Giới thiệu dự án

Tài nguyên nước mặt đóng vai trò cốt lõi trong an ninh nguồn nước, phát triển kinh tế nông nghiệp và cung cấp nước sinh hoạt cho đô thị cũng như nông thôn. Tại thành phố Hải Phòng – trung tâm công nghiệp và kinh tế trọng điểm vùng duyên hải Bắc Bộ – tổng lượng dòng chảy mặt đạt 77,2 tỷ $\text{m}^3/\text{năm}$, phân bổ không đều (tháng 3-4 chỉ chiếm 4,7%/tháng với 3,67 tỷ $\text{m}^3$, trong khi tháng 8 đạt đỉnh 12,3 tỷ $\text{m}^3$, chiếm 15,9%). Huyện Vĩnh Bảo sở hữu mạng lưới sông ngòi dày đặc với mật độ trung bình 30 km có một nhánh sông/kênh chính, tiêu biểu là tuyến sông Chanh Dương (chiều dài 24,5 km đi qua 16 xã, thị trấn) và kênh Bạch Đà. Hai thủy vực này giữ vai trò huyết mạch: phục vụ tưới tiêu cho hơn 11.612,5 ha đất canh tác nông nghiệp và cung cấp nguồn nước thô chiến lược cho Nhà máy nước (NMN) Vĩnh Bảo số 1 & số 2 (công suất trên 10.000 $\text{m}^3/\text{ngày đêm}$), NMN Liễn Thâm cùng 24 trạm cấp nước sạch nông thôn.

Tuy nhiên, áp lực từ tốc độ đô thị hóa, hoạt động của Cụm công nghiệp (CCN) Tân Liên (xả thải ~420 $\text{m}^3/\text{ngày đêm}$), 6.253 cơ sở sản xuất kinh doanh cá thể, cùng dư lượng hóa chất bảo vệ thực vật và tập quán xả thải sinh hoạt trực tiếp chưa qua xử lý đã làm suy giảm nghiêm trọng chất lượng nước.

                                  ÁP LỰC SUY THOÁI NGUỒN NƯỚC VĨNH BẢO
   Nguồn thải sinh hoạt & Làng nghề      Nguồn thải nông nghiệp & Chăn nuôi     Nguồn thải công nghiệp & Xâm nhập mặn
   - Nước thải chưa qua xử lý            - Thuốc BVTV vượt liều (Aldin, Thiol)   - CCN Tân Liên (420 m³/ngày)
   - Chợ tạm, bãi rác ven sông           - Phân gia súc, gia cầm ven bờ         - Xâm nhập mặn mùa kiệt (Q_tháng3-4 thấp)
                               CHẤT LƯỢNG NƯỚC SÔNG CHANH DƯƠNG & KÊNH BẠCH ĐÀ
                                 (Amoni, Nitrit, Pemanganat, Coliform vượt ngưỡng)

Mục tiêu cụ thể của dự án:

  1. Đánh giá toàn diện hiện trạng chất lượng nước mặt sông Chanh Dương và kênh Bạch Đà thông qua chuỗi số liệu quan trắc 13 thông số lý - hóa - vi sinh trong 3 năm liên tiếp (2021 – 2023) đối chiếu với QCVN 08-MT:2015/BTNMT (Cột A2).
  2. Phân tích không gian - thời gian (Spatio-temporal analysis) và xác định cơ chế lan truyền các chất ô nhiễm điển hình (Hữu cơ, Dinh dưỡng Nitơ, Kim loại nặng, Vi sinh).
  3. Thiết lập mô hình giải pháp tích hợp: Tuyên truyền cộng đồng, Quản lý chính sách, Kỹ thuật quan trắc tự động (IoT/GIS) và công nghệ xử lý tại nguồn nhằm bảo vệ bền vững lưu vực nước mặt cấp cho sinh hoạt.

