Luận văn: Đánh giá sức chịu tải môi trường hồ thủy điện Thác Bà, tỉnh Yên Bái

Nghiên cứu đánh giá sức chịu tải môi trường hồ Thác Bà, Yên Bái. Phân tích tải lượng ô nhiễm, chất lượng nước và đề xuất các giải pháp quản lý.

• Tác giả: Hoàng Trung Kiên
• Người hướng dẫn: TS. Trần Thiện Cường
• Trường học: Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Khoa học môi trường
• Đề tài: Đánh giá sức chịu tải môi trường hồ thủy điện Thác Bà, tỉnh Yên Bái
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ khoa học
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Khái niệm và tầm quan trọng của Đánh giá sức chịu tải môi trường

Sức chịu tải môi trường là khả năng của một hệ sinh thái tự nhiên hoặc nhân tạo trong việc tiếp nhận, hấp thụ và phân hủy các chất ô nhiễm mà không gây tác hại đến cân bằng sinh thái. Đối với hồ Thác Bà, Yên Bái, việc đánh giá sức chịu tải môi trường có ý nghĩa cực kỳ quan trọng vì hồ đảm nhận nhiều chức năng: cấp nước, phát điện, nuôi trồng thủy sản và du lịch. Các hoạt động kinh tế này tạo ra những tải lượng ô nhiễm như nitrogen, phosphorus và các chất hữu cơ, ảnh hưởng đến chất lượng nước. Nghiên cứu sức chịu tải giúp xác định giới hạn an toàn cho hoạt động con người, từ đó đưa ra các biện pháp quản lý bền vững và bảo vệ tài nguyên nước.

1.1. Định nghĩa sức chịu tải môi trường hồ

Sức chịu tải của một hồ được định nghĩa là lượng chất ô nhiễm tối đa mà hệ thống hồ có thể tiếp nhận mà vẫn duy trì được chất lượng nước ở mức quy chuẩn cho phép. Đối với hồ Thác Bà, sức chịu tải phụ thuộc vào các yếu tố như thể tích nước, thời gian lưu nước, độ sâu trung bình và các quá trình tự làm sạch tự nhiên. Việc xác định chính xác con số này là cơ sở để lập kế hoạch phát triển bền vững.

1.2. Ý nghĩa của đánh giá sức chịu tải

Đánh giá sức chịu tải cho phép xác định khả năng tiếp nhận ô nhiễm của hồ, từ đó cân bằng giữa khai thác tài nguyên và bảo vệ môi trường. Tại hồ Thác Bà, việc nuôi cá lồng và các hoạt động khác sinh ra tải lượng nitrogen và phosphorus lớn, có nguy cơ gây phú dưỡng hóa nếu vượt quá sức chịu tải. Đánh giá này giúp đưa ra quyết định quản lý khoa học.

II. Hiện trạng chất lượng nước hồ Thác Bà và các nguồn ô nhiễm

Hồ Thác Bà là một hồ thủy điện lớn tại tỉnh Yên Bái, đóng vai trò quan trọng trong phát triển kinh tế địa phương. Tuy nhiên, chất lượng nước hồ đang chịu sức ép từ nhiều nguồn ô nhiễm: nước thải từ hoạt động nuôi cá lồng, nước sông chảy về từ các lưu vực, nước thải sinh hoạt từ cộng đồng dân cư ven hồ. Các chỉ tiêu quan trọng như BOD (Nhu cầu oxy sinh học), COD (Nhu cầu oxy hóa học), tổng nitrogen (T-N) và tổng phosphorus (T-P) thường vượt ngưỡng quy chuẩn Việt Nam. Những tải lượng ô nhiễm này tích tụ trong nước hồ, gây ra tình trạng xấu hóa chất lượng nước.

2.1. Các chỉ tiêu chất lượng nước chính

Các chỉ tiêu quan trọng được đánh giá bao gồm: BOD, COD, tổng chất rắn lơ lửng (TSS), nitrogen tổng và phosphorus tổng. Ngoài ra còn đánh giá oxy hòa tan (DO) và pH. Tại hồ Thác Bà, một số vị trí cho thấy nồng độ T-N và T-P vượt quy chuẩn, đặc biệt là ở khu vực nuôi cá lồng và cuối hồ.

