Tổng quan nghiên cứu

Hệ thống tài nguyên nước mặt đóng vai trò huyết mạch trong cấu trúc an ninh nguồn nước và phát triển kinh tế sinh thái tại tỉnh Quảng Ninh, nơi sở hữu 174 hồ chứa với tổng dung tích thiết kế 352,53 triệu m³ phục vụ tưới tiêu cho trên 53.500 ha đất nông nghiệp. Trong đó, hồ Yên Trung có diện tích mặt nước 566,04 ha tại phường Phương Đông, thành phố Uông Bí, giữ vị trí chiến lược khi đảm bảo nguồn nước tưới cho 227 ha canh tác và là khu du lịch sinh thái cấp tỉnh theo Quyết định số 5538/QĐ-UBND ngày 30/12/2019.

Tuy nhiên, sự gia tăng nhanh chóng của các hoạt động dịch vụ ẩm thực ven bờ cùng lượng du khách chạm mốc 1.000 lượt người/ngày vào mùa cao điểm đang tạo áp lực lớn lên môi trường thủy vực. Tình trạng xả thải nước sinh hoạt chưa qua xử lý triệt để, hiện tượng san gạt chuyển đổi đất rừng thông sang canh tác nông nghiệp ngắn ngày và tập quán dã ngoại tự phát đã làm bộc lộ nguy cơ suy giảm chất lượng nước mặt.

Mục tiêu nghiên cứu tập trung đánh giá toàn diện diễn biến chất lượng nước mặt hồ Yên Trung trong giai đoạn 5 năm từ 2015 đến 2019, đồng thời xây dựng hệ thống giải pháp bảo vệ môi trường khả thi. Phạm vi nghiên cứu bao quát không gian toàn bộ lưu vực lòng hồ thuộc phường Phương Đông và chuỗi thời gian thực nghiệm năm 2019 kết hợp số liệu quan trắc giai đoạn 2015 - 2018.

Nghiên cứu mang ý nghĩa khoa học và thực tiễn sâu sắc, cung cấp bộ cơ sở dữ liệu định lượng chuẩn xác giúp các nhà quản lý đối chiếu với Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 08-MT:2015/BTNMT (cột B1) và hướng tới mục tiêu nâng cao chất lượng nguồn nước đạt chuẩn cột A2 giai đoạn 2020 - 2030 theo Quy hoạch tài nguyên nước tỉnh Quảng Ninh.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn vận dụng nền tảng lý thuyết phát triển bền vững kết hợp với nguyên lý tự làm sạch của hệ sinh thái thủy vực kín và phương pháp luận về sức tải môi trường nước mặt. Trọng tâm nghiên cứu xây dựng trên khung lý thuyết chỉ số chất lượng nước (Water Quality Index - WQI), vốn kế thừa từ mô hình NSF-WQI của Hoa Kỳ và hướng dẫn kỹ thuật tính toán chỉ số chất lượng nước Việt Nam (VN_WQI) được Tổng cục Môi trường ban hành theo Quyết định số 1460/QĐ-TCMT ngày 12/11/2019.

Hệ thống nghiên cứu làm rõ 4 khái niệm cốt lõi:

  • Quan trắc môi trường nước mặt: Quá trình đo đạc, theo dõi có hệ thống các thông số lý - hóa - sinh nhằm đánh giá hiện trạng và xu hướng biến đổi chất lượng thủy vực.
  • Chỉ số chất lượng nước (VN_WQI): Giá trị tích hợp không thứ nguyên biểu thị định lượng mức độ trong sạch của nguồn nước trên thang điểm từ 10 đến 100.
  • Tải lượng ô nhiễm hữu cơ và dinh dưỡng: Tập hợp các thông số phản ánh mức độ tiêu hao oxy sinh hóa (BOD5), nhu cầu oxy hóa học (COD) và nồng độ các hợp chất chứa Nitơ, Phốt pho.
  • Ô nhiễm vi sinh và kim loại nặng: Mật độ vi khuẩn chỉ thị (Coliform, E.Coli) và hàm lượng các nguyên tố độc hại (As, Hg, Pb, Cd) phát sinh từ nhân sinh và phong hóa địa chất.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu kết hợp nguồn dữ liệu thứ cấp thu thập từ Trung tâm Quan trắc Tài nguyên và Môi trường tỉnh Quảng Ninh giai đoạn 2015 - 2018 và nguồn dữ liệu thực nghiệm quan trắc trực tiếp theo 4 đợt định kỳ (Quý I, II, III, IV) trong năm 2019.

