Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Sông Cầm là một trong bốn lưu vực sông lớn nhất của tỉnh Quảng Ninh (cùng với sông Diễn Vọng, sông Tiên Yên và sông Ka Long), giữ vai trò huyết mạch đối với huyện Đông Triều trong việc điều hòa nguồn nước, tiêu thoát lũ, cung cấp nước tưới tiêu nông nghiệp và hỗ trợ giao thông thủy nội địa. Tuy nhiên, trước sức ép phát triển kinh tế - xã hội, đặc biệt là quá trình mở rộng các ngành công nghiệp khai thác than, sản xuất vật liệu xây dựng (khai thác sét, sản xuất gạch ngói) và nhiệt điện, chất lượng môi trường nước mặt tại lưu vực sông Cầm đang đứng trước nguy cơ ô nhiễm nghiêm trọng. Dọc hai bên bờ sông, sự xuất hiện và vận hành của các nhà máy công nghiệp lớn như Dự án Nhà máy nhiệt điện Mạo Khê, Nhà máy gạch Đất Việt, Nhà máy gạch Thuận Thành, Nhà máy gạch Đông Triều và Nhà máy gạch Tràng An cùng các cảng bến thủy nội địa đã tạo ra lượng nước thải công nghiệp và nước mưa chảy tràn liên tục đổ vào dòng chính.

Trong công tác quản lý môi trường truyền thống, việc đánh giá chất lượng nước mặt chủ yếu dựa trên quan trắc định kỳ từng thông số riêng lẻ rồi đối chiếu với Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước mặt (QCVN 08:2008/BTNMT). Cách tiếp cận này bộc lộ hạn chế lớn khi không thể hiện được bức tranh tổng quát về diễn biến chất lượng nước theo không gian lưu vực và theo thời gian; đồng thời gây khó khăn cho việc công bố thông tin môi trường đến cộng đồng và hỗ trợ cơ quan quản lý ban hành các quyết định điều hành. Để khắc phục khiếm khuyết đó, phương pháp chỉ số chất lượng nước (Water Quality Index - WQI) được áp dụng nhằm quy đổi các thông số lý - hóa - sinh phức tạp về một thang điểm số học duy nhất (từ 0 đến 100), trực quan hóa mức độ ô nhiễm và phân vùng khả năng sử dụng của nguồn nước.

Xuất phát từ thực tiễn trên, khóa luận tập trung giải quyết các mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu sau:

  • Mục tiêu chung: Nghiên cứu áp dụng phương pháp đánh giá diễn biến chất lượng nước thông qua chỉ số chất lượng nước (WQI) tại sông Cầm, huyện Đông Triều, tỉnh Quảng Ninh giai đoạn 2010 – 2013; trên cơ sở đó đề xuất một số giải pháp quản lý và kỹ thuật nhằm giảm thiểu các tác động tiêu cực đến môi trường nước.
  • Mục tiêu cụ thể:
    1. Ứng dụng chỉ số chất lượng nước (WQI) để đánh giá diễn biến chất lượng nước sông Cầm theo chuỗi thời gian và không gian quan trắc.
    2. Đề xuất các giải pháp bảo vệ môi trường nước sông Cầm phù hợp với điều kiện phát triển kinh tế - xã hội địa phương.
  • Nhiệm vụ nghiên cứu:
    1. Thu thập, tổng hợp số liệu về đặc tính tự nhiên, kinh tế - xã hội lưu vực và số liệu quan trắc chất lượng nước sông Cầm từ năm 2010 đến năm 2013.
    2. Tính toán các giá trị WQI thành phần và WQI tổng hợp theo hướng dẫn của Tổng cục Môi trường cho các điểm quan trắc.
    3. Phân tích, so sánh diễn biến chất lượng nước giữa phương pháp WQI và phương pháp đối chiếu quy chuẩn truyền thống.
    4. Xác định các nguồn gây ô nhiễm chính và đề xuất các giải pháp quản lý, công nghệ xử lý, quy hoạch mạng lưới quan trắc.
  • Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
    • Đối tượng nghiên cứu: Chất lượng môi trường nước mặt sông Cầm.
    • Phạm vi không gian: Lưu vực sông Cầm thuộc địa bàn huyện Đông Triều, tỉnh Quảng Ninh, tập trung vào dòng chính dài 19,5 km chảy qua các xã Tràng Lương, Bình Khê, Tràng An, Xuân Sơn, Đức Chính và Hưng Đạo trước khi đổ vào sông Đá Vách.
    • Phạm vi thời gian: Chuỗi số liệu quan trắc hồi cứu giai đoạn 2010 – 2013, với tần suất quan trắc 1 đợt/năm vào thời điểm nước cường mùa mưa (các ngày: 09/5/2010, 31/5/2011, 17/6/2012 và 02/6/2013).

