Tổng quan nghiên cứu

Tài nguyên nước mặt đóng vai trò huyết mạch trong việc duy trì cân bằng sinh thái, cấp nước sinh hoạt và phục vụ sản xuất kinh tế tại các vùng công nghiệp trọng điểm. Thành phố Uông Bí, tỉnh Quảng Ninh có diện tích tự nhiên 256,30 km2 với dân số đạt 127.120 người năm 2019 và mật độ dân số 492,1 người/km2. Trong những năm qua, địa phương duy trì tốc độ tăng trưởng giá trị sản xuất bình quân đạt 22,82%/năm, khẳng định vị thế trung tâm công nghiệp năng lượng và khai khoáng ở vùng Đông Bắc. Tuy nhiên, tốc độ đô thị hóa nhanh kết hợp với hoạt động khai thác than đạt sản lượng hơn 8,38 triệu tấn năm 2019 và sản lượng điện đạt 3.740 triệu kWh đã tạo áp lực gay gắt lên hệ thống sông ngòi tự nhiên.

Theo báo cáo hiện trạng môi trường tỉnh Quảng Ninh, tổng trữ lượng nước mặt toàn tỉnh ước tính đạt trên 306,8 triệu m3, song tỷ lệ mẫu nước mặt vượt quy chuẩn cho phép tại các thủy vực có xu hướng gia tăng, điển hình với 50,63% số mẫu vượt nồng độ BOD5 và 46,25% số mẫu vượt nồng độ COD. Trước bối cảnh đó, luận văn thạc sĩ chuyên ngành Quản lý Tài nguyên và Môi trường tập trung giải quyết vấn đề đánh giá diễn biến chất lượng môi trường nước mặt tại các sông chính trên địa bàn thành phố Uông Bí giai đoạn 2015-2019.

Mục tiêu cụ thể của công trình là phân tích biến động các thông số lý hóa, kim loại nặng, vi sinh và tính toán chỉ số chất lượng nước VN_WQI tại 5 thủy vực trọng điểm gồm sông Sinh, sông Uông, sông Sến, sông Vàng Danh và suối Khe Giang. Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học chính xác giúp giảm thiểu từ 15% đến 25% nguy cơ bùng phát ô nhiễm nguồn nước mặt, hỗ trợ cơ quan quản lý ban hành các chính sách kiểm soát xả thải hiệu quả đến năm 2030.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn vận dụng lý thuyết suy thoái chất lượng nước mặt kết hợp với mô hình tự làm sạch tự nhiên của các thủy vực hở để phân tích động thái lan truyền chất ô nhiễm. Hệ thống nghiên cứu được chuẩn hóa dựa trên các khung văn bản pháp lý chủ đạo gồm Luật Tài nguyên nước số 17/2012/QH13, Luật Bảo vệ môi trường số 55/2014/QH13, Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước mặt QCVN 08-MT:2015/BTNMT (áp dụng cho cột A2 cấp nước sinh hoạt sau xử lý và cột B1 phục vụ tưới tiêu), cùng Quyết định số 1460/QĐ-TCMT ngày 12/11/2019 của Tổng cục Môi trường về việc ban hành Hướng dẫn kỹ thuật tính toán chỉ số chất lượng nước Việt Nam (VN_WQI).

Nghiên cứu tập trung làm rõ 5 khái niệm chuyên ngành then chốt:

  • Ô nhiễm nguồn nước: Hiện tượng biến đổi lý - hóa - sinh vượt ngưỡng tiêu chuẩn cho phép.
  • Suy thoái nguồn nước: Tình trạng suy giảm về chất lượng hoặc trữ lượng so với trạng thái tự nhiên.
  • Quan trắc môi trường: Hoạt động theo dõi có hệ thống để thu thập chuỗi số liệu định kỳ.
  • Đảm bảo chất lượng và kiểm soát chất lượng (QA/QC): Chuỗi biện pháp kỹ thuật đảm bảo tính chính xác của phép đo.
  • Chỉ số chất lượng nước VN_WQI: Thang đo tích hợp đa thông số biểu thị chất lượng nước từ thang điểm dưới 10 (ô nhiễm rất nặng) đến 91-100 (chất lượng rất tốt) qua 6 nhóm màu quy ước.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu quan trắc được thu thập liên tục trong chuỗi thời gian 5 năm (2015-2019) tại 5 vị trí mẫu đại diện gồm: sông Sinh tại phường Thanh Sơn (SSI), sông Sến tại phường Phương Đông (SSE), sông Vàng Danh tại cầu Lán Tháp (SVD), sông Uông tại cầu Uông Bí (SU) và suối Khe Giang cách bãi chôn lấp rác 200m (SKG). Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm 50 đợt quan trắc phân chia đều đặn theo mùa khô và mùa mưa, giúp loại bỏ triệt để tính thiên lệch do yếu tố mùa vụ.

