Đề án thạc sĩ: Đánh giá hiện trạng và phân tích diễn biến chất lượng nước sông Mã, tỉnh Thanh Hóa

Đánh giá hiện trạng và phân tích diễn biến chất lượng nước sông Mã tại tỉnh Thanh Hóa, xác định nguồn gây ô nhiễm và đề xuất các giải pháp bảo vệ bền vững.

• Tác giả: Trần Quý Phúc
• Người hướng dẫn: TS. Trần Thị Phả
• Trường học: Đại học Thái Nguyên - Trường Đại học Nông Lâm
• Chuyên ngành: Khoa học môi trường
• Đề tài: Đánh giá hiện trạng và phân tích diễn biến chất lượng nước sông Mã trên địa bàn tỉnh Thanh Hóa
• Loại tài liệu: Đề án thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2025
• Địa điểm: Thái Nguyên

Tóm tắt

I. Tổng quan hiện trạng chất lượng nước sông Mã tại tỉnh Thanh Hóa

Sông Mã là trục thủy văn trọng yếu của tỉnh Thanh Hóa. Lưu vực sông cung cấp nước ngọt phục vụ dân sinh và sản xuất. Tốc độ tăng trưởng kinh tế nhanh tạo sức ép lớn lên môi trường lưu vực. Năm 2024, tổng sản phẩm trên địa bàn tỉnh Thanh Hóa tăng trưởng mạnh mẽ. Các ngành công nghiệp chế biến, xây dựng và nông nghiệp phát triển đồng bộ. Hoạt động du lịch ven biển và đô thị hóa mở rộng diện tích liên tục. Nhu cầu khai thác nước mặt gia tăng nhanh chóng theo quy mô phát triển. Mạng lưới sông tiếp nhận lượng lớn chất thải từ các nguồn khác nhau. Công tác kiểm soát nguồn xả thải còn nhiều điểm hạn chế. Trữ lượng nước dồi dào nhưng phân bố không đồng đều theo mùa. Mùa khô kéo dài làm giảm lưu lượng tự nhiên của dòng chảy. Hiện tượng xâm nhập mặn vùng cửa sông diễn biến phức tạp. Việc đánh giá hiện trạng tài nguyên nước đóng vai trò then chốt. Dữ liệu quan trắc hỗ trợ hoạch định chiến lược bảo vệ lưu vực hiệu quả.

1.1. Đặc điểm tự nhiên và lưu vực sông Mã tại Thanh Hóa

Hệ thống sông Mã bắt nguồn từ vùng núi cao Tây Bắc rồi chảy qua tỉnh Thanh Hóa trước khi đổ ra biển. Địa hình vùng hạ lưu tương đối bằng phẳng nhưng bị chia cắt bởi bảy cửa lạch lớn. Dòng chính tiếp nhận dòng chảy từ các phụ lưu quan trọng như sông Chu, sông Bưởi và sông Cầu Chày. Chế độ thủy văn sông phân hóa rõ rệt thành hai mùa mưa lũ và mùa cạn kiệt. Mùa mưa chiếm tỷ trọng lớn về lưu lượng dòng chảy hàng năm. Địa hình dốc ở thượng nguồn khiến lũ quét dễ xuất hiện khi có bão lớn. Vùng ven biển sở hữu các bãi triều rộng lớn với hệ sinh thái phong phú. Tài nguyên nước mặt đóng vai trò then chốt cho nông nghiệp toàn tỉnh.

1.2. Hiện trạng khai thác và áp lực phát triển kinh tế

Tỉnh Thanh Hóa dẫn đầu khu vực Bắc Trung Bộ về tốc độ phát triển công nghiệp và dịch vụ. Khu kinh tế Nghi Sơn cùng nhiều cụm công nghiệp tập trung quy mô lớn đang hoạt động sôi động. Sản lượng sản xuất xăng dầu, giày dép, xi măng và vật liệu xây dựng tăng trưởng đều đặn. Ngành nuôi trồng thủy sản nước lợ mở rộng diện tích tại Nga Sơn và Hậu Lộc. Các đô thị ven sông phát triển tạo nên mật độ dân cư tập trung đông đúc. Nhu cầu dùng nước cho sinh hoạt, tưới tiêu và sản xuất công nghiệp gia tăng áp lực lớn. Lượng chất thải phát sinh chưa qua xử lý triệt để xả thẳng vào các kênh nhánh. Điều này tạo gánh nặng lớn cho khả năng tự làm sạch tự nhiên của dòng sông.

II. Phân tích diễn biến chất lượng nước sông Mã tại tỉnh Thanh Hóa

Kết quả quan trắc cho thấy chất lượng nước sông Mã có sự biến động phức tạp theo không gian và thời gian. Nhiều thông số vượt ngưỡng giới hạn cho phép theo quy chuẩn kỹ thuật quốc gia. Nồng độ tổng chất rắn lơ lửng (TSS) tăng cao vào mùa mưa do xói mòn đất từ thượng nguồn. Các chỉ tiêu hữu cơ như BOD5 và COD tăng nhanh tại các điểm chảy qua khu vực đô thị đông dân. Nhu cầu oxy sinh hóa tăng cao làm suy giảm hàm lượng oxy hòa tan (DO) trong nước mặt. Sự suy giảm DO đe dọa trực tiếp đến đời sống thủy sinh và nghề nuôi cá lồng bè trên sông. Nồng độ amoni (NH4+) và nitrat (NO3-) xuất hiện dấu hiệu ô nhiễm cục bộ tại các kênh tiêu thoát nước thải. Chỉ số vi sinh Coliform vượt chuẩn nhiều lần tại hạ lưu các khu dân cư. Hàm lượng sắt tổng số biến động theo mùa và phụ thuộc vào tính chất thổ nhưỡng từng vùng. Sự kết hợp giữa các yếu tố tự nhiên và nhân tạo làm suy giảm khả năng cung cấp nước sạch.

