Chương I: Tổng quan về vấn đề nghiên cứu Chương 2: Cơ sở khoa học ứng dụng địa tin học xây dựng cơ sở đữ liệu đánh giá chất lượng môi trường nước mặt Chương 3: Thực nghiệm xây dựng và khai thác cơ sở dữ liệu nhằm đánh giá chất lượng môi trường nước mặt khu vực Cam Phả, Quảng Ninh. Lời cảm ơn Luận án được hoàn thành tại bộ môn Trắc địa Mỏ, trường đại học Mỏ - Địa chất, dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS Kiều Kim Trúc và TS. Vương Trọng Kha. Trong quá trình học tập và thực hiện luận án, NCS luôn nhận được sự giúp đỡ nhiệt tình của bộ môn Trắc địa mỏ cùng các đơn vị chức năng thuộc trường đại học Mỏ - Địa chất; Sự tạo điều kiện của Ban giám hiệu Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội, sự ủng hộ của Lãnh đạo khoa Trắc địa, Bản đồ và Thông tin địa lý thuộc Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội; các Thầy cô giáo, các chuyên gia, các nhà khoa học và các bạn đồng nghiệp hoạt động trong lĩnh vực Trắc địa - Bản đồ ở các đơn vị như Trường Đại học Tài nguyên và Môi trường Hà Nội; Trường Đại học Mỏ - Địa chất; Cục Đo đạc, Bản đồ và Thông tin địa lý Việt Nam; Học viện Kỹ thuật Quân sự, Hội Trắc địa - Bản dé - Viễn thám Việt Nam, v.
Nghiên cứu sinh chân thành cảm ơn Công ty Cổ phần Tin học, Công nghệ và Môi trường — Vinacomin đã giúp đỡ tôi được tham khảo tài liệu, các kết quả khảo sát và số liệu quan trắc môi trường giai đoạn 201 1 — 2016. Đặc biệt, NCS bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc đến PGS.TS Kiều Kim Trúc và TS. Vương Trọng Kha - người Thầy rất tận tụy giúp đỡ NCS hoàn thành luận án nay. Xin trân trọng cảm ơn các Thầy trong Hội đồng đã đọc, góp ý và đánh giá đề NCS hoàn thiện hơn luận án.
Xin tran trong cam on. TONG QUAN VE VAN DE NGHIEN CUU 1.1 Khái niệm nước mặt và đánh giá chất lượng nước mặt Nước mặt Theo ”Thuật ngữ thủy văn và môi trường nước”, tài nguyên nước là lượng nước trên một vùng đã cho hoặc lưu vực, biểu diễn ở đạng nước có thể khai thác, bao gồm nước mặt và nước dưới đất. Điều 2, Luật Tài nguyên nước Việt Nam (2012) quy định: "Tài nguyên nước (của Việt Nam) bao gồm các nguồn nước mặt, nước mưa, nước dưới đất, nước biến thuộc lãnh thổ Việt Nam”. Như vậy, có thể hiểu, tài nguyên nước của một khu vực là toàn bộ lượng nước có trong đó mà con người có thể khai thác, sử dụng được cho sinh hoạt, sản xuất trong hiện tại và tương lai.
Nước mặt là một dạng tải nguyên nước. Theo Luật Tài nguyên nước Việt Nam (2012), "nước mặt là nước tôn tại trên đất liền và hải đảo”. Nước mặt là nước trong sông, hồ hoặc nước ngọt trong vùng đất ngập nước. Nước mat duoc bé sung một cách tự nhiên bởi nước mưa và chúng mất đi khi chảy vào đại dương, bốc hơi và thấm xuống đất [9].
Do đặc điểm vị trí địa lý và điều kiện tự nhiên, hơn 60% lượng nước của Việt Nam tập trung ở lưu vực sông Mê Kong, 16% tập trung ở lưu vực sông Hồng - Thái Bình và khoảng 4% ở lưu vực sông Đồng Nai. Ở các lưu vực sông khác, tổng lượng nước mặt chỉ chiếm phần nhỏ còn lại (hình 1. Bên cạnh đó, tổng lượng nước mặt của Việt Nam cũng phân bố không đều giữa các mùa do lượng mưa phân bố không đồng đều cả về thời gian và không gian. Lượng mưa thay đổi theo mùa và thời điểm mùa mưa, mùa khô ở các vùng là khác nhau.
