Tổng quan nghiên cứu

Lưu vực sông Phan bao phủ hơn 60% diện tích tự nhiên của tỉnh Vĩnh Phúc với quy mô khoảng 800 km2 và chiều dài dòng chính đạt 62 km. Con sông này giữ vai trò sống còn trong việc tiêu thoát nước, duy trì cân bằng hệ sinh thái cảnh quan và cấp nước sản xuất nông nghiệp cho 24 xã thuộc 5 huyện, thành phố gồm Tam Đảo, Tam Dương, Vĩnh Tường, Vĩnh Yên và Bình Xuyên. Đồng thời, sông Phan là nguồn tiếp nước trực tiếp cho sông Cà Lồ, ảnh hưởng đến chất lượng nguồn nước lưu vực sông Cầu phục vụ sinh hoạt của hàng triệu cư dân hạ lưu thuộc các tỉnh Bắc Ninh, Hải Dương và Quảng Ninh.

Tuy nhiên, áp lực từ quá trình đô thị hóa và công nghiệp hóa nhanh chóng đã làm suy thoái nghiêm trọng môi trường nước mặt. Mỗi ngày dòng sông phải tiếp nhận khoảng 20.000 m3 nước thải sinh hoạt từ hơn 210.000 hộ dân, 4.000 m3 nước thải từ các khu và cụm công nghiệp chưa qua xử lý triệt để, cùng hơn 21.000 m3 nước thải chăn nuôi. Đỉnh điểm ô nhiễm ghi nhận nhiều thông số vượt quy chuẩn môi trường từ 1,6 đến 5,2 lần.

Luận văn thạc sĩ khoa học môi trường của tác giả Lê Minh Giang, dưới sự hướng dẫn của Tiến sĩ Phan Thị Thu Hằng tại Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên, đã giải quyết bài toán cấp thiết này. Đề tài tập trung phân tích diễn biến chất lượng nước sông Phan giai đoạn 2014 - 2016 qua 16 đợt quan trắc thực địa tại 7 vị trí trọng điểm, kết hợp khảo sát nhận thức của 100 hộ dân ven sông. Nghiên cứu cung cấp hệ thống dữ liệu định lượng chính xác, tạo cơ sở khoa học vững chắc để các cấp chính quyền triển khai Đề án bảo vệ môi trường lưu vực sông và thực hiện mục tiêu xây dựng đô thị Vĩnh Phúc xanh, bền vững đến năm 2030.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu vận dụng lý thuyết tự làm sạch của nguồn nước mặt và mô hình đánh giá áp lực - trạng thái - đáp ứng trong quản lý tài nguyên nước. Các khái niệm nền tảng được chuẩn hóa bao gồm: ô nhiễm nguồn nước, suy thoái nguồn nước, nhu cầu oxy sinh hóa, nhu cầu oxy hóa học và hiện tượng phú dưỡng nguồn nước khi hàm lượng nitơ vượt 500 µg/l hoặc phốt pho vượt 20 µg/l.

Hệ thống cơ sở pháp lý và tiêu chuẩn môi trường áp dụng chặt chẽ theo Luật Tài nguyên Nước năm 2012, Luật Bảo vệ Môi trường năm 2014, Nghị định 19/2015/NĐ-CP và QCVN 08:2015/BTNMT về chất lượng nước mặt. Bên cạnh đó, nghiên cứu gắn liền với việc thực thi Quyết định 174/2006/QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ và Quyết định 1158/QĐ-UBND của Ủy ban nhân dân tỉnh Vĩnh Phúc về đề án cải tạo cảnh quan sinh thái, bảo vệ môi trường lưu vực sông Phan.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu triển khai phương pháp lấy mẫu thực địa kết hợp điều tra xã hội học và phân tích thống kê chuyên sâu:

  • Cỡ mẫu và mạng lưới quan trắc: Thiết lập 07 vị trí quan trắc cố định ký hiệu từ NM1 đến NM7 trải dài dọc dòng chính sông Phan, bắt đầu từ điểm NM7 tại xã Hoàng Đan (Tam Dương), qua các điểm NM6 (Yên Lập), NM5 (Lũng Hòa), NM4 (Vĩnh Sơn), NM3 (Vũ Di), NM2 (Trung Nguyên - Yên Lạc) đến điểm NM1 tại xã Quất Lưu (Bình Xuyên).
  • Tần suất và thời gian quan trắc: Tổng cộng thực hiện 16 đợt lấy mẫu, gồm 4 đợt trong năm 2014 (tháng 3-4, 5-6, 7-8, 9-10) và 12 đợt trong các năm 2015 - 2016 (mỗi năm 6 đợt vào các tháng 3, 4, 5, 7, 10, 11) nhằm theo dõi sát sao sự biến động chất lượng nước theo mùa khô và mùa mưa.
  • Phương pháp chọn mẫu: Áp dụng kỹ thuật lấy mẫu mặt cắt ngang và dọc dòng chảy theo TCVN 6663-6:2008, bảo quản mẫu nghiêm ngặt theo TCVN 6663-3:2008 nhằm đảm bảo tính đại diện cho các nguồn xả thải sinh hoạt, công nghiệp và nông nghiệp.
  • Phương pháp phân tích phòng thí nghiệm: Phân tích 8 chỉ tiêu lý hóa và vi sinh chủ chốt gồm pH theo TCVN 6492:1999, BOD5 theo phương pháp ủ vi sinh SMEWW 5210-B:2005, TSS theo phương pháp trọng lượng SMEWW 2540-D:2005, Amoni theo SMEWW 4500-NH3 và Tổng Coliform theo phương pháp nhiều ống SMEWW 9222. Việc lựa chọn các phương pháp này đảm bảo độ nhạy cao, kiểm soát sai số chuẩn phân tích và cho phép đối sánh trực tiếp với các ngưỡng giá trị giới hạn của QCVN 08:2015/BTNMT cột A2 và B1.
  • Phương pháp điều tra xã hội học: Khảo sát ngẫu nhiên 100 hộ gia đình tại 24 xã ven sông bằng phiếu điều tra chuẩn hóa, thu thập ý kiến về cảm quan mùi vị nước, hiện trạng xả thải và nhu cầu khai thác nước mặt. Dữ liệu thứ cấp và sơ cấp được tổng hợp, xử lý tương quan trên phần mềm Microsoft Excel.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Kết quả phân tích chuỗi số liệu quan trắc giai đoạn 2014 - 2016 tại 7 vị trí trên lưu vực sông Phan phản ánh rõ nét thực trạng diễn biến chất lượng nước:

  • Diễn biến chỉ số pH: Giá trị pH dao động ổn định trong khoảng từ 6,06 đến 8,97, hầu hết các điểm đo đều nằm trong ngưỡng giới hạn cho phép của QCVN 08:2015/BTNMT (cột A2: 6,0 - 8,5; cột B1: 5,5 - 9,0). Tuy nhiên, xuất hiện tình trạng kiềm hóa cục bộ tại một số đợt đo, điển hình như đợt 6 năm 2015 tại điểm NM3 (xã Vũ Di) đạt mức 8,97 và đợt 2 năm 2016 tại điểm NM2 (xã Trung Nguyên) đạt mức 8,81 do tiếp nhận nước thải chứa kiềm và chất tẩy rửa từ các khu dân cư.
  • Mức độ ô nhiễm chất hữu cơ và chất rắn lơ lửng: Nồng độ BOD5, COD và TSS có sự gia tăng mạnh mẽ tại các điểm quan trắc hạ lưu đô thị như NM1 (Quất Lưu) và các khu vực tập trung đông dân cư như NM4 (Vĩnh Sơn), NM5 (Lũng Hòa). Vào mùa khô, nồng độ các chất này vượt quy chuẩn cột B1 từ 1,5 đến 3,2 lần, phản ánh tải lượng chất hữu cơ vượt quá khả năng tự làm sạch tự nhiên của dòng sông.
  • Ô nhiễm dinh dưỡng và vi sinh vật: Các thông số Amoni (NH4+), Nitrit (NO2-), Phốt phát (PO43-) và Tổng Coliform đều tăng cao qua từng năm. Tổng Coliform tại các điểm NM1 và NM2 thường xuyên vượt quy chuẩn từ vài lần đến hàng chục lần do tiếp nhận trực tiếp chất thải vệ sinh và nước thải chăn nuôi chưa qua xử lý từ tổng đàn hơn 676.000 con lợn và hơn 8 triệu con gà toàn tỉnh.
  • Xu hướng biến động theo thời gian: Mức độ ô nhiễm có xu hướng tăng thêm khoảng 35% đến 60% vào mùa khô (từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau) so với mùa mưa, khi lưu lượng dòng chảy tự nhiên giảm xuống mức cực tiểu.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân gốc rễ của tình trạng suy thoái nước sông Phan bắt nguồn từ sự bất cập giữa tốc độ xả thải và năng lực xử lý hạ tầng. Mặc dù Ủy ban nhân dân tỉnh đã đưa vào vận hành Nhà máy xử lý nước thải thành phố Vĩnh Yên giai đoạn 1 với tổng vốn đầu tư 430,6 tỷ đồng, nhưng công suất thiết kế mới chỉ đạt khoảng 5.000 m3/ngày đêm. Quy mô này chỉ thu gom được khoảng 25% lượng nước thải sinh hoạt của toàn lưu vực, trong khi hơn 75% lượng nước thải còn lại tại các huyện Tam Dương, Vĩnh Tường, Yên Lạc, Bình Xuyên vẫn thải trực tiếp ra hệ sinh thái nước mặt.

