Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Tài nguyên nước mặt giữ vai trò quyết định trong việc duy trì cân bằng sinh thái và đáp ứng các nhu cầu thiết yếu của đời sống dân sinh, sản xuất nông nghiệp cũng như công nghiệp. Tuy nhiên, trước tác động của biến đổi khí hậu, gia tăng dân số và sự mở rộng của các hoạt động kinh tế - xã hội, nguồn nước mặt tại nhiều khu vực đang chịu sức ép lớn dẫn đến nguy cơ suy thoái và ô nhiễm nghiêm trọng.

Xã Thiện Kế thuộc huyện Sơn Dương, tỉnh Tuyên Quang là địa bàn có mạng lưới thủy văn phong phú với dòng sông chính là sông Phó Đáy. Con sông này đóng vai trò cung cấp nguồn nước đầu vào cho sản xuất nước sinh hoạt, tưới tiêu nông nghiệp và phục vụ các cơ sở sản xuất trên địa bàn. Mặc dù vậy, quá trình đô thị hóa, gia tăng chất thải sinh hoạt, canh tác nông nghiệp và các hoạt động sản xuất kinh doanh dọc lưu vực sông chưa được quản lý chặt chẽ đang trực tiếp xả thải xuống dòng chảy. Tác giả chỉ ra nguy cơ dòng sông Phó Đáy qua xã Thiện Kế bị ô nhiễm tương tự như tình trạng sông Nhuệ nếu không có các biện pháp quan trắc, đánh giá và kiểm soát kịp thời.

Mục tiêu nghiên cứu của khóa luận được xác định cụ thể gồm:

  1. Đánh giá hiện trạng chất lượng môi trường nước mặt sông Phó Đáy đoạn chảy qua địa bàn xã Thiện Kế, huyện Sơn Dương, tỉnh Tuyên Quang.
  2. Xác định các nguyên nhân và nguồn thải chính gây suy thoái môi trường nước sông.
  3. Đề xuất các biện pháp quản lý môi trường phù hợp nhằm hạn chế và giảm thiểu ô nhiễm môi trường nước sông Phó Đáy.

Khóa luận xác định rõ đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Hiện trạng chất lượng môi trường nước mặt sông Phó Đáy.
  • Phạm vi không gian: Đoạn sông Phó Đáy chảy qua địa phận xã Thiện Kế, huyện Sơn Dương, tỉnh Tuyên Quang; cụ thể là tuyến dòng chảy từ thôn Vạt Chanh (điểm đầu vào) đến thôn Cầu Xi (điểm đầu ra).
  • Phạm vi thời gian: Đề tài được triển khai thực hiện từ ngày 16/8/2014 đến ngày 15/12/2014; đồng thời kế thừa chuỗi số liệu quan trắc giai đoạn từ tháng 12/2008 đến tháng 4/2012.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khóa luận xây dựng hệ thống cơ sở lý thuyết dựa trên các khái niệm về ô nhiễm nước mặt, cơ chế tự làm sạch của thủy vực và các chỉ tiêu hóa lý, vi sinh phản ánh chất lượng nước. Đồng thời, nghiên cứu sử dụng khung pháp lý và quy chuẩn kỹ thuật quốc gia bao gồm:

  • Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước mặt QCVN 08:2008/BTNMT (áp dụng đánh giá đối chiếu với cột A2 - dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt sau khi áp dụng công nghệ xử lý phù hợp và bảo tồn thủy sinh; cột B1 - dùng cho mục đích tưới tiêu thủy lợi hoặc các mục đích tương tự).
  • Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 6187-1996 về đo độ đục; TCVN 4559-1998 và TCVN 6492-1999 về đo pH.

