Tổng quan nghiên cứu

Việt Nam sở hữu mạng lưới thủy văn phong phú với tổng lượng dòng chảy hàng năm đạt 835,5 tỷ mét khối và lượng nước bình quân đạt 9.210 mét khối một người trong một năm, vượt trội so với mức trung bình của thế giới. Tại tỉnh Quảng Ninh, thành phố Hạ Long giữ vai trò là đô thị loại I, trung tâm kinh tế, du lịch và công nghiệp cảng biển trọng điểm của vùng kinh tế phía Bắc. Nguồn tài nguyên nước mặt của thành phố có tổng trữ lượng ước tính đạt 319,17 triệu mét khối, phân bố qua bốn lưu vực sông chính gồm sông Diễn Vọng, sông Trới, sông Vũ Oai, sông Man và các hồ cảnh quan đô thị như hồ Hùng Thắng với diện tích 50 ha, hồ Ao Cá với diện tích 17 ha.

Áp lực từ sự gia tăng dân số với quy mô hơn 274.000 người, kết hợp cùng hoạt động khai thác than, dịch vụ du lịch và tốc độ đô thị hóa nhanh chóng đang tạo ra tải lượng xả thải khổng lồ. Thực trạng này khiến môi trường nước mặt tại nhiều khu vực nội thành đối mặt với nguy cơ suy thoái cục bộ nghiêm trọng. Đề tài luận văn thạc sĩ chuyên ngành Quản lý Tài nguyên và Môi trường của tác giả Nguyễn Thị Lan Phương, thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của Tiến sĩ Văn Hữu Tập tại Trường Đại học Khoa học thuộc Đại học Thái Nguyên vào năm 2022, đã tập trung giải quyết bài toán cấp bách này.

Mục tiêu cụ thể của nghiên cứu bao gồm: đánh giá toàn diện hiện trạng chất lượng nước mặt năm 2021 qua hai mùa mưa và khô; phân tích diễn biến chất lượng nước giai đoạn 5 năm từ 2017 đến 2021; thiết lập các giải pháp quản lý và kiểm soát ô nhiễm phù hợp với quy hoạch tài nguyên nước của địa phương. Nghiên cứu có ý nghĩa thực tiễn to lớn trong việc cung cấp cơ sở dữ liệu định lượng, hỗ trợ cơ quan chức năng kiểm soát nguồn thải nhằm đưa 100% các điểm nước mặt đạt chuẩn theo Quy chuẩn kỹ thuật địa phương tỉnh Quảng Ninh và Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia phục vụ cấp nước sinh hoạt, du lịch và bảo vệ hệ sinh thái vịnh Cửa Lục, vịnh Hạ Long.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu ứng dụng các khung lý thuyết hiện đại về đánh giá chất lượng nước và động lực học ô nhiễm thủy vực. Đầu tiên là phương pháp đánh giá toàn diện mờ do Lotfi Zadeh khởi xướng năm 1965 tại Đại học California, Berkeley, giúp xử lý tối ưu tính bất định và các mối quan hệ phi tuyến phức tạp trong môi trường nước tự nhiên. Tiếp theo là mô hình chỉ số chất lượng nước của Quỹ Vệ sinh Quốc gia Hoa Kỳ xây dựng bằng kỹ thuật Delphi, cùng với chỉ số chất lượng nước Canada tích hợp đa thông số. Tại Việt Nam, nghiên cứu bám sát Hướng dẫn kỹ thuật tính toán và công bố chỉ số chất lượng nước Việt Nam ban hành theo Quyết định số 1460/QĐ-TCMT ngày 12 tháng 11 năm 2019 của Tổng cục Môi trường, chuẩn hóa trên thang điểm từ 10 đến 100.