Mạng lưới quan trắc thực nghiệm thiết kế với quy mô 4 vị trí lấy mẫu đại diện cho các phân vùng thủy vực:

  • Điểm NM1: Phía Đông hồ, tọa độ 21°03'11''N - 106°44'21''E, cách bờ 5m.
  • Điểm NM2: Phía Tây hồ, tọa độ 21°03'28''N - 106°43'32''E, cách bờ 5m.
  • Điểm NM3: Trung tâm hồ, tọa độ 21°03'20''N - 106°43'55''E, cách bờ 70m.
  • Điểm NM4: Phía Nam hồ gần đập tràn, tọa độ 21°03'12''N - 106°43'57''E, cách bờ 5m.

Mẫu nước mặt được lấy ở tầng sâu chuẩn 0,3m theo tiêu chuẩn TCVN 6663-1:2011 và TCVN 6663-3:2008. Phương pháp chọn mẫu có chủ đích dựa trên đặc điểm phân bố nguồn xả thải từ các nhà hàng, đường dạo ven hồ và đặc tính dòng chảy thủy văn nhằm phản ánh trung thực mức độ phân tán chất ô nhiễm.

Tổng cộng 15 thông số được phân tích nghiêm ngặt trong phòng thí nghiệm bằng các thiết bị hiện đại: đo quang phổ UV-VIS DR6000 xác định N-NO3, N-NO2; hệ thống ICP-MS 7700 phân tích kim loại nặng (As, Hg, Pb, Cd); phương pháp nhiều ống lên men tiệt trùng phân tích Coliform và E.Coli theo TCVN 6187-2:1996. Dữ liệu sau đó được xử lý bằng Microsoft Excel 2016, đối chuẩn với QCVN 08-MT:2015/BTNMT (cột B1) và tính toán chỉ số VN_WQI thông qua thuật toán hàm tuyến tính từng đoạn kết hợp hàm căn bậc bốn có trọng số.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Kết quả phân tích chuỗi số liệu thực nghiệm và thứ cấp giai đoạn 2015 - 2019 chỉ ra 4 phát hiện quan trọng về diễn biến chất lượng nước hồ Yên Trung:

  1. Các chỉ tiêu vật lý và kim loại nặng duy trì ở mức an toàn: Giá trị pH dao động ổn định trong ngưỡng 6,8 - 7,8, hoàn toàn nằm trong giới hạn cho phép (6,0 - 8,5) theo QCVN 08-MT:2015/BTNMT cột B1. Hàm lượng các kim loại nặng độc hại như Asen (As) duy trì dưới 0,01 mg/l (giới hạn cho phép là 0,05 mg/l), Chì (Pb) dưới 0,02 mg/l (giới hạn 0,05 mg/l), và Thủy ngân (Hg) dưới 0,001 mg/l (giới hạn 0,0015 mg/l), chứng minh đáy hồ chưa bị nhiễm bẩn bởi các nguồn thải công nghiệp khoáng sản.
  2. Gia tăng áp lực ô nhiễm hữu cơ: Nhu cầu oxy hóa học (COD) và nhu cầu oxy sinh hóa (BOD5) có xu hướng tịnh tiến tăng qua các năm. Trong năm 2019, giá trị COD tại điểm NM1 và NM4 đạt mức 22 - 28 mg/l vào các đợt quan trắc mùa hè, tăng khoảng 25% so với mức trung bình giai đoạn 2015 - 2016 (16 - 20 mg/l), tiệm cận ngưỡng giới hạn 30 mg/l của cột B1. Tương tự, BOD5 ghi nhận các đỉnh dao động từ 11 - 14 mg/l, sát ngưỡng tối đa cho phép 15 mg/l.
  3. Hiện tượng ô nhiễm vi sinh và dinh dưỡng cục bộ: Nồng độ Nitrat (N-NO3) và Phốt phát (P-PO4) duy trì trong ngưỡng kiểm soát, tuy nhiên thông số Amoni (N-NH4) và tổng Coliform có sự đột biến tại các trạm ven bờ NM1 và NM4. Mật độ Coliform trong Quý II và Quý III năm 2019 dao động từ 4.500 đến 6.800 MPN/100ml, cao hơn 1,5 đến 2,0 lần so với điểm trung tâm NM3 (2.500 - 3.200 MPN/100ml).
  4. Chỉ số VN_WQI phản ánh sự phân hóa chất lượng nước: Điểm số VN_WQI tổng hợp năm 2019 của hồ Yên Trung đạt giá trị trung bình từ 58 đến 82 điểm. Trong khi vùng lõi giữa hồ (NM3) đạt mức Tốt (màu xanh lá cây, WQI từ 76 - 82 điểm), thì các khu vực tiếp giáp hạ tầng dịch vụ (NM1, NM4) chỉ đạt mức Trung bình (màu vàng, WQI từ 52 - 68 điểm), phản ánh nguy cơ suy giảm cục bộ.

