Tổng quan nghiên cứu

Thành phố Cẩm Phả là trung tâm công nghiệp than trọng điểm của tỉnh Quảng Ninh với diện tích tự nhiên 386,5 km² và quy mô dân số đạt hơn 190.600 người, mật độ dân số trung bình 493,1 người/km². Địa bàn thành phố sở hữu tiềm năng khoáng sản than đá khổng lồ với trữ lượng ước tính trên 3 tỷ tấn, đóng góp từ 50% đến 55% tổng sản lượng than khai thác của cả nước. Tuy nhiên, quá trình công nghiệp hóa nhanh chóng cùng hoạt động khai thác than hầm lò và lộ thiên đã tạo áp lực rất lớn lên tài nguyên nước mặt có tổng lượng 474,23 triệu m³/năm. Mỗi ngày đêm, thành phố phát sinh hơn 30.237 m³ nước thải sinh hoạt chưa qua xử lý triệt để, kết hợp cùng hàng triệu mét khối nước tháo khô mỏ và nước mưa chảy tràn qua các bãi thải đổ thẳng vào hệ thống sông suối rồi dẫn ra vịnh Bái Tử Long.

Trước thực trạng đó, mạng lưới quan trắc môi trường nước mặt của thành phố Cẩm Phả theo Quyết định số 1927/QĐ-UBND hiện chỉ có 4 điểm quan trắc định kỳ. Mật độ này quá thưa thớt, chưa phản ánh chính xác bức tranh phân bố ô nhiễm và tác động thực tế từ các nguồn thải phức tạp. Luận văn tập trung đánh giá hiện trạng mạng lưới quan trắc, khảo sát thực trạng nguồn thải và phân tích diễn biến chất lượng nước mặt giai đoạn 2017-2019, từ đó đề xuất phương án bổ sung mạng lưới điểm quan trắc nước mặt tối ưu đến năm 2030. Nghiên cứu mang ý nghĩa khoa học trong việc hoàn thiện phương pháp luận thiết kế mạng lưới quan trắc lưu vực và mang giá trị thực tiễn cấp bách, cung cấp công cụ phục vụ công tác quản lý tài nguyên và kiểm soát ô nhiễm nước tại địa phương.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu vận dụng lý thuyết kiểm soát ô nhiễm môi trường nước mặt và khung kỹ thuật thiết kế mạng lưới quan trắc theo quy định tại Thông tư 24/2017/TT-BTNMT của Bộ Tài nguyên và Môi trường. Đề tài kết hợp hướng dẫn thiết kế mạng lưới quan trắc của Cơ quan Hợp tác Quốc tế Nhật Bản (JICA) phối hợp cùng Tổng cục Môi trường, phân định rành mạch giữa hai loại hình trạm: trạm quan trắc nền (đo lường dữ liệu nền và xu hướng chất lượng nước dài hạn ở thượng lưu) và trạm quan trắc tác động (theo dõi sự cố ô nhiễm và ảnh hưởng trực tiếp từ các nguồn xả thải lớn ở hạ lưu).

Các khái niệm chuyên ngành cốt lõi được chuẩn hóa trong nghiên cứu bao gồm: môi trường nước mặt lục địa, tải lượng ô nhiễm dòng chảy, tính đại diện không gian của điểm quan trắc và chỉ số chất lượng nước tổng hợp. Luận văn áp dụng mô hình tính toán chỉ số chất lượng nước Việt Nam (VN_WQI) ban hành kèm theo Quyết định số 1460/QĐ-TCMT năm 2019 của Tổng cục Môi trường. Chỉ số VN_WQI phân cấp chất lượng nước thành 6 mức thang điểm từ 0 đến 100 dựa trên kết quả phân tích 20 thông số hóa lý, kim loại nặng và vi sinh vật.