Dự án giới hạn phạm vi nghiên cứu tại huyện Vĩnh Bảo, trọng tâm tại hai điểm lấy mẫu chiến lược: Trạm lấy nước thô NMN số 2 Vĩnh Bảo (Sông Chanh Dương, tọa độ $20^\circ 38' 50.2''\text{N} - 106^\circ 29' 48.0''\text{E}$) và NMN Liễn Thâm (Kênh Bạch Đà, tọa độ $20^\circ 41' 50.4''\text{N} - 106^\circ 32' 15.6''\text{E}$) vào các chu kỳ tháng 1, 3, 5, 7, 9, 11 hàng năm.

Phân tích và thiết kế giải pháp

Phân tích hiện trạng

Phương thức quản lý và giám sát chất lượng nước truyền thống tại các vùng nông thôn đồng bằng sông Hồng bộc lộ nhiều điểm hạn chế khi so sánh với các mô hình quản lý hiện đại:

Tiêu chí so sánh Phương pháp truyền thống (Lấy mẫu thủ công định kỳ) Giải pháp SCADA/IoT trạm đơn lẻ Giải pháp đề xuất tích hợp (Data-Driven WQMS & Catchment Management)
Tần suất thu thập Gián đoạn (1-2 tháng/lần) Liên tục tại điểm cố định Đa tầng: Liên tục (online) kết hợp phân tích chuyên sâu định kỳ
Độ trễ cảnh báo Lớn (3 - 7 ngày chờ kết quả PTN) Thấp (< 1 phút) Thời gian thực (< 30 giây) qua Web/App/SMS
Phạm vi giám sát Cục bộ tại cửa thu nước Điểm thu nước thô NMN Toàn diện lưu vực: Điểm xả thải, kênh nhánh, trạm cấp nước
Chi phí vận hành Tốn công lao động, hóa chất Chi phí cảm biến cao, hay lỗi bám bẩn Tối ưu hóa nhờ AI phát hiện bất thường và bảo trì dự đoán
Khả năng truy xuất Báo cáo giấy/Excel phân tán Lưu trữ cục bộ Cơ sở dữ liệu tập trung PostGIS, hỗ trợ API mở

Phân tích yêu cầu hệ thống theo mô hình MoSCoW:

  • Must have (Bắt buộc): Giám sát 13 chỉ tiêu lý hóa (Nhiệt độ, pH, Độ đục, EC, Clorua, Chỉ số Pemanganat, Amoni, Nitrit, Nitrat, Sắt, Mangan, Coliform tổng số, E.Coli); Cảnh báo vượt ngưỡng tự động theo QCVN 08-MT:2015/BTNMT Cột A2.
  • Should have (Nên có): Dashboard trực quan hóa bản đồ thủy văn GIS; Phân tích xu hướng biến động theo mùa mưa/mùa khô và chế độ triều (0,8 - 0,9 m).
  • Could have (Có thể có): Dự báo biến động chất lượng nước dựa trên học máy (LSTM/ARIMA) kết hợp lưu lượng xả thải CCN Tân Liên.
  • Won't have (Chưa thực hiện): Tự động điều khiển đóng mở toàn bộ hệ thống cống đập thủy lợi liên tỉnh (Luộc - Hóa - Thái Bình).

Thiết kế hệ thống

Kiến trúc giải pháp bảo vệ và giám sát chất lượng nước bao gồm 4 tầng thành phần (Sensors -> IoT Gateway -> Backend Engine -> Visualization/Actionable Management):

flowchart TD
    subgraph Sensing_Layer["Tầng Cảm Biến & Lấy Mẫu"]
        S1["Cảm biến Online (pH, DO, Turbidity, EC, ORP)"]
        S2["Trạm quan trắc tự động cửa thu NMN"]
        S3["Mẫu phân tích phòng thí nghiệm TCVN/ISO"]
    end

    subgraph Ingestion_Layer["Tầng Thu Thập & Xử Lý Dữ Liệu"]
        GW["IoT Edge Gateway (MQTT / Modbus RTU / 4G)"]
        ETL["Pipeline ETL & Data Cleansing (Python 3.11)"]
    end

    subgraph Core_Storage["Tầng Lưu Trữ & Phân Tích"]
        TSDB[("InfluxDB 2.7 (Dữ liệu chuỗi thời gian)")]
        RDBMS[("PostgreSQL 16 / PostGIS 3.4 (Dữ liệu GIS & Quy chuẩn)")]
        Analytics["WQI Engine & Outlier Detection Module"]
    end

    subgraph Application_Layer["Tầng Ứng Dụng & Điều Hành"]
        API["FastAPI 0.110 REST Endpoints"]
        Dashboard["React 18 Dashboard & Leaflet GIS"]
        Alert["Hệ thống cảnh báo (SMS / Zalo OA / SCADA Cống)"]
    end