Khung lý thuyết của đề tài làm rõ bốn khái niệm nền tảng theo Luật Tài nguyên nước năm 2012 và Luật Bảo vệ môi trường: Nước mặt là nguồn nước tồn tại trên bề mặt lục địa hoặc hải đảo; Ô nhiễm nguồn nước là sự biến đổi tính chất vật lý, hóa học, sinh học không phù hợp quy chuẩn cho phép; Suy thoái nguồn nước là sự suy giảm về số lượng và chất lượng so với trạng thái tự nhiên; Quan trắc môi trường là quá trình theo dõi có hệ thống nhằm đánh giá hiện trạng và xu hướng biến động của môi trường.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu thiết lập mạng lưới quan trắc gồm 5 vị trí đại diện: điểm NM1 tại hồ Ao Cá, điểm NM2 tại hồ Hùng Thắng, điểm NM3 tại sông Trới gần trạm xử lý nước thải của Khu công nghiệp Việt Hưng, điểm NM4 tại sông Diễn Vọng tiếp nhận nước mưa chảy tràn từ Trung tâm xử lý chất thải rắn, điểm NM5 tại sông Diễn Vọng cách vị trí tiếp nhận 100 mét về phía thượng nguồn. Mẫu nước được thu thập với tần suất 2 đợt mỗi năm, gồm đợt 1 vào tháng 6 đại diện mùa mưa và đợt 2 vào tháng 12 đại diện mùa khô. Chuỗi dữ liệu quan trắc liên tục trong giai đoạn 5 năm từ năm 2017 đến năm 2021 với tổng số 50 lượt mẫu phân tích chuyên sâu được kế thừa và kiểm chứng thực địa. Toàn bộ quy trình nghiên cứu được triển khai từ tháng 9 năm 2021 đến tháng 5 năm 2022.

Phương pháp chọn mẫu tuân thủ tiêu chuẩn quốc gia TCVN 6663-6:2008 và ISO 5667-6:2005. Mẫu nước được lấy bằng bình dung tích từ 500 đến 1.500 ml, cố định hóa chất bảo quản nghiêm ngặt và phân tích tại Trung tâm Quan trắc Tài nguyên và Môi trường tỉnh Quảng Ninh. Nghiên cứu phân tích 15 thông số lý hóa, kim loại và vi sinh gồm: pH, DO, BOD5, COD, Amoni, Nitrat, Phosphat, Crom sáu, Kẽm, Đồng, Chì, Cadimi, Asen, Thủy ngân và Coliform. Phương pháp tính toán VN_WQI được lựa chọn vì khả năng tích hợp dữ liệu nhiều nhóm thành một chỉ số duy nhất, khắc phục hạn chế đánh giá rời rạc của phương pháp truyền thống, đồng thời cho phép đối sánh chuẩn mực với QCVN 08-MT:2015/BTNMT cột A2, B1, B2 và Quy chuẩn kỹ thuật địa phương QCĐP 01:2020/QN của tỉnh Quảng Ninh.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Phát hiện thứ nhất là tình trạng ô nhiễm hữu cơ và dinh dưỡng nghiêm trọng tại các hồ nội thành. Trong đợt quan trắc thứ hai năm 2021, nồng độ BOD5 tại hồ Ao Cá đạt 44 mg/l (vượt giới hạn cột A2 tới 7,3 lần) và COD đạt 96 mg/l (vượt giới hạn cột A2 tới 6,4 lần và vượt giới hạn cột B2 tới 92%). Tại hồ Hùng Thắng, BOD5 đạt 42 mg/l và COD đạt 90 mg/l, phản ánh mức độ ô nhiễm hữu cơ cao gấp hơn 6 lần quy chuẩn cấp nước sinh hoạt. Đáng chú ý, nồng độ amoni tại hồ Ao Cá đợt 2 năm 2021 chạm ngưỡng 5,31 mg/l, vượt giới hạn cho phép cột A2 tới 17,7 lần và vượt giới hạn cột B2 tới 5,9 lần.

