Tổng quan nghiên cứu

Hồ chứa thủy điện Huội Quảng là công trình năng lượng trọng điểm trên sông Nậm Mu, thuộc nhánh cấp I của hệ thống sông Đà. Công trình sở hữu cụm đầu mối tại xã Khoen On, huyện Than Uyên, tỉnh Lai Châu và cụm nhà máy ngầm tại xã Chiềng Lao, huyện Mường La, tỉnh Sơn La. Với công suất lắp máy 520 MW và sản lượng điện bình quân đạt trên 1,904 tỷ kWh mỗi năm, công trình đóng vai trò chiến lược trong việc cung cấp điện năng quốc gia và điều tiết dòng chảy hạ lưu sông Hồng. Công trình hồ chứa có diện tích mặt thoáng 870 ha tương ứng mực nước dâng bình thường 370 m, dung tích toàn bộ đạt 184,2 triệu m3, dung tích hữu ích 16,28 triệu m3 và lưu lượng dòng chảy trung bình năm đạt 158,1 m3/s. Dự án đã thực hiện di dân tái định cư cho 722 hộ dân với 4.333 nhân khẩu trên địa bàn hai tỉnh Lai Châu và Sơn La.

Vấn đề cốt lõi nảy sinh trong giai đoạn đầu tích nước bắt đầu từ ngày 01 tháng 12 năm 2015 là sự xáo trộn thủy văn và phân hủy khối lượng lớn sinh khối thảm phủ bị ngập chìm dưới đáy hồ. Sự phân hủy hữu cơ trong điều kiện kỵ khí dễ làm suy giảm nghiêm trọng lượng oxy hòa tan, phát sinh khí độc hại và đe dọa trực tiếp đến chất lượng nguồn nước. Nghiên cứu được thực hiện với mục tiêu đánh giá toàn diện hiện trạng, theo dõi diễn biến lý hóa và mức độ phú dưỡng của nước hồ trong năm 2016. Kết quả nghiên cứu xác lập luận cứ khoa học tin cậy giúp các cơ quan quản lý và đơn vị vận hành kiểm soát chỉ số an toàn nguồn nước, giảm thiểu rủi ro sinh thái và tối ưu hóa hiệu quả sử dụng nguồn nước phục vụ phát triển kinh tế vùng Tây Bắc.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu ứng dụng lý thuyết chu trình chuyển hóa sinh địa hóa các chất dinh dưỡng trong thủy vực nước ngọt và cơ chế phân tầng nhiệt hồ chứa nhân tạo. Hiện tượng phú dưỡng nước hồ xảy ra khi nồng độ nitơ và phốt pho tăng vượt ngưỡng cho phép, kích thích tảo lam và vi khuẩn lam bùng phát với mật độ từ 10.000 đến 100.000 tế bào/ml. Quá trình này được phân tích thông qua lý thuyết tỷ số Redfield với tỷ lệ nguyên tử Carbon - Nitơ - Phốt pho chuẩn là 106:16:1. Khi tỷ lệ N:P vượt quá 16:1, phốt pho đóng vai trò là yếu tố hạn chế sinh trưởng của thực vật phù du.

Nghiên cứu kết hợp hai mô hình đánh giá chất lượng nước tiên tiến:

  • Mô hình chỉ số trạng thái phú dưỡng TSI của Carlson: Đánh giá thông qua ba biến số định lượng gồm nồng độ tổng phốt pho TSIP, nồng độ diệp lục TSIC và độ sâu đĩa Secchi TSISD.
  • Mô hình phân loại phú dưỡng của Tổ chức Hợp tác và Phát triển Kinh tế OECD: Phân định thủy vực thành 5 mức độ từ nghèo dinh dưỡng, dinh dưỡng chất trung bình, phú dưỡng đến siêu phú dưỡng. Theo thống kê thủy văn học, có đến khoảng 80% hồ chứa nhiệt đới ghi nhận biến đổi mạnh mẽ về nồng độ dưỡng chất trong 12 đến 24 tháng đầu tích nước.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu thu thập dữ liệu thứ cấp từ 29 điểm đo đạc nền trên sông Nậm Mu và các phụ lưu trước thời điểm tích nước năm 2005, kết hợp chương trình quan trắc hiện trường thực nghiệm năm 2016 chia làm 2 đợt mùa khô và mùa mưa. Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm 14 điểm lấy mẫu nước mặt trải dài trên 25 km lòng hồ từ thượng lưu đến hạ lưu đập, 4 điểm nước thải sinh hoạt và 4 điểm nước thải sản xuất tại khu vực nhà máy. Phương pháp chọn mẫu phân tầng không gian và thời gian được lựa chọn nhằm bảo đảm tính đại diện cao nhất cho động thái thủy lực và các nguồn thải cục bộ.

