Tổng quan nghiên cứu
Tài nguyên nước ngọt có thể khai thác và sử dụng trực tiếp trên phạm vi toàn cầu chỉ chiếm khoảng 4,2 triệu km3 trong tổng số 1,5 tỷ km3 trữ lượng nước của thủy quyển. Tại Việt Nam, tổng lượng nước mặt trung bình hàng năm đạt khoảng 830 đến 840 tỷ m3, tuy nhiên nguồn nước nội sinh chỉ chiếm khoảng 37% (tương đương 310 đến 315 tỷ m3), tạo nên áp lực an ninh nguồn nước rất lớn trong bối cảnh biến đổi khí hậu và đô thị hóa. Thành phố Cẩm Phả, tỉnh Quảng Ninh là trung tâm công nghiệp khai khoáng than trọng điểm quốc gia với 16 đơn vị hành chính phường, xã, quy mô dân số đạt trên 190.660 người và sản lượng khai thác than chiếm từ 50% đến 55% sản lượng toàn quốc. Quá trình phát triển công nghiệp mỏ, luyện kim, sản xuất xi măng và đô thị hóa nhanh chóng đã gây suy giảm nghiêm trọng trữ lượng và chất lượng các nguồn nước mặt tự nhiên.
Mục tiêu cốt lõi của nghiên cứu là đánh giá toàn diện tiềm năng, hiện trạng khai thác nguồn nước mặt đạt 474,23 triệu m3/năm tại Cẩm Phả, đồng thời phân tích các rủi ro ô nhiễm từ hoạt động kinh tế - xã hội. Nghiên cứu tập trung vào phạm vi không gian lưu vực hồ Cao Vân và sông Diễn Vọng (đoạn chảy qua địa bàn Cẩm Phả dài 5,5 km), được triển khai liên tục từ tháng 05/2018 đến tháng 06/2019. Nghiên cứu có ý nghĩa thực tiễn to lớn trong việc bảo đảm an ninh nguồn nước đô thị, đáp ứng nhu cầu sử dụng nước sinh hoạt dự báo tăng mạnh từ mức hiện trạng 5,62 triệu m3/năm lên 15,90 triệu m3/năm vào năm 2020 và đạt 19,68 triệu m3/năm vào năm 2030 (tăng gấp 3,5 lần so với thời điểm đánh giá).
Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu
Khung lý thuyết áp dụng
Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng lý thuyết Quản lý tổng hợp tài nguyên nước (IWRM) và lý thuyết phát triển bền vững môi trường đô thị công nghiệp. Công cụ phân tích ma trận SWOT (Strengths - Điểm mạnh, Weaknesses - Điểm yếu, Opportunities - Cơ hội, Threats - Thách thức) được ứng dụng để đánh giá toàn diện năng lực hạ tầng cấp nước và thể chế quản lý nhà nước về tài nguyên nước.
Hệ thống khái niệm chuyên ngành then chốt bao gồm:
- Tài nguyên nước mặt: Nguồn nước ngọt tự nhiên hiện diện tại các sông, suối, hồ chứa nhân tạo và vùng đất ngập nước theo quy định của Luật Tài nguyên nước số 17/2012/QH13.
- Tiêu chuẩn chất lượng nguồn nước cấp sinh hoạt: Giới hạn các thông số lý hóa, vi sinh quy định tại QCVN 08-MT:2015/BTNMT (cột A2/B1) và QCVN 01-1:2018/BYT.
- Nhu cầu nước thiết yếu cho sinh hoạt (Wty): Tổng hợp nhu cầu tối thiểu cho ăn uống, sinh hoạt nông thôn, dự phòng sự cố ô nhiễm, được tính bằng khoảng 5% tổng nhu cầu nước sinh hoạt của đô thị.
- Công nghệ xử lý nước cấp truyền thống và nâng cao: Quá trình liên hoàn gồm keo tụ, tạo bông, lắng ngang, lọc nhanh qua cát và khử trùng bằng clo khử khuẩn.
