Tổng quan nghiên cứu

Lưu vực sông Cầu là một trong những lưu vực sông lớn và quan trọng của hệ thống sông Thái Bình, chiếm khoảng 47% diện tích toàn lưu vực với tổng chiều dài 288 km, chảy qua các tỉnh Bắc Kạn, Thái Nguyên, Bắc Giang, Bắc Ninh và Hải Dương. Tổng lượng nước trung bình hàng năm của sông Cầu vào khoảng 4,5 tỷ mét khối, trong đó lưu lượng nước thay đổi theo mùa với 80-85% tổng lưu lượng tập trung vào mùa lũ (tháng 6-10) và chỉ chiếm 15-20% vào mùa khô. Đoạn sông Cầu chảy qua tỉnh Bắc Ninh dài khoảng 77 km, là vùng chịu tác động mạnh mẽ từ các hoạt động kinh tế xã hội như công nghiệp, làng nghề, khai thác vật liệu xây dựng, gây ra ô nhiễm nguồn nước nghiêm trọng.

Mục tiêu nghiên cứu là đánh giá sức chịu tải và khả năng tiếp nhận nước thải của đoạn sông Cầu qua tỉnh Bắc Ninh, làm cơ sở cho quản lý và quy hoạch sử dụng tài nguyên nước hiệu quả. Nghiên cứu tập trung vào việc ước tính tải lượng ô nhiễm từ các nguồn thải phân tán và điểm, thiết lập mô hình chất lượng nước QUAL2K, kiểm định mô hình với số liệu năm 2016, và áp dụng mô hình để đánh giá sức chịu tải trong các mùa mưa và khô. Phạm vi nghiên cứu bao gồm toàn bộ lưu vực sông Cầu với trọng tâm là đoạn sông qua Bắc Ninh, thời gian nghiên cứu chủ yếu dựa trên số liệu năm 2016.

Việc đánh giá sức chịu tải có ý nghĩa quan trọng trong việc bảo vệ môi trường nước, đảm bảo chất lượng nước phục vụ sinh hoạt, sản xuất và duy trì hệ sinh thái lành mạnh. Kết quả nghiên cứu cung cấp dữ liệu khoa học phục vụ công tác quản lý tài nguyên nước, góp phần giảm thiểu ô nhiễm và phát triển bền vững lưu vực sông Cầu.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các khái niệm và lý thuyết về sức chịu tải và khả năng tự làm sạch của dòng sông. Sức chịu tải được định nghĩa là lượng chất ô nhiễm tối đa mà dòng sông có thể tiếp nhận mà không làm suy giảm chất lượng nước vượt quá tiêu chuẩn quy định theo mục đích sử dụng. Khả năng tự làm sạch của nước sông là quá trình vật lý, hóa học và sinh học giúp phục hồi chất lượng nước sau khi bị ô nhiễm, trong đó hàm lượng oxy hòa tan (DO) đóng vai trò quyết định.

Mô hình chất lượng nước QUAL2K được sử dụng để mô phỏng các thông số ô nhiễm như BOD, COD, tổng Nitơ (T-N), tổng Photpho (T-P), oxy hòa tan (DO) dọc theo dòng chảy sông. Mô hình này dựa trên phương trình vi phân bậc nhất mô tả sự biến đổi nồng độ các chất ô nhiễm theo dòng chảy và quá trình tự làm sạch. Ngoài ra, các khái niệm về tải lượng ô nhiễm từ các nguồn phân tán và điểm, hệ số phát thải ô nhiễm, cũng được áp dụng để ước tính tải lượng đầu vào cho mô hình.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính bao gồm số liệu thống kê năm 2016 của các tỉnh Bắc Kạn, Thái Nguyên, Bắc Giang, Bắc Ninh về dân số, sản xuất công nghiệp, chăn nuôi, sử dụng đất và các số liệu quan trắc chất lượng nước. Dữ liệu thủy văn, khí tượng và địa hình cũng được thu thập để phục vụ mô hình hóa.

Phương pháp phân tích gồm:

  • Tính toán tải lượng ô nhiễm từ các nguồn phân tán (dân sinh, dịch vụ, chăn nuôi, sử dụng đất) và nguồn điểm dựa trên hệ số phát thải theo hướng dẫn của WHO và các tài liệu chuyên ngành.
  • Thiết lập và hiệu chỉnh mô hình chất lượng nước QUAL2K cho toàn bộ lưu vực sông Cầu, kiểm định mô hình với số liệu quan trắc mùa mưa (tháng 7) và mùa khô (tháng 11) năm 2016.
  • Áp dụng mô hình để tính toán sức chịu tải và khả năng tiếp nhận nước thải của đoạn sông Cầu qua tỉnh Bắc Ninh, phân tích theo từng đoạn sông dựa trên phân vùng sử dụng nước và điều kiện thủy văn.
  • Xử lý số liệu bằng phần mềm Excel và các công cụ mô hình hóa chuyên dụng.

