt từ dân cư, chất thải nông nghiệp, và mưa bão. Các chất ô nhiễm hữu cơ, vi khuẩn coliform tăng cao đe dọa chất lượng nước. Khám phá sức khỏe hệ sinh thái thông qua dữ liệu lịch sử cho thấy xu hướng xấu hóa từ 2010 đến 2024, đòi hỏi các biện pháp quản lý can thiệp khẩn cấp.

III. Phương pháp đánh giá sức khỏe hệ sinh thái bằng chỉ số EHI

Chỉ số EHI (Ecological Health Index) là một công cụ định lượng để đánh giá sức khỏe hệ sinh thái sông Cu Đê một cách khoa học và khách quan. Phương pháp này sử dụng các thông số thử nước cụ thể: pH, oxy hòa tan (DO), tổng chất rắn lơ lửng (TSS), nhu cầu oxy hóa học (COD), nhu cầu oxy sinh học (BOD5), ammonia (NH4+), nitrate (NO3-), phosphate (PO43-), và coliform. Mỗi chỉ tiêu được so sánh với các giá trị tham chiếu để tính điểm sub-EHI, sau đó tổng hợp lại thành chỉ số EHI cuối cùng. Kết quả được phân hạng theo mức độ: từ sức khỏe tốt đến suy thoái. Phương pháp này cho phép theo dõi xu hướng sức khỏe từ năm 2010 đến 2024, giúp nhận diện những giai đoạn xấu hóa và những khu vực cần can thiệp ưu tiên.

3.1. Các chỉ tiêu quan trọng trong đánh giá

Các chỉ tiêu vật lý và hóa học bao gồm pH (độ axit kiềm), DO (oxy hòa tan), TSS (chất rắn lơ lửng). Các chỉ tiêu hữu cơ như COD và BOD5 phản ánh mức độ ô nhiễm hữu cơ. Các chất dinh dưỡng như NH4+, NO3-, PO43- cho thấy ô nhiễm dinh dưỡng dư thừa. Chỉ tiêu vi sinh vật (coliform) đánh giá rủi ro vi sinh. Tất cả được chuẩn hóa để tính điểm sub-EHI, giúp so sánh giữa các khu vực và theo thời gian.

3.2. Tiêu chuẩn phân hạng sức khỏe hệ sinh thái

Sức khỏe hệ sinh thái được phân chia thành các mức độ: sức khỏe tốt (EHI cao), sức khỏe trung bình, sức khỏe kém, và suy thoái nặng (EHI thấp). Mỗi mức được biểu thị bằng một màu sắc trên website để dễ nhận biết. Tiêu chuẩn này giúp nhà quản lý nhanh chóng xác định tình trạng và ưu tiên các biện pháp can thiệp phù hợp với mức độ ô nhiễm tại từng khu vực.

IV. Ứng dụng công cụ website trong quản lý và bảo vệ sông Cu Đê

Công cụ web quản lý sức khỏe hệ sinh thái sông Cu Đê được thiết kế với hai giao diện chính: giao diện dành cho nhà quản lý môi trường và giao diện dành cho công chúng/người dùng. Giao diện quản lý cho phép nhập dữ liệu từ Excel, cập nhật số liệu lịch sử từ năm 2010 đến 2024, và tính toán tự động chỉ số EHI. Dữ liệu được trực quan hóa bằng đồ thị, bảng thống kê và sơ đồ màu sắc, giúp nhận diện những xu hướng biến đổi chất lượng nước ở mỗi khu vực. Giao diện người dùng cung cấp thông tin dễ hiểu, không quá kỹ thuật, giúp cộng đồng địa phương hiểu về tình trạng sông và tham gia bảo vệ hệ sinh thái. Công cụ này hỗ trợ ra quyết định dựa trên dữ liệu, từ đó nâng cao hiệu quả quản lý tài nguyên nước và bảo vệ đa dạng sinh học sông Cu Đê lâu dài.

4.1. Giao diện dành cho nhà quản lý và chức năng chính

Giao diện quản lý cung cấp các công cụ mạnh mẽ để xử lý dữ liệu từ các cuộc điều tra thực địa. Nhà quản lý có thể tải tệp Excel chứa kết quả phân tích các chỉ tiêu nước, hệ thống sẽ tự động tính toán giá trị EHI cho từng khu vực và thời kỳ. Công cụ cho phép theo dõi lịch sử dữ liệu 14 năm (2010-2024), giúp phân tích xu hướng dài hạn. Các biểu đồ và bảng thống kê được cập nhật tự động, hỗ trợ quy hoạch và chiến lược quản lý môi trường dựa trên bằng chứng khoa học.

