Chương 1 TỎNG QUAN NGHIÊN CỨU 1. Các khái niêm liên quan Theo luật Tài nguyên nước số 17/20212/QH13 ban hành ngày 21 tháng 6 năm 2012, gồm có các khái niệm: - 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. - Nước mặt là nước tồn tại trên mặt đất liền hoặc hải đảo. Nguồn nước mặt sử dụng là từ sông suối, ao, hồ, đầm lầy và trường hợp đặc biệt mới sử dụng đến nước biển.
Đặc điểm của tài nguyên nước mặt là chịu ảnh hưởng lớn từ điều kiện khí hậu và các tác động khác do hoạt động kinh tế của con người; nước mặt dé bị ô nhiễm và thành phan hóa lý của nước thường bị thay đối; khả năng hoi phục trữ lượng của nước nhanh nhất ở vùng có mưa. - Ô nhiễm nước: là sự thay đổi tính chất vật lý, tính chất hóa học, thành phần sinh học của nước vi phạm tiêu chuẩn cho phép gây tác động xấu đến đời sống con người và sinh vật. Ô nhiễm nguồn nước là một trong những thách thức thực tế phải đối mặt trong giai đoạn phát triển kinh tế - xã hội hiện nay. Đôi lúc sự tăng trưởng kinh tế phiến diện đã dẫn đến những hậu qua môi trường không kiểm soát được.
Các nghiên cứu về các lưu vực sông đã cho những kết quả đáng báo động. Sự ô nhiễm do nước thải từ các khu đô thị và các khu công nghiệp trên hầu hết các lưu vực từ bắc đến nam đều có biểu hiện rõ rệt. - 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. - Khả năng tiếp nhận nước thải của nguồn nước: là khả năng nguồn nước có thể tiếp nhận thêm một lượng nước thải mà vẫn bảo đảm chất lượng nguồn nước cho mục đích sử dụng theo tiêu chuẩn, quy chuẩn kỹ thuật Việt Nam hoặc tiêu chuẩn, quy chuẩn kỹ thuật nước ngoài được cơ quan nhà nước có thâm quyền cho phép áp dụng.
- Lưu vực sông: là vùng đất mà trong phạm vi đó nước mặt, nước đưới đất chảy tự nhiên vào sông và thoát ra một cửa chung hoặc thoát ra biển. Lưu vực sông gồm có lưu vực sông liên tỉnh và lưu vực sông nội tỉnh. - Nguồn thải công nghiệp: là các nguồn phát sinh chất thải trong quá trình hoạt động sản xuất công nghiệp, bao gồm: khí thải, nước thải và chat thải ran gây tác động đến môi trường. - Tải lượng ô nhiễm: là khối lượng chất ô nhiễm có trong nước thải hoặc nguồn nước trong một don vi thời gian xác định.
- Khả năng tự làm sạch: là khả năng tự điều tiết trong hoạt động của môi trường thông qua một số cơ chế đặc biệt để giảm thâp ô nhiễm từ bên ngoài vào hoặc làm cho chất độc thành chất không độc. Theo Quyết định số 154/QĐ-TCMT ngày 15 tháng 02 năm 2019 về việc ban hành hướng dẫn kỹ thuật tính toán sức chịu tải nguồn nước sông có một số khái niệm liên quan như sau: - Tải lượng ô nhiễm: là tổng của một thông số ô nhiễm phát sinh từ một hay nhiều nguồn thải trên một đơn vị thời gian. - Sức chịu tải của nguồn nước là tải lượng ô nhiễm lớn nhất của từng thông số ô nhiễm được đưa vào nguồn nước, mà chất lượng nước vẫn đạt quy chuẩn theo các mục tiêu sử dụng nước đã được xác định. Tổng quan các công trình nghiên cứu, các thông tin, tư liệu, công việc liên quan đến đề tài a.