Phát hiện thứ hai là sự suy giảm chất lượng nước mặt rõ rệt vào mùa khô tại các thủy vực hồ. Chỉ số VN_WQI tại hồ Ao Cá giảm mạnh từ 51 điểm (mức chất lượng trung bình, sử dụng cho tưới tiêu) trong đợt 1 mùa mưa xuống còn 38 điểm (mức chất lượng kém, chỉ dùng cho giao thông thủy) trong đợt 2 mùa khô, tương đương mức giảm 25,5%. Chỉ số WQI tại hồ Hùng Thắng cũng suy giảm từ 64 điểm xuống 59 điểm, giảm 7,8%. Đồng thời, mật độ vi sinh Coliform trong đợt 2 tại hồ Ao Cá đạt 7.500 MPN/100ml và hồ Hùng Thắng đạt 7.000 MPN/100ml, vượt từ 40% đến 50% ngưỡng an toàn 5.000 MPN/100ml của quy chuẩn.

Phát hiện thứ ba là nguồn nước mặt hệ sinh thái sông duy trì chất lượng tốt và có tính ổn định cao. Tại sông Trới và sông Diễn Vọng, chỉ số VN_WQI năm 2021 luôn duy trì ở mức cao từ 79 đến 82 điểm, xếp hạng chất lượng loại II (mức tốt), phù hợp mục đích cấp nước sinh hoạt sau khi áp dụng các biện pháp xử lý thích hợp. Đặc biệt, tất cả các mẫu phân tích kim loại nặng gồm Chì, Cadimi, Asen, Thủy ngân, Crom sáu và Kẽm tại 5 điểm quan trắc đều đạt điểm tối đa 100 điểm trên thang WQI, với hàm lượng Asen luôn dưới 0,0032 mg/l và Chì dưới 0,0042 mg/l, thấp hơn nhiều lần so với ngưỡng giới hạn quy chuẩn 0,02 mg/l.

Thảo luận kết quả

Sự tương phản sâu sắc giữa hệ thống sông và hồ được giải thích qua cơ chế thủy văn và nguồn thải đặc thù. Hồ Ao Cá rộng 17 ha với dung tích 1,6 triệu mét khối và hồ Hùng Thắng rộng 50 ha với dung tích 0,3 triệu mét khối là các hồ khép kín, chưa có quy trình vận hành và phụ thuộc hoàn toàn vào nước mưa tự nhiên. Nằm xen kẽ trong các khu dân cư đông đúc của phường Bãi Cháy và phường Hùng Thắng, hai hồ này tiếp nhận lượng lớn nước thải sinh hoạt và dịch vụ du lịch chưa qua xử lý. Khi bước vào mùa khô tháng 12, lượng mưa suy giảm làm cạn kiệt dung tích dòng chảy bổ sung, dẫn đến việc tích tụ các hợp chất chứa cacbon, nitơ và photpho với nồng độ đậm đặc.

So sánh với các nghiên cứu khác trong nước, hiện tượng suy thoái chất lượng nước hồ tại Hạ Long tương đồng với diễn biến ô nhiễm hữu cơ cục bộ từng được ghi nhận tại lưu vực sông Sài Gòn và sông Mông Dương thuộc thành phố Cẩm Phả. Ngược lại, sông Diễn Vọng có chiều dài 35 km, diện tích lưu vực 287 km2 và sông Trới có diện tích lưu vực 166 km2 sở hữu vận tốc dòng chảy từ 0,3 đến 2 m/s kết hợp chu kỳ nhật triều vịnh Bắc Bộ với biên độ trung bình từ 0,6 đến 3,6 mét. Điều kiện này tạo khả năng tự làm sạch, xáo trộn oxy hòa tan và pha loãng chất ô nhiễm vượt trội so với các hồ kín.