4,1 Bằng Giang- Kỳ Cùng Hồng - Thái Bình mMã Cả mGianh 8 Thạch Hãn 0,9 Hương 0,5 mVu Gia - Thu Bồn 0,8 Trà Khúc | 4 mKôn =Ba m Đồng Nai 1,2 sNhóm sôngĐNB P—14 Sẽ San Tư 1,6 Srê Pôk \ Mê Công 4,8 Khác Hình 1.1 Tỉ lệ phân bố tài nguyên nước theo các lưu vực sông [19] 3.2 Tổng lượng nước mặt của các lưu vực sông ở nước ta đạt khoảng 830 đến 840 tỷ mỶ/năm, trong đó khoảng 310 — 315 tỷ mỶ là nước nội sinh (chiếm khoảng 37%), còn lại 520 - 525 tỷ m” là nước chảy từ các nước láng giềng vào lãnh thổ Việt Nam [19]. Như vậy, nếu tính theo bình quân đầu người, nước ta đạt khoảng 9560 mỶ/người, thấp hơn chuẩn 10000 m/người/năm của quốc gia có tài nguyên nước ở mức trung bình theo quan điểm của IWRA — Hiệp hội Nước quốc tế, và nếu tính theo lượng nước nội sinh thì còn thấp hơn. Với sự gia tăng dân số cũng như quá trình sử dụng nước thiếu hợp lý, Việt Nam có thê đối mặt với nguy cơ khan hiểm nước, ảnh hưởng đến sự phát triển ồn định về kinh tế, xã hội và an ninh lương thực. Đánh giá chất lượng nước mặt Chất lượng nước là một chỉ tiêu quan trọng có liên quan tới tất cả khía cạnh của hệ sinh thái và đời sống con người, như sức khỏe cộng đồng, sản xuất lương thực, hoạt động kinh tế và đa dạng sinh học.
Xét trên khía cạnh quản lý, chất lượng nước được xác định bởi nhu cầu sử dụng cuối cùng của nó. Với các mục đích sử dụng nước như giải trí, ăn uống, môi trường sống cho động thực vật thủy sinh, mức trong sạch của 11 nguồn nước thường đòi hỏi ở cấp độ cao hơn so với các một số các mục đích khác như đáp ứng nhu cầu cho hoạt động thủy điện. Do đó, theo nghĩa rộng chất lượng nước là bao gồm các nhân té vật lý, hóa học và sinh học cần thiết để đảm bảo cho nhu cầu sử dụng (theo Ủy ban kinh tế Liên hiệp quốc châu Au (UNECE), 1995). Đánh giá chất lượng nước là yêu cầu quan trọng đối với sức khỏe của con người và chất lượng môi trường.
Đề đánh giá chất lượng nước cũng như mức độ gây ô nhiễm nước, có thể dựa vào một số chỉ tiêu cơ bản và quy định giới hạn của từng chỉ tiêu đó tuân theo Luật Bảo vệ môi trường của một quốc gia hoặc tiêu chuân quốc tế quy định cho từng loại nước sử dụng cho các mục đích khác nhau. Các chỉ tiêu cơ bản trong đánh giá chất lượng nước mặt có thể gộp thành 3 nhóm, bao gồm nhóm chỉ tiêu vật lý, chỉ tiêu hóa học và chỉ tiêu sinh học. * Chỉ tiêu vật lý - Độ pH: là chỉ tiêu quan trọng để kiểm tra chất lượng nước cấp và nước thải. Dựa vảo giá tri pH ta sé quyết định phương pháp xử lý, và điều chỉnh lượng và loại hoá chất thích hợp trong quá trình xử lý.
Sự thay đổi giá trị pH trong nước có thể dẫn đến những thay đổi về thành phần các chất trong nước do quá trình hòa tan hoặc kết tủa; hoặc thúc đây hay ngăn chặn những phản ứng hóa học, sinh học xảy ra trong nước. pH được xác định bằng máy đo pH hoặc bằng phương pháp chuẩn độ. - Độ màu: do các chất gumid, hợp chất keo của sắt, đo nhiễm bân của các loại nước thải hay do sự phát triển của rong tảo. Độ màu được xác định bằng phương pháp so màu với thang Platin - coban và tính bằng độ - Độ đục: do các chất rắn lơ lửng, các chất hữu cơ phân rã hoặc do động thực vật thủy sinh gây nên.