So sánh với các nghiên cứu tại lưu vực sông Cầu hay sông Nhuệ - Đáy, chất lượng nước sông Phan có nét tương đồng về quy luật ô nhiễm hữu cơ theo mùa, nhưng chịu thêm áp lực nặng nề từ các làng nghề và chăn nuôi nông hộ.

Về mặt biểu diễn trực quan, các chuỗi dữ liệu 16 đợt đo có thể được trực quan hóa thông qua biểu đồ đường đa trục thể hiện tương quan nghịch biến giữa lưu lượng dòng chảy mùa kiệt với nồng độ COD, kết hợp xây dựng bảng ma trận nhiệt thể hiện mức độ ô nhiễm vi sinh tại 7 tọa độ địa lý, giúp nhà quản lý dễ dàng khoanh vùng các điểm nóng xả thải.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên kết quả nghiên cứu thực chứng, 4 nhóm giải pháp trọng tâm được kiến nghị thực hiện nhằm phục hồi môi trường nước sông Phan:

  • Mở rộng hạ tầng xử lý nước thải sinh hoạt tập trung: Ủy ban nhân dân tỉnh Vĩnh Phúc cùng Sở Xây dựng khẩn trương hoàn thành giai đoạn 2 dự án thoát nước đô thị Vĩnh Yên và xây dựng mới các trạm xử lý nước thải tại thị trấn Hương Canh, Thổ Tang, nâng tổng công suất xử lý đạt 20.000 m3/ngày đêm trong giai đoạn 2022 - 2025, hướng tới xử lý 100% nước thải sinh hoạt đô thị đạt chuẩn cột A.
  • Kiểm soát và xử lý triệt để nước thải công nghiệp: Ban Quản lý các Khu công nghiệp tỉnh phối hợp với Sở Tài nguyên và Môi trường yêu cầu 100% doanh nghiệp tại các khu công nghiệp Bình Xuyên, Khai Quang hoàn thiện hệ thống xử lý cục bộ; lắp đặt trạm quan trắc tự động liên tục truyền dữ liệu 24/7 trước quý IV/2023, đảm bảo toàn bộ 4.000 m3 nước thải công nghiệp xả ra sông Phan mỗi ngày phải đạt chuẩn QCVN 40:2011/BTNMT.
  • Giảm thiểu ô nhiễm từ nông nghiệp và chăn nuôi: Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn chỉ đạo các huyện Vĩnh Tường, Tam Dương, Yên Lạc hỗ trợ 100% các trang trại quy mô lớn xây dựng hầm biogas hoặc hệ thống xử lý sinh học đệm lót, xử lý an toàn chất thải của hơn 670.000 con lợn và 113.000 con bò, hoàn thành chậm nhất vào cuối năm 2024.
  • Tăng cường chế tài quản lý và giám sát liên ngành: Lực lượng Thanh tra Môi trường nâng tần suất kiểm tra đột xuất tại các điểm xả thải lên tối thiểu 4 đợt mỗi năm, xử lý nghiêm các hành vi lấn chiếm hành lang bảo vệ sông, đồng thời phân bổ kinh phí duy trì quan trắc định kỳ 6 đợt/năm tại 7 điểm trạm cố định để chủ động ứng phó sự cố môi trường nước.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Công trình nghiên cứu mang giá trị thực tiễn và học thuật cao cho 4 nhóm đối tượng chính:

  • Cán bộ quản lý môi trường và quy hoạch đô thị: Cán bộ thuộc Sở Tài nguyên và Môi trường, Chi cục Bảo vệ Môi trường và Ủy ban nhân dân các huyện ven sông Phan có thể khai thác bộ cơ sở dữ liệu 16 đợt quan trắc để xây dựng kế hoạch phân bổ nguồn lực, rà soát quy hoạch thoát nước và xây dựng các chính sách bảo vệ nguồn nước mặt đến năm 2030.
  • Giảng viên, học viên và nhà nghiên cứu chuyên ngành Khoa học Môi trường: Tài liệu cung cấp case study hoàn chỉnh về phương pháp đánh giá lưu vực sông nội tỉnh, quy trình thiết kế 7 trạm quan trắc theo chuẩn TCVN và phương pháp xử lý số liệu đa biến phục vụ công tác giảng dạy, nghiên cứu mô hình hóa chất lượng nước.
  • Ban quản lý các khu công nghiệp và doanh nghiệp sản xuất: Nắm bắt bức tranh tổng thể về sức chịu tải của sông Phan để chủ động nâng cấp công nghệ xử lý nước thải nội bộ, kiểm soát rủi ro pháp lý về môi trường trong hoạt động sản xuất kinh doanh.
  • Các tổ chức xã hội và cộng đồng dân cư địa phương: Sử dụng kết quả điều tra xã hội học từ 100 hộ dân làm cơ sở xây dựng các chương trình truyền thông cộng đồng, nâng cao ý thức giữ gìn vệ sinh nguồn nước mặt và giám sát các hành vi xả thải trái phép.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao chất lượng nước sông Phan lại suy giảm nghiêm trọng vào mùa khô?

