Tổng quan nghiên cứu

Nguồn tài nguyên nước mặt đóng vai trò huyết mạch trong cấu trúc sinh thái và phát triển kinh tế xã hội của huyện Đại Từ, tỉnh Thái Nguyên, nơi sở hữu diện tích tự nhiên 57.334,6 ha với 30 đơn vị hành chính cấp xã. Với mạng lưới thủy văn phong phú gồm 24 km sông Công, hệ thống hồ Núi Cốc rộng 769 ha cùng nhiều phụ lưu sông Cầu, Đại Từ giữ vị trí chiến lược cung cấp nguồn nước phục vụ tưới tiêu, sinh hoạt cho hơn 172.289 người dân địa phương và các vùng lân cận. Tuy nhiên, áp lực từ tốc độ tăng trưởng kinh tế bình quân 12,22% mỗi năm, tỷ trọng công nghiệp xây dựng chiếm tới 78,5% cơ cấu sản xuất năm 2020, cùng hoạt động khai khoáng tại 19 trên 31 xã thị trấn đang gây áp lực nghiêm trọng lên chất lượng nước mặt.

Nghiên cứu tập trung giải quyết bài toán mâu thuẫn giữa gia tăng phát thải từ sản xuất công nghiệp, khai thác khoáng sản, chăn nuôi, sinh hoạt và khả năng tự làm sạch của các thủy vực. Mục tiêu cụ thể của đề tài là đánh giá toàn diện hiện trạng chất lượng môi trường nước mặt trên địa bàn huyện Đại Từ trong giai đoạn 2018 - 2019, phân tích nhận thức cộng đồng và đề xuất hệ thống giải pháp bảo vệ môi trường nước khả thi. Phạm vi nghiên cứu được thực hiện trên các hệ thống sông suối chính của huyện thông qua 6 đợt quan trắc định kỳ trong năm 2019 và khảo sát xã hội học. Nghiên cứu mang ý nghĩa thực tiễn to lớn khi cung cấp bộ dữ liệu 10 trạm quan trắc chuẩn hóa, hỗ trợ cơ quan quản lý kiểm soát tải lượng ô nhiễm, nâng cao hiệu quả bảo vệ an ninh nguồn nước hồ Núi Cốc và thúc đẩy phát triển kinh tế địa phương bền vững.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng lý thuyết chuyển hóa và lan truyền chất ô nhiễm trong môi trường nước mặt, kết hợp với phương pháp luận đánh giá khả năng tiếp nhận nước thải và sức chịu tải của thủy vực theo Thông tư 76/2017/TT-BTNMT. Đề tài vận dụng mô hình tính toán chỉ số chất lượng nước WQI theo hướng dẫn tại Quyết định số 879/QĐ-TCMT ngày 01/7/2011 và Quyết định số 711/QĐ-TCMT ngày 29/5/2015 của Tổng cục Môi trường dành riêng cho lưu vực sông Cầu. Thang điểm WQI từ 0 đến 100 được phân chia thành 5 mức chất lượng với các mã màu trực quan: từ mức ô nhiễm nặng màu đỏ (0 - 25 điểm) đến mức sử dụng tốt cho cấp nước sinh hoạt màu xanh nước biển (91 - 100 điểm).

Bên cạnh đó, nghiên cứu làm rõ các khái niệm cốt lõi bao gồm: Nhu cầu oxy hóa sinh học (BOD5), Nhu cầu oxy hóa học (COD), Hàm lượng oxy hòa tan (DO), Tổng chất rắn lơ lửng (TSS) và khả năng tiếp nhận nước thải theo Luật Tài nguyên nước số 17/2012/QH13. Mức độ phù hợp của nguồn nước được đối chiếu trực tiếp với Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước mặt QCVN 08-MT:2015/BTNMT (cột A2 cho mục đích sinh hoạt sau xử lý và cột B1 cho tưới tiêu thủy lợi), tạo khung đánh giá chuẩn xác, khoa học.

Phương pháp nghiên cứu

Để bảo đảm độ tin cậy của dữ liệu, phương pháp nghiên cứu tích hợp giữa điều tra thứ cấp, quan trắc hiện trường và điều tra xã hội học:

  • Cỡ mẫu và điểm quan trắc: Thiết lập mạng lưới gồm 10 vị trí lấy mẫu nước mặt đại diện (từ NM-01 đến NM-14) phân bố dọc theo các phụ lưu sông Cầu (suối Thủy Tinh, suối Phục Linh, suối Đường Bắc) và lưu vực sông Công (cầu Phú Thịnh, cầu Huy Ngạc, suối Na Trầm, suối Na Mao, suối Tiên Hội, suối Kẻn, suối Mỹ Yên).
  • Phương pháp chọn mẫu và quan trắc: Thu thập mẫu nước theo mạng lưới không gian và thời gian với tần suất 6 đợt trong năm 2019 (tháng 1, 3, 5, 7, 9, 11). Quy trình lấy mẫu, bảo quản và phân tích tuân thủ nghiêm ngặt các tiêu chuẩn TCVN 5992:1995, TCVN 5993:1995 và TCVN 5996:1995. Đồng thời, nghiên cứu thực hiện điều tra ngẫu nhiên 150 hộ gia đình tại các xã, thị trấn bằng phiếu khảo sát có cấu trúc.
  • Lý do lựa chọn phương pháp phân tích: Việc kết hợp phân tích thông số lý - hóa - sinh với tính toán WQI giúp lượng hóa mức độ ô nhiễm phức tạp thành giá trị chỉ số duy nhất, dễ hiểu cho công tác quản lý. Phương pháp xử lý thống kê bằng phần mềm chuyên dụng cho phép so sánh biến động chất lượng nước theo mùa mưa và mùa khô một cách khách quan trong suốt timeline nghiên cứu từ tháng 06/2019 đến tháng 06/2020.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Kết quả phân tích 10 vị trí quan trắc qua 6 đợt quan trắc năm 2019 đã chỉ ra bức tranh chi tiết về chất lượng môi trường nước mặt tại huyện Đại Từ:

  • Ô nhiễm cục bộ tại các khu vực khai thác khoáng sản: Các phụ lưu sông Cầu như suối Thủy Tinh, suối Phục Linh và suối Đường Bắc (gần bãi thải Công ty Núi Pháo và khu vực mỏ than) ghi nhận nồng độ tổng chất rắn lơ lửng (TSS) và kim loại nặng (Fe, Mn) tăng cao vào mùa mưa. Chỉ số WQI tại các điểm này dao động ở mức 51 - 75 điểm (mức trung bình màu vàng), trong đó nồng độ sắt và mangan tại một số đợt vượt ngưỡng QCVN 08-MT:2015/BTNMT cột B1 từ 1,2 đến 1,8 lần.
  • Sự gia tăng chất hữu cơ trên lưu vực sông Công: Tại các vị trí chảy qua khu dân cư đông đúc như cầu Huy Ngạc và suối Mỹ Yên (đoạn qua thị trấn Đại Từ), chỉ số COD và Coliform tăng từ 20% đến 35% trong mùa khô do lưu lượng dòng chảy giảm và tiếp nhận nước thải sinh hoạt chưa qua xử lý. Ngược lại, thượng nguồn sông Công tại suối Na Trầm, suối Na Mao có chất lượng nước rất tốt với WQI đạt 76 - 90 điểm (mức xanh lá cây), đáp ứng mục đích cấp nước sinh hoạt sau khi xử lý.
  • Hiện trạng xả thải và sử dụng nước của người dân: Kết quả điều tra 150 hộ dân cho thấy có tới 65,3% số hộ sử dụng nguồn nước ngầm mạch nông ở độ sâu 7 - 10 m cho ăn uống và sinh hoạt. Đáng chú ý, hơn 80% hộ gia đình xả trực tiếp nước thải sinh hoạt và chăn nuôi vào hệ thống rãnh thoát hở đổ ra kênh rạch mà không qua bể lắng hoặc hệ thống xử lý đạt chuẩn.
  • Đánh giá tổng thể chất lượng nước: Khoảng 70% các điểm quan trắc trên địa bàn duy trì chất lượng nước ở mức trung bình đến tốt (WQI từ 51 đến 88 điểm), bảo đảm cho hoạt động tưới tiêu nông nghiệp, nhưng nguy cơ suy thoái nước mặt đang tăng nhanh tại các nút giao thủy văn tiếp nhận nước tháo khô mỏ và nước thải đô thị.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân dẫn đến tình trạng suy giảm chất lượng nước mặt bắt nguồn từ áp lực phát triển kinh tế nhanh chóng. Huyện Đại Từ có 19 trên 31 xã có khoáng sản, với các mỏ than lớn như Núi Hồng, Khánh Hòa sản xuất 10.000 - 20.000 tấn/năm và mỏ đa kim Núi Pháo với trữ lượng khoảng 3 triệu tấn. Hoạt động tháo khô mỏ và bãi thải đất đá làm tăng nguy cơ rửa trôi kim loại nặng và cặn lơ lửng khi có mưa lớn. Đồng thời, mật độ dân số tập trung cao tại thị trấn Hùng Sơn lên tới 1.086 người/km2 kết hợp với việc thiếu hệ thống thu gom nước thải tập trung đã tạo nên tải lượng ô nhiễm hữu cơ đáng kể.