2.1. Diễn biến các thông số lý hóa và vi sinh trọng yếu

Chỉ số pH trong nước sông dao động trong khoảng ổn định từ 6,8 đến 7,9 qua các đợt đo đạc. TSS biến thiên mạnh theo mùa lũ do quá trình bào mòn đất mặt vùng đồi núi. Giá trị COD và BOD5 có xu hướng tăng cao vào mùa khô do lưu lượng dòng chảy giảm thấp. Nồng độ oxy hòa tan DO giảm xuống mức nguy hại tại một số điểm tiếp nhận nước thải sinh hoạt. Hàm lượng amoni và nitrat gia tăng do tồn dư phân bón hóa học rửa trôi từ đồng ruộng. Chỉ số Coliform thường xuyên vượt ngưỡng quy chuẩn kỹ thuật nhiều lần. Nguy cơ lan truyền mầm bệnh đường tiêu hóa trong nguồn nước tưới tiêu và sinh hoạt tăng cao.

2.2. Nhận diện các nguồn phát thải gây áp lực ô nhiễm

Nước thải sinh hoạt đô thị là nguồn phát sinh ô nhiễm lớn nhất dọc lưu vực sông Mã. Hệ thống thu gom nước thải đô thị tại thành phố Thanh Hóa và các thị trấn còn thiếu đồng bộ. Nước thải từ hoạt động chăn nuôi gia súc, gia cầm quy mô trang trại thường xả thẳng ra kênh tiêu. Nước thải sản xuất từ chế biến lâm sản, dệt may, cơ khí và chế biến thực phẩm chưa được kiểm soát chặt chẽ. Khối lượng phân bón và thuốc bảo vệ thực vật dư thừa theo nước mưa tràn vào lòng sông. Rác thải sinh hoạt tồn đọng ven bờ làm tắc nghẽn dòng chảy và phân hủy chất hữu cơ. Sự cộng hưởng từ các nguồn xả này làm suy thoái chất lượng nước mặt nhanh chóng.

III. Giải pháp kiểm soát chất lượng nước sông Mã tại tỉnh Thanh Hóa

Việc bảo vệ môi trường lưu vực đòi hỏi sự kết hợp đồng bộ giữa giải pháp quản lý và kỹ thuật công nghệ. Cơ quan chức năng cần hoàn thiện quy hoạch phân vùng xả thải cho từng đoạn sông cụ thể. Các khu công nghiệp bắt buộc phải xây dựng trạm xử lý nước thải tập trung đạt chuẩn QCVN 08:2023/BTNMT trước khi xả ra tự nhiên. Công tác lắp đặt hệ thống quan trắc tự động liên tục cần được đẩy mạnh tại các điểm xả thải trọng điểm. Dữ liệu truyền trực tiếp về sở ban ngành giúp phát hiện vi phạm và ứng phó kịp thời. Ứng dụng các mô hình toán học như QUAL2K, SWAT và MIKE 11 giúp mô phỏng chính xác quá trình lan truyền chất ô nhiễm. Phương pháp chỉ số chất lượng nước WQI cung cấp góc nhìn trực quan phục vụ quản lý môi trường. Chính quyền địa phương cần tổ chức nạo vét định kỳ lòng sông và giải tỏa các bãi rác tự phát ven bờ. Việc kiểm soát chặt chẽ hóa chất nông nghiệp tại các huyện trồng lúa sẽ giảm thiểu ô nhiễm dinh dưỡng.

3.1. Ứng dụng kỹ thuật quan trắc và mô hình hóa dòng chảy

Công nghệ mô hình hóa môi trường đóng vai trò đắc lực trong dự báo chất lượng nước sông Mã. Phần mềm QUAL2K hỗ trợ tính toán khả năng tiếp nhận tải lượng ô nhiễm hữu cơ dọc theo chiều dài sông. Mô hình MIKE 11 phân tích chế độ thủy lực và khả năng lan truyền các chất ô nhiễm trong mùa khô. Thiết lập mạng lưới trạm quan trắc tự động giúp giám sát liên tục các thông số pH, DO, TSS và độ dẫn điện. Cảnh báo sớm hỗ trợ các nhà máy nước sinh hoạt chủ động phương án vận hành xử lý an toàn. Đào tạo cán bộ quản lý thủy lợi nâng cao kỹ năng phân tích dữ liệu số đóng vai trò nền tảng.