4.2. Giao diện người dùng và vai trò trong nâng cao nhận thức cộng đồng

Giao diện công khai hiển thị thông tin sức khỏe hệ sinh thái sông Cu Đê dưới dạng màu sắc, biểu tượng và đồ thị trực quan mà bất kỳ người nào cũng dễ hiểu. Người dân, học sinh, nhà hoạch định chính sách có thể kiểm tra tình trạng sông ở các khu vực khác nhau. Điều này tăng cường sự minh bạch và khuyến khích tham gia cộng đồng vào bảo vệ hệ sinh thái sông Cu Đê, từ đó góp phần nâng cao ý thức bảo vệ tài nguyên nước cho các thế hệ tương lai.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Định nghĩa sức khỏe hệ sinh thái Sức khỏe HST là một đại lượng phức hợp. Khái niệm này không chỉ xoay quanh các yếu tố môi trường, mà còn bao gồm đa dạng sinh học, các quá trình sinh thái, mối quan hệ giữa các loài cũng như giữa loài và môi trường, và cả các yếu tố xã hội, kinh tế có ảnh hưởng đến việc sử dụng và bảo tồn tài nguyên.

Để đo lường và đánh giá sức khỏe HST (hệ sinh thái), các chuyên gia tiếp cận qua một loạt các chỉ số và phương pháp đa ngành, kết hợp giữa địa chất học, sinh học, hóa học và xã hội học. Mục tiêu là không chỉ hiểu rõ trạng thái hiện tại của HST, mà còn dự báo được sự thay đổi trong tương lai, từ đó đề xuất các giải pháp cải thiện và bảo tồn hiệu quả. Theo EPA, sức khỏe HST có thể được quy định thông qua phản ứng của HST trước các ảnh hưởng của con người và tự nhiên. Costanza và cộng sự (Costanza & cs., 1998) đã chỉ ra rằng một HST sẽ được coi là có sức khỏe khi có các đặc tính như ổn định, đa dạng, và có khả năng phục hồi sau các tác động.

Sutie Xu, Jason Rowntree và các cộng sự (Xu & cs., 2019) đã nhận xét rằng khái niệm sức khỏe hệ sinh thái liên quan đến khả năng của hệ sinh thái duy trì cấu trúc (tổ chức) và chức năng (sức mạnh) theo thời gian dưới áp lực bên ngoài (khả năng phục hồi). Các nguyên tắc và lý thuyết sinh thái như homeostasis, đa dạng, phức tạp, các tính chất nổi lên, hoặc nguyên tắc phân cấp được liên kết chặt chẽ hoặc bao gồm trong khái niệm sức khỏe hệ sinh thái, vì nó đề cập đến các hệ thống thích nghi phức tạp. Các hệ thống này được đặc trưng bởi động lực nhất định bao gồm việc tái cấu trúc đột ngột từ trạng thái tổ chức này sang trạng thái tổ chức khác. Sức khỏe hệ sinh thái đại diện cho sự bền vững của hệ sinh thái như một tổng thể cần sự hỗ trợ tối thiểu từ các biện pháp quản lý.

Nó bao gồm các khía cạnh sinh vật lý, xã hội kinh tế, văn hóa và con người của môi trường. Cuối cùng, giống như sức khỏe con người, sức khỏe HST là một khái niệm khó định rõ và đánh giá một cách toàn diện, nhưng việc có các chỉ tiêu và phương pháp khoa học đánh giá giúp chúng ta có cái nhìn tổng quan và chính xác hơn về tình trạng của nó. Tình hình nghiên cứu tại Việt Nam Tại Việt Nam, đánh giá sức khoẻ hệ sinh thái là một lĩnh vực còn khá mới. Nghiên cứu tại thành phố Đà Nẵng của tác giả PGS.TS Võ Văn Minh và TS.

