Tổng quan nghiên cứu

Thành phố Cẩm Phả có tổng diện tích tự nhiên 386,5 km2 với dân số trung bình năm 2018 đạt 190.600 người, mật độ dân số 493,1 người/km2. Là trung tâm sản xuất than lớn nhất của tỉnh Quảng Ninh và cả nước, Cẩm Phả sở hữu tiềm năng trữ lượng than trên 3 tỷ tấn và đóng góp từ 50% đến 55% sản lượng than toàn quốc. Sự phát triển mạnh mẽ của các ngành kinh tế trọng điểm như khai thác than, sản xuất xi măng và nhiệt điện đã tạo áp lực nặng nề lên môi trường sinh thái. Mỗi ngày, khu vực đô thị phát sinh ước tính hơn 30.237 m3 nước thải sinh hoạt chưa qua hệ thống xử lý tập trung, cùng hàng triệu mét khối nước thải mỏ đổ trực tiếp ra các lưu vực sông suối và vịnh Bái Tử Long.

Trong bối cảnh đó, mạng lưới quan trắc môi trường nước mặt của thành phố theo Quyết định số 1927/QĐ-UBND ngày 08/7/2015 chỉ duy trì 04 điểm quan trắc định kỳ. Mật độ này quá thưa thớt, chưa phản ánh đầy đủ diễn biến chất lượng nước trước tốc độ đô thị hóa và biến động phát thải công nghiệp. Luận văn thạc sĩ chuyên ngành Quản lý Tài nguyên và Môi trường (mã số 8850101) của tác giả Nguyễn Thị Cài, dưới sự hướng dẫn khoa học của Tiến sĩ Nguyễn Thị Phương Mai tại Trường Đại học Khoa học - Đại học Thái Nguyên (2020), được thực hiện nhằm giải quyết vấn đề cấp bách này.

Mục tiêu cốt lõi của đề tài là đánh giá toàn diện hiện trạng mạng lưới quan trắc và chất lượng nước mặt giai đoạn 2017-2019, từ đó đề xuất bổ sung mạng lưới điểm quan trắc tối ưu tại các thủy vực trọng yếu như sông Diễn Vọng, sông Mông Dương, hồ Cao Vân và suối Moong Cọc 6. Công trình có ý nghĩa thực tiễn sâu sắc, cung cấp cơ sở dữ liệu định lượng phục vụ công tác quản lý tài nguyên nước cho tổng lượng dòng chảy mặt 474,23 triệu m3/năm, bảo vệ an toàn nguồn cấp nước sinh hoạt công suất 60.000 m3/ngày đêm cho người dân khu vực.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên sự tích hợp của hai khung lý thuyết nền tảng: Lý thuyết Quản lý tổng hợp tài nguyên nước (IWRM) và Lý thuyết thiết kế mạng lưới quan trắc môi trường tiêu chuẩn quốc tế. Khung lý thuyết này vận dụng các văn bản quy phạm pháp luật cốt lõi gồm Luật Bảo vệ Môi trường 2014, Luật Tài nguyên nước số 17/2012/QH13, Thông tư số 24/2017/TT-BTNMT quy định kỹ thuật quan trắc môi trường, cùng Quyết định số 90/QĐ-TTg phê duyệt Quy hoạch mạng lưới quan trắc tài nguyên và môi trường quốc gia giai đoạn 2016-2025.

Hệ thống khái niệm chuyên ngành được chuẩn hóa xuyên suốt đề tài bao gồm:

  1. Điểm quan trắc môi trường nền: Vị trí đặt cố định tại thượng lưu các lưu vực sông chính hoặc vùng giáp ranh nhằm xác định các thông số tự nhiên và nắm bắt xu thế biến đổi dài hạn của chất lượng nước.
  2. Điểm quan trắc môi trường tác động: Vị trí được thiết lập tại hạ lưu các nguồn thải tập trung từ khu công nghiệp mỏ than, bệnh viện hoặc khu dân cư để kiểm soát tải lượng ô nhiễm và phát hiện kịp thời sự cố xả thải.
  3. Chỉ số chất lượng nước Việt Nam (VN_WQI): Công cụ toán học theo Quyết định số 1460/QĐ-TCMT ngày 12/11/2019 của Tổng cục Môi trường, quy đổi dữ liệu đo đạc đa thông số phức tạp về thang điểm từ 0 đến 100 với 6 mức đánh giá màu sắc trực quan.
  4. Tải lượng ô nhiễm: Tích số giữa nồng độ chất ô nhiễm và lưu lượng dòng chảy tại từng thời điểm đo kiểm.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng chuỗi dữ liệu thứ cấp giai đoạn 2010-2019 từ Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Quảng Ninh, Trung tâm Quan trắc Tài nguyên và Môi trường cùng Cục Thống kê tỉnh. Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm 48 bộ dữ liệu quan trắc toàn diện tại 04 trạm định kỳ trong 3 năm liên tiếp (2017-2019), với 20 thông số hóa lý, kim loại nặng và vi sinh cho mỗi mẫu được đo đạc 4 đợt/năm vào các tháng 1, 4, 7 và 10. Phương pháp chọn mẫu tuân thủ quy chuẩn kỹ thuật theo 03 tiêu chí: tính đại diện không gian của dòng chảy, tính ổn định tọa độ theo hệ VN2000 và khả năng bao quát nguồn tiếp nhận thải.