3.2. Biện pháp quản lý và nâng cao ý thức cộng đồng dân cư

Chính quyền địa phương cần di dời các hộ dân sinh sống sát mép nước vào các khu tái định cư quy hoạch. Khu dân cư mới phải xây dựng hạ tầng gom nước thải và rác thải riêng biệt. Chiến dịch nạo vét khơi thông dòng chảy cần được tổ chức thường xuyên tại các cửa lạch và kênh nhánh. Vận động người dân chấm dứt thói quen đổ phân chuồng và rác thải trực tiếp xuống mặt nước. Thiết lập quỹ bảo vệ môi trường cơ sở để hỗ trợ và khen thưởng các phong trào làm sạch nguồn nước. Tuyên truyền người dân chuyển đổi sang canh tác hữu cơ nhằm hạn chế phân bón hóa học rửa trôi. Xử phạt nghiêm các cơ sở chăn nuôi và doanh nghiệp công nghiệp vi phạm quy định xả thải.

IV. Đánh giá ứng dụng quản lý chất lượng nước sông Mã ở Thanh Hóa

Nghiên cứu hiện trạng và diễn biến môi trường nước sông Mã cung cấp luận cứ thực tiễn quan trọng. Bức tranh phân bố ô nhiễm hỗ trợ định hình chính sách phát triển kinh tế hài hòa với thiên nhiên. Tỉnh Thanh Hóa cần chủ động lồng ghép nhiệm vụ bảo vệ nguồn nước vào quy hoạch tổng thể. Sự kết hợp giữa giám sát tự động và thanh tra định kỳ mang lại hiệu quả kiểm soát lâu dài. Các công cụ tính toán WQI giúp nhà quản lý nhận diện nhanh vị trí cần can thiệp khẩn cấp. Nguồn nước sạch được duy trì sẽ thúc đẩy phát triển bền vững ngành nông nghiệp và du lịch sinh thái. Dự án cải tạo hạ tầng thoát nước và xử lý tập trung là giải pháp mang tính chiến lược cao. Sự vào cuộc quyết liệt của các cấp chính quyền bảo đảm an ninh nguồn nước cho thế hệ tương lai. Ý thức tự giác của cộng đồng là chìa khóa duy trì dòng sông Mã trong sạch lâu dài.

4.1. Khả năng ứng dụng dữ liệu quan trắc vào quy hoạch

Số liệu nghiên cứu là nền tảng tin cậy cho công tác thẩm định báo cáo đánh giá tác động môi trường. Quy hoạch phân vùng lưu vực dựa trên kết quả quan trắc giúp tối ưu hóa vị trí đặt các nhà máy cấp nước. Ngành tài nguyên môi trường có căn cứ khoa học để cấp phép hạn ngạch xả thải cho từng doanh nghiệp. Bản đồ cảnh báo các đoạn sông ô nhiễm cung cấp thông tin kịp thời cho ngành nông nghiệp và thủy sản. Điều này hỗ trợ các hộ nuôi cá lồng bè chủ động chọn thời vụ và địa điểm nuôi an toàn. Quá trình kiểm soát quy hoạch ngăn ngừa các sự cố ô nhiễm môi trường nước quy mô liên huyện.

4.2. Tác động kinh tế xã hội và bảo đảm an ninh nguồn nước

Nguồn nước sông Mã trong lành bảo đảm sinh kế bền vững cho hàng triệu người dân tỉnh Thanh Hóa. Nông nghiệp duy trì năng suất nhờ nguồn nước tưới tiêu không bị nhiễm độc chất công nghiệp. Thủy sản vùng hạ lưu và ven biển phát triển mạnh mẽ mang lại nguồn thu ngoại tệ lớn. Chi phí xử lý nước cấp cho sinh hoạt và sản xuất công nghiệp được giảm thiểu đáng kể. Nguy cơ dịch bệnh truyền qua đường nước đối với cộng đồng dân cư được ngăn chặn triệt để. Cảnh quan sinh thái ven sông sạch đẹp thúc đẩy các dự án du lịch và đô thị văn minh phát triển. Bảo vệ nguồn nước chính là giữ vững nền tảng an ninh sinh thái của tỉnh.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Lưu vực sông Mã là mạch nguồn thủy văn huyết mạch của tỉnh Thanh Hóa với lượng mưa bình quân hàng năm đạt 19 tỷ m³, sản sinh 9,7 tỷ m³ dòng chảy mặt và đổ ra biển Đông khoảng 20 tỷ m³ nước mỗi năm. Với chiều dài 512 km, trong đó có 242 km chảy qua địa bàn tỉnh và diện tích lưu vực nội tỉnh xấp xỉ 9.000 km², dòng sông gánh vác vai trò trọng yếu trong việc bảo đảm an ninh nguồn nước, cung cấp nước sinh hoạt và tưới tiêu cho cộng đồng hơn 3,65 triệu dân cư. Nhằm cụ thể hóa mục tiêu quy hoạch tài nguyên nước của tỉnh đến năm 2030, hướng đến việc bảo đảm nguồn cấp nước sinh hoạt đạt 180 triệu m³/năm và cấp nước cho công nghiệp đạt 169 triệu m³/năm, nghiên cứu này được thực hiện nhằm đánh giá hệ thống hiện trạng và diễn biến chất lượng nước sông Mã trong chu kỳ 2 năm 2023 – 2024.