Phương pháp đánh giá chỉ số chất lượng nước WQI được tính toán nghiêm ngặt theo Quyết định số 879/QĐ-TCMT ngày 01/07/2011 của Tổng cục Môi trường thuộc Bộ Tài nguyên và Môi trường. Lý do lựa chọn công thức giải tích WQI thông số kết hợp là khả năng quy đổi 7 thông số cốt lõi gồm BOD5, COD, N-NH4+, P-PO43-, TSS, độ đục và tổng Coliform về thang điểm chuẩn 100. Dữ liệu thí nghiệm được phân tích trên các thiết bị quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS và máy đo đa chỉ tiêu đạt chuẩn QCVN 08-MT:2015/BTNMT, sau đó xử lý thống kê trên nền tảng phần mềm chuyên dụng nhằm nhận diện xu thế biến động không gian của các chất gây ô nhiễm.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Phân tích số liệu quan trắc năm 2016 cho thấy chất lượng nước hồ thủy điện Huội Quảng sau khi tích nước vẫn duy trì ở mức khá tốt và an toàn hơn so với dự báo rủi ro ban đầu:

  • Nồng độ oxy hòa tan DO tầng mặt đạt mức cao, dao động ổn định trong khoảng 6,3 đến 7,2 mg/l tại cả 14 vị trí quan trắc, đảm bảo điều kiện dưỡng khí thuận lợi cho các loài thủy sinh. Độ pH nước hồ duy trì trạng thái trung tính từ 6,6 đến 7,5.
  • Hàm lượng chất hữu cơ thể hiện qua nhu cầu oxy sinh hóa BOD5 duy trì từ 3,5 đến 4,8 mg/l và nhu cầu oxy hóa học COD nằm trong ngưỡng 6,4 đến 8,8 mg/l, thấp hơn giới hạn quy chuẩn QCVN 08-MT:2015/BTNMT loại A2. Nồng độ tổng chất rắn lơ lửng TSS đạt mức trung bình 20 đến 35 mg/l.
  • Hàm lượng các ion dinh dưỡng amoni NH4+ dao động từ 0,09 đến 0,22 mg/l, nitrat NO3- từ 0,34 đến 1,25 mg/l và phosphat PO43- từ 0,24 đến 0,86 mg/l. Giá trị chỉ số chất lượng nước WQI trung bình toàn hồ đạt từ 78 đến 92 điểm, xếp hạng chất lượng nước ở mức tốt, đáp ứng hoàn hảo cho mục đích cấp nước tưới tiêu nông nghiệp và bảo tồn thủy sinh vật.
  • Kết quả đánh giá chỉ số phú dưỡng TSI theo Carlson đạt giá trị trung bình 42 đến 48 điểm, kết hợp với thang phân loại OECD xác nhận lòng hồ Huội Quảng đang ở trạng thái dinh dưỡng trung bình Mesotrophic, chưa xuất hiện hiện tượng nở hoa của tảo hay bùng phát vi khuẩn lam độc hại.

Thảo luận kết quả

Diễn biến môi trường nước hồ Huội Quảng cho thấy sự khác biệt tích cực so với nhiều công trình thủy điện nhiệt đới khác. Theo các nghiên cứu môi trường, các hồ thủy điện vùng nhiệt đới thường phát thải tới 3.000 mg CO2/m2/ngày và 100 mg CH4/m2/ngày do ngập rừng tự nhiên quy mô lớn. Tại Huội Quảng, nguyên nhân chất lượng nước không bị suy thoái mạnh bắt nguồn từ đặc thù hiện trạng lòng hồ trước khi tích nước: diện tích đất nông nghiệp chiếm tới 593 ha tương đương 68% diện tích ngập nước, rừng tự nhiên nghèo kiệt chỉ chiếm 120 ha và rừng trồng 13 ha. Do đó, tổng khối lượng sinh khối hữu cơ phân hủy ngập nước thấp hơn nhiều so với các hồ thủy điện xây dựng giữa rừng nguyên sinh rậm rạp.