Tác giả tiến hành khảo sát thực địa chi tiết vào tháng 11/2019 dọc theo 02 tuyến giao thông thủy văn huyết mạch: tuyến Quốc lộ 18A (tập trung các suối thoát nước mỏ và đô thị ven biển) và tuyến Tỉnh lộ 337 (khu vực thượng nguồn hồ đập). Phương pháp phân tích dữ liệu áp dụng công thức tính toán VN_WQI đa thông số, kết hợp xử lý thống kê trên phần mềm Microsoft Excel 2010 và định vị không gian trên nền tảng bản đồ Google Earth. Việc lựa chọn phương pháp này giúp tối ưu hóa việc phân loại chất lượng nước nhanh chóng, đảm bảo tính chuẩn xác khoa học và khả năng áp dụng cao trong quản trị môi trường thực tế tại địa phương.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, mạng lưới quan trắc hiện hữu bộc lộ sự bất cập lớn về số lượng và mật độ phân bố. Toàn thành phố Cẩm Phả với 16 đơn vị hành chính và diện tích gần 400 km2 chỉ có 04 điểm quan trắc nước mặt (NM1 tại đập Cao Vân, NM2 tại đập Đá Bạc, NM3 tại cầu 5 suối Moong Cọc 6 và NM4 tại đập tràn Mông Dương). Mật độ này chỉ đạt khoảng 0,01 điểm/km2, quá thưa thớt so với quy mô 144 trạm quan trắc tự động trên địa bàn toàn tỉnh Quảng Ninh, dẫn tới việc bỏ sót nhiều lưu vực tiếp nhận nước thải than và sinh hoạt trọng điểm.

Thứ hai, kết quả tính toán chỉ số VN_WQI giai đoạn 2017-2019 cho thấy sự phân hóa chất lượng nước sâu sắc theo không gian và mục đích sử dụng. Tại điểm NM1 (hồ Cao Vân, dung tích hữu ích 11,68 triệu m3) và NM2 (sông Diễn Vọng), chất lượng nước duy trì ở mức tốt đến rất tốt với chỉ số WQI đạt từ 76 đến trên 90 điểm (màu xanh lá cây và xanh nước biển), đáp ứng tốt tiêu chuẩn cấp nước sinh hoạt. Ngược lại, tại điểm NM3 (suối Moong Cọc 6, chiều dài 300m) và NM4 (hạ lưu sông Mông Dương dài 15 km), nguồn nước bị suy thoái nghiêm trọng do hàm lượng chất rắn lơ lửng (TSS) và tổng sắt vượt giới hạn QCVN 08-MT:2015/BTNMT nhiều lần, chỉ số WQI thường xuyên giảm sâu xuống mức 26 - 50 điểm (màu da cam - mức ô nhiễm trung bình đến nặng).

Thứ ba, tốc độ phát sinh chất thải tăng nhanh tạo áp lực khổng lồ lên hệ thống thủy văn. Dự báo đến năm 2030, khi dân số đô thị đạt 242.000 người, lượng nước thải sinh hoạt của thành phố sẽ tăng hơn 43%, từ 30.237 m3/ngày đêm lên 43.657 m3/ngày đêm. Cùng với lượng rác thải đô thị phát sinh khoảng 150 tấn/ngày và hoạt động khai thác than đạt độ sâu -300m, nguy cơ ô nhiễm nguồn nước mặt tự nhiên là hiện hữu nếu không có hệ thống cảnh báo sớm.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính dẫn đến sự suy giảm chất lượng nước mặt tại Cẩm Phả bắt nguồn từ đặc điểm địa hình đồi núi chiếm 2/3 diện tích và chế độ khí hậu nhiệt đới gió mùa. Lượng mưa trung bình năm đạt 2.144,5 mm nhưng tập trung tới 86% vào mùa mưa (tháng 5 đến tháng 11). Dòng chảy mặt mùa lũ chiếm 79,95% tổng lượng dòng chảy năm với modul đỉnh lũ sông Diễn Vọng lên tới 10.241 l/s/km2, gây xói mòn và cuốn trôi đất đá từ các bãi thải mỏ than Nam Đèo Nai, Cao Sơn xuống các tuyến suối. Hơn nữa, việc thiếu các trạm xử lý nước thải sinh hoạt tập trung khiến nước thải sinh hoạt và nước mưa chảy chung rồi xả thẳng ra biển.