Độ đục làm giảm khả năng truyền ánh sáng do vậy ảnh hưởng đến quá trình quang hợp đưới nước. độ đục cảng lớn, môi trường nước bị nhiễm bần càng cao và cân phải có biện pháp xử lý. 12 - Chất rắn lơ lửng (TSS): hất rắn lơ lửng là các hạt nhỏ (hữu cơ hoặc vô co) có trong nước thải. Chat ran lơ lửng có ảnh hưởng đến chất lượng nước khi sử dụng cho sản xuất, cho sinh hoạt, cản trở và tiêu tốn nhiều hóa chất trong quá trình xử lý.
* Chỉ tiêu hóa học - Hàm lượng oxy hòa tan trong nước (Dissolved Oxygen - DO): hàm lượng oxy hòa tan trong nude (mg/l) la lượng oxy từ không khí có thể hòa tan vào nước trong điều kiện nhiệt độ, áp suất xác định. Oxy hòa tan trong nước tham gia vào quá trình trao đổi chất, duy trì năng lượng quá trình phát triển, sinh sản và tái sản xuất cho các loài sinh vật dưới nước. Hàm lượng oxy hòa tan cho ta biết chất lượng nước. Oxy hòa tan thấp cho biết nước có nhiều chất hữu cơ, nhu cầu oxy hóa tăng nên tiêu thu nhiều oxy trong nước.
Oxy hòa tan cao, nước nhiều rong tảo tham gia quang hợp giải phóng oxy; - Nhu cầu oxy sinh học (Biochemical Oxygen Demand - BOD): là lượng oxy cần thiết dé vi sinh vật tiêu thụ trong cả quá trình oxy hoá các chất hữu cơ trong nước, nhất là nước thải sinh hoạt. Chỉ số BOD là thông số quan trọng để đánh giá mức độ ô nhiễm của nước. Chỉ số này càng cao cho thấy nước bị ô nhiễm càng nhiều; - Nhu cầu oxy hóa học (Chemical Oxygen Demand - COD): đây cũng là thông số cần thiết để đánh giá chất lượng nguồn nước. Thông thường COD được sử dụng nhiều hơn BOD, đo khi phân tích chỉ số BOD đòi hỏi thời gian lâu hơn (5 ngày ở nhiệt d6 20°C); - Kim loại nặng (Pb, Cu, Ni, Cd, Hg, Sn, Cr, v.) là một số kim loại nặng đi vào trong nước do nước thải công nghiệp hoặc đô thị.
Chủ yếu là chì, đồng, kẽm, thủy ngân, v.Những kim loại này ở điều kiện pH khác nhau sẽ tồn tại những hình thái khác nhau và gây ô nhiễm môi trường; - Các hợp chất phốtpho: thường ở dạng H;PO¿, HPO¿”, PO,”, polyphotphat,và phốtpho hữu cơ. Đây là một trong những nguồn dinh dưỡng 13 chủ yếu cho các thực vật đưới nước. Tuy nhiên yếu hàm lượng quá cao sẽ gây phú đưỡng hoá trong ao hồ; - Hàm lượng sunphat (SO,”): có trong nước do khoáng chất hoặc có nguồn gốc hữu cơ. Với hàm lượng lớn hơn 250mg/1 gây tốn hại sức khỏe cho con người.
Ở điều kiện yếm khí SO„” phản ứng với chất hữu cơ tạo thành khí HạS gây mùi hôi và có tính độc cao cho sinh vật thủy sinh nhất là trong nuôi trồng thủy sản. Dễ gây hiện tượng ăn mòn kim loại đối với các thiết bị dưới nước. - Các hợp chất nitơ: quá trình phân hủy các chất hữu cơ sinh ra amoniac (NH¿'), nirit (NÑO¿), nitrat (NO). Do đó các hợp chất này thường được xem là các chất chỉ thị dùng để nhận biết mức độ nhiễm bân của nguồn nước.