2.2. Các nguồn thải chính đi vào hồ

Nguồn thải từ nuôi cá lồng là lớn nhất, do thức ăn không tiêu và chất thải từ cá. Nước sông đổ vào mang theo tải lượng T-N, T-P từ nông nghiệp lưu vực. Nước thải sinh hoạt từ dân cư ven hồ cũng đóng góp vào tải lượng BOD, COD. Những nguồn này cộng dồn tạo thành tổng tải lượng ô nhiễm mà môi trường hồ phải xử lý.

III. Phương pháp đánh giá tải lượng ô nhiễm và sức chịu tải

Để đánh giá sức chịu tải môi trường hồ Thác Bà, nghiên cứu áp dụng các phương pháp khoa học tiên tiến. Trước tiên, thực hiện lấy mẫu nước tại các vị trí khác nhau trên hộ, tại các nguồn đi vào và đi ra, để xác định nồng độ các chất ô nhiễm. Sau đó tính toán tải lượng chất ô nhiễm từ mỗi nguồn dựa trên lưu lượng nước và nồng độ. Sức chịu tải được xác định dựa trên QCVN (Quy chuẩn Việt Nam) cho phép và mô hình cân bằng tải lượng của hệ thống. Phương pháp tổng hợp dữ liệu từ nhiều nguồn tài liệu cùng với phân tích thực tế giúp đưa ra kết luận chính xác về khả năng chịu tải của hồ.

3.1. Phương pháp lấy mẫu và phân tích

Nghiên cứu tiến hành lấy mẫu nước tại các vị trí được xác định trước trên hồ Thác Bà. Các mẫu được phân tích trong phòng thí nghiệm để đo lường BOD, COD, T-N, T-P, TSS và các chỉ tiêu khác. Phương pháp phân tích tuân theo TCVN (Tiêu chuẩn Việt Nam) để đảm bảo độ chính xác. Dữ liệu thu thập được xử lý thống kê để đánh giá xu hướng và biến động chất lượng nước.

3.2. Tính toán tải lượng ô nhiễm và sức chịu tải

Tải lượng ô nhiễm được tính bằng công thức: Tải lượng = Nồng độ × Lưu lượng nước. Tổng tải lượng từ tất cả nguồn cộng lại tạo thành tổng tải lượng vào hồ. Sức chịu tải được xác định bằng cách so sánh tải lượng hiện tại với tải lượng cho phép theo QCVN, giúp xác định mức độ vượt tải hay còn dự phòng.

IV. Kết quả và giải pháp quản lý bền vững hồ Thác Bà

Kết quả nghiên cứu cho thấy sức chịu tải môi trường hồ Thác Bà đang bị vượt tải, đặc biệt đối với nitrogen và phosphorus. Tải lượng T-N từ hoạt động nuôi cá lồng chiếm phần lớn trong tổng tải lượng vào hồ. Tình trạng này nếu không được kiểm soát sẽ dẫn đến phú dưỡng hóa, ảnh hưởng đến chất lượng nước và đa dạng sinh học. Để giải quyết vấn đề, cần áp dụng các giải pháp quản lý tích hợp: giảm mật độ nuôi cá lồng, cải thiện công nghệ nuôi để giảm tải lượng thức ăn thừa, xử lý nước thải từ lồng cá trước khi xả, tăng cường bảo vệ lưu vực cung cấp nước, và nâng cao ý thức cộng đồng về bảo vệ môi trường hồ.

4.1. Kết quả đánh giá sức chịu tải

Nghiên cứu xác định sức chịu tải của hồ Thác Bà đối với T-N và T-P. Kết quả cho thấy tải lượng hiện tại đã vượt sức chịu tải cho phép khoảng 20-30%, đặc biệt là vùng nuôi cá lồng. Tải lượng BOD, COD cũng có xu hướng tăng. Nếu không giảm tải lượng ô nhiễm, hồ sẽ tiếp tục suy thoái chất lượng.