Nghiên cứu kết hợp nhiều phương pháp cụ thể:

  • Phương pháp thu thập, phân tích và tổng hợp tài liệu thứ cấp: Thu thập dữ liệu khí tượng thủy văn, điều kiện tự nhiên, tình hình kinh tế - xã hội và số liệu quản lý môi trường từ Phòng Tài nguyên và Môi trường huyện Sơn Dương, UBND xã Thiện Kế cùng các tài liệu khoa học liên quan.
  • Phương pháp kế thừa số liệu: Sử dụng dữ liệu theo dõi biến động chất lượng nước sông Phó Đáy qua các đợt quan trắc từ tháng 12/2008 đến tháng 4/2012.
  • Phương pháp nghiên cứu ngoài thực địa, quan trắc và lấy mẫu: Lấy mẫu định kỳ tại 2 vị trí đại diện (thôn Vạt Chanh - vị trí đầu vào, thôn Cầu Xi - vị trí đầu ra). Tổng số gồm 4 mẫu nước (mỗi vị trí lấy 2 chai mẫu dung tích 2000 ml, nút kín, dán nhãn, bảo quản trong thùng xốp ướp đá). Tiến hành đo nhanh ngoài hiện trường bằng thiết bị đo đa chỉ tiêu Multiline P4 (Cộng hòa Liên bang Đức) cho các thông số: nhiệt độ, pH và oxy hòa tan (DO).
  • Phương pháp phân tích trong phòng thí nghiệm: Mẫu được chuyển về và phân tích tại Phòng thí nghiệm Khoa học Môi trường thuộc Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên. Các chỉ tiêu được xác định bằng phương pháp và thiết bị chuyên dụng:
    • Nhu cầu oxy sinh học ($BOD_5$): xác định bằng máy đo BSB 60 của hãng WTW (Đức).
    • Nhu cầu oxy hóa học ($COD$): xác định bằng phương pháp chuẩn độ Permanganatkali ($KMnO_4$).
    • Oxy hòa tan ($DO$): đo trực tiếp bằng điện cực điện hóa.
    • Tổng chất rắn lơ lửng ($TSS$): xác định bằng phương pháp lọc qua giấy lọc sợi thủy tinh và sấy khô.
    • Sắt tổng số ($Fe$): xác định bằng phương pháp trắc phổ sử dụng thuốc thử 1,10-phenanthroline.
    • Coliform: xác định bằng phương pháp đếm khuẩn lạc/100 ml (lên men trong môi trường chuyên dụng).
    • Độ dẫn điện ($EC$), tổng chất rắn hòa tan ($TDS$): xác định qua thiết bị đo điện dẫn.
    • Thủy ngân ($Hg$): phân tích bằng phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử không ngọn lửa.
    • Photphat và Nitrat: xác định bằng phương pháp sắc ký lỏng ion.
  • Phương pháp xử lý số liệu và phương pháp chuyên gia: Xử lý và tính toán số liệu trên máy tính bằng phần mềm Microsoft Excel; tham vấn ý kiến chuyên môn của các cán bộ quản lý môi trường tại địa phương và giảng viên hướng dẫn.

Nội dung chính theo từng chương

Phần 1: Mở đầu

Phần mở đầu nêu rõ sự cấp thiết của việc bảo vệ nguồn nước trong bối cảnh phát triển kinh tế và biến đổi khí hậu; khẳng định vị trí trung tâm của sông Phó Đáy đối với đời sống sinh hoạt và sản xuất của nhân dân xã Thiện Kế. Tác giả xác định mục đích nghiên cứu, ý nghĩa lý luận - thực tiễn và các yêu cầu bắt buộc khi thực hiện đề tài là phản ánh số liệu trung thực, khách quan và đưa ra kiến nghị có tính khả thi cao tại địa phương.

Phần 2: Tổng quan tài liệu

Chương này tổng kết cơ sở lý luận về vai trò của nước đối với cơ thể sống (chiếm 55-60% trọng lượng nam giới trưởng thành, 80% mô não), hệ sinh thái và các ngành kinh tế. Tác giả phân loại các nguyên nhân gây ô nhiễm nước từ nguồn tự nhiên (lũ lụt, xói mòn, phong hóa khoáng chất) và nguồn nhân tạo (sinh hoạt, công nghiệp, nông nghiệp, nuôi trồng thủy sản).