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khóa luận thiết lập khung lý thuyết dựa trên hệ thống cơ sở pháp lý, quy chuẩn kỹ thuật và các mô hình tính toán chỉ số môi trường do cơ quan quản lý chuyên ngành ban hành:

  • Cơ sở pháp lý và văn bản quy phạm:
    • Luật Bảo vệ Môi trường Việt Nam năm 2005 (Điều 3 về định nghĩa môi trường và các thành phần môi trường).
    • Luật Tài nguyên nước số 17/2012/QH13 (Điều 2 về định nghĩa nước mặt).
    • Quyết định số 879/QĐ-TCMT ngày 01 tháng 07 năm 2011 của Tổng cục Môi trường về việc ban hành "Sổ tay hướng dẫn kỹ thuật tính toán chỉ số chất lượng nước (WQI)".
    • QCVN 08:2008/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước mặt (phân cấp mục đích sử dụng theo các cột A1, A2, B1, B2).
    • QCVN 40:2011/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp (Cột A, Cột B).
    • QCVN 09:2008/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước ngầm.
    • Hiến chương châu Âu về nước (định nghĩa và nguyên lý bảo vệ chất lượng thủy vực).
  • Khung lý thuyết về chỉ số WQI: Khóa luận tổng kết quá trình phát triển của chỉ số WQI trên thế giới (mô hình WQI-NSF của Quỹ Vệ sinh Quốc gia Hoa Kỳ từ những năm 1970, các mô hình điều chỉnh tại châu Âu, Malaysia, Ấn Độ) và tại Việt Nam (nghiên cứu của TS. Tôn Thất Lãng trên sông Hậu năm 2008; đề tài phân vùng chất lượng nước của PGS. TS. Lê Trình tại TP. Hồ Chí Minh năm 2008; hướng dẫn kỹ thuật của Tổng cục Môi trường năm 2011).
  • Phương pháp thu thập và tổng hợp số liệu: Kế thừa số liệu quan trắc môi trường giai đoạn 2010 – 2013 từ Báo cáo Hiện trạng môi trường tỉnh Quảng Ninh và Trung tâm Quan trắc và Phân tích Môi trường – Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Quảng Ninh; số liệu khí tượng thủy văn từ Trạm Khí tượng thủy văn Đông Triều và Trung tâm Dự báo khí tượng thủy văn Quảng Ninh.
  • Thiết lập mạng lưới quan trắc: Hệ thống quan trắc gồm 8 vị trí (từ NM1 đến NM8) được phân bố dọc dòng chính đại diện cho các phân đoạn thượng nguồn, trung lưu và hạ lưu:
    • NM1 (21°05'44.16"E): Thượng nguồn sông Cầm, khu vực không chịu ảnh hưởng từ công nghiệp và nông nghiệp; nước trong, sạch; mẫu lấy cách bờ 5 m, độ sâu 0,3 m.
    • NM2 (21°05'44.49"E): Thượng nguồn gần vị trí xây dựng Nhà máy nhiệt điện Mạo Khê; lấy mẫu giữa dòng trước khi tiếp nhận nguồn thải chính của nhà máy, độ sâu 0,3 m.
    • NM3 (21°05'44.80"E): Gần cảng và Nhà máy sản xuất gạch Đất Việt; khu vực có mặt cắt lòng sông rộng nhất dạng hồ, lưu tốc chậm; lấy mẫu cách cảng 500 m, độ sâu 0,3 m.