Trên thế giới Van dé quan lý tông hợp tài nguyên và môi trường theo Lưu vực sông (LVS) hiện nay đang được quan tâm rất nhiều cả trên thế giới và Việt Nam. Tại Hội nghị Quốc tế về nước và môi trường (Dublin, 1992) van đề quan lý tổng hợp tài nguyên nước và môi trường là vấn đề trọng tâm được thảo luận. Trong chương trình hành động 21 (Agenda 21) đã giành quan tâm đặc biệt đến quản lý tổng hợp tài nguyên nước và môi trường nước lưu vực sông như: Autralia, Hoa Kỳ, Đức, Đan Mạch, Pháp, Nhật.Ở các nước phát triển, chính phủ và các cơ quan, đặc biệt là cơ quan kiểm soát ô nhiễm và cơ quan quản lý nước, nông nghiệp và lâm nghiệp đã coi lưu vực sông như những đơn vị tự nhiên của việc quản lý đất và nước. Việc đánh giá, dự báo và kiểm soát chất lượng môi trường theo lưu vực sông đã trở thành quy trình, quy phạm trong quản lý lưu vực sông, bao gồm: các biện pháp giảm thiểu chat thai bằng việc áp dụng công nghệ sản xuất sạch hơn và kiểm toán chất thải, thu gom tái sử dụng các chất thải, xử lý một phần và toàn bộ các chất thải, nước thải trước khi đồ vào sông, quy hoạch khai thác hợp lý nguồn nước phục vụ phát triển kinh tế xã hội của lưu vực sông, quan trắc lượng và chất lượng môi trường, cảnh báo sự khuếch tán chất độc hại trong sông và dự báo sinh thái chất lượng trên toàn lưu vực sông.Nhìn chung, một trong những phương pháp được nhiều quốc gia tiếp cận dé quản lý môi trường và tài nguyên nước đó là “quản lý LVS”.
Khi nói tới quản lý LVS là đề cập tới hoạt động quản lý chất lượng nước và điều phối sử dụng tài nguyên nước hợp lý theo lưu vực thông qua một tổ chức điều phối, không theo địa giới hành chính nhằm hướng tới mục tiêu phát triển bền vững. Quản lý môi trường nước LVS bao gồm quản lý chất lượng nguồn nước mặt (sông, hd) và quản lý các nguồn thải nước từ hoạt động kinh tế (công nghiệp, nông nghiệp) và dân sinh (đô thi) dé duy trì (hay phục hồi) chat lượng nước, đáp ứng nhu cầu sử dụng nước hiện tại (hay quy hoạch sử dụng nước tương lai). Các nghiên cứu về ngưỡng chịu tải môi trường nước sông: Dé tính toán khả năng chịu tải của HST, trên thé giới thường áp dụng phương pháp sinh thái học kết hợp với mô hình toán học phù hợp với từng HST cần nghiên cứu. Các ứng dụng mô hình chất lượng nước đã được phát triển ngay từ những năm đầu của thế kỷ 20, gắn liền với mối quan tâm của xã hội về vấn đề chất lượng nước và khả năng ứng dụng của công nghệ tính toán khoa học.
- Giai đoạn đầu thế kỷ 20 đến thập nhiên 70: Mô hình chất lượng nước đầu tiên được Streeter-Phelps thiết lập 1925, mô phỏng sự thay đổi các giá trị DO và COD ở vùng hạ lưu với các nguồn thải điểm trên dòng chảy sông Ohio, Hoa Kỳ. Các giai đoạn tiếp theo độ tin cậy của mô hình tiếp tục được cải tiến. - Giai đoạn thập niên 80 đến nay: Mô hình chat lượng nước trong giai đoạn này đã hoàn thiện hơn với độ tin cậy cao hơn, các quá trình ảnh hưởng đến chất lượng nước được đề cập đến nhiều hơn, phạm vi ứng dụng đa dạng hơn. Điền hình trong giai đoạn này là các nghiên cứu của tác giả: Thomann và Mueller (1995) đã mô hình hóa các ảnh hưởng của mối quan hệ giữa các loại thực vật phù du với các chất đinh dưỡng trong dòng chảy đến chất lượng nước sông; Law và Chalup (1990) xây dựng mô hình chất lượng nước trên cơ sở nghiên cứu quá trình quang hợp và hô hấp của tao và đã được Brown bổ sung vào mô hình QUAL2E; Ditoro va Fitzpatrick (1993) tiếp tục phát triển, bổ sung thêm mối quan hệ giữa các sinh vật lớn tiêu thụ (sinh vật tiêu thụ bậc 1), sự chuyên hoá và tích luỹ các chất dinh dưỡng.