Tuy nhiên, cường độ xói mòn lưu vực sông Nậm Mu ở mức rất cao, từ 150 đến 500 tấn/ha/năm, mang theo lượng bùn cát và phosphat khoáng đáng kể vào lòng hồ mùa mưa lũ. Khi biểu diễn diễn biến nồng độ amoni, nitrat và photphat theo thời gian qua các biểu đồ phân bố và bảng tổng hợp WQI, dữ liệu thể hiện rõ sự phân hóa giữa thượng lưu và hạ lưu. Nước thải sinh hoạt từ các khu phụ trợ có nồng độ Coliform và chất hoạt động bề mặt cục bộ cao, nhưng nhờ dung tích lưu trữ 184,2 triệu m3 và lưu lượng bổ cập 158,1 m3/s, khả năng tự làm sạch của thủy vực diễn ra nhanh chóng, ngăn ngừa sự hình thành các túi nước yếm khí chứa khí độc hydro sunfua H2S ở khu vực thân đập.

Đề xuất và khuyến nghị

  • Tăng cường kiểm soát nguồn thải sinh hoạt và sản xuất: Công ty Thủy điện Huội Quảng - Bản Chát cần đầu tư nâng cấp 2 cụm hệ thống xử lý nước thải hợp khối tại khu vực nhà điều hành và gian máy ngầm, bảo đảm 100% nước thải đạt tiêu chuẩn QCVN 14:2008/BTNMT và QCVN 40:2011/BTNMT trước khi xả ra lưu vực sông Nậm Mu, hoàn thành trong giai đoạn 2018 - 2020.
  • Triển khai chương trình quan trắc định kỳ và tự động: Thiết lập mạng lưới quan trắc tự động liên tục với ít nhất 4 trạm đo DO, pH, độ đục và nhiệt độ phân tầng tại khu vực tuyến đập và cửa nhận nước; duy trì tần suất quan trắc môi trường nước mặt định kỳ 4 đợt/năm thay vì 2 đợt/năm nhằm phát hiện sớm nguy cơ thiếu dưỡng khí tầng đáy.
  • Phục hồi thảm thực vật phòng hộ đầu nguồn: Ủy ban nhân dân huyện Than Uyên và huyện Mường La phối hợp các hạt kiểm lâm thực hiện dự án trồng rừng bán ngập và rừng đầu nguồn trên diện tích 300 ha đất đồi trọc quanh hồ, nhằm giảm tỷ lệ xói mòn đất từ 500 tấn/ha/năm xuống dưới 100 tấn/ha/năm trước năm 2025.
  • Quy hoạch khai thác đa mục tiêu bền vững: Ban chỉ đạo liên tỉnh Sơn La - Lai Châu cần ban hành quy chế quản lý nuôi trồng thủy sản lồng bè trên diện tích mặt nước 870 ha, giới hạn mật độ nuôi dưới 50 lồng bè/km2 và cấm hoàn toàn việc xả rác thải nông nghiệp trực tiếp xuống lòng hồ để bảo vệ chất lượng nước cấp sinh hoạt.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  • Ban Quản lý Dự án và Doanh nghiệp Thủy điện: Đội ngũ kỹ sư môi trường tại các nhà máy thủy điện công suất từ 50 MW đến trên 500 MW có thể sử dụng phương pháp tính WQI và chỉ số TSI trong luận văn làm tài liệu chuẩn hóa quy trình giám sát chất lượng nước sau tích nước.
  • Cán bộ Quản lý Nhà nước về Môi trường: Sở Tài nguyên và Môi trường hai tỉnh Lai Châu, Sơn La cùng Tổng cục Môi trường sử dụng bộ dữ liệu 29 điểm khảo sát nền và 14 vị trí quan trắc thực nghiệm để xây dựng quy hoạch lưu vực sông Nậm Mu và giám sát tuân thủ báo cáo đánh giá tác động môi trường.
  • Nhà khoa học và Giảng viên chuyên ngành Môi trường: Các viện nghiên cứu tài nguyên nước, trường đại học đào tạo ngành Khoa học Môi trường và Kỹ thuật Môi trường có thể ứng dụng cơ sở lý thuyết tỷ số dinh dưỡng Redfield và mô hình Carlson làm bài giảng mẫu về động thái thủy sinh hồ chứa miền núi.
  • Học viên Cao học và Sinh viên thực hiện đồ án: Người học nghiên cứu đề tài diễn biến chất lượng nước hồ chứa nhân tạo có thể tham khảo trực tiếp phương pháp luận thu thập số liệu, kỹ thuật xử lý dữ liệu vi sinh Coliform và quy trình xây dựng bản đồ quan trắc chất lượng nước chuẩn khoa học.