Phương pháp chọn mẫu có chủ đích được áp dụng nhằm bao phủ toàn bộ các điểm tiếp nhận nguồn thải đặc thù: nước thải sinh hoạt đô thị, nước thải mỏ than, nước làm mát nhà máy nhiệt điện và nước rỉ rác. Toàn bộ quy trình lấy mẫu, bảo quản và phân tích thực hiện tại phòng thí nghiệm đạt chứng chỉ Vilas số 475 và Vimcerts số 043. Phương pháp tính toán VN_WQI tích hợp 4 nhóm thông số trọng điểm (pH, kim loại nặng Pb, Cd, Hg, As; thông số hữu cơ DO, BOD5, COD; và thông số vi sinh Coliform) được lựa chọn vì tính bao quát, chuẩn hóa cao, giúp chuyển đổi các dữ liệu hóa sinh phức tạp thành một chỉ số duy nhất dễ hiểu cho việc ra quyết định quản lý.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Kết quả phân tích chuỗi dữ liệu 2015-2019 tại 5 con sông chính trên địa bàn thành phố Uông Bí mang lại những phát hiện quan trọng:

  • Diễn biến giá trị pH: Trong mùa mưa, độ pH dao động trong khoảng 5,07-7,43 và vào mùa khô dao động từ 6,07 đến 7,82. Năm 2015 tại sông Vàng Danh và năm 2016 tại suối Khe Giang, giá trị pH mùa mưa giảm xuống dưới 5,5, không đạt tiêu chuẩn QCVN 08-MT:2015/BTNMT ở cả cột A2 và B1. Hiện tượng này bắt nguồn từ sự rửa trôi đất đá chứa quặng pirit tại các bãi thải mỏ than và bãi rác Khe Giang khi có mưa lớn.
  • Diễn biến kim loại nặng (Pb, Cd, Hg): Hàm lượng Chì (Pb) biến động từ 0,0021 đến 0,0044 mg/l trong mùa mưa và 0,0021 đến 0,0038 mg/l trong mùa khô. Hàm lượng Cadmi (Cd) dao động từ 0,0001 đến 0,0007 mg/l, trong khi hàm lượng Thủy ngân (Hg) duy trì ở mức 0,0002 đến 0,0006 mg/l. Toàn bộ 100% mẫu quan trắc kim loại nặng đều nằm trong giới hạn an toàn cho phép theo QCVN 08-MT:2015/BTNMT cột A2 và B1, cho thấy nguy cơ nhiễm độc kim loại nặng ở mức thấp.
  • Ô nhiễm hữu cơ và vi sinh: Mức độ tích tụ BOD5 và COD tăng khoảng 25% đến 40% trong các tháng mùa khô so với mùa mưa, đặc biệt tại điểm hợp lưu sông Sinh và sông Sến, phản ánh áp lực trực tiếp từ nước thải sinh hoạt chưa qua xử lý của khu dân cư tập trung.

Thảo luận kết quả

Diễn biến chất lượng nước được minh họa trực quan thông qua 20 biểu đồ đường và biểu đồ cột kết hợp bản đồ phân vùng WQI với 6 mức phân loại màu sắc tiêu chuẩn. Sự suy giảm chất lượng nước cục bộ vào mùa khô gắn liền với lưu lượng dòng chảy tự nhiên sụt giảm hơn 60%, trong khi tỷ lệ lao động phi nông nghiệp của thành phố đạt 79,8% và sản lượng khai thác than duy trì trên 8 triệu tấn mỗi năm tạo ra lượng chất thải liên tục.

