Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Sông Cầu là một trong những lưu vực sông lớn và giữ vị trí huyết mạch tại khu vực Trung du miền núi và đồng bằng Bắc Bộ, với mật độ mạng lưới sông ngòi tại tỉnh Thái Nguyên đạt 0,93 km/km². Dòng sông đóng vai trò cung cấp hàng trăm triệu mét khối nước mỗi năm phục vụ sinh hoạt, sản xuất nông nghiệp, công nghiệp, đồng thời duy trì cân bằng hệ sinh thái cảnh quan. Tuy nhiên, cùng với tốc độ phát triển kinh tế, đô thị hóa và sự mở rộng của các ngành công nghiệp khai khoáng, luyện kim tại Thái Nguyên, lưu vực sông Cầu đang chịu áp lực ô nhiễm nghiêm trọng từ nước thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp chưa qua xử lý triệt để và hóa chất tuyển rửa khoáng sản. Tại các khu vực mỏ than, luyện kim thuộc huyện Đại Từ, Phú Lương hay thành phố Thái Nguyên, nguồn nước mặt đã từng ghi nhận hiện tượng ô nhiễm asen (vượt quy chuẩn từ 1,7 đến 8,2 lần) và xyanua (vượt quy chuẩn từ 1,9 đến 12,9 lần). Trước thực trạng đó, việc quan trắc, đánh giá chất lượng nước sông Cầu định kỳ là nhiệm vụ cấp thiết nhằm cung cấp cơ sở dữ liệu phục vụ công tác quản lý và bảo vệ nguồn nước.

Khóa luận xác định mục tiêu chung và các mục tiêu cụ thể như sau:

  • Mục tiêu chung: Đánh giá diễn biến chất lượng nước sông Cầu trên địa bàn phường Cam Giá, thành phố Thái Nguyên trong quý I năm 2018.
  • Mục tiêu cụ thể (được đánh số theo văn bản):
    1. Điều tra tình hình phát triển điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội tại thành phố Thái Nguyên năm 2018.
    2. Đánh giá diễn biến chất lượng nước trên địa bàn phường Cam Giá, thành phố Thái Nguyên trong quý I năm 2018.
    3. Đề xuất giải pháp nâng cao phương pháp quản lý chất lượng nước sông Cầu.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Nước mặt sông Cầu tại địa bàn phường Cam Giá, thành phố Thái Nguyên.
  • Phạm vi không gian: Điểm quan trắc nước sông Cầu đặt tại phường Cam Giá, thành phố Thái Nguyên (tọa độ địa lý: Kinh độ 21º34'7", Vĩ độ 105º52'6").
  • Phạm vi thời gian: Quý I năm 2018, các mốc lấy mẫu thực địa diễn ra vào ngày 25/01/2018, 25/02/2018 và 25/03/2018.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Cơ sở lý thuyết và căn cứ pháp lý

Khóa luận xây dựng hệ thống lý luận dựa trên tổng quan về tài nguyên nước (nước mặt, nước ngầm có áp và không áp, nước ngọt), vai trò sinh lý và kinh tế của nước trong nông nghiệp và công nghiệp, cùng các khái niệm khoa học về ô nhiễm nước và quản lý môi trường. Các căn cứ pháp luật và quy chuẩn kỹ thuật quốc gia được tác giả áp dụng gồm:

  • Luật Bảo vệ môi trường năm 2014 (hiệu lực từ ngày 01/01/2015).
  • Luật Tài nguyên nước số 17/2012/QH13.
  • Nghị định số 18/2015/NĐ-CP về quy hoạch bảo vệ môi trường, đánh giá môi trường chiến lược, đánh giá tác động môi trường và kế hoạch bảo vệ môi trường.
  • Nghị định số 201/2013/NĐ-CP quy định chi tiết thi hành một số điều của Luật Tài nguyên nước.
  • Nghị định số 102/2008/NĐ-CP về thu thập, quản lý, khai thác và sử dụng dữ liệu tài nguyên và môi trường.
  • Nghị định số 80/2014/NĐ-CP về thoát nước và xử lý nước thải.
  • Nghị định số 34/2005/NĐ-CP và Nghị định số 149/2004/NĐ-CP liên quan đến cấp phép và xử phạt vi phạm hành chính trong lĩnh vực tài nguyên nước.
  • QCVN 08-MT:2015/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước mặt.
  • QCVN 14:2008/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải sinh hoạt.
  • Thông tư số 50/2015/TT-BYT quy định việc kiểm tra vệ sinh, chất lượng nước ăn uống, sinh hoạt.