Dữ liệu quan trắc trong luận văn có thể được mô hình hóa trực quan qua các biểu đồ chuỗi thời gian biểu diễn tương quan giữa lưu lượng mưa và biến thiên nồng độ TSS, DO, COD. Bản đồ phân vùng chất lượng nước xây dựng trên không gian GIS thể hiện rõ nét ranh giới ô nhiễm giữa vùng thượng lưu đập nước (mức xanh) và hạ lưu các mỏ than (mức cam/đỏ). So sánh với các nghiên cứu tại vùng than Hạ Long và Uông Bí, diễn biến suy giảm WQI tại các suối thoát nước mỏ Cẩm Phả có tính chất tương đồng, khẳng định sự cần thiết phải mở rộng mạng lưới giám sát tác động công nghiệp.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Mở rộng mạng lưới điểm quan trắc: Ủy ban nhân dân thành phố Cẩm Phả phối hợp với Sở Tài nguyên và Môi trường bổ sung từ 6 đến 8 điểm quan trắc nước mặt mới trong giai đoạn 2021-2023. Các điểm mới tập trung tại hạ lưu suối Hóa Chất, điểm hợp lưu suối Bàng Nâu với sông Mông Dương, khu vực tiếp nhận thải mỏ Khe Chàm và các nhánh suối chảy qua Quốc lộ 18A nhằm tăng mật độ giám sát tác động lên 250% so với hiện tại.
  2. Hoàn thiện danh mục thông số và tối ưu tần suất đo kiểm: Trung tâm Quan trắc Tài nguyên và Môi trường nâng cấp bộ thông số quan trắc lên 25 chỉ tiêu theo đúng QCVN 08-MT:2015/BTNMT, bổ sung các kim loại nặng đặc thù ngành than như Mangan, Kẽm và Phenol. Tăng tần suất quan trắc định kỳ từ 4 lần/năm lên 6 lần/năm tại các điểm tác động nhạy cảm, thực hiện định kỳ từ năm 2022.
  3. Ứng dụng công nghệ tự động hóa và chuyển đổi số: Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam (TKV) và Tổng công ty Đông Bắc đầu tư lắp đặt tối thiểu 04 trạm quan trắc nước mặt tự động liên tục 24/7 tại các cửa xả mỏ than trọng yếu, hoàn thành truyền dữ liệu trực tiếp về Sở Tài nguyên và Môi trường Quảng Ninh trước năm 2025.
  4. Nâng cấp hạ tầng thu gom và xử lý chất thải: Ủy ban nhân dân thành phố Cẩm Phả đẩy nhanh tiến độ xây dựng Nhà máy xử lý chất thải rắn công suất 250-300 tấn/ngày tại phường Quang Hanh với tổng mức đầu tư 150 tỷ đồng, đồng thời triển khai các trạm xử lý nước thải sinh hoạt tập trung quy mô 35.000 m3/ngày đêm đến năm 2025 nhằm giảm thiểu 80% tải lượng ô nhiễm hữu cơ xả ra môi trường nước mặt.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Cơ quan quản lý nhà nước về môi trường: Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Quảng Ninh, Chi cục Bảo vệ Môi trường và Phòng Tài nguyên và Môi trường thành phố Cẩm Phả sử dụng luận văn làm cơ sở khoa học để rà soát, phê duyệt mạng lưới quan trắc môi trường địa phương giai đoạn 2021-2030, phục vụ công tác thanh kiểm tra và cấp phép xả thải.
  2. Các tập đoàn và doanh nghiệp khai khoáng: Lãnh đạo và bộ phận an toàn môi trường của Tập đoàn Than - Khoáng sản Việt Nam (TKV), các công ty mỏ than Cọc Sáu, Cao Sơn, Khe Chàm áp dụng phương pháp luận của đề tài để thiết lập trạm tự quan trắc nội bộ và thiết kế hồ lắng xử lý nước thải đạt QCVN 40:2011/BTNMT.
  3. Chuyên gia nghiên cứu, giảng viên và sinh viên: Các nhà nghiên cứu và học viên cao học thuộc các ngành Quản lý Môi trường, Kỹ thuật Môi trường, Thủy văn học tại các trường đại học khối tài nguyên tham khảo phương pháp tính toán VN_WQI kết hợp ứng dụng GIS trong quản lý lưu vực sông ven biển.
  4. Đơn vị tư vấn kỹ thuật và phát triển hạ tầng: Các công ty tư vấn lập quy hoạch môi trường, ban quản lý dự án cấp thoát nước đô thị sử dụng số liệu dự báo tải lượng thải đến năm 2030 để thiết kế các công trình hạ tầng kỹ thuật đô thị và bảo vệ nguồn cấp nước sinh hoạt hồ Cao Vân.