    • NM4 (21°05'44.52"E): Cách cầu Cầm 100 m về phía Bắc (trung lưu); khu vực tiếp nhận và hòa loãng nước thải dọc hai bờ; lấy mẫu giữa dòng, độ sâu 0,3 m.
    • NM5 (21°05'44.98"E): Đoạn cầu Cầm (Quốc lộ 18A, trung lưu); dòng chảy thu hẹp, vận tốc tăng, có hoạt động cảng vật liệu xây dựng; lấy mẫu giữa dòng, độ sâu 0,3 m.
    • NM6 (21°05'44.46"E): Cách cầu Cầm 100 m về phía Nam (hạ nguồn); tiếp nhận nguồn thải từ cánh đồng nông nghiệp và vùng nuôi trồng thủy sản; lấy mẫu giữa dòng, độ sâu 0,3 m.
    • NM7 (21°05'44.99"E): Hạ nguồn sông, khu vực tập trung cảng vật liệu xây dựng nhỏ và giao thông thủy; nước đục phù sa; lấy mẫu cách bờ 5 m, độ sâu 0,3 m.
    • NM8 (21°05'44.61"E): Hạ nguồn sông trước khi đổ vào sông Đá Vách (đoạn sông dài khoảng 4 km không có cơ sở công nghiệp); lấy mẫu cách bờ 5 m, độ sâu 0,3 m.
  • Phương pháp tính toán WQI theo Quyết định 879/QĐ-TCMT:
    • Bước 1: Tập hợp 9 thông số quan trắc đã được chuẩn hóa gồm: pH, DO, BOD5, COD, Tổng Coliform, TSS, N-NH4+, P-PO43-, Độ đục.
    • Bước 2: Tính toán WQI thông số ($WQI_{SI}$) bằng phương pháp nội suy tuyến tính: $$WQI_{SI} = \frac{q_i - q_{i+1}}{BP_{i+1} - BP_i} \times (BP_{i+1} - C_p) + q_{i+1}$$ (Trong đó $C_p$ là giá trị quan trắc; $BP_i, BP_{i+1}$ là nồng độ giới hạn dưới và trên ở mức $i$; $q_i, q_{i+1}$ là thang điểm quy định tương ứng). Riêng thông số DO được tính thông qua giá trị DO% bão hòa theo nhiệt độ môi trường nước: $$DO_{bão,hòa} = 14,652 - 0,41022 \times T + 0,007991 \times T^2 - 0,000077774 \times T^3$$ $$DO%{bão,hòa} = \left(\frac{DO{hòa,tan}}{DO_{bão,hòa}}\right) \times 100$$ Thông số pH được xác định điểm tối đa 100 trong khoảng giá trị $6 \le pH \le 8,5$.
    • Bước 3: Tính toán giá trị WQI tích hợp: $$WQI = \frac{WQI_{pH}}{100} \times \left[ \left(\frac{1}{5}\sum_{a=1}^5 WQI_a \right) \times \left(\frac{1}{2}\sum_{b=1}^2 WQI_b \right) \times WQI_c \right]^{1/3}$$ (Nhóm $a$: BOD5, COD, N-NH4+, P-PO43-, Tổng Coliform; Nhóm $b$: TSS, Độ đục; Nhóm $c$: Tổng Coliform; $WQI_{pH}$: chỉ số phụ pH).
    • Bước 4: Phân cấp chất lượng nước theo bảng quy chuẩn:
      • $91 - 100$: Sử dụng tốt cho mục đích cấp nước sinh hoạt (Màu xanh nước biển).
      • $76 - 90$: Sử dụng tốt cho mục đích cấp nước sinh hoạt nhưng cần các biện pháp xử lý (Màu xanh lá cây).
      • $51 - 75$: Sử dụng cho mục đích tưới tiêu và các mục đích tương đương khác (Màu vàng).
      • $26 - 50$: Sử dụng cho giao thông thủy và các mục đích tương đương khác (Màu da cam).
      • $0 - 25$: Nước ô nhiễm nặng cần các biện pháp xử lý trong tương lai (Màu đỏ).