Phương pháp nghiên cứu

Về cỡ mẫu và phương pháp chọn mẫu, tác giả đã kế thừa chuỗi dữ liệu thứ cấp giai đoạn 2010-2019 và thu thập kết quả đo đạc từ 12 đợt quan trắc định kỳ trong 3 năm (2017-2019) tại 4 trạm quan trắc hiện hữu, với tần suất 4 đợt mỗi năm vào các tháng 1, 4, 7 và 10. Phương pháp chọn mẫu áp dụng nguyên tắc phân tầng không gian và tính đại diện thủy vực, kết hợp cùng đợt khảo sát thực địa chuyên sâu vào tháng 11/2019 dọc theo 2 tuyến giao thông chính gồm tuyến Quốc lộ 18A dài gần 70 km và tuyến Tỉnh lộ 337 qua các điểm xả thải trọng điểm.

Lý do lựa chọn phương pháp tính toán chỉ số VN_WQI là nhằm chuẩn hóa các thông số quan trắc đa dạng (BOD5, COD, TSS, DO, Coliform, các ion vô cơ và kim loại nặng) thành một giá trị đơn nhất, giúp đánh giá nhanh chóng mức độ sạch hoặc ô nhiễm của từng nguồn nước. Các số liệu quan trắc được làm sạch, kiểm soát chất lượng QA/QC, xử lý thống kê trên phần mềm Microsoft Excel và mô hình hóa tọa độ địa lý hệ VN2000 trên nền tảng Google Earth để xác định vị trí đặt trạm tối ưu.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, nguồn nước cấp sinh hoạt tại hồ Cao Vân và đập Đá Bạc trên sông Diễn Vọng duy trì chất lượng tương đối ổn định với chỉ số VN_WQI dao động từ 76 đến 92 điểm (mức chất lượng tốt phục vụ mục đích cấp nước sinh hoạt), bảo đảm cung cấp nước thô cho Nhà máy nước Diễn Vọng công suất thiết kế 60.000 m³/ngày đêm. Tuy nhiên, khả năng cấp nước an toàn của sông Diễn Vọng đang có xu hướng giảm còn khoảng 7.000 m³/ngày đêm do hiện tượng bồi lắng lòng dẫn và độ đục gia tăng từ hoạt động khai thác khoáng sản thượng nguồn.

Thứ hai, các thủy vực tiếp nhận nước thải đô thị và nước tháo khô mỏ than ghi nhận tình trạng ô nhiễm hữu cơ và chất rắn lơ lửng rất nghiêm trọng. Điển hình tại suối moong Cọc 6 (Cầu 5 qua Quốc lộ 18A) và hạ lưu sông Mông Dương sau điểm hợp lưu suối Bàng Nâu, chỉ số VN_WQI thường xuyên giảm sâu xuống dưới 35 điểm (mức ô nhiễm nặng màu cam và đỏ), hàm lượng TSS, COD và Coliform vượt nhiều lần quy chuẩn QCVN 08-MT:2015/BTNMT.

Thứ ba, mạng lưới quan trắc hiện trạng với 4 điểm quan trắc chỉ đáp ứng khoảng 15% diện tích các lưu vực chịu áp lực ô nhiễm cao, hoàn toàn thiếu vắng các điểm giám sát tác động tại các khe suối trung gian tiếp nhận nước thải công nghiệp và nước thải sinh hoạt trước khi đổ ra biển.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính dẫn đến sự suy thoái cục bộ chất lượng nước mặt xuất phát từ đặc điểm địa hình đồi núi dốc chiếm 2/3 diện tích thành phố kết hợp với lượng mưa trung bình năm lớn đạt 2.144,5 mm, trong đó 86% lượng mưa tập trung vào mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 11. Dòng chảy mặt trong mùa mưa cuốn theo khối lượng khổng lồ đất đá xói mòn từ các bãi thải khai thác than như Nam Đèo Nai, Bàng Nâu làm gia tăng đột biến hàm lượng kim loại nặng và chất rắn lơ lửng.

Dữ liệu quan trắc trong luận văn có thể được biểu diễn trực quan qua biểu đồ đường đa trục thể hiện biến thiên chỉ số VN_WQI theo 4 mùa trong giai đoạn 2017-2019, kết hợp bản đồ nhiệt GIS phân vùng tải lượng ô nhiễm từ thượng lưu đập Cao Vân đến vùng cửa biển Mông Dương. Kết quả thảo luận hoàn toàn tương thích với các nghiên cứu về ô nhiễm lưu vực mỏ than tại vùng Đông Bắc, đồng thời bổ sung bằng chứng thực nghiệm khẳng định việc duy trì 4 điểm quan trắc cũ là không còn phù hợp với tốc độ phát triển đô thị loại II của Cẩm Phả.