Phương pháp nghiên cứu

  1. Phương pháp thu thập tài liệu thứ cấp: Thu thập tài liệu, số liệu thống kê về điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội, hiện trạng môi trường từ Trung tâm Quan trắc Tài nguyên và Môi trường tỉnh Thái Nguyên và các cơ quan quản lý chuyên môn.
  2. Phương pháp lấy mẫu và phân tích phòng thí nghiệm: Mẫu nước thô được lấy định kỳ tại trạm quan trắc tự động liên tục cố định trên sông Cầu thuộc phường Cam Giá. Các chỉ tiêu lý hóa được phân tích theo Tiêu chuẩn Quốc gia (TCVN):
STT Chỉ tiêu quan trắc Đơn vị tính Phương pháp phân tích áp dụng
1 pH - TCVN 6492:2011
2 Mùi vị - TCVN 2653:1978
3 Độ dẫn điện (EC) µS/cm TCVN 6650:2000
4 Oxy hòa tan (DO) mg/l TCVN 6001-1:2008
5 Nhiệt độ ºC TCVN 7699-3-6:2014
6 Nitrat ($NO_3^-$) mg/l TCVN 6180:1996
7 Độ đục NTU TCVN 6184:2008
8 Tổng chất rắn lơ lửng (TSS) mg/l TCVN 6625:2000
  1. Phương pháp xử lý số liệu: Thống kê, so sánh, đối chiếu kết quả đo đạc thực nghiệm với giá trị giới hạn quy định tại Cột B1 của QCVN 08-MT:2015/BTNMT (mục đích dùng cho giao thông thủy và các mục đích khác với yêu cầu chất lượng nước thấp); sử dụng phần mềm Microsoft Excel để xử lý dữ liệu và vẽ biểu đồ diễn biến.

Nội dung chính theo từng chương

Phần 1: Mở đầu

Trình bày tính cấp thiết của đề tài xuất phát từ vai trò của sông Cầu đối với tỉnh Thái Nguyên và những nguy cơ suy thoái chất lượng nước do hoạt động khai thác tài nguyên, sản xuất công nghiệp và sinh hoạt đô thị. Tác giả xác lập rõ ràng mục tiêu nghiên cứu (mục tiêu chung và 3 mục tiêu cụ thể), cùng ý nghĩa khoa học (rèn luyện kỹ năng nghiên cứu, cung cấp tài liệu học thuật) và ý nghĩa thực tiễn (cung cấp số liệu hiện trạng phục vụ công tác quản lý tài nguyên nước mặt tại địa phương).

Phần 2: Tổng quan tài liệu

Tác giả hệ thống hóa các vấn đề lý luận và thực tiễn về tài nguyên nước:

  • Cơ sở khoa học: Nêu định nghĩa tài nguyên nước, tổng trữ lượng nước tự nhiên trên Trái Đất (ước tính khoảng 1,4 tỷ km³ nước tự do theo F. Sargent, 1974), phân loại nước ngọt, nước mặt và nước ngầm (tầng nông, tầng sâu có áp và không áp). Phân tích vai trò sinh học của nước đối với cơ thể người (chiếm khoảng 70% trọng lượng cơ thể), đời sống sinh vật, vai trò kinh tế trong sản xuất nông nghiệp (cần 4.500 lít nước để sản xuất 1 kg hạt lúa) và công nghiệp (cần 300 tấn nước cho 1 tấn gang, 800 tấn nước cho 1 tấn xút). Trình bày các khái niệm ô nhiễm nước, quản lý môi trường và sự khác biệt giữa Tiêu chuẩn môi trường và Quy chuẩn kỹ thuật môi trường theo Luật Bảo vệ môi trường 2014.
  • Cơ sở pháp lý: Liệt kê đầy đủ các văn bản quy phạm pháp luật, Nghị định, Thông tư và Quy chuẩn kỹ thuật môi trường hiện hành làm thước đo đánh giá.
  • Hiện trạng tài nguyên nước: Phân tích thực trạng ô nhiễm và khan hiếm nước trên thế giới, thực trạng ô nhiễm nước mặt, nước ngầm, nước biển tại Việt Nam (sông Thị Vải, hệ thống hồ công viên Yên Sở, sông Tô Lịch, Kim Ngưu) và thực trạng ô nhiễm cục bộ tại Thái Nguyên (khu chế xuất Sông Công chưa hoàn thiện hệ thống xử lý nước thải tập trung, nước thải mỏ than, ô nhiễm kim loại nặng).

Phần 3: Đối tượng, nội dung và phương pháp nghiên cứu

Xác định cụ thể đối tượng nghiên cứu là nước mặt sông Cầu; phạm vi nghiên cứu tại phường Cam Giá, thành phố Thái Nguyên; thời gian thực hiện từ tháng 01/2018 đến tháng 04/2018 tại Trung tâm Quan trắc Tài nguyên và Môi trường tỉnh Thái Nguyên. Thiết lập 3 nội dung nghiên cứu chính và mô tả chi tiết các phương pháp kỹ thuật: thu thập tài liệu thứ cấp, quy trình lấy mẫu nước thô tại 1 điểm tọa độ cố định qua 3 đợt (tháng 1, 2, 3 năm 2018), áp dụng 8 phương pháp chuẩn TCVN cho từng thông số phân tích, và phương pháp thống kê xử lý số liệu bằng Microsoft Excel, Word để đối chiếu với QCVN 08-MT:2015/BTNMT.

Phần 4: Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Chương này tập trung trình bày các dữ liệu điều tra thực tế:

  • Điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội thành phố Thái Nguyên: Thành phố có diện tích 222,93 km², khí hậu phân hóa 2 mùa rõ rệt, lượng mưa trung bình 2.500 mm/năm (thấp nhất tháng 1, cao nhất tháng 8). Tài nguyên khoáng sản dồi dào với tiềm năng than mỡ trên 15 triệu tấn (trữ lượng thăm dò 8,5 triệu tấn tại các mỏ Phấn Mễ, Làng Cẩm, Âm Hồn). Nông nghiệp nổi bật với 15.000 ha chè (sản lượng trên 70.000 tấn). Tình hình kinh tế ghi nhận tốc độ tăng trưởng GDP đạt 12,46%, trong đó công nghiệp - xây dựng đóng góp 6,81% (giá trị sản xuất đạt 7.095 tỷ đồng), dịch vụ đóng góp 4,11%, nông lâm thủy sản đóng góp 1,24%; GDP bình quân đầu người năm 2007 đạt 8,6 triệu đồng/người/năm.
  • Diễn biến chất lượng nước sông Cầu quý I năm 2018: Trình bày bảng dữ liệu quan trắc và biểu đồ biến thiên của các chỉ tiêu pH, Mùi vị, Màu sắc, DO, Độ dẫn điện, Nhiệt độ, Độ đục, TSS, $NO_3^-$. Kết quả phân tích cho thấy các chỉ tiêu nằm trong giới hạn cho phép của Cột B1, QCVN 08-MT:2015/BTNMT.
  • Đề xuất nâng cao phương pháp quản lý chất lượng nước sông Cầu: Đưa ra các nhóm giải pháp toàn diện bao gồm: quản lý và kiểm soát nước thải tại nguồn, xử lý tập trung, tuyên truyền nâng cao nhận thức cộng đồng, hoàn thiện thể chế pháp lý, thanh tra xử phạt, đẩy mạnh quan trắc và xây dựng cơ sở dữ liệu quốc gia, cùng các biện pháp kỹ thuật như nạo vét kênh rạch, vớt rác lục bình, di dời nhà ven lòng kênh và đưa các cơ sở sản xuất nhỏ lẻ vào khu công nghiệp tập trung.