Nội dung chính theo từng chương

Phần 1: Mở đầu

Tác giả nêu bật tầm quan trọng của nguồn tài nguyên nước mặt đối với sự phát triển kinh tế của tỉnh Quảng Ninh nói chung và huyện Đông Triều nói riêng. Luận án nhấn mạnh mâu thuẫn giữa tốc độ công nghiệp hóa nhanh (sự xuất hiện của các nhà máy nhiệt điện, gạch ngói) với yêu cầu duy trì an toàn nguồn nước sông Cầm. Từ việc chỉ ra sự bất cập của phương pháp so sánh tiêu chuẩn đơn lẻ, tác giả xác định mục tiêu chung, hai mục tiêu cụ thể, đối tượng nghiên cứu và ý nghĩa của đề tài đối với công tác học thuật cũng như quản lý môi trường tại địa phương.

Phần 2: Tổng quan tài liệu

Chương này cung cấp hệ thống lý luận hoàn chỉnh về tài nguyên nước mặt, các chức năng sinh thái và nguyên nhân gây ô nhiễm từ các nguồn nhân tạo (nước thải sinh hoạt đô thị, nước thải công nghiệp chứa hàm lượng BOD, COD cao, hóa chất nông nghiệp và chất thải y tế). Tác giả phân tích hiện trạng môi trường nước mặt trên quy mô toàn quốc, dẫn chứng số liệu ô nhiễm hữu cơ và kim loại tại các lưu vực sông ở Thái Nguyên, Bắc Ninh, Hà Nội và Đồng bằng sông Cửu Long. Tiếp đó, tài liệu hệ thống hóa các nhóm thông số vật lý, hóa học, sinh học dùng trong kiểm soát chất lượng nước; phân tích chi tiết quy trình quan trắc truyền thống và tổng quan lịch sử phát triển, ứng dụng của chỉ số WQI tại các quốc gia trên thế giới cùng các nghiên cứu tiền đề ở Việt Nam.

Phần 3: Đối tượng, nội dung và phương pháp nghiên cứu

Tác giả trình bày chi tiết bản đồ lưu vực sông Cầm, mạng lưới 8 điểm quan trắc (NM1 đến NM8) từ thượng nguồn đến hạ nguồn kèm theo tọa độ và mô tả đặc điểm thủy văn từng vị trí. Trình bày danh mục thông số và thời gian quan trắc hồi cứu giai đoạn 2010 – 2013 (tần suất 1 lần/năm vào thời điểm nước cường). Toàn bộ thuật toán tính toán chỉ số chất lượng nước theo Quyết định số 879/QĐ-TCMT được diễn giải chi tiết, bao gồm các công thức tính nồng độ DO bão hòa theo nhiệt độ, phương pháp nội suy $WQI_{SI}$, các bảng tra giá trị ngưỡng $BP_i, q_i$ và công thức tổng hợp WQI nhiều biến số.

Phần 4: Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Nội dung chương 4 tập trung vào 5 mảng phân tích chính:

  1. Hiện trạng môi trường lưu vực: Đánh giá điều kiện địa hình (vùng thung lũng bãi bồi, vùng đồng bằng độ dốc 1%, vùng đồi thấp lượn sóng 3%), địa chất (7 phân tầng), khí hậu (nhiệt độ trung bình 22°C, lượng mưa trung bình 1.442 – 1.511,4 mm tập trung 80% vào mùa mưa), thủy văn (chiều dài dòng chính 19,5 km, diện tích lưu vực 145,5 km2, lưu lượng 87 – 190 m3/s) và hệ sinh thái thủy vực (các loài đặc hữu nước lợ như rươi, cáy, cá ngần).
  2. Hiện trạng các nguồn xả thải: Khảo sát các nguồn thải điểm từ công nghiệp gồm Nhà máy nhiệt điện Mạo Khê (lưu lượng nước làm mát 1.250 m3/h), các nhà máy gạch Đất Việt (5 m3/h), Thuận Thành (5 m3/h), Đông Triều (5 m3/h), Tràng An (4 m3/h) và nguồn thải diện từ 780 ha đất nông nghiệp với hơn 2.000 tấn phân bón/năm.
  3. Đánh giá theo phương pháp truyền thống: Đối chiếu số liệu quan trắc 9 thông số từ 2010 – 2013 với QCVN 08:2008/BTNMT. Kết quả cho thấy giai đoạn 2010 – 2011 nước sông đạt cột A2; sang giai đoạn 2012 – 2013, các thông số BOD5 (6,81 – 8,15 mg/l), COD (14,92 – 17,27 mg/l) và N-NH4+ đều gia tăng vượt cột A2, chạm ngưỡng cột B1; DO giảm xuống dưới 7 mg/l; thông số TSS tăng đột biến tại khu vực tiếp nhận nước thải thi công và nước làm mát của Nhà máy nhiệt điện Mạo Khê.
  4. Đánh giá diễn biến theo WQI: Tính toán chi tiết chuỗi điểm số WQI cho các trạm quan trắc (chi tiết hóa số liệu các điểm NM1, NM2, NM3). Điểm NM1 giảm từ 91 (2010) xuống 86 – 87 (2012 – 2013); điểm NM2 suy giảm nghiêm trọng từ 89 xuống 78 do chịu tác động trực tiếp từ nước mưa chảy tràn khu vực thi công dự án nhiệt điện Mạo Khê; điểm NM3 duy trì ở mức 88 – 91 nhờ lòng sông phình rộng dạng hồ giúp lắng đọng chất rắn lơ lửng tốt.
  5. Đề xuất giải pháp: Xây dựng hệ thống giải pháp quản lý (quy hoạch bảo vệ nguồn nước gắn liền phát triển kinh tế, thực thi chế tài cấp phép xả thải theo QCVN 40:2011, tuyên truyền cộng đồng) và giải pháp kỹ thuật (thúc đẩy sản xuất sạch hơn, kiểm soát nguồn thải tại nguồn, quy hoạch 8 trạm giám sát môi trường định kỳ).