    S1 --> GW
    S2 --> GW
    S3 --> ETL
    GW --> ETL
    ETL --> TSDB
    ETL --> RDBMS
    TSDB --> Analytics
    RDBMS --> Analytics
    Analytics --> API
    API --> Dashboard
    API --> Alert

Technology Stack triển khai hệ thống quản trị dữ liệu môi trường:

  • Backend & Compute: Python 3.11.8, FastAPI 0.110.0, Celery 5.3.6 (Task Queue).
  • Libraries: Pandas 2.2.0, NumPy 1.26.4, SciPy 1.13.0, Scikit-learn 1.4.1.
  • Database: PostgreSQL 16.2 kết hợp PostGIS 3.4.2 (Lưu trữ không gian trạm đo và ranh giới hành chính 16 xã), InfluxDB 2.7.5 (Time-series data).
  • Frontend & Mapping: React 18.2.0, TypeScript 5.3, TailwindCSS 3.4, Leaflet 1.9.4.
  • DevOps & Edge: Docker 26.0.1, Docker-Compose 2.24, Mosquitto MQTT Broker 2.0.18.

Phương pháp nghiên cứu và quy trình lấy mẫu

Quy trình nghiên cứu áp dụng chặt chẽ theo TCVN 5993:1995 (ISO 5667-3:1985) và Nghị định 67/2003/NĐ-CP:

  1. Dụng cụ và tiền xử lý: Bình chứa Polyethylene (PE) xử lý qua dung dịch rửa $K_2Cr_2O_7 + H_2SO_4$, tráng sạch bằng nước cất khử ion ($EC < 1,\mu\text{S/cm}$), tráng tiếp 3 lần bằng chính nguồn nước mẫu tại hiện trường trước khi nạp mẫu.
  2. Bảo quản mẫu: Mẫu phân tích lý hóa được làm lạnh ngay tại $4^\circ\text{C}$ trong thùng bảo ôn chuyên dụng, chuyển về phòng thí nghiệm trong vòng $\le 24$ giờ. Mẫu phân tích vi sinh sử dụng bình thủy tinh vô trùng nắp kín bọc giấy nhôm.
  3. Phương pháp phân tích:
    • Chỉ số Pemanganat ($\text{mg } O_2/\text{l}$): Chuẩn độ oxy hóa - khử bằng $KMnO_4$ trong môi trường acid nóng (TCVN 6186:1996).
    • Amoni ($NH_4^+-\text{N}$): Đo quang phổ so màu Phenate (TCVN 6179-1:1996 / ISO 7150-1).
    • Nitrit ($NO_2^--\text{N}$): Đo quang phổ với thuốc thử N-(1-naphthyl)-ethylenediamine dihydrochloride (TCVN 6178:1996).
    • Coliform tổng số: Kỹ thuật màng lọc (Membrane Filtration Method) ủ ấm $37^\circ\text{C}$ trong 24h trên môi trường m-Endo Agar (TCVN 6187-1:2009).
    • Kim loại nặng (Fe, Mn): Quang phổ hấp thụ nguyên tử ngọn lửa (FAAS) theo TCVN 6177:1996 và TCVN 6002:1995.