Phần 5: Kết luận và kiến nghị

Tổng hợp các kết luận chính từ kết quả quan trắc (nước sông Cầu tại vị trí nghiên cứu có chất lượng khá tốt, mức độ ô nhiễm nhẹ, đạt quy chuẩn Cột B1 của QCVN 08-MT:2015/BTNMT) và đưa ra 6 kiến nghị cụ thể gửi các cơ quan chức năng nhằm duy trì quan trắc thường xuyên, kiểm tra giám sát, tăng cường đầu tư hạ tầng và đào tạo cán bộ môi trường chuyên trách.

Kết quả và đóng góp

Kết quả định lượng chính

Kết quả phân tích mẫu nước sông Cầu tại phường Cam Giá qua 3 đợt quan trắc trong quý I năm 2018 được tổng hợp cụ thể như sau:

Chỉ tiêu Đơn vị Ngày 25/01/2018 Ngày 25/02/2018 Ngày 25/03/2018 QCVN 08-MT:2015 Cột B1 Đánh giá
pH - 7,41 7,36 7,19 5,5 - 9 Đạt
Mùi vị - Không mùi, vị lạ Không mùi, vị lạ Không mùi, vị lạ - Đạt
Màu sắc - Hơi ngả vàng đục Hơi ngả vàng đục Hơi ngả vàng đục - Đạt
DO mg/l 7,18 6,09 4,15 $\ge$ 4 Đạt
Độ dẫn điện µS/cm 224,7 258,3 301,5 - -
Nhiệt độ ºC 16,44 17,90 23,00 - -
Độ đục NTU 17,19 13,02 11,33 - -
TSS mg/l 9,38 6,82 9,79 50 Đạt
$NO_3^-$ mg/l 0,09 0,09 0,09 10 Đạt

Phân tích diễn biến các chỉ tiêu:

  • pH: Có xu hướng giảm dần qua các tháng (từ 7,41 xuống 7,19), giá trị giảm rõ rệt vào tháng 3 nhưng vẫn duy trì trong ngưỡng trung tính an toàn (5,5 - 9).
  • DO (Oxy hòa tan): Giảm dần từ tháng 1 (7,18 mg/l) sang tháng 2 (6,09 mg/l) và giảm mạnh vào tháng 3 xuống 4,15 mg/l, song vẫn đạt ngưỡng quy chuẩn ($\ge$ 4 mg/l).
  • Độ dẫn điện và Nhiệt độ: Tăng liên tục theo thời gian; độ dẫn điện tăng từ 224,7 lên 301,5 µS/cm; nhiệt độ nước tăng từ 16,44 ºC lên 23,00 ºC do quy luật thời tiết chuyển dần từ mùa đông sang mùa xuân ấm.
  • Độ đục: Giảm dần từ tháng 1 (17,19 NTU) xuống tháng 3 (11,33 NTU).
  • TSS (Tổng chất rắn lơ lửng): Biến động không ổn định, giảm từ 9,38 mg/l (tháng 1) xuống 6,82 mg/l (tháng 2) rồi tăng lên 9,79 mg/l (tháng 3), thấp hơn nhiều so với giới hạn 50 mg/l.
  • Nitrat ($NO_3^-$): Rất ổn định, giữ nguyên mức 0,09 mg/l trong cả 3 tháng, thấp hơn nhiều so với ngưỡng 10 mg/l.