Phần 5: Kết luận và kiến nghị

Tổng kết các phát hiện cốt lõi về hiện trạng suy giảm chất lượng nước sông Cầm trong giai đoạn 2010 – 2013; khẳng định tính khoa học và tiện ích thực tiễn của bộ chỉ số WQI so với phương pháp đánh giá truyền thống; đề xuất các kiến nghị cụ thể đối với chính quyền địa phương và các cơ quan quản lý chuyên môn nhằm tăng cường giám sát nguồn thải công nghiệp.

Kết quả và đóng góp

Khóa luận cung cấp hệ thống số liệu thực nghiệm chi tiết về hiện trạng xả thải và diễn biến các thông số chất lượng nước sông Cầm trong giai đoạn 2010 – 2013:

Tên cơ sở công nghiệp Công suất xả thải ($m^3/h$) Năm vận hành Tình trạng xử lý nước thải pH Độ đục (NTU) TSS ($mg/l$) COD ($mg/l$) Coliform ($MPN/100ml$)
NM nhiệt điện Mạo Khê 1.250 Quý 1/2012 Nước làm mát, nhiệt độ cao 7,2 27 38 64 38
NM gạch, ngói Đất Việt 5 2010 Chưa xử lý triệt để 6,3 34 64 89 128
NM gạch, ngói Đông Triều 5 2004 Chưa xử lý triệt để 6,5 31 58 81 104
NM gạch Tràng An 4 2009 Chưa xử lý 6,2 29 63 76 167
NM gạch, ngói Thuận Thành 5 Quý 2/2012 Xử lý triệt để 6,3 32 68 79 97
QCVN 40:2011 (Cột A) - - - 6 – 9 - 50 75 3.000

Diễn biến tính toán chỉ số chất lượng nước WQI tại ba điểm quan trắc tiêu biểu thể hiện rõ mức độ tác động của các nguồn thải theo thời gian:

Điểm quan trắc Vị trí đặc trưng WQI 2010 WQI 2011 WQI 2012 WQI 2013 Phân cấp CLN (2010 - 2011) Phân cấp CLN (2012 - 2013)
NM1 Thượng nguồn, ít tác động 91 91 86 87 Cấp nước sinh hoạt tốt Cấp nước sinh hoạt cần xử lý
NM2 Thượng nguồn gần Nhiệt điện 89 89 78 78 Cấp nước sinh hoạt cần xử lý Cấp nước sinh hoạt cần xử lý (sát ngưỡng tưới tiêu)
NM3 Gần NM gạch Đất Việt, cảng 91 91 88 88 Cấp nước sinh hoạt tốt Cấp nước sinh hoạt cần xử lý
  • Kết quả phát hiện chính:
    • Phương pháp truyền thống: Toàn bộ các thông số quan trắc từ năm 2010 đến 2013 đều nằm trong giới hạn cho phép của Cột B1 (QCVN 08:2008/BTNMT). Tuy nhiên, có sự phân hóa rõ rệt: những năm 2010 – 2011, các thông số BOD5, COD, N-NH4+ nằm trong giới hạn cột A2, nồng độ DO đạt trên 7 mg/l. Đến năm 2012 – 2013, khi các nhà máy công nghiệp đi vào hoạt động (đặc biệt là Nhà máy nhiệt điện Mạo Khê chạy thử nghiệm), nồng độ ô nhiễm hữu cơ và dinh dưỡng tăng vọt: BOD5 tăng lên 6,81 – 8,15 mg/l (vượt cột A2); COD tăng lên 14,92 – 17,27 mg/l (vượt cột A2); nồng độ DO giảm xuống dưới 7 mg/l (dao động từ 6,29 đến 6,72 mg/l); hàm lượng TSS tại điểm NM2 tăng mạnh lên mức 39 – 40 mg/l do ảnh hưởng từ nước mưa chảy tràn khu vực công trường và xả nước làm mát.
    • Phương pháp WQI: Đã lượng hóa chính xác sự sụt giảm chất lượng nước tổng thể. Điểm NM1 giảm từ 91 điểm xuống 86 – 87 điểm; điểm NM2 giảm mạnh nhất từ 89 điểm xuống 78 điểm (trong đó chỉ số phụ $WQI_{TSS}$ giảm sâu từ 81 xuống 56, $WQI_{BOD5}$ giảm từ 76 xuống 67). Riêng điểm NM3, mặc dù tiếp nhận nước thải của nhà máy gạch nhưng nhờ hình thái lòng sông mở rộng dạng hồ và vận tốc dòng chảy chậm tạo điều kiện lắng đọng TSS tốt, nên giá trị WQI vẫn duy trì ở mức khá cao (đạt 88 điểm).
  • Giải pháp và kiến nghị đề xuất của tác giả:
    • Giải pháp quản lý: Lồng ghép quy hoạch bảo vệ môi trường lưu vực sông Cầm vào quy hoạch tổng thể phát triển kinh tế - xã hội huyện Đông Triều; bắt buộc các dự án mới phải lập báo cáo Đánh giá tác động môi trường (ĐTM); siết chặt việc cấp giấy phép xả nước thải vào nguồn tiếp nhận; cưỡng chế các nhà máy gạch ngói và nhiệt điện vận hành hệ thống xử lý nước thải đạt QCVN 40:2011/BTNMT trước khi xả ra sông; đẩy mạnh tuyên truyền cộng đồng về bảo vệ nguồn nước.
    • Giải pháp kỹ thuật: Khuyến khích các nhà máy sản xuất gạch áp dụng quy trình sản xuất sạch hơn, tuần hoàn tái sử dụng nước thải làm mát và nước rửa; kiểm soát nghiêm ngặt nước thải la canh từ phương tiện giao thông thủy; thiết lập mạng lưới quan trắc môi trường gồm 8 trạm giám sát định kỳ trên lưu vực sông Cầm với các thông số đo đạc chuẩn hóa.
  • Đóng góp của đề tài:
    • Thực nghiệm thành công việc áp dụng bộ công cụ WQI theo Quyết định số 879/QĐ-TCMT trên lưu vực sông Cầm, cung cấp chuỗi số liệu tính toán định lượng 4 năm liên tục (2010 – 2013).
    • Xác lập mối tương quan giữa sự gia tăng các cơ sở sản xuất công nghiệp dọc hai bờ sông với sự suy giảm chỉ số chất lượng nước theo không gian địa lý.
    • Chứng minh ưu thế vượt trội của phương pháp WQI so với phương pháp đối chiếu quy chuẩn truyền thống trong việc tích hợp dữ liệu, hỗ trợ công tác quản lý nhà nước tại địa phương.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế của khóa luận:
    • Tần suất quan trắc thấp: Số liệu hồi cứu được thu thập với tần suất 1 lần/năm vào thời điểm nước cường mùa mưa (tháng 5 – tháng 6), do đó chưa phản ánh được đầy đủ sự biến thiên chất lượng nước theo mùa khô (tháng 10 đến tháng 3 năm sau) cũng như sự dao động qua các chu kỳ triều trong ngày.
    • Phạm vi thảo luận số liệu WQI: Phần thảo luận kết quả tính toán WQI trong văn bản mới tập trung chi tiết vào chuỗi số liệu của 3 trạm đại diện thượng - trung lưu (NM1, NM2, NM3), chưa trình bày bảng tính chi tiết cho toàn bộ các trạm hạ lưu (từ NM4 đến NM8).
    • Giới hạn chỉ tiêu phân tích: Nghiên cứu chỉ tập trung vào 9 chỉ tiêu lý - hóa - vi sinh cơ bản của Quyết định 879/QĐ-TCMT, chưa mở rộng đánh giá các thông số kim loại nặng từ nước thải khai thác than hoặc dư lượng hóa chất bảo vệ thực vật từ 780 ha đất nông nghiệp.
  • Hướng nghiên cứu tiếp:
    • Nâng cao tần suất quan trắc định kỳ tối thiểu 4 đợt/năm (theo mùa khô và mùa mưa) để xây dựng chuỗi cơ sở dữ liệu môi trường liên tục và có độ tin cậy cao hơn.
    • Ứng dụng công nghệ Hệ thống Thông tin Địa lý (GIS) kết hợp với chỉ số WQI để xây dựng bản đồ số phân vùng chất lượng nước trực quan trên toàn lưu vực sông Cầm.
    • Nghiên cứu tính toán sức chịu tải và khả năng tiếp nhận nước thải của từng đoạn sông Cầm nhằm ấn định hạn ngạch xả thải cụ thể cho các cơ sở công nghiệp tại địa phương.

