Tổng quan nghiên cứu

Nguồn tài nguyên nước mặt giữ vai trò then chốt đối với sự phát triển kinh tế - xã hội và bảo đảm cân bằng sinh thái của tỉnh Hải Dương. Với mạng lưới sông ngòi dày đặc thuộc ba hệ thống chính gồm sông Thái Bình, sông Bắc Hưng Hải và sông Luộc, tỉnh sở hữu tổng lượng dòng chảy đạt khoảng 35 tỷ m3/năm cùng hơn 12.000 ha diện tích mặt nước ao hồ, đầm trũng. Tuy nhiên, sự phân bố dòng chảy có sự phân hóa sâu sắc theo mùa, trong đó mùa lũ chiếm từ 78% đến 83% nhưng mùa cạn chỉ chiếm từ 17% đến 22% tổng lượng nước cả năm, tạo nên thách thức lớn cho khả năng tự làm sạch tự nhiên của các dòng chảy.

Tốc độ công nghiệp hóa nhanh cùng áp lực từ quy mô dân số trên 1,89 triệu người với mật độ trung bình đạt 1.039 người/km2 (cao gấp 3,9 lần bình quân cả nước vào năm 2011) đã tạo ra sức ép nặng nề lên môi trường nước mặt. Vấn đề nghiên cứu trọng tâm là tình trạng suy thoái chất lượng nước do tiếp nhận lượng lớn nước thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp và dư lượng hóa chất nông nghiệp chưa qua xử lý đồng bộ.

Mục tiêu cụ thể của luận văn là đánh giá thực trạng chất lượng môi trường nước mặt tỉnh Hải Dương trong giai đoạn 2011 - 2013 dựa trên Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 08:2008/BTNMT mức A2. Thông qua việc phân tích chuỗi thông số lý - hóa - sinh, nghiên cứu lượng hóa mức độ ô nhiễm, xác định các nguồn thải chủ yếu và đề xuất hệ thống giải pháp bảo vệ tài nguyên nước phục vụ mục tiêu phát triển bền vững của địa phương.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên hai cơ sở lý thuyết nền tảng: Lý thuyết hệ thống tự nhiên - kinh tế xã hội và Lý thuyết phát triển bền vững được định hình từ Báo cáo Brundtland năm 1987 và Hội nghị Thượng đỉnh Môi trường Rio de Janeiro năm 1992. Theo quan điểm hệ thống, môi trường nước mặt là một thể tổng hợp thống nhất, chịu tác động tương hỗ giữa điều kiện tự nhiên (địa hình đồng bằng chiếm 84,1% diện tích, lượng mưa trung bình năm từ 1.300 mm đến 1.700 mm) với các dòng thải từ hoạt động nhân sinh.

Nghiên cứu chuẩn hóa và vận dụng các khái niệm chuyên ngành then chốt bao gồm: môi trường nước mặt, ô nhiễm nước, nhu cầu oxy sinh hóa BOD, nhu cầu oxy hóa học COD, oxy hòa tan DO, tổng chất rắn lơ lửng TSS và hiện tượng phú dưỡng. Trong đó, hiện tượng phú dưỡng được xác định xảy ra khi hàm lượng phosphat PO43--P trong nước đạt ngưỡng 0,01 mg/l và tỷ lệ P:N:C vượt quá tỷ lệ cân bằng 1:16:100, kích thích sự bùng phát của tảo và làm suy thoái chất lượng thủy vực.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu của luận văn được tổng hợp từ số liệu quan trắc định kỳ giai đoạn 2011 - 2013 do Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Hải Dương cung cấp, kết hợp điều tra khảo sát thực địa tại các điểm nóng môi trường ven các sông trục chính và các kênh xả thải.