Thảo luận kết quả

Diễn biến gia tăng các thông số hữu cơ và vi sinh xuất phát từ sự tổng hòa của các yếu tố tự nhiên và nhân tạo. Về mặt tự nhiên, lượng mưa trung bình năm đạt 1.600 mm, tập trung tới 60% vào các tháng 6, 7 và 8 (lượng mưa cực đại tháng 7 đạt 346,3 mm), tạo nên dòng chảy tràn bề mặt cuốn theo các chất bẩn hữu cơ từ lưu vực đồi núi bao quanh đổ dồn vào lòng hồ có cao độ đáy trũng 5 - 10m.

Về nhân tạo, hoạt động của các quán ăn, chòi lá phục vụ ẩm thực mọc lên dọc bờ hồ xả trực tiếp lượng nước thải sinh hoạt chứa hàm lượng dầu mỡ và chất tẩy rửa cao. Đồng thời, việc một số hộ dân chặt bỏ rừng thông lâu năm để trồng dứa đã làm giảm khả năng giữ đất, gia tăng hiện tượng xói mòn và cuốn trôi phân bón nông nghiệp xuống mặt nước.

Hiện tượng này tương đồng với các nghiên cứu quan trắc trên lưu vực sông Cầm (Đông Triều) và sông Diễn Vọng (Cẩm Phả), nơi các hoạt động phát triển du lịch và dân sinh thiếu kiểm soát đều tạo ra xu hướng tích tụ chất ô nhiễm hữu cơ ven bờ trước khi khuếch tán vào dòng chính.

Để tối ưu hóa việc quản lý trực quan, các dữ liệu này có thể được trình bày thông qua biểu đồ đường đa trục thể hiện tương quan nghịch biến giữa oxy hòa tan (DO) và nồng độ BOD5/COD theo 4 quý, kết hợp cùng biểu đồ mạng nhện (Radar Chart) hoặc bản đồ nhiệt GIS mô tả sự phân vùng chỉ số VN_WQI tại 4 trạm quan trắc quanh hồ.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm kiểm soát chất lượng nước mặt hồ Yên Trung đạt mục tiêu chuẩn hóa cột A2 phục vụ đa mục tiêu cấp nước và du lịch bền vững, 4 nhóm giải pháp kỹ thuật và quản lý cần được triển khai đồng bộ:

  1. Siết chặt quy hoạch và quản lý không gian bờ hồ: Rà soát, đình chỉ hoạt động và giải tỏa dứt điểm 100% các công trình lấn chiếm lòng hồ trái phép trước Quý IV/2021. Yêu cầu 100% cơ sở kinh doanh dịch vụ ăn uống phải lắp đặt bể tách mỡ và công trình tự hoại 3 ngăn đạt chuẩn trước khi đấu nối xả thải. Đơn vị chủ trì: Ủy ban nhân dân thành phố Uông Bí phối hợp chặt chẽ với Ủy ban nhân dân phường Phương Đông.
  2. Đầu tư xây dựng hạ tầng kỹ thuật xử lý nước thải phân tán: Thiết kế và vận hành trạm xử lý nước thải cục bộ công suất 80 - 100 m³/ngày đêm ứng dụng công nghệ bãi lọc ngầm trồng cây (Constructed Wetlands) kết hợp hồ sinh học hiếu khí nhằm giảm thiểu 85% tải lượng chất hữu cơ (BOD5, COD) và vi sinh trước năm 2023. Đơn vị thực hiện: Công ty TNHH MTV Thủy lợi Yên Lập cùng các doanh nghiệp đầu tư du lịch sinh thái trên địa bàn.
  3. Hiện đại hóa mạng lưới quan trắc và giám sát môi trường: Mở rộng mạng lưới quan trắc định kỳ từ 1 điểm lên tối thiểu 4 điểm cố định (NM1 đến NM4), duy trì tần suất quan trắc 4 đợt/năm trong giai đoạn 2021 - 2025. Lắp đặt 01 trạm quan trắc tự động liên tục đo đạc các chỉ tiêu pH, DO, nhiệt độ và độ đục tại khu vực cửa xả phía Nam hồ. Đơn vị phụ trách: Trung tâm Quan trắc Tài nguyên và Môi trường - Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Quảng Ninh.
  4. Khôi phục cảnh quan lưu vực và nâng cao nhận thức cộng đồng: Trồng bổ sung 40 ha rừng phòng hộ bằng các giống cây bản địa thay thế cho diện tích đất canh tác dứa dễ xói mòn; lắp đặt 35 thùng rác phân loại chuyên dụng quanh bờ hồ và gắn hệ thống camera giám sát xử phạt hành vi xả rác bừa bãi trong năm 2022. Đơn vị chủ trì: Hạt Kiểm lâm thành phố Uông Bí phối hợp cùng Ban Quản lý Khu du lịch hồ Yên Trung.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Công trình nghiên cứu cung cấp khối lượng thông tin khoa học thực nghiệm giá trị, phục vụ đắc lực cho 4 nhóm đối tượng chuyên môn:

  • Cơ quan quản lý nhà nước về tài nguyên và môi trường (Sở Tài nguyên và Môi trường Quảng Ninh, Phòng Tài nguyên và Môi trường thành phố Uông Bí): Sử dụng dữ liệu hiện trạng để lập báo cáo đánh giá môi trường chiến lược, xây dựng phương án phân vùng bảo vệ nguồn nước và hoạch định chính sách cấp phép xả thải vào nguồn nước hồ chứa.
  • Đơn vị khai thác công trình thủy lợi và phát triển du lịch (Công ty TNHH MTV Thủy lợi Yên Lập, Ban Quản lý Khu du lịch hồ Yên Trung): Ứng dụng kết quả tính toán WQI để điều tiết lịch cấp nước tưới tiêu cho 227 ha đất sản xuất, đồng thời thiết kế các tour du lịch dã ngoại an toàn, kiểm soát ngưỡng chịu tải sinh thái mặt hồ.
  • Nhà khoa học, giảng viên, học viên cao học và sinh viên chuyên ngành Môi trường: Kế thừa phương pháp luận đánh giá diễn biến chất lượng nước, quy trình vận dụng công thức tính VN_WQI mới theo Quyết định 1460/QĐ-TCMT làm tài liệu giảng dạy, nghiên cứu chuyên sâu về thủy vực nội địa.
  • Các tổ chức bảo tồn và cộng đồng dân cư địa phương: Tham khảo các phân tích nguyên nhân để xây dựng chiến dịch truyền thông cộng đồng, thúc đẩy các mô hình sinh kế du lịch xanh không rác thải nhựa tại vùng ven đô Uông Bí.

Câu hỏi thường gặp

Mục tiêu chính của đề tài đánh giá chất lượng nước hồ Yên Trung giai đoạn 2015 - 2019 là gì? Đề tài nhằm làm sáng tỏ hiện trạng và diễn biến chất lượng nước mặt hồ Yên Trung trong chuỗi 5 năm thông qua hệ thống 15 thông số lý - hóa - sinh, đồng thời áp dụng phương pháp chỉ số chất lượng nước VN_WQI để xác định mức độ tác động của nguồn thải du lịch, từ đó đề xuất hệ thống giải pháp bảo vệ nguồn nước phục vụ tưới tiêu cho 227 ha đất nông nghiệp.