Implementation và kết quả

Xây dựng thuật toán xử lý dữ liệu và đánh giá WQI

Dưới đây là module Python chuyên dụng tính toán chỉ số chất lượng nước tổng hợp (VN_WQI) theo Quyết định 1465/QĐ-TCMT và thuật toán phát hiện đột biến nồng độ Amoni/Nitrit trên lưu vực:

import numpy as np
import pandas as pd
from typing import Dict, List, Tuple

class WaterQualityAnalyzer:
    """
    Module xử trị dữ liệu và tính toán chỉ số chất lượng nước (VN_WQI)
    dựa trên QCVN 08-MT:2015/BTNMT (Cột A2).
    """
    QCVN_LIMITS = {
        'permanganate': 5.0,    # mg O2/L
        'coliform': 5000,       # VK / 100ml
        'ammonia_n': 0.30,      # mg/L
        'nitrite_n': 0.050,     # mg/L
        'nitrate_n': 5.000,     # mg/L
        'iron_total': 1.00,     # mg/L
        'manganese': 0.200,     # mg/L
        'chloride': 350.0       # mg/L
    }

    def __init__(self, data_path: str):
        self.df = pd.read_csv(data_path)
        self._preprocess()

    def _preprocess(self) -> None:
        self.df['date'] = pd.to_datetime(self.df['date'])
        self.df.sort_values(by=['location', 'date'], inplace=True)

    def evaluate_exceedance(self) -> pd.DataFrame:
        """Kiểm tra tỷ lệ và biên độ vượt ngưỡng cho từng chỉ tiêu."""
        results = []
        for param, limit in self.QCVN_LIMITS.items():
            if param in self.df.columns:
                exceeded = self.df[self.df[param] > limit]
                ratio_max = (self.df[param].max() / limit) if len(exceeded) > 0 else 0.0
                results.append({
                    'parameter': param,
                    'limit_A2': limit,
                    'exceed_count': len(exceeded),
                    'exceed_rate_pct': round((len(exceeded) / len(self.df)) * 100, 2),
                    'max_value': self.df[param].max(),
                    'max_ratio': round(ratio_max, 2)
                })
        return pd.DataFrame(results)

    def calculate_wqi_parameter(self, param: str, value: float) -> float:
        """Tính điểm WQI thành phần quy đổi theo thang điểm 100."""
        limit = self.QCVN_LIMITS.get(param, 1.0)
        ratio = value / limit
        if ratio <= 1.0:
            return 100 - (ratio * 25) # Đạt loại tốt (75 - 100)
        elif ratio <= 2.0:
            return max(50 - (ratio - 1.0) * 25, 25) # Trung bình (25 - 50)
        else:
            return max(25 - (ratio - 2.0) * 10, 0) # Ô nhiễm nặng (< 25)

    def compute_comprehensive_score(self) -> pd.DataFrame:
        """Tính điểm WQI tổng thể từng chu kỳ lấy mẫu."""
        score_df = self.df[['location', 'date', 'month', 'year']].copy()
        wqi_list = []
        for _, row in self.df.iterrows():
            sub_scores = [
                self.calculate_wqi_parameter(param, row[param])
                for param in self.QCVN_LIMITS.keys() if param in row
            ]
            score_df.loc[_, 'WQI_Score'] = round(np.mean(sub_scores), 2)
        return score_df

# Example Data Verification Pipeline
if __name__ == "__main__":
    sample_data = {
        'location': ['Chanh_Duong', 'Chanh_Duong', 'Bach_Da', 'Bach_Da'],
        'date': ['2021-03-15', '2021-07-15', '2021-03-15', '2021-07-15'],
        'month': [3, 7, 3, 7],
        'year': [2021, 2021, 2021, 2021],
        'ammonia_n': [0.853, 0.860, 1.614, 0.862],
        'nitrite_n': [0.190, 0.074, 0.184, 0.085],
        'permanganate': [2.95, 5.03, 4.50, 6.89],
        'coliform': [3095, 4960, 325, 396]
    }
    df_test = pd.DataFrame(sample_data)
    df_test.to_csv("water_quality_test.csv", index=False)
    analyzer = WaterQualityAnalyzer("water_quality_test.csv")
    print(analyzer.evaluate_exceedance())