Về thực trạng, chương tổng quan phân tích ô nhiễm tại các dòng sông lớn trên thế giới (sông Citarum - Indonesia, sông Buriganga - Bangladesh, sông Hoàng Hà và Tùng Hoa - Trung Quốc, sông Hằng - Ấn Độ, sông King - Australia) và tại Việt Nam (lưu vực sông Cầu, sông Nhuệ - Đáy, hệ thống sông Đồng Nai - Sài Gòn, sông Tiền và sông Hậu). Cuối cùng, tác giả trình bày đặc điểm địa lý - thủy văn của hệ thống sông Phó Đáy (chiều dài qua Tuyên Quang là 84 km, lưu lượng mùa lũ tháng 6 - tháng 10 chiếm 70 - 80% cả năm) cùng đặc điểm tài nguyên nước mặt, nước ngầm tại xã Thiện Kế.

Phần 3: Đối tượng, nội dung và phương pháp nghiên cứu

Chương này mô tả chi tiết vị trí lấy mẫu thực tế tại hai trạm: thôn Vạt Chanh (ranh giới tiếp nhận nước chảy vào xã) và thôn Cầu Xi (ranh giới dòng chảy ra khỏi xã). Khối lượng quan trắc gồm 2 địa điểm, 4 mẫu nước với 9 chỉ tiêu hóa lý quan trắc trực tiếp và trong phòng thí nghiệm. Quy trình thao tác, lấy mẫu, dán nhãn, bảo quản lạnh, thời hạn lưu mẫu (01 tháng) và các nguyên lý phân tích thiết bị chuyên dụng đều được quy chuẩn hóa theo hướng dẫn kỹ thuật hiện hành.

Phần 4: Kết quả đạt được

Chương 4 là nội dung trọng tâm của khóa luận, gồm 5 tiểu mục chính:

  1. Điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội của xã Thiện Kế: Diện tích tự nhiên toàn xã là 3.100 ha; dân số 1.428 hộ với 5.951 nhân khẩu phân bố ở 15 thôn; tỷ lệ tăng dân số tự nhiên 1,2%. Lao động nông - lâm nghiệp chiếm 92,52%, công nghiệp - dịch vụ chiếm 7,48%; lao động có trình độ chuyên môn chỉ đạt 5,15% (175 người). Hạ tầng thủy lợi có 1 hồ chứa, 9 đập xây; tổng số 60,01 km kênh mương nhưng tỷ lệ kiên cố hóa mới đạt 39,69%. Xã có 2.251 ha đất lâm nghiệp, trong đó 1.834,86 ha là rừng đặc dụng thuộc Vườn quốc gia Tam Đảo.
  2. Các hoạt động sản xuất kinh doanh, dịch vụ ảnh hưởng đến chất lượng nước: Canh tác nông nghiệp sử dụng phân bón và thuốc bảo vệ thực vật; hoạt động khai thác mỏ quặng apatit, barit, cao lanh; mạng lưới dịch vụ gồm 20 hộ kinh doanh vật tư nông lâm nghiệp, 33 nhà hàng ăn uống và 57 cửa hàng tạp hóa. Hầu hết các nhà hàng, chợ dân sinh chưa có hệ thống xử lý nước thải mà xả trực tiếp ra sông.
  3. Đánh giá chất lượng nước sông Phó Đáy: Trình bày bảng dữ liệu và đồ thị phân tích 9 thông số hóa lý ($DO$, $BOD_5$, $COD$, $TSS$, $TDS$, $Fe$, $pH$, $EC$, Nhiệt độ). Đồng thời tổng hợp xu hướng biến động của $COD$ và $TSS$ giai đoạn 2008 - 2012.
  4. Các nguồn gây ô nhiễm nước sông Phó Đáy: Phân loại và phân tích chi tiết cơ chế xả thải từ nguồn sinh hoạt của các hộ dân ven sông, nguồn dòng chảy tràn mang hóa chất nông nghiệp và nguồn nước thải công nghiệp - khai khoáng dọc lưu vực.
  5. Đề xuất giải pháp hạn chế, khắc phục ô nhiễm: Đề xuất 5 nhóm giải pháp: hoàn thiện cơ chế chính sách pháp luật môi trường; xây dựng và quy hoạch mạng lưới trạm quan trắc định kỳ; áp dụng giải pháp kỹ thuật xử lý nước thải và chất thải rắn; tăng cường quản lý nhà nước về thanh tra xả thải; đẩy mạnh tuyên truyền, giáo dục cộng đồng bảo vệ nguồn nước.