Đề xuất và khuyến nghị

Thứ nhất, mở rộng quy mô mạng lưới điểm quan trắc: Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Quảng Ninh cùng UBND thành phố Cẩm Phả cần phê duyệt phương án bổ sung từ 8 đến 12 điểm quan trắc nước mặt mới giai đoạn 2021-2025, nâng tổng số trạm giám sát lên 12 đến 16 điểm, phân bố phủ kín 100% các lưu vực sông suối tiếp nhận nguồn xả chính như suối Hóa Chất, suối Bàng Nâu và sông Voi Lớn.

Thứ hai, hiện đại hóa hệ thống quan trắc tự động liên tục: Lắp đặt tối thiểu 2 đến 3 trạm quan trắc nước mặt tự động tại khu vực hồ Cao Vân và đập tràn Mông Dương trước năm 2025, đảm bảo truyền dữ liệu trực tuyến 24/7 về Trung tâm Quan trắc Tài nguyên và Môi trường tỉnh để phát hiện sớm các sự cố môi trường.

Thứ ba, chuẩn hóa danh mục thông số và tần suất phân tích: Trung tâm Quan trắc Tài nguyên và Môi trường duy trì tần suất lấy mẫu định kỳ 4 lần/năm (tháng 1, 4, 7, 10), đo đạc đầy đủ 20 thông số tiêu chuẩn và bổ sung kiểm soát các kim loại nặng đặc thù của công nghiệp khai khoáng như Mangan, Sắt, Asen, Cadimi theo đúng QCVN 08-MT:2015/BTNMT từ quý 1 năm 2021.

Thứ tư, kiểm soát chặt chẽ các nguồn xả thải công nghiệp và đô thị: Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam (TKV) và các công ty than Cọc Sáu, Khe Chàm cần đầu tư xử lý 100% nước tháo khô mỏ đạt chuẩn QCVN 40:2011/BTNMT trước khi xả ra dòng chảy; thành phố Cẩm Phả đẩy nhanh tiến độ xây dựng trạm xử lý nước thải sinh hoạt tập trung công suất từ 25.000 đến 30.000 m³/ngày đêm đến năm 2030.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Cơ quan quản lý nhà nước về tài nguyên và môi trường: Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Quảng Ninh và Phòng Tài nguyên và Môi trường thành phố Cẩm Phả có thể ứng dụng trực tiếp vị trí tọa độ đề xuất và khung dữ liệu VN_WQI để xây dựng Đề án quy hoạch mạng lưới quan trắc môi trường giai đoạn 2021-2030.
  2. Các tập đoàn và doanh nghiệp khai thác khoáng sản: Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam, Tổng công ty Đông Bắc và các đơn vị sản xuất xi măng trên địa bàn sử dụng luận văn làm tài liệu tham chiếu để thiết kế mạng lưới quan trắc nội bộ và đánh giá tác động môi trường định kỳ.
  3. Đơn vị tư vấn, nghiên cứu và kỹ thuật môi trường: Các trung tâm quan trắc, viện nghiên cứu môi trường có thể vận dụng quy trình 8 bước thiết kế mạng lưới chuẩn hóa và thuật toán tính toán WQI cho các lưu vực sông suối chịu áp lực khai khoáng tương tự.
  4. Giảng viên, học viên cao học và sinh viên chuyên ngành: Giảng viên và học viên ngành Quản lý Tài nguyên và Môi trường, Kỹ thuật Môi trường sử dụng làm tài liệu học tập, nghiên cứu tình huống thực tế về quản lý chất lượng nước lưu vực sông vùng công nghiệp mỏ than.