Quá trình nghiên cứu kéo dài từ tháng 9/2017 đến tháng 12/2018, với cỡ mẫu dữ liệu lớn, bao gồm 58 tiểu lưu vực trong lưu vực sông Cầu, đảm bảo tính đại diện và độ chính xác cao cho kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Ước tính tải lượng ô nhiễm: Tải lượng BOD, COD, tổng Nitơ và tổng Photpho từ các nguồn phân tán và điểm trong lưu vực sông Cầu năm 2016 được ước tính chi tiết theo từng tiểu lưu vực. Ví dụ, tải lượng BOD từ dân sinh chiếm phần lớn trong tổng tải lượng ô nhiễm, với giá trị lên đến hàng trăm kg/ngày ở các tiểu lưu vực có mật độ dân cư cao. Tải lượng COD và các chất dinh dưỡng cũng tăng dần theo sự phát triển kinh tế xã hội.

  2. Kiểm định mô hình QUAL2K: Mô hình mô phỏng chất lượng nước sông Cầu cho kết quả phù hợp với số liệu quan trắc thực tế, với sai số nhỏ trong các thông số DO, BOD, COD, tổng N và tổng P. Mô hình phản ánh rõ sự biến động theo mùa, đặc biệt là sự giảm chất lượng nước vào mùa mưa do tăng tải lượng ô nhiễm và dòng chảy lớn.

  3. Đánh giá sức chịu tải: Sức chịu tải của đoạn sông Cầu qua Bắc Ninh được xác định cho các thông số BOD và COD, cho thấy vào mùa khô, sức chịu tải thấp hơn do dòng chảy giảm, trong khi mùa mưa sức chịu tải tăng lên nhưng vẫn có đoạn sông vượt quá giới hạn cho phép. Khả năng tiếp nhận nước thải của đoạn sông có giá trị dương ở một số đoạn, cho phép tiếp nhận thêm tải lượng ô nhiễm, nhưng ở các đoạn khác khả năng này âm, cần giảm tải lượng thải.

  4. Phân bố tải lượng ô nhiễm: Các đoạn sông gần khu công nghiệp, làng nghề và đô thị có tải lượng ô nhiễm cao hơn đáng kể, với tỷ lệ vượt tiêu chuẩn chất lượng nước mặt lên đến 30-40% so với giới hạn cho phép, đặc biệt là các chỉ tiêu BOD và COD.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy sự phát triển kinh tế nhanh chóng tại tỉnh Bắc Ninh đã làm gia tăng đáng kể tải lượng ô nhiễm đổ vào sông Cầu, đặc biệt từ các nguồn thải công nghiệp và làng nghề truyền thống. Sự khác biệt về sức chịu tải giữa mùa mưa và mùa khô phản ánh rõ ảnh hưởng của chế độ dòng chảy đến khả năng tự làm sạch của sông. Mô hình QUAL2K đã chứng minh hiệu quả trong việc mô phỏng chất lượng nước và đánh giá sức chịu tải, phù hợp với các nghiên cứu tương tự trong nước và quốc tế.

So sánh với các nghiên cứu tại Mỹ, Nhật Bản và Hàn Quốc, việc áp dụng mô hình và phương pháp đánh giá sức chịu tải tại Việt Nam đang dần hoàn thiện, góp phần nâng cao hiệu quả quản lý môi trường nước. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng các yếu tố như biến đổi khí hậu, phát triển đô thị không kiểm soát và các nguồn thải chưa được kiểm soát đầy đủ có thể làm thay đổi sức chịu tải trong tương lai.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ tải lượng ô nhiễm theo từng nguồn và bảng so sánh sức chịu tải với tải lượng hiện trạng, giúp minh họa rõ ràng mức độ ô nhiễm và khả năng tiếp nhận của từng đoạn sông.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Tăng cường kiểm soát và xử lý nước thải: Yêu cầu các khu công nghiệp, làng nghề và cơ sở sản xuất trên địa bàn tỉnh Bắc Ninh áp dụng công nghệ xử lý nước thải tiên tiến, giảm tải lượng BOD, COD và các chất dinh dưỡng trước khi xả ra môi trường. Mục tiêu giảm tải lượng ô nhiễm ít nhất 30% trong vòng 3 năm tới, do Sở Tài nguyên và Môi trường phối hợp với các địa phương thực hiện.

  2. Xây dựng hệ thống giám sát chất lượng nước liên tục: Thiết lập các trạm quan trắc tự động dọc đoạn sông Cầu qua Bắc Ninh để theo dõi biến động chất lượng nước theo thời gian thực, phục vụ công tác cảnh báo và quản lý kịp thời. Thời gian triển khai trong 1 năm, do Trung tâm Quan trắc Môi trường tỉnh chủ trì.