Phương pháp nghiên cứu
Nguồn dữ liệu thứ cấp được kế thừa có chọn lọc từ Niên giám thống kê thành phố Cẩm Phả năm 2018, Quy hoạch tài nguyên nước tỉnh Quảng Ninh đến năm 2020, định hướng đến năm 2030, hồ sơ vận hành của Công ty Cổ phần Nước sạch Quảng Ninh và cơ sở dữ liệu của Trung tâm Quan trắc Tài nguyên và Môi trường Quảng Ninh.
Về phương pháp thực nghiệm, nghiên cứu thiết lập cỡ mẫu gồm 5 vị trí quan trắc chiến lược (ký hiệu từ NM1 đến NM5) trên hệ thống cấp nước hồ Cao Vân và lưu vực sông Diễn Vọng trước khi dẫn về nhà máy xử lý:
- Vị trí NM1: Nước mặt tại Đập Cao Vân (tọa độ X: 2330254, Y: 443447).
- Vị trí NM2: Chi lưu thượng nguồn phía Đông trước khi đổ vào đập Đá Bạc.
- Vị trí NM3: Chi lưu thượng nguồn phía Tây trước khi đổ vào đập Đá Bạc.
- Vị trí NM4: Hợp lưu hai nhánh Đông - Tây trước khi vào đập Đá Bạc.
- Vị trí NM5: Dòng chính sông Diễn Vọng tại khu vực đập Đá Bạc.
Phương pháp lấy mẫu hiện trường tuân thủ nghiêm ngặt theo TCVN 6663-6:2018 (hướng dẫn lấy mẫu ở sông suối) và TCVN 6663-4:2018 (lấy mẫu ở hồ chứa tự nhiên, nhân tạo), bảo đảm quy trình kiểm soát chất lượng QA/QC theo Thông tư 24/2017/TT-BTNMT. Tần suất lấy mẫu đại diện được tiến hành qua 2 đợt: Đợt 1 vào tháng 11/2018 (mùa khô) và Đợt 2 vào tháng 03/2019 (thời kỳ chuyển mùa). Mẫu nước được phân tích 11 thông số lý - hóa - sinh (pH, DO, TSS, COD, BOD5, NH4+, NO2-, NO3-, Coliform, Fe, Pb, As) tại phòng thí nghiệm đạt chuẩn bằng các thiết bị hiện đại như máy quang phổ khối lượng plasma cảm ứng cao tần (ICP/MS) và máy quang phổ hấp thụ phân tử UV-Vis. Việc lựa chọn phương pháp này nhằm phản ánh chính xác sự biến thiên chất lượng nước theo mùa và sự lan truyền chất ô nhiễm dọc lưu vực.
Kết quả nghiên cứu và thảo luận
Những phát hiện chính
Thứ nhất, tổng lượng tài nguyên nước mặt trên địa bàn Cẩm Phả đạt 474,23 triệu m3/năm, đóng góp khoảng 5,69% tổng trữ lượng nước mặt toàn tỉnh Quảng Ninh (8,33 tỷ m3/năm). Sông Diễn Vọng là nguồn nước mặt tự nhiên lớn nhất khu vực với lưu lượng trung bình 2,29 m3/s, lưu lượng cho phép khai thác đạt 2,58 m3/s (tương đương 8,2 triệu m3/năm). Hồ Cao Vân có diện tích lưu vực 46,5 km2, dung tích toàn phần 12,56 triệu m3 và dung tích hữu ích 11,68 triệu m3, đóng vai trò là hồ chứa chiến lược cung cấp nguồn nước thô ổn định cho Nhà máy nước Diễn Vọng với công suất thiết kế 60.000 m3/ngày đêm.
Thứ hai, kết quả phân tích chất lượng nước cho thấy nguồn nước tại hồ Cao Vân (NM1) có chất lượng tương đối tốt và ổn định qua các mùa, các chỉ tiêu pH, DO, kim loại nặng đều nằm trong giới hạn cho phép của QCVN 08-MT:2015/BTNMT (cột A2). Ngược lại, tại các điểm quan trắc trên sông Diễn Vọng (từ NM2 đến NM5), hàm lượng chất rắn lơ lửng (TSS) và chỉ số COD, BOD5 có sự gia tăng rõ rệt vào mùa mưa. Độ đục trung bình của sông Diễn Vọng đạt khoảng 26,4 g/m3 nhưng có xu hướng tăng cao trong các đợt mưa lớn do hiện tượng xói mòn và rửa trôi đất đá mỏ than.