Khi so sánh với lưu vực sông Nhuệ - Đáy (nơi có 18,8% số điểm quan trắc ở mức rất kém), chất lượng nước mặt tại thành phố Uông Bí vẫn được duy trì ở mức khá hơn nhờ độ che phủ rừng đạt 49,5% giúp điều tiết một phần dòng chảy đầu nguồn. Tuy nhiên, nếu so với lưu vực sông Mê Kông hay thượng lưu sông Mã, các điểm cục bộ gần bãi rác Khe Giang và khu vực nội thị sông Sinh có dấu hiệu phú dưỡng hóa cao, đòi hỏi các can thiệp xử lý nước thải sinh hoạt ngay từ đầu nguồn.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm phục hồi và bảo vệ tài nguyên nước mặt thành phố Uông Bí bền vững đến năm 2030, luận văn đưa ra 4 nhóm giải pháp cụ thể:

  • Xây dựng mạng lưới trạm xử lý nước thải sinh hoạt tập trung: Ủy ban nhân dân thành phố Uông Bí chủ trì đầu tư 3 trạm xử lý nước thải tại phường Thanh Sơn, Quang Trung và Yên Thanh với tổng công suất thiết kế đạt khoảng 15.000 m3/ngày đêm, mục tiêu xử lý đạt 100% nước thải sinh hoạt đô thị trước năm 2025, giảm thiểu 50% tải lượng COD và BOD5 xả vào sông Sinh.
  • Tối ưu hóa công nghệ xử lý và tuần hoàn nước thải mỏ: Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam (Vinacomin) và Công ty Than Vàng Danh nâng cấp hệ thống lắng lọc trung hòa axit tại các mỏ, đảm bảo tỷ lệ tái sử dụng nước thải mỏ đạt trên 85% vào năm 2024, duy trì pH nước thải đầu ra ổn định từ 6,5 đến 8,5 trước khi đổ ra sông Vàng Danh.
  • Kiểm soát ô nhiễm rác thải và xử lý nước rỉ rác Khe Giang: Công ty Cổ phần Đầu tư và Xây dựng Việt Long phối hợp với Phòng Tài nguyên và Môi trường thành phố hoàn thiện hệ thống thu gom kín nước rỉ rác tại khu chôn lấp rác Khe Giang, công suất xử lý đạt 200 m3/ngày đêm, kiểm soát triệt để hiện tượng rò rỉ làm giảm pH suối Khe Giang trong giai đoạn 2022-2023.
  • Hiện đại hóa hệ thống quan trắc nước mặt tự động: Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Quảng Ninh lắp đặt 5 trạm quan trắc tự động liên tục tại các cửa sông chính, truyền dữ liệu 24/7 về trung tâm giám sát nhằm giảm thiểu 90% thời gian phát hiện và ứng phó sự cố ô nhiễm từ năm 2024.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Công trình nghiên cứu mang giá trị thực tiễn và học thuật cao, phục vụ thiết thực cho 4 nhóm đối tượng chính:

  • Cán bộ quản lý môi trường tại Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Quảng Ninh và Phòng Tài nguyên và Môi trường thành phố Uông Bí: Khai thác bộ số liệu quan trắc 5 năm (2015-2019) và phương pháp tính WQI để xây dựng báo cáo hiện trạng, lập quy hoạch phân vùng xả thải cho 256,30 km2 diện tích tự nhiên của thành phố.
  • Ban lãnh đạo doanh nghiệp khai thác khoáng sản và công nghiệp nhiệt điện: Vận dụng các phát hiện về tải lượng phát thải để cải tiến công nghệ trạm xử lý nước thải công nghiệp từ 2.000 đến 10.000 m3/ngày đêm, đáp ứng tiêu chuẩn xả thải QCVN 40:2011/BTNMT.
  • Giảng viên, học viên cao học và sinh viên ngành Quản lý Môi trường, Kỹ thuật Môi trường, Khoa học Đất: Sử dụng luận văn làm tài liệu tham khảo mẫu mực về quy trình đánh giá diễn biến môi trường nước mặt cấp quận/huyện và ứng dụng Quyết định 1460/QĐ-TCMT.
  • Chuyên gia tư vấn quy hoạch đô thị và tài nguyên nước: Sử dụng thông số khí tượng thủy văn và dữ liệu chất lượng nước để tích hợp giải pháp thoát nước bền vững vào đồ án phát triển đô thị Uông Bí tầm nhìn 2030.

Câu hỏi thường gặp

Diễn biến chất lượng nước mặt tại thành phố Uông Bí có sự khác biệt lớn giữa mùa mưa và mùa khô không?