So sánh với các khu vực khai khoáng khác tại tỉnh Thái Nguyên như huyện Võ Nhai hay huyện Đồng Hỷ, hiện tượng ô nhiễm chất rắn lơ lửng và sắt tại Đại Từ có tính quy luật theo mùa rõ rệt. Dữ liệu nghiên cứu có thể được trực quan hóa tối ưu thông qua các biểu đồ đường thể hiện diễn biến các chỉ số DO, COD, WQI qua 6 đợt quan trắc và bảng ma trận so sánh tải lượng ô nhiễm giữa mùa khô và mùa mưa. Việc phân tích này khẳng định rằng sông Công và hồ Núi Cốc vẫn còn sức chịu tải ở mức trung bình, nhưng cần kiểm soát ngay các nguồn xả thải điểm để ngăn chặn suy thoái lan rộng.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên kết quả nghiên cứu thực chứng, 4 nhóm giải pháp trọng tâm được đề xuất nhằm bảo vệ bền vững môi trường nước mặt huyện Đại Từ:

  • Xây dựng hệ thống module xử lý nước thải phân tán và công nghệ Unitank: Triển khai thí điểm các trạm xử lý nước thải sinh hoạt tập trung công suất 500 - 1.000 m3/ngày đêm tại đô thị Hùng Sơn và cụm dân cư ven sông Công; áp dụng công nghệ oxy hóa kết hợp lắng lọc Unitank cho các cơ sở khai khoáng nhằm giảm 80 - 85% tải lượng COD và TSS trước năm 2025. Chủ thể thực hiện: UBND huyện Đại Từ phối hợp cùng Sở Xây dựng và các doanh nghiệp trên địa bàn.
  • Lắp đặt hệ thống quan trắc tự động và tăng cường kiểm tra định kỳ: Yêu cầu 100% các mỏ khai thác than, mỏ đa kim Núi Pháo và cơ sở công nghiệp hoàn thành lắp đặt trạm quan trắc tự động liên tục đối với lưu lượng và các thông số pH, TSS, COD trước quý IV/2023. Chủ thể thực hiện: Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Thái Nguyên phối hợp Công an môi trường.
  • Quy hoạch hành lang bảo vệ nguồn nước lưu vực sông Công và hồ Núi Cốc: Ban hành quy chế phân vùng bảo vệ nghiêm ngặt khu vực thượng nguồn 24 km sông Công và 769 ha mặt nước hồ Núi Cốc; nâng tỷ lệ thu gom và xử lý chất thải rắn nông thôn từ mức 45% hiện nay lên trên 80% giai đoạn 2021 - 2025 nhằm triệt tiêu nguồn ô nhiễm diện. Chủ thể thực hiện: Phòng Tài nguyên và Môi trường huyện Đại Từ và UBND các xã, thị trấn.
  • Tuyên truyền, nâng cao năng lực giám sát cộng đồng: Tổ chức tập huấn kỹ năng nhận biết ô nhiễm và bảo vệ nguồn nước cho hơn 150 cán bộ cơ sở và đại diện cộng đồng dân cư hàng năm; lồng ghép tiêu chí bảo vệ môi trường nước vào chương trình xây dựng nông thôn mới nâng cao tại 28 xã. Chủ thể thực hiện: Ủy ban Mặt trận Tổ quốc và các đoàn thể huyện Đại Từ.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Công trình nghiên cứu mang lại giá trị thực tiễn và học thuật cho 4 nhóm đối tượng sau:

  • Cơ quan quản lý nhà nước và chính quyền địa phương: Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Thái Nguyên, UBND huyện Đại Từ và Phòng TN&MT huyện có thể sử dụng bộ cơ sở dữ liệu 10 điểm quan trắc và kết quả tính WQI làm căn cứ xây dựng kế hoạch bảo vệ môi trường lưu vực sông, phê duyệt báo cáo đánh giá tác động môi trường (ĐTM) và phân bổ hạn ngạch xả thải.
  • Các doanh nghiệp khai thác khoáng sản và sản xuất công nghiệp: Ban quản lý mỏ than Núi Hồng, Công ty Khai thác Núi Pháo và các nhà máy trong cụm công nghiệp ứng dụng kết quả khảo sát để đánh giá rủi ro rửa trôi kim loại, từ đó nâng cấp quy trình xử lý nước tháo khô mỏ đạt chuẩn QCVN 40:2011/BTNMT.
  • Giảng viên, nhà nghiên cứu và học viên cao học: Các nhà khoa học chuyên ngành Khoa học Môi trường, Quản lý Đất đai, Tài nguyên Nước khai thác phương pháp luận tích hợp giữa quan trắc hóa lý, tính toán chỉ số WQI theo Quyết định 879/QĐ-TCMT và điều tra xã hội học 150 mẫu làm tài liệu tham khảo giảng dạy và phát triển đề tài liên quan.
  • Tổ chức xã hội và cộng đồng dân cư: Các tổ chức phi chính phủ về môi trường và mạng lưới giám sát cộng đồng tại địa phương sử dụng tư liệu để nâng cao nhận thức, vận động chính sách và thúc đẩy các sáng kiến bảo vệ nguồn nước sinh hoạt hồ Núi Cốc.