Về cỡ mẫu và phương pháp chọn mẫu, nghiên cứu đã thiết lập mạng lưới gồm 34 điểm quan trắc trên các hệ thống sông chính, 12 điểm trên các kênh mương nội đồng, 8 điểm tại nguồn tiếp nhận nước thải của các khu và cụm công nghiệp, cùng 10 vị trí ao hồ đô thị tiêu biểu. Phương pháp chọn mẫu tầng mặt được tiến hành theo nguyên tắc phân tầng không gian và đại diện theo hai mùa thủy văn tương phản (mùa mưa và mùa khô).

Lý do lựa chọn phương pháp phân tích phòng thí nghiệm kết hợp công nghệ bản đồ học và thống kê không gian là nhằm lượng hóa chính xác nồng độ các chất ô nhiễm vô cơ, hữu cơ và kim loại nặng (Fe, Pb, As, Hg), đồng thời trực quan hóa các mức độ suy thoái môi trường nước. Thang điểm đánh giá chất lượng nước mặt cho mục đích cấp nước sinh hoạt được ứng dụng nhằm chuyển đổi dữ liệu đa thông số thành chỉ số tổng hợp có độ tin cậy cao.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, hệ thống sông Bắc Hưng Hải và sông Sặt (đoạn chảy qua thành phố Hải Dương) ghi nhận mức độ ô nhiễm hữu cơ và dinh dưỡng đáng báo động. Nồng độ amoni NH4+-N và nitrit NO2--N tại nhiều điểm quan trắc vượt từ 1,5 đến 3,8 lần so với giới hạn quy định tại QCVN 08:2008/BTNMT mức A2, phản ánh tình trạng xả thải nước sinh hoạt đô thị không qua xử lý.

Thứ hai, tại các nguồn tiếp nhận nước thải của khu và cụm công nghiệp tập trung (như Cẩm Giàng, Gia Lộc, Nghĩa An), chỉ số COD và BOD có xu hướng tăng liên tục qua các năm 2011, 2012 và 2013. Nồng độ COD tại các khu vực này vượt quy chuẩn từ 30% đến 65%, trong khi hàm lượng chất rắn lơ lửng TSS dao động từ 60 mg/l đến 95 mg/l, gây đục nước và ảnh hưởng nghiêm trọng đến đời sống thủy sinh vật.

Thứ ba, môi trường nước ao hồ đô thị và các vùng nuôi trồng thủy sản tập trung (với quy mô khoảng 12.000 ha) đối mặt với nguy cơ ô nhiễm vi sinh và hiện tượng phú dưỡng. Chỉ số vi khuẩn Coliform tại các hồ nội thành vượt từ 2,0 đến 5,5 lần mức cho phép, kết hợp với hàm lượng phosphat cao gây suy giảm mạnh lượng oxy hòa tan DO.

Thứ tư, có sự phân hóa chất lượng nước rõ rệt theo thời gian: trong mùa khô (khi dòng chảy tự nhiên chỉ còn chiếm 17% đến 22% tổng lượng dòng chảy cả năm), nồng độ các chất ô nhiễm tăng cao hơn từ 40% đến 75% so với mùa mưa do lưu lượng dòng chảy cạn kiệt làm giảm khả năng pha loãng và tự làm sạch của sông ngòi.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân cốt lõi dẫn đến tình trạng suy giảm chất lượng nước mặt là do mỗi ngày hệ thống thủy vực tiếp nhận khoảng 4.000 m3 nước thải y tế từ 22 bệnh viện, hàng chục nghìn mét khối nước thải sinh hoạt đô thị chưa qua xử lý, cùng lượng lớn phân bón và thuốc bảo vệ thực vật bị rửa trôi từ 130.900 ha đất canh tác nông nghiệp. Kết quả này phản ánh xu thế tương đồng với bức tranh ô nhiễm tại các lưu vực sông Nhuệ - Đáy và sông Cầu thuộc vùng Đồng bằng sông Hồng.