Chuỗi dữ liệu 10 đợt quan trắc từ năm 2017 đến năm 2021 được thể hiện qua các biểu đồ hình cột so sánh biến động nồng độ BOD5, COD, amoni đối chiếu với đường giới hạn đỏ của quy chuẩn địa phương. Cách trình bày này giúp các cơ quan quản lý nhận diện trực quan xu hướng gia tăng ô nhiễm dinh dưỡng theo thời gian. Đồng thời, bảng ma trận phân hạng chất lượng nước kết hợp bản đồ số hóa với mã màu chuẩn hóa (xanh lá cây cho mức tốt từ 76 đến 90 điểm, vàng cho mức trung bình từ 51 đến 75 điểm, da cam cho mức kém từ 26 đến 50 điểm) là công cụ đắc lực hỗ trợ công tác quy hoạch vùng bảo vệ nguồn nước.

Đề xuất và khuyến nghị

Thứ nhất, đầu tư xây dựng hệ thống thu gom và xử lý nước thải sinh hoạt tập trung tại khu vực nội thành. Ủy ban nhân dân thành phố Hạ Long chủ trì phối hợp với Sở Xây dựng triển khai dự án bóc tách mạng lưới cống thoát nước mưa và nước thải riêng biệt tại các phường Bãi Cháy, Hùng Thắng và Hoành Bồ. Mục tiêu đặt ra là thu gom và xử lý đạt quy chuẩn 100% lượng nước thải sinh hoạt phát sinh quanh khu vực hồ Ao Cá và hồ Hùng Thắng, giảm từ 60% đến 75% nồng độ COD và BOD5 xả ra môi trường, hoàn thành dứt điểm trong giai đoạn từ năm 2022 đến năm 2025.

Thứ hai, thiết lập trạm quan trắc tự động liên tục và siết chặt kiểm soát xả thải công nghiệp. Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Quảng Ninh phối hợp với Ban Quản lý Khu kinh tế tỉnh yêu cầu Khu công nghiệp Việt Hưng và Trung tâm xử lý chất thải rắn Diễn Vọng nâng cấp hệ thống quan trắc online 24/7, truyền dữ liệu trực tiếp về cơ quan quản lý. Biện pháp này hướng tới mục tiêu kiểm soát 100% các nguồn xả thải công nghiệp và nước rỉ rác, duy trì chỉ số VN_WQI tại sông Trới và sông Diễn Vọng luôn ổn định trên 80 điểm trong giai đoạn từ năm 2023 đến năm 2024.

Thứ ba, áp dụng các công cụ kinh tế và tài chính môi trường trong quản lý tài nguyên nước. Sở Tài chính phối hợp với Cục Thuế và Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Quảng Ninh rà soát, điều chỉnh tăng mức phí bảo vệ môi trường đối với hoạt động xả nước thải từ các cơ sở lưu trú, nhà hàng và sản xuất công nghiệp. Mục tiêu nâng cao nguồn thu ngân sách tái đầu tư cho hạ tầng xử lý nước thải thêm khoảng 20% mỗi năm, đồng thời thúc đẩy các doanh nghiệp cắt giảm 30% tổng lưu lượng nước xả thải trực tiếp trước năm 2026.

Thứ tư, thực thi giải pháp kỹ thuật nạo vét lòng hồ kết hợp giải pháp sinh thái kè bờ tự nhiên. Ban Quản lý Dự án Đầu tư Xây dựng thành phố Hạ Long chủ trì tiến hành nạo vét khoảng 10.000 đến 15.000 mét khối bùn lắng ô nhiễm tại hồ Ao Cá, đồng thời thi công bờ kè sinh thái và trồng thảm thực vật thủy sinh (cây lau sậy, bèo lục bình) tại hồ Hùng Thắng. Giải pháp này giúp hấp thụ tự nhiên từ 40% đến 50% hàm lượng amoni và phosphat tự do trong nước hồ, triển khai trong giai đoạn từ năm 2022 đến năm 2024.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Thứ nhất, các cơ quan quản lý nhà nước về tài nguyên và bảo vệ môi trường như Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Quảng Ninh, Chi cục Bảo vệ Môi trường và Phòng Tài nguyên Môi trường thành phố Hạ Long. Nghiên cứu cung cấp cơ sở dữ liệu chuỗi 5 năm từ 2017 đến 2021 và bộ chỉ số VN_WQI thực chứng, làm cơ sở khoa học để xây dựng kế hoạch phân vùng chất lượng nước mặt và giám sát các điểm nóng môi trường đô thị.