Giá trị tham khảo

Khóa luận tốt nghiệp của sinh viên Vương Mạnh Hùng mang lại giá trị học thuật và thực tiễn chuyên sâu cho nhiều đối tượng:

  • Sinh viên và học viên chuyên ngành Khoa học Môi trường, Quản lý Môi trường, Kỹ thuật Môi trường: Là tài liệu tham khảo thực tế về các bước tính toán chỉ số chất lượng nước WQI theo hướng dẫn của Tổng cục Môi trường (Quyết định số 879/QĐ-TCMT), từ khâu thu thập số liệu, tính nồng độ bão hòa DO theo nhiệt độ, nội suy $WQI_{SI}$ cho đến tính toán chỉ số tổng hợp.
  • Cơ quan quản lý môi trường tại địa phương (Phòng Tài nguyên và Môi trường huyện Đông Triều, Chi cục Bảo vệ Môi trường tỉnh Quảng Ninh): Cung cấp bộ số liệu đánh giá hiện trạng xả thải của các nhà máy công nghiệp dọc lưu vực sông Cầm giai đoạn 2010 – 2013 và các phân tích thực chứng về nguy cơ ô nhiễm, làm cơ sở khoa học cho công tác thẩm định báo cáo ĐTM, cấp phép xả thải và quy hoạch các trạm quan trắc định kỳ.
  • Các nghiên cứu về môi trường lưu vực sông: Khóa luận là tài liệu tham khảo bổ ích về phương pháp phân tích đối chứng giữa việc so sánh từng thông số theo quy chuẩn truyền thống và tích hợp WQI, cũng như cách thức đánh giá ảnh hưởng của địa hình lòng sông (dạng hồ phình rộng) đến khả năng tự làm sạch của thủy vực.
  • Nội dung đáng tham khảo nhất:
    • Quy trình tính toán WQI chi tiết tại Chương 3 (công thức, bảng tra $BP_i, q_i$).
    • Bảng số liệu điều tra hiện trạng lưu lượng, nồng độ ô nhiễm của các nguồn thải công nghiệp dọc sông Cầm tại Bảng 4.4 và Bảng 4.5.
    • Phân tích so sánh diễn biến chất lượng nước tại điểm NM2 (gần Nhà máy nhiệt điện Mạo Khê) và NM3 (khu vực dạng hồ gần Nhà máy gạch Đất Việt).

Câu hỏi thường gặp

1. Các cơ sở sản xuất công nghiệp nào dọc sông Cầm được khảo sát trong khóa luận và hiện trạng xả thải của chúng ra sao?
Khóa luận khảo sát 5 cơ sở công nghiệp chính: Nhà máy nhiệt điện Mạo Khê (công suất nước làm mát 1.250 m3/h, vận hành Quý 1/2012, nước có nhiệt độ cao); Nhà máy sản xuất gạch, ngói Đất Việt (5 m3/h, vận hành năm 2010, chưa xử lý triệt để); Nhà máy sản xuất gạch, ngói Đông Triều (5 m3/h, vận hành năm 2004, chưa xử lý triệt để); Nhà máy sản xuất gạch Tràng An (4 m3/h, vận hành năm 2009, chưa xử lý nước thải); Nhà máy gạch, ngói Thuận Thành (5 m3/h, vận hành Quý 2/2012, xử lý triệt để). Tổng diện tích các cơ sở này chiếm 315 ha đất nông nghiệp dọc bờ sông.