Đoạn Chí (Võ & Đoạn, 2014) nhằm đánh giá sức khỏe hệ sinh thái (HST) của các cửa sông Hàn, Phú Lộc, và Cu Đê thông qua chỉ số Ecosystem Health Index (EHI) đã chỉ ra sự khác biệt đáng kể về mức độ sức khỏe của hệ sinh thái giữa các khu vực. Cửa sông Hàn và Cu Đê cho thấy điều kiện môi trường tốt, phù hợp với sức khỏe HST (xếp hạng B), trong khi cửa sông Phú Lộc lại gặp nhiều điều kiện bất lợi, dẫn đến sức khỏe HST yếu (xếp hạng D). Vào năm 2014 và 2016 có thêm 2 nghiên cứu đã ứng dụng chỉ số sức khỏe hệ sinh thái (EHI) để đánh giá sức khỏe của các hệ sinh thái, đó là các nghiên cứu do Nguyễn Thị Diệu Châu vào năm 2014 và Phan Nhật Trường (Phan, 2016) thực hiện. Nguyễn Thị Diệu Châu đã tập trung vào việc đánh giá sức khỏe của cửa sông Hàn và cửa sông Cu Đê ở thành phố Đà Nẵng, Việt Nam.

Nghiên cứu này đã phát triển một thang điểm mới cho chỉ số EHI để phù hợp hơn với điều kiện đặc thù của Việt Nam và đã sử dụng dữ liệu để xây dựng bản đồ sức khỏe hệ sinh thái cho hai khu vực này. Kết quả từ nghiên cứu cho thấy sự cải thiện rõ rệt trong sức khỏe hệ sinh thái của cả hai cửa sông, với điểm EHI nâng từ loại C trong giai đoạn 2005 – 2007 lên loại B và sau đó là B+ từ năm 2008 đến 2013. Mặt khác, Phan Nhật Trường đã sử dụng chỉ số EHI để đánh giá sức khỏe hệ sinh thái của hồ Đồng Nghệ. Kết quả của nghiên cứu này cho thấy hồ Đồng Nghệ đang có tình trạng tốt, nhưng cũng chỉ ra rằng vẫn còn một số vấn đề cần được giải quyết để cải thiện và bảo vệ sức khỏe hệ sinh thái của hồ.

Ngoài ra cũng đã có các nghiên cứu của Nguyễn Vũ Như Hoàng (Nguyễn, 2023), Lê Thị Hồng Nhung (Lê, 2023) sử dụng chỉ số EHI để đánh giá sức khoẻ hệ sinh thái thuỷ vực hồ công viên 29/3 và hồ Hoà Trung và đã cho ra kết quả với độ chính xác cao. Trong nghiên cứu của Lê Thị Hồng Nhung đã cho thấy chỉ số chất lượng nước (WQI) và sức khỏe hệ sinh thái (EHI) của Hồ Hoà Trung trong các mùa mưa (tháng 11-12/2023) và mùa khô (tháng 02-03/2023) đều rất tốt, đủ điều kiện để sử dụng làm nước sinh hoạt. Các chỉ tiêu môi trường được sử dụng để đánh giá sức khỏe hệ sinh thái của Hồ Hoà Trung đều ở trong tình trạng rất tốt, tuy nhiên tại khu vực HHT4, sub-EHI của thông số Crom (Cr6+) chỉ đạt 050, tức là loại D, cho thấy nồng độ Crom trong nước hồ tại khu 4 vực này vượt quá mức cho phép. Nghiên cứu cũng phát hiện sự khác biệt về chất lượng nước hồ theo không gian và thời gian.

Trong mùa mưa, chất lượng nước bị ô nhiễm bởi kim loại nặng (Cr), nhưng chất lượng nước trong mùa mưa tốt hơn so với mùa khô do quá trình pha loãng chất ô nhiễm. Chất lượng nước hồ cũng thay đổi tùy theo vị trí, với sự biến động chủ yếu xảy ra ở các khu vực thu mẫu tại vị trí thượng nguồn do dòng chảy của nước cuốn theo các chất kim loại nặng xuống hồ. Tương tự, nghiên cứu của Nguyễn Vũ Như Hoàng cũng sử dụng chỉ số EHI để đánh giá sức khoẻ và cho ra được kết quả cho thấy tình trạng môi trường ở Hồ Công viên 29/3 đang đối mặt với những vấn đề nghiêm trọng về ô nhiễm. Phần lớn các chỉ tiêu lý hóa vượt ngưỡng cho phép theo cột B1 QCVN 08-2015/BTNMT (Tổng Cục Môi trường, 2015) , đặc biệt trong hai tháng mùa khô, khi chất lượng nước ở mức kém và ô nhiễm nặng.