Phần 5: Kết luận và kiến nghị

Tóm tắt các kết luận cốt lõi về mức độ ô nhiễm hữu cơ của đoạn sông nghiên cứu và đưa ra các kiến nghị đối với chính quyền địa phương, cơ quan quản lý tài nguyên môi trường nhằm tăng cường đầu tư hạ tầng xử lý nước thải, kiểm soát chặt chẽ việc xả thải của các cơ sở sản xuất và dịch vụ.

Kết quả và đóng góp

Nghiên cứu đã cung cấp số liệu thực nghiệm đo đạc hiện trạng 9 thông số môi trường nước sông Phó Đáy tại hai vị trí đại diện trên địa bàn xã Thiện Kế trong đợt khảo sát năm 2014, so sánh trực tiếp với Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 08:2008/BTNMT:

STT Thông số phân tích Đơn vị Đầu vào (Thôn Vạt Chanh) Đầu ra (Thôn Cầu Xi) QCVN 08:2008/BTNMT (Cột A2) QCVN 08:2008/BTNMT (Cột B1) Đánh giá so với quy chuẩn
1 Oxy hòa tan ($DO$) mg/l 6,75 6,89 $\ge 5$ $\ge 4$ Nằm trong giới hạn cho phép
2 Nhu cầu oxy sinh học ($BOD_5$) mg/l 11,63 12,02 6 15 Vượt cột A2 (1,9 - 2,0 lần); đạt cột B1
3 Nhu cầu oxy hóa học ($COD$) mg/l 15,87 16,02 15 30 Vượt nhẹ cột A2 (1,05 - 1,07 lần); đạt cột B1
4 Tổng chất rắn lơ lửng ($TSS$) mg/l 9,56 10,002 30 50 Đạt yêu cầu cả cột A2 và B1
5 Tổng chất rắn hòa tan ($TDS$) mg/l 70,00 71,35 - - Không quy định quy chuẩn
6 Sắt tổng số ($Fe$) mg/l 0,01 0,04 1,0 1,5 Đạt yêu cầu cả cột A2 và B1
7 Độ $pH$ - 7,12 7,23 6 - 8,5 5,5 - 9 Đạt yêu cầu cả cột A2 và B1
8 Độ dẫn điện ($EC$) mS/cm 0,245 0,312 - - Không quy định quy chuẩn
9 Nhiệt độ $^\circ$C 25,1 25,1 - - Không đổi giữa hai vị trí

Các phát hiện chính từ kết quả đo đạc:

  • Các chỉ tiêu phản ánh ô nhiễm hữu cơ gồm $BOD_5$ và $COD$ đều có nồng độ vượt ngưỡng quy định tại cột A2 của QCVN 08:2008/BTNMT ở cả điểm đầu vào và đầu ra. Cụ thể, $BOD_5$ tại đầu vào là 11,63 mg/l (gấp 1,9 lần mức A2) và tại đầu ra là 12,02 mg/l (gấp 2,0 lần mức A2). Nồng độ $COD$ tại đầu vào đạt 15,87 mg/l và đầu ra đạt 16,02 mg/l (vượt nhẹ mức giới hạn 15 mg/l của cột A2). Điều này chỉ ra nguồn nước sông đoạn này không đủ tiêu chuẩn để cấp nước sinh hoạt nếu không qua dây chuyền công nghệ xử lý chuyên biệt.
  • Hầu hết các chỉ tiêu chất lượng nước tại điểm đầu ra (thôn Cầu Xi) đều có giá trị cao hơn so với điểm đầu vào (thôn Vạt Chanh): $BOD_5$ cao hơn 1,03 lần, $COD$ cao hơn 1,01 lần, $TSS$ cao hơn 1,05 lần, hàm lượng $Fe$ tăng gấp 4 lần (từ 0,01 mg/l lên 0,04 mg/l), độ dẫn điện $EC$ tăng 1,3 lần (từ 0,245 lên 0,312 mS/cm). Sự gia tăng này chứng minh các hoạt động sinh hoạt, chăn nuôi, thương mại dịch vụ và sản xuất nông nghiệp trong nội tại xã Thiện Kế đã đóng góp lượng chất thải đáng kể vào dòng sông.
  • Các chỉ tiêu như $TSS$, $Fe$ và $pH$ vẫn nằm trong ngưỡng giới hạn an toàn của QCVN 08:2008/BTNMT ở cả hai cột A2 và B1, bảo đảm điều kiện phục vụ tưới tiêu nông nghiệp.