Phương pháp tính chỉ số VN_WQI theo Quyết định 1460/QĐ-TCMT áp dụng trong luận văn có ưu điểm gì? Quyết định 1460/QĐ-TCMT giúp chuẩn hóa việc lượng hóa chất lượng nước mặt qua thang điểm 10 - 100 tương ứng 6 mức đánh giá rõ ràng. Phương pháp này phân chia 5 nhóm thông số riêng biệt, tích hợp trọng số cho các thông số hữu cơ, dinh dưỡng và vi sinh, giúp phản ánh chân thực hiện trạng ô nhiễm mà không bị che lấp bởi các chỉ số kim loại nặng vốn có nồng độ rất thấp.

Yếu tố nào đang tạo ra nguy cơ ô nhiễm nguồn nước hồ Yên Trung lớn nhất hiện nay? Nguy cơ lớn nhất bắt nguồn từ hoạt động dịch vụ du lịch tự phát với lưu lượng lên tới 1.000 khách/ngày xả rác trực tiếp, kết hợp cùng nước thải chưa xử lý từ các nhà hàng ven bờ. Ngoài ra, địa hình lòng chảo với lượng mưa 1.600 mm/năm và hoạt động phá rừng thông trồng dứa làm gia tăng bùn lắng hữu cơ từ lưu vực chảy vào hồ.

Chất lượng nước hồ Yên Trung hiện tại có đáp ứng yêu cầu cấp nước nông nghiệp hay không? Các thông số cơ bản như pH (6,8 - 7,8), Asen (<0,01 mg/l) và kim loại nặng đều đạt Quy chuẩn QCVN 08-MT:2015/BTNMT (cột B1), đảm bảo tốt mục đích tưới tiêu nông nghiệp. Tuy nhiên, các chỉ số COD và BOD5 đang tiệm cận ngưỡng trần cho phép và mật độ Coliform tăng cao cục bộ tại một số đợt quan trắc, đòi hỏi phải xử lý triệt để trước khi chuyển đổi sang mục tiêu cấp nước sinh hoạt cột A2.

Mạng lưới quan trắc chất lượng nước hồ Yên Trung được đề xuất cải tiến như thế nào? Luận văn đề xuất mở rộng từ 01 điểm quan trắc truyền thống tại đập dâng lên thành mạng lưới 04 điểm cố định (NM1 phía Đông, NM2 phía Tây, NM3 trung tâm và NM4 phía Nam), kết hợp lấy mẫu định kỳ 4 đợt/năm tại tầng sâu 0,3m và xây dựng 01 trạm đo tự động liên tục đối với các thông số pH, DO, nhiệt độ nhằm kiểm soát ô nhiễm kịp thời.

Kết luận

  • Luận văn đã phân tích toàn diện hiện trạng chất lượng nước mặt hồ Yên Trung giai đoạn 2015 - 2019 thông qua 15 thông số hóa lý, kim loại nặng và vi sinh vật học tại 4 phân vùng mặt nước.
  • Kết quả khẳng định chất lượng nước mặt tổng thể duy trì ở mức Trung bình đến Tốt (chỉ số VN_WQI đạt 58 - 82 điểm), đáp ứng đầy đủ mục tiêu cấp nước nông nghiệp cho 227 ha theo quy hoạch thủy lợi tỉnh Quảng Ninh.
  • Nghiên cứu chỉ ra xu hướng gia tăng đáng kể của nồng độ ô nhiễm hữu cơ (COD tiệm cận 28 mg/l) và vi sinh cục bộ quanh các điểm xả thải dịch vụ ăn uống ven bờ.
  • Công trình đã đóng góp một khung giải pháp toàn diện kết hợp giữa quản lý nhà nước, chế tài quy hoạch, công nghệ lọc sinh học phân tán và bảo tồn phục hồi 40 ha rừng đầu nguồn.
  • Các cơ quan ban ngành và doanh nghiệp quản lý khai thác cần sớm phối hợp triển khai các đề xuất kỹ thuật trước năm 2023 nhằm bảo tồn nguyên vẹn hệ sinh thái hồ Yên Trung, kiến tạo nền tảng vững chắc cho sự phát triển du lịch sinh thái bền vững tại thành phố Uông Bí.