4.2. Các giải pháp quản lý bền vững

Cần giảm mật độ lồng cá hoặc chuyển sang mô hình nuôi bền vững. Cải thiện công nghệ nuôi để giảm tải lượng phát thải. Xây dựng hệ thống xử lý nước ở vùng nuôi cá. Tăng cường bảo vệ lưu vực sông, giảm tải lượng từ nông nghiệp. Tuyên truyền cộng đồng và giám sát chất lượng nước định kỳ.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1. Một số khái niệm - Khả năng chịu tải của môi trường là giới hạn chịu đựng của môi trường đối với các nhân tố tác động để môi trường có thể tự phục hồi (Điều 3, Luật Bảo vệ môi trường 2020 [4]). - Sức chịu tải của môi trường nước là khả năng tiếp nhận thêm chất gây ô nhiễm mà vẫn đảm bảo nồng độ các chất ô nhiễm không vượt quá giá trị giới hạn được quy định trong các quy chuẩn kỹ thuật môi trường cho mục đích sử dụng của nguồn tiếp nhận (Nghị định 38/2015/NĐ-CP [16] - Khả năng tiếp nhận nước thải là khả năng của nguồn nước có thể tiếp nhận thêm một tải lượng chất ô nhiễm nhất định mà vẫn đảm bảo nồng độ các chất ô nhiễm trong nguồn nước không vượt quá giá trị giới hạn được quy định trong các quy chuẩn chất lượng nước cho các mục đích sử dụng của nguồn nước tiếp nhận (Quyết định số 154/QĐ-TCMT, 2019) [29]. - Tải lượng ô nhiễm là tổng lượng của một thông số ô nhiễm phát sinh từ một hay nhiều nguồn thải trong một đơn vị thời gian [29].

- Khả năng tự làm sạch của nguồn nước là khả năng loại bỏ, giảm thiểu các chất ô nhiễm thông qua các quá trình vật lý, hóa học, sinh học xảy ra trong nguồn nước [29]. - Khả năng phục hồi môi trường được hiểu là khả năng phục hồi lại trạng thái chất lượng nước đáp ứng được chức năng sử dụng nước theo quy định nhờ khả năng tự làm sạch thông qua các quá trình thủy động lực, hóa học, sinh học xảy ra trong nguồn nước[29]. Nghiên cứu về sức chịu tải, tải lượng ô nhiễm của môi trường tại các lưu vực sông, hồ trên thế giới và ở Việt Nam. Một số nghiên cứu trên thế giới Ở thế kỷ XX, các nhà khoa học Mỹ là Edwards và cộng sự (1955) đã lần đầu đưa ra các khái niệm về “sức tải môi trường” khi xác định mật độ chăn thả gia súc phù hợp tại cao nguyên Kaibad [37].

Đến năm 1986, nhóm chuyên gia nghiên cứu ô nhiễm đại dương (GESAMP) khi xuất bản tài liệu “Sức tải môi trường - Một cách tiếp cận để ngăn ngừa ô nhiễm biển”, đã đề cập tới các khái niệm, thuật ngữ và các hướng dẫn có liên quan đến sức tải của các thủy vực [38]. Để nghiên cứu đánh giá sức chịu tải môi trường, một số công trình nghiên cứu trên thế giới đã đề cập, cụ thể: Tại Mỹ, Don Butcher và cộng sự (2011) đã đưa ra công 3 thức tính sức chịu tải môi trường như sau [36]: LC = WLA + Lah + LAbkgd + MOS + RC Trong đó: + LC: khả năng chịu tải. + WLA: Phân bố tải trọng của chất thải. + Lah: tải trọng chất thải phân bố từ các nguồn khác nhau của con người.

+ LAbkgd: tải trọng chất thải có trong nền môi trường. + MOS: biên an toàn. + RC: tải lượng dự trữ cho sự tăng trưởng dân số hoặc tăng tải lượng chất ô nhiễm từ con người. - Tại Brazil, Roberto và cộng sự (2016), trong nghiên cứu đánh giá sức chịu tải của lưu vực sông Paranapanema, khi nghiên cứu tải lượng Phôt pho được đưa vào sông từ hoạt động nuôi trồng thủy sản theo công thức [42]: ∆[P] ∗ 𝑧 ∗ 𝑝 𝐿𝐷𝑅 ≤ (1 − 𝑅) Trong đó: + LDR: nồng độ tối đa Phốt-pho đưa vào thủy vực từ nguồn thủy sản (mg/m2/năm).

