Tổng quan nghiên cứu

Tài nguyên nước mặt đóng vai trò huyết mạch trong việc bảo đảm an ninh sinh thái, duy trì sinh kế và thúc đẩy tăng trưởng kinh tế xã hội bền vững tại khu vực miền núi Tây Bắc. Huyện Thuận Châu, tỉnh Sơn La sở hữu diện tích tự nhiên 153.507,24 ha cùng quy mô dân số 133.802 người, phân bổ trên 29 đơn vị hành chính cấp xã và thị trấn. Trong mạng lưới thủy văn địa phương, suối Muội là nhánh sông cấp 1 trọng yếu của hệ thống sông Đà với chiều dài dòng chính khoảng 30 km, bắt nguồn từ dãy núi Hua Lái ở độ cao 1.551 m thuộc xã Chiềng Pha, chảy qua vùng đô thị trung tâm rồi hợp lưu tại xã Thôm Mòn. Mặc dù toàn tỉnh Sơn La có tổng lượng dòng chảy mặt hàng năm đạt khoảng 19 tỷ m3, nhưng sự phân bố dòng chảy không đều giữa các mùa (mùa mưa kéo dài 5 tháng chiếm tới 80% tổng lượng dòng chảy năm, trong khi mùa khô kéo dài 7 tháng) đã tạo nên áp lực gay gắt đối với việc khai thác và bảo vệ nguồn nước.

Vấn đề nghiên cứu trọng tâm xuất phát từ thực trạng suy thoái chất lượng nước suối Muội do tiếp nhận trực tiếp nước thải sinh hoạt chưa qua xử lý, phụ phẩm chế biến nông sản và hóa chất bảo vệ thực vật từ các vùng chuyên canh ven bờ. Mục tiêu cụ thể của luận văn là tiến hành điều tra, quan trắc và phân tích 19 thông số lý hóa, vi sinh tại 10 vị trí trọng điểm dọc theo 30 km chiều dài suối qua 3 đợt khảo sát trong năm 2018 (tháng 3, tháng 6 và tháng 9). Nghiên cứu đánh giá mức độ ô nhiễm theo Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước mặt QCVN 08-MT:2015/BTNMT (Cột A2), đồng thời phân hạng chất lượng nước thông qua chỉ số WQI. Đóng góp của luận văn là cung cấp cơ sở dữ liệu thực chứng và hệ thống hóa bản đồ phân vùng ô nhiễm, phục vụ đắc lực cho việc hiện thực hóa Quyết định số 3603/QĐ-UBND và Quyết định số 1884/QĐ-UBND của Ủy ban nhân dân tỉnh Sơn La về quy hoạch phân bổ và bảo vệ tài nguyên nước mặt đến năm 2025, tầm nhìn năm 2030, bảo đảm nguồn cấp nước sinh hoạt đạt chuẩn cho hơn 133.000 cư dân trên địa bàn.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên nền tảng của 3 khung lý thuyết học thuật cốt lõi: Lý thuyết khả năng tự làm sạch của thủy vực tự nhiên, Mô hình tích hợp chỉ số chất lượng nước WQI (Water Quality Index) và Lý thuyết mô hình hóa không gian địa lý môi trường bằng Hệ thông tin địa lý (GIS). Mô hình nghiên cứu vận hành theo chuỗi liên hoàn: tiếp nhận nguồn thải - biến đổi thủy hóa động học - lượng hóa chỉ số WQI tổng hợp - nội suy phân bố không gian.

Các khái niệm chuyên ngành then chốt được chuẩn hóa bao gồm:

  1. Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD5): Lượng oxy hòa tan cần thiết để vi sinh vật oxy hóa các hợp chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học ở điều kiện 20 độ C trong 5 ngày.
  2. Nhu cầu oxy hóa học (COD): Lượng oxy tương đương cần thiết để oxy hóa toàn bộ các hợp chất hữu cơ và vô cơ bằng chất oxy hóa hóa học mạnh.
  3. Oxy hòa tan (DO): Nồng độ khí oxy tự do hòa tan trong nước, chỉ thị mức độ trong sạch và khả năng hỗ trợ sự sống thủy sinh.
  4. Tổng chất rắn lơ lửng (TSS): Trọng lượng các hạt chất rắn không tan bị giữ lại bởi màng lọc tiêu chuẩn.
  5. Chỉ số chất lượng nước (WQI): Thang đo tích hợp đa thông số từ 0 đến 100 theo Quyết định số 879/QĐ-TCMT của Tổng cục Môi trường, phân loại nước từ ô nhiễm rất nặng (0-25) đến chất lượng rất tốt (91-100).

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu của luận văn bao gồm dữ liệu sơ cấp từ chương trình quan trắc hiện trường độc lập và dữ liệu thứ cấp từ các báo cáo hiện trạng môi trường tỉnh Sơn La giai đoạn 2011-2018. Mạng lưới lấy mẫu được thiết lập tại 10 vị trí cố định (ký hiệu M1 đến M10) trải dài từ khu vực đầu nguồn xã Chiềng Pha đến hạ lưu xã Thôm Mòn. Quy trình lấy mẫu được thực hiện đồng bộ qua 3 đợt khảo sát đại diện cho mùa khô (đợt 1 vào tháng 3/2018), thời kỳ chuyển mùa (đợt 2 vào tháng 6/2018) và đỉnh điểm mùa mưa (đợt 3 vào tháng 9/2018), tạo ra tổng cỡ mẫu thực nghiệm gồm 30 mẫu nước phân tích toàn diện.