Thứ hai, ban quản lý các khu kinh tế, chủ đầu tư hạ tầng khu công nghiệp và doanh nghiệp xử lý chất thải trên địa bàn, tiêu biểu là Khu công nghiệp Việt Hưng và Trung tâm xử lý chất thải rắn Diễn Vọng. Luận văn cung cấp bức tranh chi tiết về tác động môi trường và các yêu cầu kỹ thuật khắt khe theo Quy chuẩn địa phương QCĐP 01:2020/QN, giúp doanh nghiệp chủ động cải tiến công nghệ xử lý nước thải đạt tiêu chuẩn cột A2.

Thứ ba, đội ngũ giảng viên, học viên cao học và các nhà nghiên cứu thuộc các chuyên ngành Quản lý Môi trường, Kỹ thuật Môi trường, Khoa học Trái đất. Công trình là tài liệu tham khảo giá trị về phương pháp luận tính toán chỉ số chất lượng nước theo Quyết định 1460/QĐ-TCMT kết hợp đánh giá thực địa vùng ven biển chịu ảnh hưởng của chế độ thủy triều phức tạp.

Thứ tư, các tổ chức xã hội, tổ chức phi chính phủ và cộng đồng dân cư sinh sống tại khu vực đô thị Hạ Long. Tài liệu giúp người dân nắm bắt thực trạng môi trường nước tại các hồ điều hòa quanh nơi cư trú, từ đó nâng cao trách nhiệm tham gia giám sát cộng đồng, thúc đẩy các phong trào giảm thiểu rác thải nhựa và bảo vệ cảnh quan hồ sinh thái.

Câu hỏi thường gặp

Chất lượng nước mặt thành phố Hạ Long năm 2021 đạt mức nào theo thang đo VN_WQI?

Nghiên cứu chỉ ra sự phân hóa sâu sắc giữa hai hệ thống thủy vực. Nước mặt sông Trới và sông Diễn Vọng đạt chất lượng tốt với điểm số WQI dao động từ 79 đến 82 điểm, đáp ứng tiêu chuẩn cột A2 phục vụ cấp nước sinh hoạt sau khi xử lý. Ngược lại, hồ Ao Cá và hồ Hùng Thắng chỉ đạt chất lượng trung bình đến kém với điểm WQI từ 38 đến 64 điểm do ô nhiễm hữu cơ.

Vì sao nồng độ amoni tại hồ Ao Cá lại tăng vọt tới 17,7 lần trong đợt quan trắc cuối năm 2021?

Vào đợt 2 tháng 12 năm 2021 thuộc mùa khô, lượng mưa giảm mạnh làm giảm thể tích pha loãng tự nhiên của hồ Ao Cá. Đồng thời, hồ kín này phải tiếp nhận liên tục nước thải sinh hoạt chưa qua xử lý từ khu dân cư và các cơ sở kinh doanh dịch vụ ẩm thực tại phường Bãi Cháy, khiến hàm lượng amoni tích tụ cao kỷ lục lên tới 5,31 mg/l.

Quy chuẩn kỹ thuật địa phương QCĐP 01:2020/QN đóng vai trò gì trong quản lý môi trường nước tại Quảng Ninh?