+ ∆[P]: nồng độ phốt pho tối đa cho phép (mg/m3) + z: độ sâu của lưu vực sông (m) + p: tỷ lệ nước thay mới tại lưu vực sông theo năm. + R: tỷ lệ giữ lại Phốt-pho của lưu vực sông. Kết quả tính toán với diện tích nuôi cá 350 ha, sản lượng 98 nghìn tấn cá/năm lượng P đi vào trong sông Paranapanema là 280 tấn P/ha/năm. - Tại Trung Quốc, Lei Ding và cộng sự (2014) [35], khi tính sức chịu tải sinh thái của hồ Đông Vũ Hán đã áp dụng các chỉ số sau: WRCC (Water resource carrying capacity - sức chịu tại của lượng nước phát sinh), WQCC (Warter Quality Carrying Capacity- sức chịu tải về chất lượng nước), WECC (Water Ecologital Carrying Capacity- sức chịu tải sinh thái).

Nghiên cứu tải lượng chất ô nhiễm theo từng thông số phản ánh mức độ phú dưỡng (T-N, T-P) và tình trạng ô nhiễm chất hữu cơ (thông số BOD5, COD) của hồ nước. Các bước thực hiện tính toán cụ thể như sau: Bước 1: Phương trình để xác định mức độ chịu tải của từng thông số: 4 𝐶𝐶𝑖 CS𝑖 = = 𝐶𝐶𝑖, 𝑚𝑎𝑥 Trong đó: CSi: là mức dung lượng của thông số i CCi: là tải lượng của thông số i CCi,max: là giá trị giới hạn sức chịu tải của thông số i Công thức tính toán áp dụng cho các thông số ô nhiễm phát sinh từ các hoạt động công nghiệp, nông nghiệp, xã hội và kinh tế và hoạt động du lịch gây phát sinh lượng nước và lượng chất ô nhiễm mà hồ Đông Vũ Hán phải gánh chịu. Bước 2: Nhóm nghiên cứu đã đưa ra công thức tính toán khả năng chịu tải của nước phát sinh từ các hoạt động sinh hoạt của con người đi vào hồ theo công thức: 𝑛 𝑊𝑅𝐶𝐶 = ∑ CSi ∗ Wi 𝑖=1 Trong đó: i: là các thông số về dân số, GDP, số lượng khách du lịch, số lượng người trong hoạt động khách sạn mỗi ngày tương ứng. CSi: là mức khả năng chịu tải của 5 thông số công nghiệp, nông nghiệp, xã hội, kinh tế.

du lịch Wi: là giá trị trọng số WRCC: là khả năng chịu tải. Bước 3: Phương trình tính toán khả năng chịu tải của các thông số chất lượng nước: 𝑛 𝑊𝑄𝐶𝐶 = ∑ 𝐶𝑆𝑖 ∗ 𝑊𝑖 𝑖=1 Trong đó: i là các thông số T-P, T-N, COD, BOD5 CSi là sức chịu tải của 4 chỉ số dân số, GDP, lượng khách du lịch, lượng người gây phát sinh các phát thải tại các khách sạn mỗi ngày Wi: là trọng số WQCC: là khả năng chịu tải về chất lượng nước. Bước 4: Để tính toán được sức chịu tải sinh thái của nguồn nước là tổng hợp của cả sức chịu tải về lượng nước phát sinh và sức chịu tải về chất lượng nước, tính bằng công thức: 5 WECC= WRCC*Wl + WQCC*Wz Trong đó: WECC là sức chịu tải sinh thái Wl: là trọng số của chất lượng của lượng nước phát sinh. Wz: là trọng số của sức chứa môi trường nước.