Lưu lượng nước trong mùa khô giảm mạnh do lượng mưa mùa này chỉ chiếm khoảng 20% tổng lượng mưa cả năm, làm suy giảm khả năng hòa tan và tự làm sạch tự nhiên của dòng sông. Trong khi đó, tải lượng xả thải sinh hoạt 20.000 m3/ngày đêm cùng nước thải nông nghiệp không giảm, khiến nồng độ BOD5 và COD tăng vọt gấp 1,5 đến 3,2 lần quy chuẩn cho phép.

Tác nhân nào đóng góp tải lượng ô nhiễm lớn nhất vào lưu vực sông Phan?

Nước thải sinh hoạt từ hơn 210.000 hộ dân và chất thải chăn nuôi là hai nguồn phát thải lớn nhất. Với lưu lượng gần 20.000 m3 nước thải sinh hoạt và hơn 21.000 m3 nước thải chăn nuôi đổ trực tiếp mỗi ngày, nguồn thải này vượt trội hoàn toàn so với khoảng 4.000 m3 nước thải công nghiệp, gây ra tình trạng ô nhiễm hữu cơ và vi sinh lan rộng.

Năng lực xử lý của Trạm xử lý nước thải thành phố Vĩnh Yên hiện đạt mức nào?

Trạm xử lý nước thải giai đoạn 1 của thành phố Vĩnh Yên có công suất xử lý đạt khoảng 5.000 m3/ngày đêm với tổng vốn 430,6 tỷ đồng. Hệ thống này hiện mới đáp ứng được khoảng 25% tổng lượng nước thải sinh hoạt phát sinh trên toàn lưu vực và chủ yếu phục vụ khu vực nội thị, chưa bao phủ các huyện nông thôn lân cận.

Chỉ số pH tại các điểm quan trắc phản ánh điều gì về chất lượng nước?

Giá trị pH tại 7 trạm quan trắc dao động từ 6,06 đến 8,97, nằm trong ngưỡng an toàn theo QCVN 08:2015/BTNMT. Tuy nhiên, một số đợt đo ghi nhận pH tăng cao đột biến lên xấp xỉ 8,97 tại điểm NM3 (xã Vũ Di), cảnh báo hiện tượng xâm nhập của các hợp chất tẩy rửa và nước thải kiềm tính từ các khu dân cư tập trung.

Nguồn nước sông Phan ô nhiễm ảnh hưởng như thế nào đến các vùng hạ lưu lân cận?

Sông Phan cung cấp nước trực tiếp cho sông Cà Lồ và tác động liên vùng đến chất lượng nguồn nước sông Cầu. Tải lượng ô nhiễm vi sinh và hữu cơ chưa qua xử lý từ sông Phan sẽ lan truyền về phía hạ lưu, đe dọa trực tiếp an ninh nguồn nước sinh hoạt và sản xuất nông nghiệp của hàng triệu người dân tại Bắc Ninh, Hải Dương và Quảng Ninh.

Kết luận

  • Luận văn đã phân tích toàn diện hiện trạng chất lượng nước mặt sông Phan qua chuỗi dữ liệu 16 đợt quan trắc tại 7 điểm trạm cố định trong giai đoạn 2014 - 2016.
  • Kết quả nghiên cứu xác định các thông số BOD5, COD, Amoni và Tổng Coliform đều có xu hướng vượt quy chuẩn B1 từ 1,5 đến 3,2 lần, đặc biệt nghiêm trọng vào mùa khô do tiếp nhận hơn 45.000 m3 nước thải các loại mỗi ngày.
  • Nghiên cứu đã làm rõ căn nguyên ô nhiễm bắt nguồn từ sự quá tải hạ tầng đô thị, tỷ lệ thu gom nước thải sinh hoạt mới đạt khoảng 25% và thiếu kiểm soát nước thải chăn nuôi nông thôn.
  • Đề xuất lộ trình giải pháp kỹ thuật và quản lý khả thi trong giai đoạn 2022 - 2025 nhằm nâng công suất xử lý nước thải sinh hoạt lên 20.000 m3/ngày đêm và kiểm soát 100% nguồn thải công nghiệp.
  • Kêu gọi các cơ quan quản lý nhà nước, cộng đồng doanh nghiệp và người dân tỉnh Vĩnh Phúc cùng chung tay hành động đồng bộ để phục hồi, cải thiện chất lượng dòng sông Phan xanh và phát triển bền vững.