Đề xuất và kiến nghị của tác giả

  • Về quản lý và kỹ thuật: Kiểm soát chặt chẽ các nguồn nước thải sinh hoạt và sản xuất; đẩy nhanh tiến độ đầu tư các dự án xử lý nước thải, rác thải tập trung; di dời các cơ sở sản xuất nhỏ lẻ vào khu - cụm công nghiệp; định kỳ nạo vét thông thoáng lòng sông, vớt cỏ rác và lục bình; đẩy nhanh dự án cắm mốc hành lang bảo vệ bờ sông.
  • Về cơ chế và giáo dục: Tăng cường phối hợp quản lý liên ngành giữa các sở, ban ngành và địa phương lân cận trên cùng lưu vực; đẩy mạnh công tác thanh tra, kiểm tra, kiên quyết xử lý các vi phạm xả thải; phổ biến Luật Tài nguyên nước và giáo dục cộng đồng không xả rác, nước thải chăn nuôi trực tiếp xuống sông rạch.
  • Về công tác quan trắc: Duy trì chế độ quan trắc môi trường thường xuyên, liên tục để kịp thời phát hiện và xử lý sự cố; đầu tư nâng cấp trạm quan trắc tự động và xây dựng cơ sở dữ liệu môi trường đồng bộ.

Đóng góp của đề tài

  • Cung cấp bộ số liệu thực nghiệm nguyên bản về chất lượng nước sông Cầu tại vị trí phường Cam Giá trong quý I năm 2018, đóng góp nguồn tài liệu tham khảo cho công tác quản lý tài nguyên nước mặt tại thành phố Thái Nguyên.
  • Đánh giá cụ thể mức độ tương thích của nguồn nước với Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 08-MT:2015/BTNMT Cột B1 trong giai đoạn mùa khô.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế:
    • Phạm vi không gian nghiên cứu bị giới hạn tại 1 điểm quan trắc cố định trên địa bàn phường Cam Giá, chưa phản ánh bức tranh chất lượng nước trên toàn tuyến sông Cầu chảy qua thành phố Thái Nguyên.
    • Chuỗi thời gian quan trắc chỉ gói gọn trong 3 tháng thuộc quý I năm 2018 (mùa khô), chưa bao hàm dữ liệu mùa mưa để so sánh biến động chất lượng nước theo mùa.
    • Danh mục chỉ tiêu phân tích dừng lại ở 8 thông số lý hóa cơ bản (pH, DO, TSS, $NO_3^-$, EC, nhiệt độ, độ đục, mùi vị), chưa mở rộng phân tích các chỉ tiêu vi sinh (Coliform), kim loại nặng (Fe, Mn, As, Pb) hay hợp chất hữu cơ (BOD, COD).
  • Hướng nghiên cứu tiếp:
    • Mở rộng mạng lưới điểm quan trắc tại nhiều vị trí (thượng lưu, trung lưu, hạ lưu và tại các cửa xả thải công nghiệp).
    • Kéo dài thời gian quan trắc liên tục cả năm để đánh giá chu kỳ biến động theo mùa khô và mùa mưa.
    • Bổ sung phân tích kim loại nặng và các chỉ số ô nhiễm hữu cơ chuyên sâu.

Giá trị tham khảo

Khóa luận là tài liệu tham khảo chuyên ngành hữu ích cho:

  • Sinh viên các ngành: Khoa học Môi trường, Quản lý Môi trường, Kỹ thuật Môi trường khi thực hiện khóa luận tốt nghiệp, đồ án môn học hoặc báo cáo thực tập về quan trắc chất lượng nước mặt.
  • Cán bộ quản lý và kỹ thuật viên môi trường: Tham khảo phương pháp xây dựng kế hoạch lấy mẫu, quy trình phân tích trong phòng thí nghiệm theo hệ thống Tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN), cũng như phương pháp xử lý, đối chiếu số liệu quan trắc với Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 08-MT:2015/BTNMT.
  • Các phần đáng tham khảo nhất: Bảng danh mục phương pháp phân tích chỉ tiêu theo TCVN tại Phần 3, bảng số liệu diễn biến 8 chỉ số thực nghiệm và hệ thống các giải pháp quản lý lưu vực sông tại Phần 4.