Câu hỏi thường gặp

  • Tại sao nước hồ thủy điện trong giai đoạn đầu tích nước lại có nguy cơ ô nhiễm hữu cơ cao? Thời điểm ngập nước ban đầu làm chìm ngập toàn bộ thảm thực vật lòng hồ, tại Huội Quảng có tới 593 ha đất nông nghiệp và 120 ha rừng nghèo bị ngập. Quá trình phân hủy sinh khối thực vật yếm khí tiêu tốn lượng oxy hòa tan cực lớn và giải phóng các khí độc như mêtan, hydro sunfua cùng hợp chất hữu cơ vào tầng nước đáy.

  • Chỉ số chất lượng nước WQI hồ Huội Quảng trong năm 2016 đạt mức bao nhiêu điểm và có an toàn không? Theo kết quả đánh giá 2 đợt quan trắc năm 2016, chỉ số WQI các điểm mặt nước hồ dao động từ 78 đến 92 điểm trên thang đo 100 theo quy định số 879/QĐ-TCMT. Mức điểm này xếp chất lượng nước vào nhóm tốt, hoàn toàn an toàn cho mục đích tưới tiêu nông nghiệp, công nghiệp và bảo tồn thủy sinh học.

  • Mức độ phú dưỡng của hồ Huội Quảng được đánh giá bằng những phương pháp nào? Luận văn áp dụng đồng thời hai phương pháp chuẩn quốc tế gồm phương pháp phân loại nồng độ tổng phốt pho, nitơ và diệp lục theo OECD và chỉ số trạng thái phú dưỡng TSI theo Carlson. Kết quả tính toán TSI đạt 42 đến 48 điểm, xác định hồ ở trạng thái dinh dưỡng trung bình Mesotrophic.

  • Lưu lượng nước và diện tích mặt hồ Huội Quảng có thông số kỹ thuật ra sao? Hồ chứa thủy điện Huội Quảng có diện tích mặt thoáng 870 ha tại mực nước dâng bình thường 370 m, tổng dung tích 184,2 triệu m3, dung tích hữu ích 16,28 triệu m3 và lưu lượng dòng chảy trung bình năm đạt 158,1 m3/s trên dòng chính sông Nậm Mu.

  • Tình trạng xói mòn đất lưu vực ảnh hưởng thế nào đến tuổi thọ và chất lượng nước của hồ chứa? Lưu vực hồ chịu cường độ xói mòn cao từ 150 đến 500 tấn/ha/năm do tỷ lệ che phủ rừng thấp. Lượng bùn cát rửa trôi không chỉ đẩy nhanh quá trình bồi lắng cơ học làm giảm dung tích hữu ích 16,28 triệu m3 của hồ, mà còn mang theo lượng lớn phosphat khoáng làm gia tăng nguy cơ phú dưỡng hóa nguồn nước trong mùa mưa lũ.

Kết luận

  • Luận văn hoàn thành việc khảo sát, phân tích toàn diện 29 thông số chất lượng nước nền và 14 điểm quan trắc thực nghiệm lòng hồ thủy điện Huội Quảng trong năm đầu tích nước 2016.
  • Đánh giá định lượng khẳng định chất lượng nước hồ duy trì ở mức tốt với chỉ số WQI đạt 78 đến 92 điểm, hàm lượng DO ổn định 6,3 đến 7,2 mg/l và chưa xảy ra sự cố suy thoái hữu cơ diện rộng.
  • Xác định trạng thái phú dưỡng hồ ở mức dinh dưỡng trung bình TSI từ 42 đến 48 điểm nhờ tỷ lệ sinh khối rừng ngập nước thấp, chỉ chiếm 120 ha trên tổng số 870 ha mặt hồ.
  • Đề xuất hệ thống giải pháp đồng bộ gồm nâng cấp trạm xử lý nước thải 100% đạt chuẩn, triển khai 4 trạm quan trắc tự động và phục hồi 300 ha rừng phòng hộ giảm xói mòn đến năm 2025.
  • Nghiên cứu là tài liệu tham khảo khoa học giá trị cao, phục vụ công tác quản lý tài nguyên nước bền vững cho hệ thống thủy điện lưu vực sông Đà; các đơn vị quản lý vận hành và nghiên cứu môi trường có thể áp dụng ngay mô hình giám sát này vào thực tiễn quản lý lưu vực.