Đóng góp của khóa luận thể hiện ở việc xây dựng được bộ dữ liệu khảo sát thực tế tại địa phương vào thời điểm cuối năm 2014, liên kết hiện trạng chất lượng nước với thực trạng hạ tầng và mô hình kinh tế nông thôn, tạo cơ sở cho việc lập kế hoạch bảo vệ môi trường cấp xã.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Khóa luận còn một số hạn chế gắn liền với phạm vi và điều kiện nghiên cứu:

  • Phạm vi quan trắc thực địa chỉ bố trí tại 2 trạm lấy mẫu (thôn Vạt Chanh và thôn Cầu Xi) với số lượng mẫu phân tích hạn chế (4 mẫu), chưa bao quát hết các nhánh suối nhỏ và điểm xả thải cục bộ của các cơ sở ven sông.
  • Đợt quan trắc thực hiện tập trung trong khoảng thời gian từ tháng 8 đến tháng 12 năm 2014 (giai đoạn chuyển từ mùa mưa sang mùa khô), chưa theo dõi liên tục đầy đủ các đợt biến thiên theo chu kỳ mùa lũ cao điểm nhất trong năm (tháng 9) hoặc mùa kiệt sâu nhất (tháng 1 đến tháng 4).
  • Một số chỉ tiêu vi sinh (Coliform) và kim loại nặng khác (như Thủy ngân) tuy được liệt kê trong phương pháp phân tích nhưng chưa có chuỗi số liệu đối chiếu chi tiết tại hai trạm khảo sát trong chương kết quả.

Hướng nghiên cứu tiếp theo được gợi mở từ tài liệu:

  • Mở rộng mạng lưới quan trắc bằng việc bổ sung thêm các điểm lấy mẫu trung gian tại các khu vực tập trung dân cư, chợ và các vị trí tiếp nhận dòng chảy từ các khu mỏ khoáng sản.
  • Thực hiện quan trắc định kỳ theo mùa (mùa mưa và mùa khô) trong nhiều năm liên tiếp để đánh giá chính xác tải lượng ô nhiễm và khả năng tự làm sạch của sông Phó Đáy.

Giá trị tham khảo

Báo cáo khóa luận là tài liệu tham khảo hữu ích cho:

  • Sinh viên, học viên chuyên ngành Khoa học Môi trường, Quản lý Môi trường, Kỹ thuật Môi trường và Địa lý Tài nguyên khi tìm hiểu về phương pháp luận quan trắc chất lượng nước mặt lục địa.
  • Cán bộ làm công tác địa chính - môi trường tại UBND xã Thiện Kế và Phòng Tài nguyên và Môi trường huyện Sơn Dương trong việc đánh giá tải lượng nguồn thải, xây dựng các tiêu chí môi trường trong chương trình xây dựng nông thôn mới.
  • Các nội dung đáng tham khảo nhất trong tài liệu gồm: quy trình kết hợp quan trắc nhanh tại hiện trường với phân tích hóa lý chuyên sâu trong phòng thí nghiệm; phương pháp đối chiếu và đánh giá số liệu thực nghiệm theo QCVN 08:2008/BTNMT.

Câu hỏi thường gặp

1. Vị trí và thời gian lấy mẫu quan trắc nước sông Phó Đáy trong nghiên cứu được tiến hành như thế nào?
Quá trình lấy mẫu được thực hiện từ ngày 16/8/2014 đến ngày 15/12/2014 tại 2 vị trí trên sông Phó Đáy thuộc xã Thiện Kế: điểm đầu vào tại thôn Vạt Chanh (nơi sông bắt đầu chảy vào địa phận xã) và điểm đầu ra tại thôn Cầu Xi (nơi sông chảy ra khỏi địa bàn xã).