Câu hỏi thường gặp

1. Vị trí và thời gian lấy mẫu nước sông Cầu trong nghiên cứu được thực hiện cụ thể ở đâu và khi nào?
Mẫu nước được lấy tại 1 điểm cố định trên sông Cầu thuộc địa bàn phường Cam Giá, thành phố Thái Nguyên (tọa độ: Kinh độ 21º34'7", Vĩ độ 105º52'6"). Thời gian lấy mẫu gồm 3 đợt trong quý I năm 2018: ngày 25/01/2018, ngày 25/02/2018 và ngày 25/03/2018.

2. Quy chuẩn môi trường nào được sử dụng làm căn cứ đối chiếu và kết quả đánh giá chung đạt mức nào?
Nghiên cứu sử dụng Cột B1 của Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước mặt (QCVN 08-MT:2015/BTNMT) làm thước đo. Kết quả cho thấy tất cả các chỉ tiêu quan trắc (pH, DO, TSS, $NO_3^-$, Mùi vị, Màu sắc) đều nằm trong ngưỡng giới hạn cho phép của Cột B1, phản ánh chất lượng nước mặt sông Cầu tại trạm quan trắc ở thời điểm nghiên cứu là khá tốt và mức độ ô nhiễm nhẹ.

3. Diễn biến của hai chỉ số pH và DO (Oxy hòa tan) qua 3 tháng có xu hướng như thế nào?
Cả hai chỉ số đều có xu hướng giảm dần từ tháng 1 đến tháng 3:

  • Giá trị pH giảm từ 7,41 (ngày 25/01) xuống 7,36 (ngày 25/02) và 7,19 (ngày 25/03).
  • Giá trị DO giảm từ 7,18 mg/l (ngày 25/01) xuống 6,09 mg/l (ngày 25/02) và giảm mạnh xuống 4,15 mg/l (ngày 25/03), nhưng vẫn lớn hơn mức quy chuẩn tối thiểu ($\ge$ 4 mg/l).

4. Khóa luận sử dụng các phương pháp Tiêu chuẩn Quốc gia (TCVN) nào để phân tích mẫu nước?
Tác giả áp dụng 8 tiêu chuẩn quốc gia: TCVN 6492:2011 (pH), TCVN 2653:1978 (Mùi vị), TCVN 6650:2000 (Độ dẫn điện), TCVN 6001-1:2008 (DO), TCVN 7699-3-6:2014 (Nhiệt độ), TCVN 6180:1996 ($NO_3^-$), TCVN 6184:2008 (Độ đục) và TCVN 6625:2000 (TSS).

5. Tác giả đã đưa ra những nhóm giải pháp chính nào nhằm nâng cao hiệu quả quản lý chất lượng nước sông Cầu?
Tác giả đề xuất 3 nhóm giải pháp chính: nhóm giải pháp quản lý - kiểm soát nguồn thải tại chỗ (xử lý tập trung nước thải, di dời nhà ven kênh, đưa cơ sở sản xuất vào khu công nghiệp); nhóm giải pháp hoàn thiện thể chế và kiểm tra - thanh tra (tăng cường phối hợp liên ngành, xử phạt vi phạm hành chính, phổ biến Luật Tài nguyên nước); và nhóm giải pháp kỹ thuật - quan trắc (duy trì quan trắc tự động liên tục, nạo vét thông thoáng lòng sông, vớt rác lục bình).

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của sinh viên Nguyễn Duy Nam đã phản ánh trung thực diễn biến chất lượng nước mặt sông Cầu tại địa bàn phường Cam Giá, thành phố Thái Nguyên trong quý I năm 2018 thông qua chuỗi số liệu thực nghiệm đo đạc 8 chỉ tiêu lý hóa chuẩn mực theo TCVN. Kết quả đánh giá cho thấy nguồn nước tại vị trí và thời điểm quan trắc đạt yêu cầu chất lượng theo Cột B1 của QCVN 08-MT:2015/BTNMT, chưa xuất hiện dấu hiệu ô nhiễm nặng. Hệ thống giải pháp quản lý và bảo vệ lưu vực sông được đề xuất bám sát đặc điểm tự nhiên và thực trạng phát triển kinh tế - xã hội của địa phương.