Về phương thức biểu đạt, các kết quả nghiên cứu có thể được thể hiện trực quan thông qua biểu đồ cột kép so sánh diễn biến nồng độ COD, BOD, NH4+-N qua ba năm liên tiếp và bảng tổng hợp đối chiếu với ngưỡng kỹ thuật QCVN. Bên cạnh đó, bản đồ GIS đánh giá chất lượng môi trường nước mặt tỉnh Hải Dương đã phân định rõ các không gian cảnh báo ô nhiễm, cung cấp cơ sở trực quan cho công tác quản lý và vận hành công trình thủy lợi.

Đề xuất và khuyến nghị

Thứ nhất, hoàn thiện hạ tầng kỹ thuật xử lý nước thải công nghiệp: Ủy ban nhân dân tỉnh Hải Dương và Ban Quản lý các Khu công nghiệp cần giám sát chặt chẽ, bảo đảm 100% các khu công nghiệp, cụm công nghiệp và 22 bệnh viện trên địa bàn phải vận hành hệ thống xử lý nước thải tập trung đạt quy chuẩn trước năm 2018, phấn đấu nâng tỷ lệ nước thải công nghiệp được xử lý đạt chuẩn lên trên 85%.

Thứ hai, nâng cấp mạng lưới thu gom và xử lý nước thải sinh hoạt: Sở Xây dựng phối hợp với Công ty Môi trường Đô thị triển khai xây dựng các trạm xử lý nước thải tập trung cho thành phố Hải Dương và các thị trấn giai đoạn 2016 - 2022, mục tiêu cắt giảm ít nhất 40% tải lượng hữu cơ BOD và COD xả trực tiếp vào sông Sặt và hệ thống sông Bắc Hưng Hải.

Thứ ba, kiểm soát dư lượng hóa chất nông nghiệp và chất thải chăn nuôi: Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn chỉ đạo chuyển đổi cơ cấu canh tác trên 130.900 ha đất gieo trồng, đặt mục tiêu giảm 25% lượng phân bón vô cơ đến năm 2020, kiểm soát nồng độ phosphat trong kênh dẫn dưới 0,01 mg/l để ngăn ngừa hiện tượng phú dưỡng nguồn nước.

Thứ tư, thiết lập hệ thống quan trắc tự động và chế tài xử lý nghiêm minh: Sở Tài nguyên và Môi trường chủ trì lắp đặt mạng lưới quan trắc tự động liên tục 24/7 tại 15 cửa xả lớn, đồng thời phối hợp với lực lượng Cảnh sát Môi trường tăng mức xử phạt đối với các hành vi xả thải trái phép trong giai đoạn 2016 - 2025.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Thứ nhất, cơ quan quản lý nhà nước về tài nguyên và môi trường (Sở Tài nguyên và Môi trường, Chi cục Bảo vệ Môi trường): Luận văn cung cấp luận cứ khoa học thực tiễn phục vụ công tác quy hoạch lưu vực sông Thái Bình và cấp phép xả thải công nghiệp.

Thứ hai, các đơn vị quy hoạch và cấp thoát nước: Báo cáo cung cấp cơ sở dữ liệu định lượng về các chỉ số TSS, COD, Coliform giúp xác định tọa độ thu nước mặt an toàn và thiết kế dây chuyền xử lý nước thô phù hợp.

Thứ ba, ban quản lý các khu, cụm công nghiệp và doanh nghiệp sản xuất: Luận văn là tài liệu tham khảo giúp đánh giá sức tải môi trường của nguồn tiếp nhận, từ đó tối ưu hóa công nghệ xử lý nước thải nội bộ.

Thứ tư, giảng viên, học viên cao học và sinh viên chuyên ngành Địa lý tự nhiên, Khoa học Môi trường và Quản lý Đô thị: Công trình là tài liệu tham khảo chuẩn mực về phương pháp kết hợp dữ liệu quan trắc dài hạn với công cụ GIS trong phân vùng chất lượng môi trường nước.