Những năm gần đây, mô hình toán nói chung, và mô hình chất lượng nước nói riêng đang phát triển mạnh mẽ với sự ứng dụng rộng rãi các công nghệ hiện đại như hệ thông tin địa lý (GIS), các thuật toán cho các máy tính công suất lớn. Tại các nước Châu Âu, theo nghiên cứu của Jordan E. (1900), nhiều công trình nghiên cứu liên quan đến quá trình TLS nước sông đã được tiến hành từ cuối thé ky XIX. Do là các công trình nghiên cứu TLS nguồn nước dựa vào quá trình đồng hóa chat thải hữu cơ nhờ hoạt động của vi khuẩn có trong nguồn nước.
Những công trình đầu tiên quan tâm đến quá trình ôxy hóa chat thai hữu cơ do vi khuẩn. Frank khi nghiên cứu TLS nước sông Spree (Đức) đã quan tâm đến số lượng vi khuẩn trong 1 em nước tham gia vào quá trình đồng hóa chất thải trong nước sông. Ông đã thấy rằng, trong nước sông Spree trước khi chảy vào thành phố Berlin có khoảng 10.000 vi khuẩn/1cmẺ nước sông, khi chảy qua Berlin nơi nước bi ô nhiễm con số này tăng lên đến hàng ngàn thậm chí hàng triệu nhưng khi quá trình TLS kết thúc thì lượng vi khuẩn giảm đi một cách đáng kê. Các tác giả Girard và Bordas đã nghiên cứu TLS trên sông Seine.
Đặc biệt, Golschmidt và Pransmidt khi nghiên cứu quá trình TLS trên sông Isar ở Munich đã tính toán và đưa ra khoảng cách cần thiết cho quá trình TLS là khoảng 27 km và trong khoảng thời gian 8 giờ. Kluse và Lossen khi nghiên cứu trên sông Rhine đã đưa ra khoảng cách là từ 25-26 km và thời gian là 5,5-6 giờ. Tại Mỹ nhiều công trình nghiên cứu cũng đã được tiến hành từ rất sớm và trên nhiều con sông tại các bang khác nhau. Đáng chú ý là trong công trình của Jordan E.
(1900), khi nghiên cứu quá trình TLS trên sông Illinois đã quan tâm đến quan hệ giữa tốc độ làm sạch và nhiệt độ môi trường nước. Tác giả đã đi đến kết luận rằng nhiệt thấp thì quá trình TLS diễn ra chậm. Khi nhiệt độ tăng lên tốc độ TLS sẽ tăng theo. Trong các công trình khác: Ifabiyi I.
(1980), đã quan sát kết qua TLS đối với từng loại chat thải khác nhau khi thâm nhập vào nguồn nước sông. Tác giả đã thu mẫu nước tại 7 vị trí dọc theo kênh, phân tích sự thay đổi ham lượng các chất thải qua các điểm. Trong quá trình phân tích kết quả, tác giả đã rút ra khả năng TLS của dòng kênh cũng như nguyên nhân thay đổi của hàm lượng từng chat thải., Ebara (1980) đã nghiên cứu quá trình TLS trên sông Teshio, bang Hokkaido, Nhật bản. Các tác giả đã phát hiện rằng các chất thải được làm sạch ở mức độ khác nhau trong các lớp nước khác nhau của dòng sông trước khi đồ ra biển.
Tại Nga, cũng có rất nhiều các công trình nghiên cứu về sự TLS nước do vi sinh vật. Chang hạn, Makushkin E.