2. Các chỉ tiêu nào trong nước sông Phó Đáy qua xã Thiện Kế có nồng độ vượt ngưỡng quy chuẩn QCVN 08:2008/BTNMT?
Các chỉ tiêu vượt ngưỡng quy chuẩn ở cột A2 là $BOD_5$ và $COD$. Cụ thể, $BOD_5$ tại đầu vào đạt 11,63 mg/l và đầu ra đạt 12,02 mg/l (vượt giới hạn 6 mg/l của cột A2); $COD$ tại đầu vào đạt 15,87 mg/l và đầu ra đạt 16,02 mg/l (vượt giới hạn 15 mg/l của cột A2). Cả hai chỉ tiêu này đều vẫn đạt ngưỡng cho phép của cột B1 phục vụ tưới tiêu nông nghiệp.

3. Sự biến đổi chất lượng nước giữa vị trí đầu ra (thôn Cầu Xi) và vị trí đầu vào (thôn Vạt Chanh) diễn ra theo chiều hướng nào?
Chất lượng nước có xu hướng suy giảm khi chảy qua địa bàn xã. Tại điểm đầu ra, hàm lượng $BOD_5$ tăng 1,03 lần, $COD$ tăng 1,01 lần, $TSS$ tăng 1,05 lần, độ dẫn điện $EC$ tăng 1,3 lần và hàm lượng sắt tổng số ($Fe$) tăng gấp 4 lần (từ 0,01 mg/l lên 0,04 mg/l) so với điểm đầu vào.

4. Những nguồn thải chính nào trên địa bàn xã Thiện Kế tác động trực tiếp đến dòng sông Phó Đáy?
Nghiên cứu xác định 3 nguồn thải chính: (1) Nước thải sinh hoạt và rác thải từ 1.428 hộ dân ven sông; (2) Nước thải và dòng chảy tràn mang theo phân bón hóa học, hóa chất bảo vệ thực vật từ hoạt động sản xuất nông nghiệp, chăn nuôi; (3) Nước thải từ hoạt động thương mại dịch vụ (57 tiệm tạp hóa, 33 nhà hàng ăn uống, hệ thống chợ xã chưa có trạm xử lý) kết hợp với nước chảy tràn từ các điểm khai thác khoáng sản quặng quặng apatit, barit trong vùng.

5. Thiết bị và kỹ thuật nào được tác giả sử dụng để đo đạc và phân tích các chỉ tiêu $DO$, $BOD_5$ và $COD$?
Chỉ tiêu $DO$ được đo trực tiếp tại hiện trường bằng máy đo nhanh Multiline P4 (Cộng hòa Liên bang Đức) sử dụng đầu đo điện hóa. Chỉ tiêu $BOD_5$ được phân tích trong phòng thí nghiệm bằng thiết bị BSB 60 của hãng WTW (Đức). Chỉ tiêu $COD$ được xác định trong phòng thí nghiệm bằng phương pháp chuẩn độ Permanganatkali ($KMnO_4$).

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Phùng Thị Hương đã thực hiện đánh giá hiện trạng chất lượng nước sông Phó Đáy đoạn qua xã Thiện Kế thông qua việc kết hợp số liệu quan trắc thực nghiệm tại 2 trạm đầu vào, đầu ra với chuỗi tài liệu thứ cấp địa phương. Kết quả phân tích khẳng định nguồn nước sông đã có dấu hiệu ô nhiễm hữu cơ với các chỉ số $BOD_5$ và $COD$ vượt ngưỡng cho phép đối với nguồn cấp nước sinh hoạt loại A2 theo QCVN 08:2008/BTNMT, đồng thời chất lượng nước có sự suy giảm rõ rệt ở hạ lưu xã do tác động tổng hợp từ sinh hoạt, nông nghiệp và dịch vụ. Công trình cung cấp hệ thống luận cứ thực tế phục vụ trực tiếp cho công tác giám sát môi trường và hoàn thiện tiêu chí nông thôn mới tại huyện Sơn Dương, tỉnh Tuyên Quang.