Câu hỏi thường gặp

Nguồn nước mặt tại huyện Đại Từ năm 2019 có an toàn cho sinh hoạt không?
Nguồn nước mặt tại 10 điểm quan trắc cơ bản đạt mức WQI từ 51 đến 88 điểm, phù hợp cho tưới tiêu và bảo tồn thủy sinh. Tuy nhiên, để dùng cho sinh hoạt, nguồn nước bắt buộc phải qua các quy trình xử lý công nghệ cao do ghi nhận nồng độ COD, sắt và Coliform tăng cục bộ ở một số đợt quan trắc.

Hoạt động khai khoáng tác động như thế nào đến sông suối tại Đại Từ?
Với 19/31 xã có khoáng sản, các mỏ than và mỏ Núi Pháo phát sinh lượng lớn nước tháo khô moong khai thác và nước rửa trôi bãi thải. Vào mùa mưa, hiện tượng này làm gia tăng nồng độ tổng chất rắn lơ lửng (TSS), mangan và sắt vượt chuẩn từ 1,2 đến 1,8 lần tại các phụ lưu suối Phục Linh, Đường Bắc.

Chỉ số WQI được tính toán bằng cách nào trong luận văn?
Chỉ số WQI được xác định dựa trên Quyết định số 879/QĐ-TCMT và Quyết định 711/QĐ-TCMT của Tổng cục Môi trường. Công thức tích hợp 9 thông số cốt lõi gồm pH, DO (% bão hòa), BOD5, COD, TSS, NH4+, PO43-, độ đục và Coliform, quy đổi thành thang điểm 0 - 100 để phản ánh toàn diện chất lượng nước.

Người dân huyện Đại Từ đang sử dụng nguồn nước nào chủ yếu cho sinh hoạt?
Theo kết quả điều tra thực tế trên 150 hộ dân, khoảng 65,3% số hộ sử dụng nước giếng đào và giếng khoan ở tầng nông (độ sâu 7 - 10 m). Một bộ phận người dân vùng cao sử dụng nước tự chảy từ khe núi, trong khi tỷ lệ tiếp cận nước máy tập trung chủ yếu nằm ở khu vực đô thị Hùng Sơn.

Giải pháp kỹ thuật nào được ưu tiên để giảm thiểu ô nhiễm nước thải sinh hoạt?
Luận văn khuyến nghị ứng dụng công nghệ Unitank kết hợp hồ sinh học hiếu khí cho các khu dân cư tập trung ven sông Công. Mô hình này giúp loại bỏ trên 85% chất hữu cơ và cặn lơ lửng, vận hành ổn định, chi phí hợp lý và phù hợp với điều kiện kinh tế của địa phương.

Kết luận

  • Đánh giá hiện trạng: Luận văn đã xác lập bức tranh toàn diện về môi trường nước mặt huyện Đại Từ năm 2019 với 70% các vị trí đạt WQI mức trung bình đến khá (51 - 88 điểm), nhưng xuất hiện ô nhiễm hữu cơ và kim loại nặng cục bộ tại các khu dân cư đông đúc và vùng mỏ khoáng sản.
  • Đóng góp dữ liệu khoa học: Chuẩn hóa bộ dữ liệu quan trắc 6 đợt tại 10 trạm trọng điểm trên lưu vực sông Công và phụ lưu sông Cầu, kết hợp kết quả điều tra xã hội học 150 hộ dân về hiện trạng xả thải và nhu cầu cấp nước.
  • Xác định nguyên nhân trọng yếu: Làm rõ mối quan hệ tương hỗ giữa tốc độ phát triển công nghiệp 78,5%, khai khoáng tại 19 xã và sự gia tăng tải lượng phát thải chưa qua xử lý đối với hệ thống thủy văn tự nhiên.
  • Đề xuất hệ thống giải pháp: Xây dựng đồng bộ 4 nhóm giải pháp kỹ thuật công nghệ (Unitank), quản lý nhà nước (quan trắc tự động), quy hoạch lưu vực sông và nâng cao năng lực giám sát cộng đồng với lộ trình thực thi giai đoạn 2021 - 2025.
  • Kêu gọi hành động: Các cấp chính quyền tỉnh Thái Nguyên và huyện Đại Từ cần nhanh chóng phân bổ nguồn lực, ban hành cơ chế giám sát nghiêm ngặt và thúc đẩy hợp tác công - tư để bảo vệ an toàn nguồn nước mặt, bảo đảm mục tiêu phát triển kinh tế bền vững cho toàn lưu vực hồ Núi Cốc.