Thứ ba, hệ thống phân phối nước sạch đô thị bao gồm tuyến ống thép dẫn nước thô D900mm dài 6.100m kết hợp 10 trạm bơm tăng áp với công suất dao động từ 25 m3/h đến 300 m3/h và 9 bể chứa điều hòa dung tích từ 25 m3 đến 1.000 m3. Mặc dù tỷ lệ dân cư đô thị được cấp nước sạch tại các phường trung tâm đã đạt 100%, áp lực gia tăng dân số và sự phát triển dịch vụ du lịch đang đẩy hệ thống vận hành sát ngưỡng công suất tối đa, trong khi tỷ lệ thất thoát nước sạch trên toàn mạng lưới vẫn còn dao động quanh ngưỡng 15% đến 18%.
Thảo luận kết quả
Sự suy giảm chất lượng nước cục bộ tại các chi lưu sông Diễn Vọng bắt nguồn từ đặc thù địa hình đồi núi dốc trên 25 độ (chiếm 65% diện tích đất đồi núi của thành phố) kết hợp lượng mưa lớn đạt 2.144,5 mm/năm (trong đó 86% lượng mưa tập trung dồn dập vào các tháng 5 đến tháng 11). Dòng chảy mặt mang theo lượng bùn đất, than mịn từ các khai trường khai thác than lộ thiên lớn như Cao Sơn, Cọc Sáu, Mông Dương và bãi thải xỉ tràn vào lòng sông. Đồng thời, diện tích rừng tự nhiên bị thu hẹp xuống còn 3.921,9 ha đã làm suy giảm đáng kể khả năng giữ nước và điều hòa dòng chảy sinh thủy của lưu vực.
Khi biểu diễn diễn biến các thông số ô nhiễm giai đoạn 2016-2018 dưới dạng biểu đồ đường và bảng số liệu đối sánh, các chỉ tiêu như Amoni (NH4+), Nitrit (NO2-) và Coliform tại điểm NM4 và NM5 có xu hướng tăng cao trong mùa kiệt. Nguyên nhân chính là do lưu vực sông tiếp nhận một lượng lớn nước thải sinh hoạt chưa qua xử lý triệt để từ các khu dân cư nông thôn và hoạt động chăn nông nghiệp phía thượng nguồn xã Dương Huy, Cộng Hòa. Kết quả phân tích ma trận SWOT chỉ ra rằng điểm yếu lớn nhất của Cẩm Phả là sự chồng chéo trong phân cấp quản lý lưu vực sông giữa ngành than, ngành nông nghiệp và đơn vị cấp nước, tạo nên xung đột lợi ích sử dụng nước sâu sắc.
Đề xuất và khuyến nghị
-
Quy hoạch và bảo vệ nghiêm ngặt hành lang lưu vực sinh thủy: Thiết lập vùng bảo hộ vệ sinh khu vực lấy nước sinh hoạt cho hồ Cao Vân và sông Diễn Vọng trên diện tích 46,5 km2 theo quy định của Luật Tài nguyên nước số 17/2012/QH13. Mục tiêu chấm dứt hoàn toàn 100% các hoạt động xả thải không phép và khai thác cát sỏi trái phép tại thượng lưu đập Đá Bạc trước năm 2022. Cơ quan chủ trì thực hiện là Ủy ban nhân dân thành phố Cẩm Phả phối hợp cùng Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Quảng Ninh.
-
Cải tiến công nghệ xử lý và hiện đại hóa mạng lưới cấp nước: Triển khai nâng cấp dây chuyền công nghệ tại Nhà máy nước Diễn Vọng từ lọc cát nhanh truyền thống sang tích hợp công nghệ lọc sinh học than hoạt tính (BAC) và khử trùng bằng Ozone nhằm nâng công suất lên 80.000 m3/ngày đêm giai đoạn 2020-2025. Đồng thời, cải tạo 556 km đường ống cấp 1, cấp 2 và thay thế các đồng hồ đo lưu lượng để hạ tỷ lệ thất thoát nước sạch xuống dưới mức 12% vào năm 2025. Đơn vị thực hiện là Công ty Cổ phần Nước sạch Quảng Ninh.