Vấn đề cốt lõi của nghiên cứu tập trung vào sự suy giảm chất lượng nước mặt trước áp lực gia tăng từ quá trình đô thị hóa với tốc độ tăng trưởng kinh tế địa phương đạt 11,25% năm 2024, cùng với sự hiện diện của các khu công nghiệp, làng nghề và hoạt động nông nghiệp dọc hành lang sông. Mục tiêu cụ thể của luận văn là khảo sát, phân tích chuỗi số liệu 10 thông số lý hóa và sinh học tại 9 vị trí quan trắc dọc tuyến sông, nhận diện chính xác các nguồn thải trọng điểm, từ đó đề xuất hệ thống giải pháp kỹ thuật và cơ chế quản lý khả thi. Đề tài mang ý nghĩa thực tiễn to lớn khi thiết lập cơ sở dữ liệu thực nghiệm đáng tin cậy, hỗ trợ các cơ quan quản lý nâng cao hiệu lực kiểm soát môi trường và hạn chế tối đa nguy cơ cạn kiệt, suy thoái tài nguyên nước mặt.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng lý thuyết tải lượng môi trường và khả năng tự làm sạch của nguồn nước tự nhiên theo quy định của Luật Bảo vệ Môi trường năm 2020 (khoản 1 và khoản 12 Điều 3) cùng Luật Tài nguyên nước năm 2023 (Điều 2). Các khái niệm khoa học trọng tâm bao gồm: môi trường nước mặt, ô nhiễm nguồn nước, suy thoái nguồn nước và chỉ thị môi trường. Về mặt động học chất ô nhiễm, đề tài vận dụng nguyên lý cân bằng vật chất kết hợp các mô hình phân hủy sinh hóa oxy (BOD - DO) tương tự như mô hình chất lượng nước cơ bản Qual2K và Mike 11, giải thích cơ chế suy giảm oxy hòa tan dưới tác động của các hợp chất cacbon hữu cơ và phản ứng nitrat hóa.

Hệ thống quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 08:2023/BTNMT về chất lượng nước mặt đóng vai trò là thước đo đối sánh pháp lý cốt lõi, trong đó phân định rõ giới hạn thông số giữa cột A (mục đích cấp nước sinh hoạt) và cột B (mục đích khác). Ngoài ra, nghiên cứu còn tích hợp tiêu chuẩn thiết kế thoát nước TCVN 7957:2023 để xác định định mức phát thải ô nhiễm theo đầu người, cụ thể tải lượng chất rắn lơ lửng từ 60 đến 65 g/người/ngày và tải lượng BOD₅ trong nước thải chưa lắng từ 55 đến 60 g/người/ngày, làm cơ sở tính toán tác động của nước thải sinh hoạt đô thị.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu triển khai phương pháp chọn mẫu vị trí đại diện có chủ đích (purposive sampling) dọc theo tuyến dòng chảy chính và các điểm tiếp nhận nguồn thải đặc thù. Cỡ mẫu thực nghiệm bao gồm 108 mẫu nước mặt độc lập, được thu thập định kỳ 2 tháng/lần (tương ứng 6 đợt quan trắc mỗi năm) liên tục trong giai đoạn từ tháng 1 năm 2023 đến tháng 12 năm 2024. Hệ thống 09 trạm quan trắc trải dài 242 km qua các vùng địa lý khác nhau: từ vùng núi thượng lưu như Mường Lát (NM1), Quan Hóa (NM2), Bá Thước (NM3); qua khu vực trung lưu bán sơn địa như Cẩm Thủy (NM4), Yên Định (NM5), Thiệu Hóa (NM6); đến vùng hạ lưu đồng bằng ven biển gồm Cảng Lễ Môn (NM7), Sông Gòong (NM8) và hợp lưu sông Đơ tại Sầm Sơn (NM9).

Quy trình lấy mẫu, bảo quản và vận chuyển được kiểm soát nghiêm ngặt theo tiêu chuẩn TCVN 6663-3:2016 (ISO 5667-3:2012) và TCVN 6663-6:2018, bảo đảm nhiệt độ mẫu luôn duy trì ổn định ở 4°C trong thùng đá chuyên dụng trước khi chuyển giao về phòng thí nghiệm của Trung tâm Quan trắc Môi trường và Địa chất Thanh Hóa. Phương pháp phân tích trong phòng thí nghiệm được chuẩn hóa qua các tiêu chuẩn quốc gia: đo pH bằng TCVN 6492:2011; xác định COD bằng TCVN 6491:1999; đo BOD₅ bằng phương pháp không pha loãng theo TCVN 6001-2:2008; xác định chất rắn lơ lửng (TSS) bằng màng lọc sợi thủy tinh theo TCVN 6625:2000; đo DO bằng đầu dò điện hóa theo TCVN 7325:2016; phân tích Amoni (NH₄⁺) theo TCVN 6179-1:1996; xác định Nitrat (NO₃⁻) theo TCVN 6624:2-2000; phân tích sắt tổng (Fe) theo TCVN 6665:2011 và đếm khuẩn Coliform tổng số bằng kỹ thuật đa ống theo TCVN 6187-2:2020. Lý do lựa chọn tổ hợp phương pháp này là nhằm bảo đảm tính pháp lý cao nhất của số liệu phân tích, giảm thiểu sai số ngoại cảnh và cung cấp đầy đủ thông số đầu vào phục vụ đánh giá rủi ro ô nhiễm nước mặt theo quy định hiện hành.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Kết quả phân tích từ chuỗi số liệu quan trắc giai đoạn 2023 – 2024 đã chỉ ra nhiều biến động bất thường về mặt không gian và thời gian của các thông số môi trường nước sông Mã:

Thứ nhất, ô nhiễm hữu cơ và dinh dưỡng tăng cao đột biến ở khu vực hạ lưu. Thông số BOD₅ tại trạm NM8 (Sông Gòong) đạt đỉnh 22,4 mg/L vào đợt 4 năm 2023 và 18,4 mg/L vào đợt 1 năm 2024, vượt chuẩn B (≤ 6 mg/L) hơn 3,0 đến 3,7 lần và vượt chuẩn A (≤ 4 mg/L) tới 5,6 lần. Đi cùng với đó, nồng độ COD tại NM8 đợt 4 năm 2024 lên tới 33,3 mg/L, vượt 2,2 lần ngưỡng chuẩn B (≤ 15 mg/L). Chỉ tiêu Amoni (NH₄⁺) tại NM8 và NM9 thường xuyên vượt chuẩn B (≤ 0,9 mg/L), điển hình đợt 4 năm 2023 tại NM8 đạt 4,17 mg/L (vượt 4,6 lần) và đợt 1 năm 2024 đạt 3,98 mg/L (vượt 4,4 lần). Hàm lượng Nitrat (NO₃⁻) tại NM8 đợt 1 năm 2023 chạm ngưỡng 15,4 mg/L, gấp 10,2 lần giới hạn cho phép cột B (≤ 1,5 mg/L).

Thứ hai, bùng phát ô nhiễm vi sinh vật nghiêm trọng tại vùng cửa sông và đô thị. Nồng độ Coliform tổng số tại trạm NM9 (hợp lưu sông Đơ - sông Mã) đợt 4 năm 2023 tăng vọt lên mức 790.000 MPN/100 mL, vượt tới 158 lần giới hạn tối đa của chuẩn B (≤ 5.000 MPN/100 mL). Tại NM8, giá trị Coliform đạt 79.000 MPN/100 mL vào đợt 3 năm 2023, cao gấp 15,8 lần chuẩn B.

Thứ ba, hiện tượng vượt chuẩn sắt tổng (Fe) và chất rắn lơ lửng (TSS) tập trung tại thượng nguồn miền núi. Trạm NM2 (Cầu Na Sài) ghi nhận giá trị Fe cao nhất toàn đợt nghiên cứu với 15,6 mg/L vào đợt 3 năm 2024, gấp 15,6 lần giới hạn cột A (1,0 mg/L) và 10,4 lần giới hạn cột B (1,5 mg/L). Tương tự, trạm NM1 (Cầu Bản Lát) ghi nhận Fe đạt 14,1 mg/L. Nồng độ TSS tại NM1 đợt 3 năm 2024 cũng tăng vọt lên 213,6 mg/L, vượt hơn 2,1 lần giới hạn cột B (≤ 100 mg/L) và hơn 8,5 lần giới hạn cột A (≤ 25 mg/L).

Thứ tư, chỉ số pH và DO nhìn chung duy trì độ ổn định tương đối dọc theo tuyến dòng chảy chính. Giá trị pH nằm trong khoảng 6,29 đến 7,60, hầu hết đạt chuẩn cột A (6,5 – 8,5). Nồng độ oxy hòa tan (DO) tại vùng thượng lưu duy trì ở mức cao từ 6,2 đến 6,6 mg/L, tuy nhiên tại NM8 và NM9 đã ghi nhận sự suy giảm cục bộ rõ rệt xuống còn 3,50 mg/L (NM9 đợt 3 năm 2023) và 3,90 mg/L (NM8 đợt 4 năm 2024), thấp hơn nhiều so với yêu cầu chuẩn B (≥ 5,0 mg/L).

Thảo luận kết quả

Diễn biến không gian và thời gian của các thông số ô nhiễm có thể được trực quan hóa rõ nét thông qua biểu đồ biến thiên dạng đường và các bảng ma trận số liệu quan trắc. Biểu đồ đường thể hiện chỉ số BOD₅, COD và NH₄⁺ cho thấy xu hướng tăng dần theo chiều dọc dòng sông, tạo thành một đường dốc đi lên sắc nét từ thượng nguồn (NM1) hướng về hạ nguồn (NM8, NM9). Ngược lại, đồ thị biểu diễn hàm lượng Fe và TSS lại xuất hiện các đỉnh sóng cục bộ đột biến ở vùng núi phía Tây.

Nguyên nhân sâu xa của sự phân hóa chất lượng nước bắt nguồn từ các hoạt động nhân sinh kết hợp yếu tố thủy văn theo mùa. Vùng hạ lưu (NM7, NM8, NM9) là nơi tập trung dân cư đô thị đông đúc của thành phố Thanh Hóa và thành phố Sầm Sơn, nơi 28,1% dân số đô thị và hàng triệu lượt khách du lịch xả thải khối lượng lớn nước thải sinh hoạt chưa qua xử lý triệt để ra môi trường. Bên cạnh đó, vùng ven sông tiếp nhận trực tiếp nước thải từ các cơ sở công nghiệp và tiểu thủ công nghiệp; đơn cử như trên địa bàn tỉnh hiện có 22 cơ sở sản xuất giấy, vàng mã và bột giấy, 8 cơ sở bao bì và 4 cơ sở tinh bột sắn. Trong đó, doanh nghiệp như Công ty Tân Thái Thanh xả thải trung bình khoảng 109.000 m³/năm. Tải lượng hữu cơ và dinh dưỡng từ nước thải kết hợp với phân bón nông nghiệp đã đẩy nhanh quá trình tiêu thụ oxy hòa tan, gây phú dưỡng hóa nguồn nước hạ lưu.