Có sự phân hóa rõ rệt về chất lượng nước theo mùa. Vào mùa khô, do lưu lượng dòng chảy tự nhiên giảm mạnh trong khi nguồn thải sinh hoạt từ 127.120 người dân không giảm, nồng độ các chất hữu cơ như BOD5 và COD tăng khoảng 25% đến 40% so với mùa mưa. Ngược lại, vào mùa mưa, hiện tượng rửa trôi bãi thải mỏ than khiến độ pH tại một số điểm như sông Vàng Danh giảm xuống dưới 5,5.

Hàm lượng kim loại nặng trong nước sông tại Uông Bí giai đoạn 2015-2019 có nguy hiểm không?

Kết quả quan trắc cho thấy hàm lượng các kim loại nặng gồm Chì (0,0021-0,0044 mg/l), Cadmi (0,0001-0,0007 mg/l) và Thủy ngân (0,0002-0,0006 mg/l) trong suốt 5 năm đều đạt chuẩn an toàn, thấp hơn ngưỡng giới hạn của QCVN 08-MT:2015/BTNMT ở cả cột A2 và B1. Điều này chứng minh ô nhiễm kim loại nặng chưa diễn ra diện rộng tại các sông chính.

Phương pháp tính chỉ số VN_WQI trong luận văn có điểm gì nổi bật?

Luận văn áp dụng chuẩn xác Quyết định số 1460/QĐ-TCMT ngày 12/11/2019 của Tổng cục Môi trường. Phương pháp này tích hợp 4 nhóm thông số gồm pH, kim loại nặng, chất hữu cơ - dinh dưỡng và vi sinh vật, sau đó chuẩn hóa thành thang điểm định lượng từ dưới 10 đến 100 điểm, phản ánh trung thực khả năng sử dụng nguồn nước qua từng năm quan trắc.

Nguồn thải nào tạo áp lực lớn nhất lên hệ thống sông ngòi thành phố Uông Bí?

Nguồn thải sinh hoạt đô thị chưa qua hệ thống xử lý tập trung và nước chảy tràn từ các khai trường khai thác than đạt sản lượng 8,38 triệu tấn/năm là hai nguồn gây áp lực lớn nhất. Ngoài ra, nước rỉ rác từ khu chôn lấp chất thải Khe Giang cũng gây suy giảm chất lượng nước cục bộ đối với suối Khe Giang.

Điểm quan trắc nào ghi nhận chất lượng nước thấp nhất trong giai đoạn nghiên cứu?

Điểm suối Khe Giang (SKG) cách bãi chôn lấp rác 200m và điểm sông Sinh đoạn qua phường Thanh Sơn (SSI) là hai vị trí ghi nhận chất lượng nước thấp nhất. Tại suối Khe Giang, giá trị pH từng giảm sâu xuống dưới 5,5 vào năm 2016, trong khi sông Sinh chịu tải lượng chất hữu cơ và vi sinh Coliform vượt chuẩn vào mùa khô.

Kết luận

  • Đánh giá toàn diện hiện trạng chất lượng nước mặt qua chuỗi dữ liệu thực nghiệm 5 năm (2015-2019) tại 5 sông suối chính trên địa bàn thành phố Uông Bí.
  • Xác nhận các thông số kim loại nặng (Pb, Cd, Hg) đạt chuẩn an toàn 100%, song cảnh báo tình trạng ô nhiễm hữu cơ và biến động axit hóa cục bộ tại sông Vàng Danh và suối Khe Giang với pH xuống dưới 5,5.
  • Ứng dụng thành công công cụ VN_WQI theo Quyết định 1460/QĐ-TCMT, tạo nền tảng trực quan hóa diễn biến chất lượng nước phục vụ quản trị môi trường địa phương.
  • Xác định chính xác nguồn phát thải then chốt từ quá trình đô thị hóa của 127.120 dân cư và hoạt động khai khoáng sản xuất 8,38 triệu tấn than/năm.
  • Đề xuất lộ trình 4 giải pháp công trình và quản trị đồng bộ giai đoạn 2021-2025 nhằm bảo vệ 306,8 triệu m3 trữ lượng nước mặt toàn tỉnh Quảng Ninh.

Các cơ quan quản lý nhà nước, viện nghiên cứu và doanh nghiệp tại thành phố Uông Bí cần nhanh chóng tiếp cận dữ liệu của luận văn để đưa các giải pháp kiểm soát ô nhiễm vào kế hoạch hành động thực tiễn ngay từ năm 2023. Hãy liên hệ các đơn vị lưu trữ học thuật để tra cứu trọn vẹn tài liệu khoa học này.