Ban hành theo Quyết định số 2476/QĐ-UBND ngày 21 tháng 7 năm 2020 và có hiệu lực từ ngày 1 tháng 1 năm 2021, quy chuẩn này là căn cứ pháp lý bắt buộc áp dụng đối với mọi tổ chức, cá nhân hoạt động trên địa bàn tỉnh. Quy chuẩn thiết lập các ngưỡng xả thải nghiêm ngặt song hành cùng QCVN 08-MT:2015/BTNMT nhằm bảo vệ toàn diện nguồn nước mặt đô thị và du lịch.

Phương pháp tính chỉ số VN_WQI có ưu thế gì vượt trội so với cách đánh giá quan trắc truyền thống?

Phương pháp truyền thống đánh giá đơn lẻ từng chỉ tiêu khiến việc nhận định chất lượng nước gặp khó khăn khi có thông số đạt và thông số vượt ngưỡng. VN_WQI tích hợp 15 thông số hóa lý, kim loại, vi sinh thành một thang điểm số duy nhất từ 10 đến 100 kèm mã màu trực quan, giúp các cấp quản lý và cộng đồng dễ dàng nắm bắt hiện trạng chất lượng nước của cả lưu vực.

Các hoạt động công nghiệp và bãi rác có làm nước mặt Hạ Long bị ô nhiễm kim loại nặng không?

Kết quả phân tích giai đoạn 2017 đến 2021 khẳng định toàn bộ 7 chỉ tiêu kim loại nặng gồm Chì, Cadimi, Asen, Thủy ngân, Crom sáu, Đồng và Kẽm đều đạt điểm WQISI tuyệt đối 100 điểm. Nồng độ Asen luôn dưới 0,0032 mg/l và Chì dưới 0,0042 mg/l, nằm an toàn dưới ngưỡng quy chuẩn cột A2, chứng minh kim loại nặng chưa gây ô nhiễm nguồn nước mặt khu vực.

Kết luận

  • Luận văn hoàn thành việc đánh giá toàn diện hiện trạng chất lượng nước mặt thành phố Hạ Long năm 2021 qua 15 thông số lý hóa, kim loại và vi sinh, đồng thời phân tích rõ nét chuỗi biến động 5 năm từ năm 2017 đến năm 2021.
  • Phát hiện rủi ro ô nhiễm hữu cơ và dinh dưỡng nghiêm trọng tại các hồ nội thành, điển hình là hồ Ao Cá với COD đạt 96 mg/l, BOD5 đạt 44 mg/l và amoni vượt quy chuẩn tới 17,7 lần trong mùa khô.
  • Xác định chất lượng nước mặt tại sông Trới và sông Diễn Vọng duy trì ổn định ở mức tốt với chỉ số VN_WQI đạt từ 79 đến 82 điểm, an toàn cho mục đích cấp nước sinh hoạt sau khi xử lý thích hợp.
  • Khẳng định nguồn nước mặt tại các điểm khảo sát chưa có dấu hiệu ô nhiễm kim loại nặng độc hại, tất cả các chỉ tiêu đều nằm sâu trong giới hạn cho phép của quy chuẩn quốc gia và địa phương.
  • Đề xuất hệ thống 4 nhóm giải pháp đồng bộ về hạ tầng kỹ thuật tách gom nước thải, kiểm soát quan trắc tự động, công cụ kinh tế môi trường và kè bờ sinh thái nhằm phục hồi bền vững các thủy vực.

Đóng góp khoa học then chốt của đề tài là xây dựng bộ cơ sở dữ liệu định lượng chuẩn xác và ứng dụng thành công chỉ số VN_WQI trong phân vùng quản lý chất lượng nước đô thị ven biển. Trong giai đoạn 2023 đến 2025, chính quyền địa phương cần ưu tiên mở rộng hệ thống thu gom nước thải sinh hoạt quanh hồ Ao Cá và hồ Hùng Thắng, kết hợp nạo vét trầm tích trước mùa khô năm 2024. Hãy chung tay hành động vì một môi trường nước trong sạch, biến các khuyến nghị khoa học thành hiện thực để bảo vệ vững chắc hệ sinh thái vịnh di sản Hạ Long.