Trái lại, tại khu vực thượng lưu (NM1, NM2), sự gia tăng đột biến của Fe và TSS vào mùa mưa lũ bắt nguồn từ hiện tượng xói mòn rửa trôi đất đá giàu khoáng vật quặng sắt trên lưu vực vùng đồi núi, kết hợp với các hoạt động khai thác cát sỏi, khoáng sản và làm đường giao thông ven sông. Vào mùa khô (đợt 1 và đợt 2), lưu lượng dòng chảy sông Mã suy giảm làm giảm khả năng pha loãng tự nhiên, khiến nồng độ nitrat và amoni ở hạ lưu tăng cao đáng kể, gây áp lực trực tiếp lên hệ sinh thái thủy vực.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm phục hồi và kiểm soát bền vững chất lượng nước mặt sông Mã, bốn nhóm giải pháp hành động cụ thể cần được thực hiện quyết liệt trong giai đoạn 2025 – 2030:

Thứ nhất, kiểm soát nghiêm ngặt và xử lý triệt để nước thải công nghiệp. Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Thanh Hóa chủ trì phối hợp cùng Ban Quản lý Khu kinh tế Nghi Sơn và các Khu công nghiệp tổ chức rà soát toàn diện 22 cơ sở sản xuất bột giấy, vàng mã và 4 cơ sở chế biến tinh bột sắn ven sông Mã. Buộc 100% doanh nghiệp này phải đầu tư nâng cấp hệ thống xử lý nước thải đạt tiêu chuẩn cột A theo QCVN 40:2011/BTNMT trước khi xả ra lưu vực, đặt mốc thời gian hoàn tất trước ngày 31 tháng 12 năm 2026; kiên quyết đình chỉ vận hành đối với các đơn vị tái phạm hành vi xả thải lén lút.

Thứ hai, đầu tư hoàn thiện mạng lưới thu gom và xử lý nước thải sinh hoạt đô thị. Ủy ban nhân dân tỉnh Thanh Hóa cùng Ủy ban nhân dân thành phố Thanh Hóa và thành phố Sầm Sơn ưu tiên bố trí nguồn vốn đầu tư công giai đoạn 2025 – 2028 xây dựng hệ thống tách gom nước thải riêng biệt tại các khu vực ven sông Gòong, sông Đơ và Cảng Lễ Môn. Đặt mục tiêu nâng tỷ lệ thu gom, xử lý nước thải sinh hoạt đô thị đạt tối thiểu 70% vào năm 2028, nhằm cắt giảm từ 35% đến 40% tải lượng hữu cơ BOD₅ và vi khuẩn Coliform xả vào dòng chính.

Thứ ba, thiết lập hệ thống quan trắc tự động và ứng dụng mô hình quản lý hiện đại. Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn phối hợp Sở Khoa học và Công nghệ triển khai lắp đặt 05 trạm quan trắc nước mặt tự động, liên tục truyền dữ liệu trực tuyến tại các vị trí xung yếu (NM2, NM4, NM7, NM8, NM9) trong giai đoạn 2025 – 2027. Đồng thời, ứng dụng các bộ công cụ mô hình hóa như Qual2K và Mike 11 để mô phỏng tải lượng ô nhiễm, dự báo kịp thời các sự cố môi trường và hỗ trợ ra quyết định điều tiết nước từ các hồ chứa thủy điện thượng nguồn trong mùa cạn.

Thứ tư, chuẩn hóa hệ thống xử lý chất thải chăn nuôi nông hộ và trang trại. Chi cục Chăn nuôi và Thú y tỉnh Thanh Hóa thực hiện chương trình hỗ trợ kỹ thuật và kiểm tra, nâng tỷ lệ cơ sở chăn nuôi gia súc, gia cầm có công trình khí sinh học (biogas) và hồ sinh học đạt quy chuẩn kỹ thuật từ mức 45% hiện nay lên trên 85% vào năm 2027, giảm thiểu triệt để nguồn phát tán vi sinh vật gây bệnh và hàm lượng dinh dưỡng dư thừa vào hệ thống sông ngòi.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và dữ liệu thực nghiệm của luận văn mang lại giá trị thực tiễn sâu sắc cho 4 nhóm đối tượng chính sau:

Một là, các cơ quan quản lý nhà nước về môi trường và quy hoạch (Sở Tài nguyên và Môi trường, Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, Chi cục Bảo vệ môi trường tỉnh Thanh Hóa). Luận văn cung cấp luận cứ khoa học định lượng giúp các đơn vị này xây dựng kế hoạch phân bổ nguồn nước mặt, xác định hạn ngạch xả thải, cấp giấy phép môi trường và lập phương án khoanh vùng bảo vệ nguồn cấp nước sinh hoạt 180 triệu m³/năm cho toàn tỉnh đến năm 2030.

Hai là, các doanh nghiệp chế biến công nghiệp, hợp tác xã sản xuất lâm sản, giấy và các trang trại chăn nuôi tập trung ven sông. Nhóm đối tượng này có thể sử dụng số liệu tải lượng ô nhiễm thực tế (BOD₅, COD, TSS) để tính toán công suất thiết kế, lựa chọn công nghệ xử lý nước thải phù hợp và chủ động phòng ngừa các chế tài xử phạt hành chính về môi trường.