-
Đẩy mạnh hoàn nguyên môi trường và phục hồi rừng phòng hộ đầu nguồn: Thực hiện trồng mới và phục hồi 500 ha rừng đầu nguồn tại lưu vực hồ Cao Vân và khu vực sườn dốc các bãi thải mỏ than trong giai đoạn 2020-2024 nhằm tăng độ che phủ rừng lên trên 55%, hạn chế xói mòn và giảm 40% lượng bùn cát bồi lắng vào lòng hồ. Chủ thể thực hiện là Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam (Vinacomin) phối hợp cùng Chi cục Kiểm lâm Quảng Ninh.
-
Xây dựng hệ thống quan trắc tự động và siết chặt chế tài xử phạt: Đầu tư lắp đặt 03 trạm quan trắc chất lượng nước mặt tự động, truyền dữ liệu liên tục 24/7 về Trung tâm Điều hành Đô thị thông minh thành phố Cẩm Phả trước năm 2023. Áp dụng mức xử phạt vi phạm hành chính kịch khung đối với các doanh nghiệp mỏ để rò rỉ nước thải axit mỏ chưa xử lý đạt chuẩn ra môi trường. Cơ quan thực hiện là Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Quảng Ninh.
Đối tượng nên tham khảo luận văn
-
Cơ quan quản lý nhà nước (Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Quảng Ninh, UBND thành phố Cẩm Phả): Cung cấp cơ sở khoa học, hệ thống bản đồ quy hoạch và dữ liệu thực chứng phục vụ công tác xây dựng Kế hoạch hành động bảo vệ môi trường nước mặt đô thị và cấp phép khai thác tài nguyên nước giai đoạn 2020-2030.
-
Doanh nghiệp ngành nước (Công ty Cổ phần Nước sạch Quảng Ninh): Tham khảo dữ liệu thủy văn, mô hình vận hành 10 trạm bơm tăng áp và giải pháp nâng cấp công nghệ lọc sinh học để tối ưu hóa chi phí sản xuất, bảo đảm an toàn cấp nước sạch cho hơn 190.000 người dân.
-
Các tập đoàn, doanh nghiệp khai thác khoáng sản (Vinacomin, Tổng công ty Đông Bắc): Tiếp cận mô hình đánh giá tác động môi trường của nước thải mỏ, từ đó xây dựng phương án hoàn nguyên bãi thải, xử lý moong nước và kiểm soát bùn thải tuyển than bền vững.
-
Giảng viên, học viên cao học và sinh viên chuyên ngành Khoa học Môi trường, Kỹ thuật Hạ tầng Đô thị: Sử dụng làm tài liệu tham khảo chuẩn mực về phương pháp luận quan trắc lưu vực sông, kỹ thuật lấy mẫu hiện trường theo tiêu chuẩn TCVN và ứng dụng ma trận SWOT trong nghiên cứu quản lý tài nguyên.
Câu hỏi thường gặp
-
Hồ Cao Vân và sông Diễn Vọng có vai trò như thế nào đối với nguồn nước sinh hoạt Cẩm Phả?
Hồ Cao Vân với dung tích hữu ích 11,68 triệu m3 và sông Diễn Vọng là hai nguồn cung cấp nước thô duy nhất cho Nhà máy nước Diễn Vọng (công suất 60.000 m3/ngày đêm). Hệ thống này chịu trách nhiệm cấp nước sạch cho 100% dân cư đô thị tại Cẩm Phả và hỗ trợ điều tiết nguồn nước cho thành phố Hạ Long.
-
Hoạt động khai khoáng than đá tác động tiêu cực như thế nào đến nguồn nước mặt địa phương?