Câu hỏi thường gặp

  1. Vì sao mạng lưới 4 điểm quan trắc nước mặt hiện tại ở Cẩm Phả không còn đáp ứng được yêu cầu quản lý? Mạng lưới 4 điểm hiện hữu được thiết lập theo quy hoạch cũ, chỉ tập trung ở một số hồ và sông chính mà bỏ sót các nhánh suối nhỏ tiếp nhận nước thải từ vùng mỏ than 3 tỷ tấn trữ lượng và hơn 30.237 m³/ngày nước thải sinh hoạt đô thị đang đổ thẳng ra vịnh Bái Tử Long.

  2. Chỉ số VN_WQI đóng vai trò cụ thể như thế nào trong đánh giá chất lượng nước mặt tại Cẩm Phả? Chỉ số VN_WQI theo Quyết định 1460/QĐ-TCMT tích hợp 20 thông số hóa lý, vi sinh thành thang điểm 0-100, giúp cơ quan quản lý phân loại trực quan nguồn nước sạch như hồ Cao Vân (WQI đạt 76-92 điểm) và điểm ô nhiễm nặng như suối moong Cọc 6 (WQI dưới 35 điểm).

  3. Nguồn phát sinh ô nhiễm nào gây tác động lớn nhất tới môi trường nước mặt thành phố? Hai nguồn gây ô nhiễm lớn nhất là nước tháo khô mỏ từ các công ty than chứa hàm lượng chất rắn lơ lửng cùng kim loại nặng cao, kết hợp cùng nước thải sinh hoạt đô thị từ 190.600 người dân chưa qua hệ thống xử lý nước thải tập trung.

  4. Việc lựa chọn vị trí bổ sung điểm quan trắc mới dựa trên những tiêu chí khoa học nào? Đề tài dựa trên 3 tiêu chí theo Thông tư 24/2017/TT-BTNMT: tính ổn định đại diện theo tọa độ VN2000, phân bố khoa học giữa trạm nền thượng lưu và trạm tác động hạ lưu nguồn thải, cùng sự đồng bộ với định hướng phát triển kinh tế xã hội thành phố đến năm 2030.

  5. Tần suất và danh mục thông số quan trắc đề xuất cho Cẩm Phả được quy định ra sao? Luận văn đề xuất tần suất quan trắc định kỳ 4 lần/năm vào các tháng 1, 4, 7, 10 tương ứng các thời điểm chuyển mùa thủy văn, thực hiện phân tích 20 thông số cốt lõi gồm nhóm vật lý, dinh dưỡng, hữu cơ, vi sinh Coliform và 5 kim loại nặng độc hại (As, Hg, Pb, Cd, Fe).

Kết luận

  • Đánh giá toàn diện hiện trạng mạng lưới 4 điểm quan trắc nước mặt thành phố Cẩm Phả và chỉ rõ tính cấp thiết của việc mở rộng trạm đo tại các vùng phát sinh nguồn thải.
  • Xác định và định lượng cụ thể các nguồn tác động lớn gồm hơn 30.237 m³/ngày nước thải sinh hoạt và nước thải từ vùng khai thác than trữ lượng trên 3 tỷ tấn.
  • Ứng dụng thành công phương pháp tính chỉ số VN_WQI theo Quyết định 1460/QĐ-TCMT để phân vùng chính xác chất lượng nước mặt giai đoạn 2017-2019.
  • Đề xuất bổ sung từ 8 đến 12 điểm quan trắc mới theo tọa độ VN2000, hoàn thiện cấu trúc mạng lưới gồm cả trạm nền và trạm tác động.
  • Xây dựng lộ trình tích hợp các trạm quan trắc tự động liên tục và giải pháp kiểm soát nguồn xả thải đồng bộ hướng tới mục tiêu phát triển bền vững năm 2030.

Luận văn của tác giả Nguyễn Thị Cài là công trình nghiên cứu công phu, cung cấp luận cứ khoa học vững chắc phục vụ công tác quy hoạch bảo vệ môi trường nước tại thành phố Cẩm Phả. Các cấp quản lý và doanh nghiệp khai khoáng cần sớm phối hợp phê duyệt kinh phí để triển khai đồng bộ mạng lưới quan trắc bổ sung trong giai đoạn 2021-2025, góp phần bảo vệ bền vững hệ sinh thái ven biển vịnh Bái Tử Long.