Ba là, các trường đại học, viện nghiên cứu, giảng viên và học viên sau đại học chuyên ngành Khoa học Môi trường, Quản lý Tài nguyên Nước và Kỹ thuật Môi trường. Bộ dữ liệu gồm 108 mẫu quan trắc với 10 thông số phân tích độc lập là nguồn tài liệu tham khảo quý giá phục vụ nghiên cứu diễn biến chất lượng nước mặt, kiểm chứng các mô hình lan truyền chất ô nhiễm và đánh giá tác động của biến đổi khí hậu trên lưu vực sông.

Bốn là, các tổ chức xã hội, mạng lưới sông ngòi và cộng đồng dân cư sinh sống dọc lưu vực sông Mã. Tài liệu giúp nâng cao nhận thức cộng đồng, tạo cơ sở để người dân giám sát các hành vi gây ô nhiễm, đồng thời thúc đẩy sự tham gia của xã hội vào công tác bảo vệ nguồn nước sạch và phát triển du lịch sinh thái bền vững.

Câu hỏi thường gặp

Chất lượng nước sông Mã đoạn chảy qua Thanh Hóa hiện có đủ điều kiện để khai thác cấp nước sinh hoạt trực tiếp không? Dựa trên kết quả quan trắc 2023 – 2024, chất lượng nước tại khu vực thượng lưu và trung lưu nhìn chung cơ bản đáp ứng chuẩn A của QCVN 08:2023/BTNMT cho mục đích cấp nước sinh hoạt sau khi xử lý thông thường. Tuy nhiên, tại khu vực hạ lưu (trạm NM8, NM9), nước sông bị ô nhiễm hữu cơ, amoni và vi sinh nặng nề, không đủ điều kiện cấp nước sinh hoạt trực tiếp mà đòi hỏi phải có công nghệ xử lý chuyên sâu.

Những vị trí nào trên sông Mã ghi nhận mức độ ô nhiễm hữu cơ và vi sinh vật nghiêm trọng nhất? Trạm NM8 (Sông Gòong) và trạm NM9 (hợp lưu sông Đơ – sông Mã) tại vùng hạ lưu là hai "điểm nóng" ô nhiễm lớn nhất toàn lưu vực. Nồng độ BOD₅ tại NM8 từng đạt 22,4 mg/L (vượt 5,6 lần chuẩn A), Amoni đạt 4,17 mg/L (vượt 4,6 lần chuẩn B) và chỉ số Coliform tại NM9 từng bùng phát lên đến 790.000 MPN/100 mL, vượt tới 158 lần ngưỡng cho phép cột B.

Vì sao nồng độ sắt (Fe) và chất rắn lơ lửng (TSS) lại tăng cao đột biến tại khu vực thượng nguồn miền núi? Hiện tượng sắt (Fe) đạt đỉnh 15,6 mg/L tại NM2 và TSS đạt 213,6 mg/L tại NM1 vào đợt 3 năm 2024 chủ yếu do tác động của thiên tai mưa lũ. Dòng chảy xiết đã bóc mòn và rửa trôi mạnh mẽ lớp đất đá chứa khoáng sản sắt từ vùng đồi núi Mường Lát, Quan Hóa kết hợp hoạt động nạo vét lòng sông và khai thác cát sỏi ven bờ.

Nguồn thải nào đóng vai trò tác nhân chính gây suy giảm chất lượng nước sông Mã trong giai đoạn 2023 – 2024? Nguồn thải sinh hoạt từ 3,65 triệu dân cư địa phương (với 71,9% dân số nông thôn thiếu hệ thống xử lý tập trung) là tác nhân diện rộng hàng đầu. Kế tiếp là nước thải từ 22 cơ sở sản xuất bột giấy, giấy vàng mã và 4 nhà máy chế biến tinh bột sắn xả trực tiếp, cùng với lượng phát thải lớn từ hoạt động chăn nuôi gia súc có tốc độ tăng trưởng 6,7% mỗi năm.

Việc ứng dụng mô hình toán học như Qual2K hay Mike 11 mang lại lợi ích gì trong quản lý môi trường lưu vực sông? Các mô hình số hóa cho phép mô phỏng chi tiết quá trình lan truyền các chất ô nhiễm, tính toán chính xác khả năng tự làm sạch và sức chịu tải của từng đoạn sông. Điều này giúp các cơ quan quản lý dự báo sớm nguy cơ thiếu hụt oxy hòa tan (khi DO giảm dưới 4,0 mg/L), hỗ trợ cấp phép xả thải khoa học và xây dựng kịch bản ứng phó sự cố môi trường kịp thời.