Khi WECC > 1 là hồ đã bị vượt quá khả năng chịu tải về sinh thái. Kết quả sức chịu tải sinh thái trong nghiên cứu lần lượt các năm 2002, 2004, 2007, 2009, 2012 lần lượt bị vượt với hệ số 1. - Tại Trung Quốc Renhua Yan và cộng sự (2019), tính tải lượng ô nhiễm của hồ Taihu, miền đông Trung Quốc với các thông số T-N, T-P, CODMn, BOD5 và Amoni, đã áp dụng mô hình tính toán 0-D áp dụng cho thuỷ vực có địa hình dốc và lượng nước được kiểm soát bởi các công trình kiểm soát dòng chảy và các thông số ô nhiễm được trộn lẫn hoàn toàn. Mô hình 0-D được áp dụng không cần xem xét cụ thể vị trí phát sinh của từng nguồn ô nhiễm và được tính theo công thức sau [44]: 𝑊𝑖 + 𝐶𝑜 𝑄𝑜 𝐶= 𝐾𝑉 + 𝑄𝑜 + 𝑞 Trong đó: C: là nồng độ trong chất lượng nước tại điểm xác định (mg/L) Wi: là tải lượng môi trường nước sông tiếp nhận trong một thời gian của một thông số ô nhiễm nhất định i (kg/d) i: các thông số T-N, T-P, BOD, COD, Amoni Qo: lưu lượng dòng chảy đầu nguồn (m3/s) Co: Nồng độ chất ô nhiễm từ đầu nguồn (mg/L) K: hệ số suy giảm chất ô nhiễm V: thể tích nước sông (m3) q: lưu lượng dòng chảy ngang bờ do mưa, do dòng chảy (m3/s) Khi nồng độ C (mg/L) bằng với quy chuẩn của chất lượng Cs (mg/L), tải lượng Wi được tính theo công thức: Wi = Qo(Cs - Co)*86,4 + K*V*Cs*10-3 + q*Cs*86,4 Trong đó: 86,4: là hệ số chuyển đổi đơn vị Kết quả tính toán của Wi thường lớn hơn giá trị thực thì sẽ được nhân với hệ số 6 α= 0,1 để sửa đổi kết quả: Khi đó: Wi’ = α*Wi - Tại Thổ Nhĩ Kỳ, Serap PULATSÜ (2003), đã tính tải lượng Phốtpho tại hồ đập Kesikköprü Dam với trình tự theo các bước [43]: Bước 1: Xác định tổng nồng độ Phốtpho có trong hồ ở trạng thái ổn định (xác định tốt nhất là vào mùa xuân khi nước trong hồ ổn định).

Bước 2: Xác định khả năng chịu tải của hồ chứa trước khi khai thác và sau khi khai thác bằng hoạt động nuôi cá lồng và giới hạn chấp nhận Bước 3: Xác định hệ số ∆[P] ∆[P] = [P]f- [P]I (1) Trong đó: ∆[P]: là tải lượng Phốtpho từ các lồng nuôi cá [P]f: Tải lượng phốtpho khi nuôi cá trên hồ [P]i: Tải lượng phốtpho trước khi nuôi cá ∆[P] = Lfish(1- Rfish)* z*ρ (2) z: độ sâu ρ: tốc độ phát thải Lfish: lượng phát thải phốtpho trên 1 đơn vị diện tích trên 1 năm Lfish= ∆[P]* z-ρ/(1 - Rfish) (3) Trong đó: Rfish là lượng Phốtpho mất đi từ lồng cá thải ra do quá trình lắng đọng chất rắn được tính theo (4) Rfish = x + [(1-x)*R] (4) x: tỷ lệ của Phốtpho bị mất đi do sự lắng đọng chất rắn x= [0,45 - 0,55] R= 1 + 0,747* ρ0.507 (5) R: hệ số lưu giữ phốt pho ρ: tốc độ phát thải 7 Bước 4: Xác định tổng lượng Phốtpho La=Lfish*A La: tổng lượng Phốtpho A: thể tích nuôi cá Bước 5: Ước tính tổng lượng thải Phốt pho trên tấn sản lượng cá. Kết quả tính toán của ông đã đưa ra kết quả hàm lượng Phốt pho phát thải từ hoạt động nuôi cá trên hồ là 11,44 kg P/1 tấn sản lượng cá; Sức chịu tải của hồ đập Kesikköprü Dam với thông số P là 3335 tấn. - Tại Nhật Bản, Hidekohi Hayashi và cộng sự (2013) đã đưa ra công thức tính tải lượng ô nhiễm lưu vực sông Kanda công thức [40]: 𝑛 (115 + 350 + 125) 𝑄𝑡 = ∑ 350 ∗ 𝑉𝑖 ∗ 𝐴𝑖 𝑖=0 Trong đó: Qt: tổng lượng thải (m3/s) Vi: vận tốc dòng chảy tại bề mặt i (m/s) Ai: mặt cắt lớp i (m2) N: hệ số bề mặt Tải lượng ô nhiễm được tính bằng nhân lưu lượng Qt ở từng độ sâu với nồng độ chất ô nhiễm ở độ sâu tương ứng.