Khai thác than lộ thiên và bãi thải xỉ làm suy giảm rừng phòng hộ, gây xói mòn đất đồi núi dốc khiến hàm lượng chất rắn lơ lửng (TSS) tăng cao. Nước mưa chảy tràn qua khai trường cuốn theo than mịn, kim loại nặng và hợp chất lưu huỳnh làm tăng độ đục và nguy cơ axit hóa nguồn nước mặt.
-
Luận văn áp dụng quy chuẩn kỹ thuật nào để đánh giá chất lượng nước?
Luận văn sử dụng Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước mặt QCVN 08-MT:2015/BTNMT (đối chiếu cột A2 cho nguồn cấp nước sinh hoạt qua xử lý thông thường) và Thông tư 24/2017/TT-BTNMT quy định kỹ thuật quan trắc môi trường kết hợp tiêu chuẩn lấy mẫu TCVN 6663:2018.
-
Nhu cầu sử dụng nước sinh hoạt tại thành phố Cẩm Phả biến động ra sao đến năm 2030?
Theo kết quả tính toán quy hoạch trong luận văn, nhu cầu nước sinh hoạt tại Cẩm Phả tăng trưởng nhanh chóng từ 5,62 triệu m3/năm (hiện trạng) lên 15,90 triệu m3/năm vào năm 2020, đạt 16,95 triệu m3/năm vào năm 2025 và chạm mốc 19,68 triệu m3/năm vào năm 2030, tức tăng gấp 3,5 lần.
-
Giải pháp kỹ thuật nào được đánh giá mang lại hiệu quả cao nhất cho hệ thống cấp nước Cẩm Phả?
Nghiên cứu khẳng định giải pháp tích hợp công nghệ lọc sinh học than hoạt tính (BAC) kết hợp khử trùng nâng cao tại Nhà máy nước Diễn Vọng, đi đôi với việc hiện đại hóa mạng lưới đường ống để giảm tỷ lệ thất thoát nước xuống dưới 12% là phương án tối ưu về mặt kinh tế - kỹ thuật.
Kết luận
- Luận văn đã đánh giá toàn diện tiềm năng tài nguyên nước mặt thành phố Cẩm Phả đạt 474,23 triệu m3/năm, xác lập vai trò cung cấp nước thô sống còn của hồ Cao Vân (11,68 triệu m3) và sông Diễn Vọng.
- Khảo sát thực chứng tại 5 vị trí quan trắc đã nhận diện chính xác các nguy cơ ô nhiễm TSS, chất hữu cơ và vi sinh vật do áp lực kép từ khai thác than và nước thải sinh hoạt đô thị.
- Phân tích chi tiết hiện trạng mạng lưới kỹ thuật Nhà máy nước Diễn Vọng công suất 60.000 m3/ngày đêm, 10 trạm bơm tăng áp và 9 bể chứa điều hòa, chỉ rõ các điểm nghẽn về hạ tầng truyền dẫn.
- Ứng dụng thành công ma trận SWOT để làm rõ sự xung đột giữa phát triển công nghiệp mỏ với công tác bảo vệ nguồn nước cấp sinh hoạt của các cơ quan quản lý nhà nước.
- Đề xuất hệ thống 4 nhóm giải pháp kỹ thuật, quản lý và sinh thái đồng bộ với lộ trình rõ ràng, hướng tới mục tiêu đáp ứng nhu cầu 19,68 triệu m3 nước sinh hoạt vào năm 2030.
Đóng góp khoa học then chốt của luận văn là cung cấp bộ cơ sở dữ liệu thực nghiệm chuẩn xác và luận cứ khoa học vững chắc cho chiến lược quy hoạch tài nguyên nước mặt tại các đô thị công nghiệp khai khoáng ven biển. Lộ trình triển khai tiếp theo cần tập trung hoàn thành cắm mốc hành lang bảo vệ nguồn nước trước năm 2022 và lắp đặt mạng lưới quan trắc tự động trước năm 2023. Các nhà quản lý đô thị, doanh nghiệp cấp nước và các đơn vị nghiên cứu môi trường cần khẩn trương phối hợp ứng dụng các kết quả nghiên cứu này vào thực tiễn quản lý nhằm bảo đảm an ninh nguồn nước bền vững cho thành phố Cẩm Phả.