  3. Quy hoạch và phân vùng sử dụng đất hợp lý: Hạn chế phát triển các khu công nghiệp và làng nghề ở những vùng có sức chịu tải thấp, ưu tiên các khu vực có khả năng tiếp nhận cao hơn. Thực hiện quy hoạch trong 2 năm, phối hợp giữa Sở Xây dựng và Sở Nông nghiệp.

  4. Tuyên truyền nâng cao nhận thức cộng đồng: Tổ chức các chương trình giáo dục, truyền thông về bảo vệ môi trường nước, khuyến khích người dân và doanh nghiệp tham gia giảm thiểu ô nhiễm. Mục tiêu nâng cao nhận thức cho ít nhất 70% dân cư trong vùng nghiên cứu trong 2 năm, do các tổ chức xã hội và chính quyền địa phương thực hiện.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Cơ quan quản lý nhà nước về tài nguyên và môi trường: Sử dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng chính sách, quy hoạch và cấp phép xả thải phù hợp với sức chịu tải của sông Cầu, nâng cao hiệu quả quản lý môi trường nước.

  2. Các nhà nghiên cứu và học giả trong lĩnh vực khoa học môi trường: Tham khảo phương pháp mô hình hóa chất lượng nước và đánh giá sức chịu tải, áp dụng cho các lưu vực sông khác hoặc nghiên cứu chuyên sâu về ô nhiễm nước.

  3. Doanh nghiệp và nhà máy trong khu vực lưu vực sông Cầu: Hiểu rõ tác động của hoạt động sản xuất đến chất lượng nước, từ đó cải tiến công nghệ xử lý nước thải, tuân thủ quy định môi trường và giảm thiểu ô nhiễm.

  4. Cộng đồng dân cư và tổ chức phi chính phủ: Nắm bắt thông tin về tình trạng ô nhiễm và các giải pháp bảo vệ môi trường nước, tham gia tích cực vào các hoạt động bảo vệ nguồn nước và giám sát môi trường.

Câu hỏi thường gặp

  1. Sức chịu tải của sông Cầu là gì?
    Sức chịu tải là lượng chất ô nhiễm tối đa mà đoạn sông Cầu có thể tiếp nhận mà không làm giảm chất lượng nước vượt quá tiêu chuẩn quy định, dựa trên khả năng tự làm sạch của dòng sông.

  2. Mô hình QUAL2K được sử dụng như thế nào trong nghiên cứu?
    QUAL2K mô phỏng sự biến đổi các thông số ô nhiễm dọc theo dòng chảy sông, giúp đánh giá chất lượng nước và tính toán sức chịu tải dựa trên dữ liệu tải lượng ô nhiễm và thủy văn.

  3. Tại sao chất lượng nước sông Cầu bị ảnh hưởng nhiều vào mùa mưa?
    Mùa mưa có lưu lượng dòng chảy lớn, kéo theo nhiều chất ô nhiễm từ các nguồn thải phân tán và điểm, làm tăng tải lượng ô nhiễm và giảm khả năng tự làm sạch của sông.

  4. Giải pháp nào hiệu quả để giảm ô nhiễm sông Cầu?
    Kiểm soát và xử lý nước thải tại nguồn, xây dựng hệ thống giám sát chất lượng nước, quy hoạch sử dụng đất hợp lý và nâng cao nhận thức cộng đồng là các giải pháp thiết thực.

  5. Ai nên sử dụng kết quả nghiên cứu này?
    Cơ quan quản lý môi trường, nhà nghiên cứu, doanh nghiệp trong lưu vực và cộng đồng dân cư đều có thể sử dụng kết quả để quản lý, nghiên cứu và bảo vệ nguồn nước hiệu quả hơn.

Kết luận

  • Đoạn sông Cầu qua tỉnh Bắc Ninh đang chịu áp lực ô nhiễm lớn từ các nguồn thải công nghiệp, làng nghề và dân sinh, đặc biệt trong mùa mưa.
  • Mô hình QUAL2K được hiệu chỉnh và kiểm định thành công, phản ánh chính xác chất lượng nước và sức chịu tải của đoạn sông.
  • Sức chịu tải của đoạn sông biến động theo mùa, với khả năng tiếp nhận nước thải hạn chế vào mùa khô.
  • Cần triển khai các giải pháp kiểm soát ô nhiễm, giám sát liên tục và quy hoạch hợp lý để bảo vệ môi trường nước.
  • Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học quan trọng cho quản lý tài nguyên nước và phát triển bền vững lưu vực sông Cầu trong giai đoạn tiếp theo.

Hành động tiếp theo là áp dụng các khuyến nghị vào thực tiễn quản lý và tiếp tục cập nhật dữ liệu để điều chỉnh chính sách phù hợp. Các cơ quan chức năng và cộng đồng được kêu gọi phối hợp thực hiện nhằm bảo vệ nguồn nước sông Cầu hiệu quả hơn.