2. Nguyên nhân chính khiến chỉ số WQI tại điểm NM2 suy giảm nghiêm trọng từ 89 điểm xuống 78 điểm trong năm 2012 là gì?
Điểm NM2 nằm ở thượng nguồn sông Cầm, gần vị trí xây dựng Nhà máy nhiệt điện Mạo Khê. Trong đợt quan trắc năm 2012 (thực hiện vào mùa mưa), khu vực này tiếp nhận nước mưa chảy tràn cuốn theo đất đá từ công trường thi công nhà máy và nguồn nước xả làm mát. Điều này dẫn đến hàm lượng chất rắn lơ lửng (TSS) tăng vọt lên 39 – 40 mg/l, khiến chỉ số phụ $WQI_{TSS}$ giảm sâu từ 81 điểm xuống 56 điểm; đồng thời nồng độ COD và BOD5 cũng gia tăng, kéo chỉ số WQI chung của trạm xuống 78 điểm.

3. Tại sao chất lượng nước tại điểm NM3 (gần cảng và Nhà máy gạch Đất Việt) lại duy trì chỉ số WQI cao hơn điểm NM2 (88 so với 78 điểm vào năm 2012 – 2013)?
Điểm NM3 mặc dù tiếp nhận nước thải từ nhà máy gạch và hoạt động giao thông cảng, nhưng lòng sông tại khu vực này có bề rộng lớn nhất, tạo thành dạng hồ với lưu tốc dòng chảy chậm. Hình thái thủy lực này tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình lắng đọng tự nhiên của các chất rắn lơ lửng, giúp hàm lượng TSS tại NM3 chỉ ở mức 25 – 26 mg/l (thấp hơn nhiều so với 39 – 40 mg/l tại NM2), từ đó giữ cho chỉ số WQI tổng hợp ở mức 88 điểm.

4. Khóa luận sử dụng những nhóm thông số nào để tính toán chỉ số chất lượng nước WQI tổng hợp theo Quyết định 879/QĐ-TCMT?
Chỉ số WQI được tính toán từ 9 thông số chia làm 4 nhóm: nhóm $a$ gồm 5 thông số hữu cơ và dinh dưỡng (BOD5, COD, N-NH4+, P-PO43-, Tổng Coliform); nhóm $b$ gồm 2 thông số cặn lơ lửng (TSS, Độ đục); nhóm $c$ là thông số vi sinh (Tổng Coliform); và chỉ số phụ riêng biệt $WQI_{pH}$. Các nhóm này được kết hợp thông qua mô hình tích số căn bậc ba nhân với hệ số điều chỉnh pH.

5. Xu hướng biến đổi của các thông số BOD5, COD và DO trong nước sông Cầm giai đoạn 2010 – 2013 diễn biến như thế nào theo chuẩn QCVN 08:2008/BTNMT?
Trong giai đoạn 2010 – 2011, các giá trị BOD5 và COD đều ở mức thấp, nằm trong giới hạn cho phép của Cột A2, còn nồng độ DO đạt trên 7 mg/l. Đến giai đoạn 2012 – 2013, khi các dự án công nghiệp đi vào hoạt động, BOD5 tăng lên mức 6,81 – 8,15 mg/l (vượt giới hạn Cột A2, chạm Cột B1); COD tăng lên 14,92 – 17,27 mg/l (vượt Cột A2, chạm Cột B1); nồng độ DO giảm xuống dưới ngưỡng 7 mg/l (còn 6,29 – 6,72 mg/l). Mặc dù vẫn nằm trong ngưỡng Cột B1 nhưng số liệu cho thấy mức độ tích lũy chất ô nhiễm hữu cơ đang gia tăng nhanh.

Kết luận

Khóa luận của tác giả Vương Mạnh Hùng đã hệ thống hóa và áp dụng thành công phương pháp chỉ số chất lượng nước WQI theo Quyết định số 879/QĐ-TCMT để đánh giá diễn biến chất lượng nước sông Cầm giai đoạn 2010 – 2013 trên mạng lưới 8 điểm quan trắc. Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng chất lượng nước sông Cầm đang có xu thế suy giảm từ mức tốt (cấp nước sinh hoạt) xuống mức cần xử lý, chịu tác động rõ nét từ quá trình thi công và xả thải của Nhà máy nhiệt điện Mạo Khê và các cơ sở sản xuất gạch ngói. Công trình đã chứng minh tính ưu việt của WQI trong việc lượng hóa và trực quan hóa dữ liệu môi trường, đồng thời cung cấp hệ thống giải pháp quản lý, kỹ thuật và mạng lưới quan trắc đề xuất có giá trị thực tiễn cao cho huyện Đông Triều, tỉnh Quảng Ninh.