Kết quả phân tích chất lượng nước giai đoạn 2021 - 2023

Dữ liệu quan trắc thực nghiệm trong giai đoạn 3 năm (2021-2023) trên Sông Chanh Dương và Kênh Bạch Đà cho thấy chất lượng nước đang chịu áp lực ô nhiễm cục bộ với 4/13 thông số chủ chốt vượt ngưỡng quy chuẩn Cột A2:

NỒNG ĐỘ AMONI VÀ NITRIT GIAI ĐOẠN 2021-2023 SO VỚI QUY CHUẨN
  [mg/L]
            T1    T3    T5    T7    T9   T11   (Chu kỳ quan trắc)

Tổng hợp mức độ ô nhiễm và biến động các thông số điển hình:

  1. Chỉ số Pemanganat (Ô nhiễm hữu cơ):

    • Sông Chanh Dương: Các tháng mùa khô (1, 3, 5) nồng độ duy trì đạt chuẩn ($2,53 - 3,45\text{ mg }O_2/\text{l}$). Tháng 7 hàng năm (mùa mưa cao điểm) đều vượt ngưỡng A2 ($5,0\text{ mg }O_2/\text{l}$): đạt $5,03\text{ mg }O_2/\text{l}$ (2021), $5,64\text{ mg }O_2/\text{l}$ (2022), $5,30\text{ mg }O_2/\text{l}$ (2023).
    • Kênh Bạch Đà: Tháng 7 nồng độ chất hữu cơ tăng vọt, vượt chuẩn từ 1,13 đến 1,71 lần; đặc biệt tháng 7/2023 đạt đỉnh $8,55\text{ mg }O_2/\text{l}$ do nước mưa cuốn trôi chất hữu cơ bề mặt và dư lượng sinh hoạt từ khu dân cư xã Tân Hưng.

  2. Hợp chất Dinh dưỡng Nitơ ($NH_4^+-\text{N}$ và $NO_2^--\text{N}$):

    • Amoni ($NH_4^+-\text{N}$): Sông Chanh Dương vượt quy chuẩn ($0,30\text{ mg/l}$) từ 1,03 đến 2,87 lần (đạt đỉnh $0,860\text{ mg/l}$ vào tháng 7/2021 và $0,853\text{ mg/l}$ vào tháng 3/2021). Kênh Bạch Đà ghi nhận mức độ ô nhiễm Amoni nghiêm trọng vào tháng 3 hàng năm: $1,614\text{ mg/l}$ (tháng 3/2021 - vượt 5,38 lần), $0,721\text{ mg/l}$ (tháng 3/2022), $0,917\text{ mg/l}$ (tháng 3/2023).
    • Nitrit ($NO_2^--\text{N}$): Diễn biến phức tạp, Sông Chanh Dương vượt ngưỡng ($0,050\text{ mg/l}$) từ 1,06 đến 3,8 lần (đỉnh $0,190\text{ mg/l}$ tháng 3/2021; $0,120\text{ mg/l}$ tháng 9/2023). Kênh Bạch Đà vượt ngưỡng hầu hết các tháng 7, 9, 11 (đỉnh $0,184\text{ mg/l}$ tháng 3/2021). Đây là chỉ dấu trực tiếp của quá trình phân hủy không hoàn toàn các chất thải hữu cơ giàu đạm từ chăn nuôi gia cầm, nước thải sinh hoạt và lò giết mổ.

  3. Chỉ số Vi sinh (Coliform):

    • Sông Chanh Dương: Vượt quy chuẩn ($5.000\text{ VK/100ml}$) vào các đợt mưa nhiều hoặc xả thải tập trung: tháng 9/2021 ($6.250\text{ VK/100ml}$), tháng 11/2021 ($5.475\text{ VK/100ml}$), tháng 9/2022 ($5.800\text{ VK/100ml}$).
    • Kênh Bạch Đà: Chất lượng vi sinh tương đối an toàn, toàn bộ các tháng đo đều dao động thấp ($93 - 740\text{ VK/100ml}$), hoàn toàn nằm trong ngưỡng cho phép nhờ khả năng tự làm sạch tốt hơn trên phân đoạn kênh kín.