Kết luận

• Công trình đã hoàn thành đánh giá toàn diện hiện trạng chất lượng nước mặt sông Mã đoạn qua tỉnh Thanh Hóa thông qua 108 mẫu nước thực nghiệm tại 09 trạm quan trắc tiêu biểu trong giai đoạn 2023 – 2024 với 10 thông số lý hóa và sinh học chuẩn mực.
• Kết quả nghiên cứu làm nổi bật sự phân hóa không gian sâu sắc: vùng thượng nguồn chịu ảnh hưởng cục bộ bởi chất rắn lơ lửng và sắt tổng do mưa lũ rửa trôi, trong khi vùng hạ lưu (NM8, NM9) chịu áp lực ô nhiễm hữu cơ, dinh dưỡng và vi sinh nghiêm trọng với Coliform vượt tới 158 lần chuẩn B.
• Luận văn đã định lượng và chỉ rõ 3 nguồn phát thải chính gây áp lực lên lưu vực: nước thải sinh hoạt đô thị, nước thải công nghiệp từ 22 cơ sở sản xuất giấy ven sông và chất thải chăn nuôi chưa qua xử lý chuẩn hóa.
• Hệ thống giải pháp đồng bộ được đề xuất bao gồm: thanh tra xử lý 100% cơ sở công nghiệp đạt QCVN 40:2011/BTNMT trước năm 2026, nâng tỷ lệ xử lý nước thải sinh hoạt đô thị lên 70% vào năm 2028, thiết lập 05 trạm quan trắc tự động và ứng dụng mô hình số hóa chất lượng nước.
• Lộ trình hành động giai đoạn 2025 – 2030 hướng đến mục tiêu kéo giảm từ 35% đến 40% tải lượng ô nhiễm hữu cơ trên toàn tuyến sông Mã, bảo đảm an ninh tài nguyên nước bền vững cho sự phát triển kinh tế - xã hội của tỉnh.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Cơ sở lý luận của đề tài * Một số khái niệm cơ bản - Khái niệm về môi trường: Theo khoản 1 điều 3 Luật Bảo Vệ Môi trường Việt Nam năm 2020, môi trường được định nghĩa như sau: “Môi trường bao gồm các yếu tố vật chất tự nhiên và nhân tạo quan hệ mật thiết với nhau, bao quanh con người, có ảnh hưởng đến đời sống, kinh tế, xã hội, sự tồn tại, phát triển của con người, sinh vật và tự nhiên.” - Khái niệm tài nguyên nước: Theo khoản 1, Điều 2 Luật Tài nguyên nước 2023: “Tài nguyên nước bao gồm nguồn nước mặt, nước dưới đất, nước mưa và nước biển thuộc lãnh thổ của nước Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam” - Khái niệm nước mặt: Theo Khoản 3, Điều 2 Luật Tài nguyên nước 2023: “Nước mặt là nước tồn tại trên mặt đất liền hoặc hải đảo” Ô nhiễm nguồn nước là sự biến đổi tính chất vật lý, tính chất hóa học và thành phần sinh học của nước không phù hợp với tiêu chuẩn, quy chuẩn kỹ thuật cho phép, gây ảnh hưởng xấu đến con người và sinh vật”. Suy thoái nguồn nước là sự suy giảm về số lượng, chất lượng nguồn nước so với trạng thái tự nhiên hoặc so với trạng thái của nguồn nước đã được quan trắc trong các thời kỳ trước đó. Cạn kiệt nguồn nước là sự suy giảm nghiêm trọng về số lượng của nguồn nước, làm cho nguồn nước không còn khả năng đáp ứng nhu cầu khai thác, sử dụng và duy trì hệ sinh thái thủy sinh.

- Khái niệm ô nhiễm môi trường: Theo khoản 12 điều 3 Luật Bảo Vệ Môi trường Việt Nam 2020: “Ô nhiễm môi trường là sự biến đổi tính chất vật lý, hóa học, sinh học của thành phần môi trường không phù hợp với quy chuẩn kỹ thuật môi trường, tiêu chuẩn môi trường gây ảnh hưởng xấu đến sức khỏe con người, sinh vật và tự nhiên. 4 - Khái niệm tiêu chuẩn môi trường: Theo khoản 11 điều 3 Luật Bảo Vệ Môi trường Việt Nam 2020: “Tiêu chuẩn môi trường là quy định tự nguyện áp dụng mức giới hạn của thông số về chất lượng môi trường, hàm lượng của chất ô nhiễm có trong chất thải, các yêu cầu kỹ thuật và quản lý được cơ quan nhà nước có thẩm quyền hoặc tổ chức công bố theo quy định của pháp luật về tiêu chuẩn và quy chuẩn kỹ thuật. - Khái niệm chỉ thị môi trường: Chỉ thị (indicator) là một tham số (parameter) hay số đo (metric) hay một giá trị kết xuất từ tham số, dùng cung cấp thông tin, chỉ về sự mô tả tình trạng của một hiện tượng môi trường khu vực, nó là thông tin khoa học về tình trạng và chiều hướng của các thông số liên quan môi trường. Các chỉ thị truyền đạt các thông tin phức tạp trong một dạng ngắn gọn, dễ hiểu và có ý nghĩa vượt ra ngoài các giá trị đo liên kết với chúng.

Các chỉ thị là các biến số hệ thống đòi hỏi thu thập dữ liệu bằng số, tốt nhất là trong các chuỗi thứ tự thời gian nhằm đưa ra chiều hướng, Các chỉ thị này kết xuất từ các biến số, dữ liệu. - Một số thông số đánh giá chất lượng nước mặt.  Các chỉ tiêu hóa lý: - Màu, mùi, vị. Nước tinh khiết không màu, không mùi, không vị.

Sự xuất hiện màu, mùi vị của nước một mặt biểu thị sự thay đổi tính lý học của nước, tác động đến cảm quan, thẩm mỹ, mặt khác nó là dấu hiệu về sự thay đổi tính chất hóa học và sinh học của nước. Ví dụ như sự có mặt của các chất hữu cơ, NH3, H2S.gây mùi khó chịu.