Về sinh khối, sinh khối thực vật phù du và sinh khối động vật phù du trung bình của hồ đều ở mức cao, với giá trị lần lượt là 0. Các giá trị exergy và structural exergy trong các mẫu thu thập cũng cho thấy sự dao động đáng kể. Giá trị EHI thành phần trên ngưỡng khu vực trung bình cũng chỉ ra dấu hiệu ô nhiễm nhẹ ở hồ, với chỉ số EHI(BP) cao hơn EHI(BZ). Từ những phát hiện này, tác giả nhấn mạnh rằng Hồ Công viên 29/3 đang có dấu hiệu ô nhiễm và cần sự quan tâm, giám sát từ các cơ quan quản lý.

Nhìn chung, việc sử dụng chỉ số EHI để đánh giá sức khoẻ hệ sinh thái của các thuỷ vực là rất cần thiết. Kết quả của các nghiên cứu này giúp cho các nhà quản lí có các chính sách phù hợp và cần thiết để bảo vệ và phục hồi sức khoẻ hệ sinh thái ở Việt Nam. Hiện trạng nghiên cứu trên thế giới Giữa thế kỷ 20, với sự gia tăng ý thức về tác động của con người lên môi trường và cần thiết phải đánh giá và bảo tồn các hệ sinh thái tự nhiên. Các nghiên cứu về đánh giá sức khỏe hệ sinh thái thường tập trung vào việc phát triển các chỉ số sinh thái và phương pháp tiếp cận tổng hợp để đánh giá tác động của các hoạt động như ô nhiễm, khai thác tài nguyên, và thay đổi sử dụng đất.

Zhu và cộng sự (2020) đã có một nghiên cứu tại khu vực cửa sông Qiantang và vịnh Hangzhou (Zhu & cs. Kết quả cho thấy khu vực này bị ảnh hưởng nghiêm trọng bởi hiện tượng nước giàu dinh dưỡng suốt cả năm, đặc biệt là gần cửa sông Qiantang và phía bắc. Sự giàu dinh dưỡng 5 do dòng chảy sông mang lại ảnh hưởng đến cộng đồng sinh vật phù du hơn là ô nhiễm hữu cơ và kim loại nặng. Mặc dù các chất ô nhiễm kim loại hòa tan không gây vấn đề cho chất lượng nước vì chúng nằm trong giới hạn tiêu chuẩn quốc gia và quốc tế về chất lượng nước.

Tuy nhiên, tình hình khác biệt trong bùn cặn, nơi mà nồng độ Cu và As cao hơn các giá trị hướng dẫn. Đánh giá rủi ro sinh thái tiềm năng của bùn cặn cho thấy khu vực phía bắc nằm trong tình trạng rủi ro vừa phải với sự ô nhiễm cao của Cd và Hg. Nồng độ kim loại độc hại cao và các giá trị THQ (Targeted Hazard Quotient) trong hải sản và giáp xác làm cho chúng trở nên nguy hiểm cho tiêu thụ của con người. Hơn nữa, việc đánh giá kết hợp các chỉ số rủi ro cho thấy nguồn tài nguyên biển ở khu vực phía bắc dễ bị tổn thương hơn do ô nhiễm do con người gây ra.

Yanhui Zhang và cộng sự (2021) đã sử dụng phương pháp đánh giá mở rộng để đánh giá sức khỏe hệ sinh thái nước của Hồ Poyang (Zhang & cs. Phương pháp này tích hợp các chỉ số từ nhiều lĩnh vực khác nhau, bao gồm yếu tố sinh học, vật lý và hóa học. Các chỉ số sinh học bao gồm sự phong phú của các loài và đa dạng sinh học, trong khi các yếu tố vật lý và hóa học bao gồm chất lượng nước và các thuộc tính môi trường khác. Phương pháp đánh giá mở rộng cho phép một cái nhìn toàn diện về tình trạng sức khỏe hệ sinh thái, cung cấp thông tin quý giá cho việc quản lý và bảo tồn hệ sinh thái.

Kết quả đánh giá cho thấy tình trạng sức khỏe tổng thể của hệ sinh thái nước ở Hồ Poyang thay đổi theo mùa và khu vực. Nghiên cứu cung cấp cái nhìn sâu rộng về tình trạng hệ sinh thái nước và là cơ sở quan trọng cho việc quản lý và bảo tồn hệ sinh thái Hồ Poyang. Vai trò của xây dựng mô hình biểu thị sức khoẻ HST trên nền tảng webiste Việc xây dựng mô hình biểu thị sức khỏe HST thông qua công cụ quản lí trực tuyến có vai trò quan trọng trong việc bảo vệ và quản lý HST. Mô hình này giúp chúng ta hiểu rõ hơn về tình trạng sức khỏe của HST, từ đó có những biện pháp bảo vệ hiệu quả.