  4. Chỉ số Kim loại nặng (Mn, Fe) và Độ mặn (Clorua):

    • Clorua ($Cl^-$): Nồng độ trên cả 2 tuyến dao động từ $13,42 - 117,72\text{ mg/l}$, thấp hơn nhiều so với giới hạn $350\text{ mg/l}$, khẳng định khu vực lấy nước thô chưa bị xâm nhập mặn sâu trong giai đoạn 2021-2023.
    • Mangan và Sắt: Vượt chuẩn cục bộ vào mùa hè (Tháng 7 Sông Chanh Dương: $\text{Mn} = 0,267\text{ mg/l}$; $\text{Fe} = 1,45\text{ mg/l}$) do hiện tượng xói mòn rửa trôi bề mặt tầng đất chứa quặng phù sa và hoạt động sản xuất công nghiệp gia tăng.

Đổi mới và đóng góp

Nghiên cứu mang lại những đóng góp học thuật và giải pháp kỹ thuật mang tính thực tiễn cao:

  • Chuỗi dữ liệu quan trắc đa niên đồng bộ: Cung cấp bộ cơ sở dữ liệu thực nghiệm 13 thông số liên tục 3 năm (2021 - 2023), khắc phục tình trạng thiếu hụt dữ liệu đánh giá rủi ro nguồn nước mặt thô cho hệ thống NMN nông thôn Hải Phòng.
  • Lượng hóa tương quan thủy văn - mùa vụ: Chứng minh cơ chế tác động kép giữa mùa mưa (tháng 7-9 làm tăng vọt chỉ số Pemanganat, Coliform, Fe, Mn do rửa trôi bề mặt) và thời điểm khởi động chu kỳ sản xuất nông nghiệp sau Tết (tháng 3 làm tăng nồng độ Amoni và Nitrit do bón phân vô cơ và hoạt động làng nghề).
  • Mô hình hóa giải pháp 3 trục (Tuyên truyền - Quản lý - Kỹ thuật): Đề xuất giải pháp bảo vệ nguồn nước khả thi với điều kiện hạ tầng cấp huyện, nâng cao hiệu suất xử lý thô trước khi đưa vào dây chuyền lắng lọc NMN Vĩnh Bảo.

Ứng dụng thực tế và triển khai

Giải pháp đề xuất được hoạch định theo lộ trình 4 giai đoạn cụ thể nhằm chuyển hóa kết quả nghiên cứu vào thực tiễn quản lý địa phương:

                            LỘ TRÌNH TRIỂN KHAI BẢO VỆ NGUỒN NƯỚC (2024 - 2027)
  Giai đoạn 1            Giai đoạn 2                                     Giai đoạn 3            Giai đoạn 4
  (Q3/2024 - Q4/2024)    (Q1/2025 - Q4/2025)                             (Q1/2026 - Q4/2026)    (Q1/2027 trở đi)
  - Khảo sát thực địa    - Thiết lập hành lang bảo vệ 16 xã              - Xây dựng 2 trạm      - Tích hợp AI SCADA
  - Lắp đặt 50 biển báo  - Xử lý 100% điểm tập kết rác tạm               quan trắc tự động      - Hoàn thiện mô hình
  - Di dời chợ cóc       - Xử lý nước thải CCN Tân Liên đạt chuẩn B      - Cải tạo kè sinh thái liên hồ chứa

Kế hoạch hành động chi tiết:

  1. Giải pháp Tuyên truyền & Xã hội:
    • Duy trì và giám sát hiệu lực Bản cam kết bảo vệ nguồn nước giữa UBND huyện Vĩnh Bảo và 16 xã, thị trấn ven sông Chanh Dương (ký kết ngày 15/06/2019).
    • Di dời triệt để các bãi rác tự phát, chợ cóc dọc hành lang Quốc lộ 37 đoạn qua xã Thắng Thủy, Cổ Am; bổ sung 50 pano cảnh báo chế tài xử phạt hành chính xả rác theo Nghị định 45/2022/NĐ-CP.
  2. Giải pháp Quản lý & Quy hoạch:
    • Khoanh định vùng bảo hộ vệ sinh khu vực lấy nước sinh hoạt (bán kính $\ge 800\text{ m}$ về phía thượng lưu và $\ge 200\text{ m}$ về phía hạ lưu cửa lấy nước NMN số 2 Vĩnh Bảo và NMN Liễn Thâm).
    • Thanh tra định kỳ nước thải sau xử lý của 13 doanh nghiệp tại CCN Tân Liên trước khi xả vào kênh Ba Đồng.
  3. Giải pháp Kỹ thuật & Công nghệ:
    • Xây dựng vùng đệm đất ngập nước nhân tạo (Constructed Wetland) sử dụng thực vật thủy sinh (cỏ Vetiver, bèo lục bình, lau sậy) tại các kênh tiêu nông nghiệp đổ vào sông Chanh Dương nhằm giảm tải $40 - 60%$ hàm lượng Amoni và Nitrit trước khi hòa dòng.
    • Đầu tư hệ thống sensor đo tự động liên tục (Online Multiparameter Probes) tại cửa thu nước NMN để kịp thời đóng van phân phối khi phát hiện nồng độ Amoni $> 0,30\text{ mg/l}$ hoặc độ đục tăng đột biến $> 100\text{ NTU}$.

Hạn chế và hướng phát triển

Hạn chế kỹ thuật

  • Tần suất quan trắc định kỳ 2 tháng/lần (tháng 1, 3, 5, 7, 9, 11) chưa phản ánh liên tục được các đỉnh ô nhiễm ngắn hạn (Flash Pollution Events) do xả thải trộm vào ban đêm hoặc sau các cơn mưa dông lớn bất thường.
  • Chưa tiến hành phân tích chuyên sâu các hợp chất hữu cơ độc hại vi lượng như thuốc bảo vệ thực vật nhóm Clo hữu cơ (Aldrin, Dieldrin, Endrin) và nhóm Lân hữu cơ do hạn chế về kinh phí trang thiết bị sắc ký khí khối phổ (GC-MS).

Hướng nghiên cứu mở rộng

  • Ứng dụng mô hình thủy lực và chất lượng nước 2 chiều (Delft3D hoặc MIKE 11/21) mô phỏng chính xác sự lan truyền chất ô nhiễm theo chu kỳ dao động bán nhật triều của hệ thống sông Luộc - Hóa - Thái Bình.
  • Tích hợp dữ liệu viễn thám vệ tinh (Sentinel-2 / Landsat-9) kết hợp thuật toán Random Forest/CNN để theo dõi độ đục và chỉ số diệp lục tố (Chlorophyll-a) trên toàn diện tích lưu vực sông mặt huyện Vĩnh Bảo.

Đối tượng hưởng lợi

  • Sinh viên & Học viên cao học ngành Kỹ thuật Môi trường: Cung cấp tài liệu tham khảo chuẩn mực về phương pháp luận lấy mẫu, phân tích thực nghiệm và xử lý số liệu quan trắc thủy vực nước mặt nông thôn.
  • Cơ quan Quản lý Nhà nước (UBND huyện Vĩnh Bảo, Sở TN&MT Hải Phòng): Cung cấp bằng chứng thực nghiệm tin cậy để phục vụ công tác quy hoạch phân vùng bảo hộ nguồn nước và thanh kiểm tra xả thải công nghiệp.
  • Doanh nghiệp Cấp nước sạch (Công ty CP Cấp nước Hải Phòng, NMN Liễn Thâm): Nắm bắt quy luật diễn biến chất lượng nước thô theo mùa để chủ động điều chỉnh liều lượng châm hóa chất keo tụ (PAC), khử trùng (Clo) và thời gian sục khí xử lý Amoni/Mangan.
  • Cộng đồng dân cư địa phương: Bảo vệ sức khỏe hơn 173.000 người dân Vĩnh Bảo thông qua việc nâng cao chất lượng nguồn nước sinh hoạt đạt chuẩn vệ sinh.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao nồng độ Amoni và Nitrit tại Kênh Bạch Đà lại tăng đột biến vào tháng 3 hàng năm? Tháng 3 là thời điểm nông dân Vĩnh Bảo tập trung bón phân đạm (Urê) đợt 1 cho vụ lúa Đông Xuân, kết hợp thời điểm các làng nghề và khu sản xuất tái hoạt động mạnh sau kỳ nghỉ Tết. Do thời kỳ này lượng dòng chảy trên sông thấp (tháng 3-4 chỉ chiếm 4,7% tổng lượng nước năm), khả năng pha loãng tự nhiên của kênh kém, dẫn đến nồng độ Amoni đạt đỉnh ($1,614\text{ mg/l}$).