Câu hỏi thường gặp

  1. Chỉ số chất lượng nước VN_WQI trong nghiên cứu được tính toán dựa trên những nhóm thông số nào?
    Chỉ số VN_WQI được tính toán theo Quyết định số 1460/QĐ-TCMT tích hợp 5 nhóm thông số gồm: pH; tỷ lệ DO bão hòa theo nhiệt độ môi trường; nhóm chất hữu cơ và dinh dưỡng (BOD5, COD, N-NH4+, P-PO43-); nhóm chất rắn (TSS, độ đục); và nhóm vi sinh vật (Tổng Coliform). Thang điểm 0-100 lượng hóa cụ thể mức độ sạch của nguồn nước.

  2. Vì sao mạng lưới 04 điểm quan trắc cũ tại thành phố Cẩm Phả không còn đáp ứng được thực tiễn?
    Với diện tích tự nhiên 386,5 km2 cùng 190.600 dân và hàng chục khai trường mỏ than lớn, mạng lưới 04 điểm cũ quá thưa thớt và phân bố rải rác. Hệ thống này chỉ phản ánh chất lượng tại một vài hồ chứa lớn mà bỏ qua các kênh suối tiếp nhận hơn 30.237 m3 nước thải sinh hoạt/ngày và nước rỉ bãi thải mỏ.

  3. Chất lượng nguồn nước cấp sinh hoạt tại hồ Cao Vân và sông Diễn Vọng hiện nay ra sao?
    Theo chuỗi số liệu 2017-2019, nguồn nước tại đập hồ Cao Vân (dung tích 12,56 triệu m3) và đập Đá Bạc sông Diễn Vọng có chất lượng rất tốt, chỉ số WQI đạt từ 76 đến trên 90 điểm. Các chỉ tiêu hóa lý đều nằm trong ngưỡng cho phép, bảo đảm an toàn cho nhà máy nước Diễn Vọng cung cấp 60.000 m3/ngày đêm.

  4. Nước thải khai thác than gây suy thoái những chỉ tiêu môi trường nước nào nghiêm trọng nhất?
    Nước thải mỏ than và nước chảy tràn bãi thải tại suối Moong Cọc 6 làm gia tăng đột biến nồng độ chất rắn lơ lửng TSS, hàm lượng sắt tổng số, ion sunfat và độ đục. Tình trạng này khiến chỉ số WQI tại các điểm xả thải giảm mạnh xuống dưới 50 điểm, nước chuyển sang màu đục và gây bồi lắng dòng chảy.

  5. Đề tài đề xuất giải pháp gì về tần suất và hình thức quan trắc nước mặt trong tương lai?
    Nghiên cứu đề xuất duy trì tần suất 4 lần/năm cho các điểm quan trắc nền và tăng lên 6 lần/năm tại các điểm tác động xả thải mỏ than. Đồng thời, kiến nghị lắp đặt các trạm quan trắc tự động liên tục 24/7 kết nối dữ liệu online tại các cửa xả lớn ra vịnh Bái Tử Long.

Kết luận

  • Đánh giá toàn diện hiện trạng mạng lưới 04 điểm quan trắc nước mặt Cẩm Phả theo Quyết định 1927/QĐ-UBND, chỉ rõ sự thiếu hụt về mật độ và tính đại diện không gian.
  • Phân tích chi tiết chất lượng nước giai đoạn 2017-2019 bằng chỉ số VN_WQI, ghi nhận nguồn cấp nước sinh hoạt hồ Cao Vân đạt chuẩn (WQI từ 76-90) nhưng các suối thoát nước mỏ bị ô nhiễm nặng (WQI dưới 50).
  • Dự báo chính xác nhu cầu dùng nước và tải lượng nước thải sinh hoạt đô thị đạt 43.657 m3/ngày đêm vào năm 2030 khi dân số đạt 250.000 người.
  • Đề xuất phương án bổ sung mạng lưới điểm quan trắc mới, chuẩn hóa bộ 25 thông số phân tích và đẩy mạnh tự động hóa giám sát môi trường.
  • Đóng góp luận cứ khoa học quan trọng cho công tác quản trị tài nguyên nước, hỗ trợ thành phố Cẩm Phả và tỉnh Quảng Ninh chuyển đổi mô hình tăng trưởng kinh tế từ "nâu" sang "xanh" bền vững.

Lộ trình triển khai khuyến nghị được định hướng hoàn thành phê duyệt mạng lưới bổ sung trong giai đoạn 2021-2023 và vận hành đồng bộ hệ thống tự động hóa trước năm 2025. Các cơ quan quản lý, doanh nghiệp và nhà khoa học hãy chủ động tham khảo toàn văn luận văn để ứng dụng hiệu quả vào công tác bảo vệ nguồn nước mặt tại Cẩm Phả.