Câu hỏi thường gặp

Tình trạng ô nhiễm nước mặt tại Hải Dương tập trung nghiêm trọng nhất ở những thủy vực nào? Khu vực ô nhiễm nặng nhất là hệ thống sông Bắc Hưng Hải, sông Sặt đoạn qua đô thị và các kênh mương tiếp nhận nước thải công nghiệp. Tại các điểm này, nồng độ NH4+-N và COD thường xuyên vượt quy chuẩn kỹ thuật quốc gia từ 1,5 đến 3,8 lần do tiếp nhận lượng lớn chất thải chưa qua xử lý.

Những chỉ số hóa học và sinh học nào phản ánh rõ nét nhất mức độ suy thoái nguồn nước? Các thông số biến động mạnh nhất là BOD, COD, NH4+-N, PO43--P và Coliform. Điển hình, chỉ số Coliform tại các ao hồ đô thị có thời điểm vượt ngưỡng cho phép tới 5,5 lần, trong khi lượng oxy hòa tan DO giảm thấp dưới mức an toàn cho thủy sinh vật.

Yếu tố tự nhiên nào ảnh hưởng mạnh nhất đến chất lượng nước mặt tại địa phương? Chế độ dòng chảy theo mùa là yếu tố tự nhiên then chốt. Vào mùa cạn, lượng nước sông chỉ chiếm khoảng 17% đến 22% tổng lượng dòng chảy 35 tỷ m3/năm, khiến khả năng tự làm sạch của sông ngòi suy giảm hơn 50% so với mùa lũ, làm nồng độ ô nhiễm tăng cao.

Luận văn sử dụng quy chuẩn kỹ thuật nào để làm thước đo đánh giá? Nghiên cứu sử dụng Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước mặt QCVN 08:2008/BTNMT mức A2 làm tiêu chuẩn đối chiếu cốt lõi. Đồng thời, tác giả kết hợp tham chiếu QCVN 01:2009/BYT nhằm đánh giá khả năng sử dụng nguồn nước cho mục đích sinh hoạt.

Hoạt động nông nghiệp đóng vai trò như thế nào trong sự suy giảm chất lượng nước? Canh tác trên 130.900 ha đất trồng trọt và 12.000 ha mặt nước thủy sản làm rửa trôi dư lượng phân bón N-P, khiến tỷ lệ P:N:C vượt ngưỡng 1:16:100, tạo ra hiện tượng phú dưỡng cục bộ và suy giảm oxy hòa tan trên hệ thống kênh mương nội đồng.

Kết luận

  • Luận văn đã đánh giá toàn diện thực trạng chất lượng môi trường nước mặt tỉnh Hải Dương giai đoạn 2011 - 2013 dựa trên chuỗi số liệu thực nghiệm tại 34 điểm quan trắc sông chính và các vùng ao hồ, kênh mương.
  • Xác định rõ nguyên nhân chính gây ô nhiễm xuất phát từ khoảng 4.000 m3 nước thải y tế mỗi ngày từ 22 bệnh viện cùng nước thải sinh hoạt đô thị và chất thải công nghiệp chưa qua xử lý triệt để.
  • Khẳng định tính quy luật của sự phân hóa chất lượng nước theo mùa, trong đó mùa kiệt (chiếm 17% đến 22% lượng dòng chảy năm) là thời kỳ ghi nhận mức độ ô nhiễm COD, BOD và amoni nghiêm trọng nhất.
  • Đóng góp cơ sở khoa học và bản đồ phân vùng chất lượng nước, tạo tiền đề thực tiễn cho công tác quản lý tài nguyên nước và bảo đảm an toàn nguồn nước sinh hoạt cho hơn 1,89 triệu cư dân.
  • Lộ trình giải pháp giai đoạn 2016 - 2025 định hướng mở rộng hệ thống quan trắc tự động và xử lý nước thải tập trung, kêu gọi các nhà quản lý và doanh nghiệp ứng dụng ngay dữ liệu nghiên cứu để triển khai các biện pháp bảo vệ nguồn nước bền vững.