  2. Chỉ số Pemanganat vượt ngưỡng vào tháng 7 có ảnh hưởng trực tiếp đến quy trình cấp nước sạch không? Có. Chỉ số Pemanganat phản ánh hàm lượng chất hữu cơ dễ bị oxy hóa. Khi nồng độ vượt $5,0\text{ mg }O_2/\text{l}$ (tháng 7 đạt tới $8,55\text{ mg }O_2/\text{l}$ tại Bạch Đà), quy trình keo tụ tạo bông sẽ tiêu tốn nhiều phèn/PAC hơn, đồng thời tăng nguy cơ tạo ra các phụ phẩm khử trùng độc hại (Trihalomethanes - THMs) khi khử trùng bằng Clo nếu không được tiền oxy hóa hiệu quả.

  3. Nước sông Chanh Dương đã bị xâm nhập mặn chưa? Chưa. Nồng độ Clorua quan trắc giai đoạn 2021-2023 cao nhất chỉ đạt $54,67\text{ mg/l}$ trên sông Chanh Dương và $117,72\text{ mg/l}$ trên kênh Bạch Đà, thấp hơn nhiều so với ngưỡng giới hạn $350\text{ mg/l}$ của QCVN 08-MT:2015/BTNMT Cột A2.

  4. Chi phí đầu tư hệ thống quan trắc tự động tại cửa thu nước NMN khoảng bao nhiêu? Một trạm quan trắc nước mặt tự động cơ bản (đo pH, Độ đục, DO, EC, Nhiệt độ, Amoni/Nitrat dạng ion chọn lọc ISE) có chi phí đầu tư dao động từ 450 - 750 triệu VNĐ, chi phí bảo trì hiệu chuẩn định kỳ khoảng 30 - 50 triệu VNĐ/năm.

  5. Giải pháp nào xử lý Amoni hiệu quả nhất cho các trạm cấp nước sạch mini quy mô xã? Giải pháp tối ưu về chi phí và vận hành cho trạm cấp nước nông thôn là xây dựng tháp oxy hóa tiếp xúc (dạng dàn mưa hoặc tháp đệm sục khí cưỡng bức) kết hợp bể lọc cát sinh học (Biological Sand Filter) để chuyển hóa $NH_4^+ \rightarrow NO_2^- \rightarrow NO_3^-$ bằng vi khuẩn Nitrosomonas và Nitrobacter trước khi qua bể lọc áp lực.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp đã hoàn thành xuất sắc mục tiêu đánh giá hiện trạng chất lượng nước mặt tại sông Chanh Dương và kênh Bạch Đà giai đoạn 2021 – 2023. Kết quả phân tích khẳng định nguồn nước mặt huyện Vĩnh Bảo đang bị ô nhiễm hữu cơ và dinh dưỡng nitơ cục bộ (vượt quy chuẩn Cột A2 từ 1,03 đến 5,38 lần đối với Amoni, Nitrit và Pemanganat), đe dọa trực tiếp đến chất lượng nước cấp sinh hoạt của hơn 10.000 $\text{m}^3/\text{ngày đêm}$. Hệ thống các giải pháp đồng bộ từ tuyên truyền di dời nguồn ô nhiễm ven sông, kiểm soát xả thải CCN Tân Liên đến thiết lập trạm quan trắc tự động và vùng đệm sinh học là cơ sở khoa học then chốt để các cơ quan chức năng thành phố Hải Phòng triển khai nhằm bảo vệ bền vững an ninh nguồn nước vùng hạ lưu đồng bằng sông Hồng.