Phương pháp chọn mẫu có chủ đích dựa trên đặc điểm hình thái dòng chảy, vị trí các cửa xả tập trung và các điểm nút giao thoa kinh tế xã hội ven bờ suối. Mẫu nước mặt được thu thập theo đúng tiêu chuẩn TCVN 6663-6:2008 và bảo quản theo TCVN 6663-3:2008 với dung tích 4,0 lít mỗi mẫu, được định hình bằng các hóa chất chuyên dụng (H2SO4, HNO3, NaOH) và bảo quản lạnh ở nhiệt độ 4 độ C. Toàn bộ quy trình phân tích 19 thông số lý hóa và vi sinh được thực hiện bởi Phòng thí nghiệm thuộc Trung tâm Quan trắc Tài nguyên và Môi trường Sơn La - đơn vị đạt chuẩn quốc tế ISO/IEC 17025:2005 theo Quyết định số 495/2017/QĐ-VPCNCL.

Lý do lựa chọn phương pháp phân tích chuẩn kết hợp các phương pháp TCVN và SMEWW (như SMEWW 5220C:2012 cho COD, SMEWW 2130B:2013 cho độ đục, TCVN 6001-1:2008 cho BOD5) nhằm bảo đảm tính pháp lý và độ tin cậy tuyệt đối của số liệu. Dữ liệu sau đó được xử lý qua phương pháp so sánh đối chiếu với QCVN 08-MT:2015/BTNMT (Cột A2), tính toán giá trị WQI tích hợp và áp dụng thuật toán nội suy trọng số nghịch đảo khoảng cách IDW (Inverse Distance Weighting) trên phần mềm ArcGIS 9.3 để xây dựng bản đồ số hóa không gian. Đồng thời, nghiên cứu phỏng vấn xã hội học đối với 30 hộ dân sinh sống lâu năm ven suối để đánh giá mối tương quan giữa hiện trạng môi trường và sức khỏe cộng đồng.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, kết quả phân tích chỉ ra dấu hiệu ô nhiễm hữu cơ và vi sinh vượt ngưỡng nghiêm trọng tại các đoạn dòng chảy đi qua trung tâm dân cư. Trong khi các thông số kim loại nặng như Asen (As dưới 0,01 mg/L), Chì (Pb dưới 0,02 mg/L), Kẽm (Zn dưới 0,5 mg/L) và Xianua (CN- dưới 0,05 mg/L) đều nằm trong giới hạn an toàn của QCVN 08-MT:2015/BTNMT, thì các chỉ tiêu BOD5, COD, Amoni và Coliform lại tăng vọt. Cụ thể, tại các điểm M5 (gần chợ Chiềng Ly), M6 (cầu Chiềng Ly) và M8 (thị trấn Thuận Châu), nồng độ BOD5 ghi nhận vượt từ 1,2 đến 1,8 lần ngưỡng 6 mg/L của Cột A2, còn COD vượt từ 1,3 đến 2,0 lần ngưỡng 15 mg/L. Nồng độ Coliform tại các điểm này vượt từ 150% đến hơn 300% so với giới hạn 2.500 MPN/100mL.

Thứ hai, chỉ số WQI thể hiện sự suy giảm chất lượng nước mạnh mẽ theo chiều không gian từ thượng nguồn xuống hạ lưu. Ở khu vực đầu nguồn M1 và M2 (xã Chiềng Pha), nước suối duy trì chất lượng tốt với WQI dao động từ 76 đến 88 điểm, hoàn toàn đáp ứng mục đích cấp nước sinh hoạt sau khi xử lý thông thường. Tuy nhiên, khi dòng chảy tiến sâu vào khu vực đô thị hóa tại M6 và M8, WQI tụt dốc xuống mức 38 đến 52 điểm (mức chất lượng xấu và trung bình, chỉ phù hợp cho giao thông thủy hoặc tưới tiêu nông nghiệp với yêu cầu thấp).

Thứ ba, biến động chất lượng nước chịu sự chi phối rõ rệt bởi yếu tố chu kỳ mùa vụ. Đợt 1 (tháng 3/2018 - mùa khô) ghi nhận mức độ ô nhiễm đậm đặc nhất với nồng độ Amoni (NH4+) tại M6 và M7 vượt mức 0,3 mg/L (đạt từ 0,42 đến 0,65 mg/L). Sang đợt 2 (tháng 6/2018) và đợt 3 (tháng 9/2018 - mùa mưa), nhờ lưu lượng dòng chảy lớn chiếm tới 80% tổng lượng nước năm, hàm lượng các chất ô nhiễm hữu cơ BOD5 và COD giảm từ 35% đến 50% nhờ hiệu ứng pha loãng tự nhiên, song nồng độ chất rắn lơ lửng (TSS) và độ đục lại tăng từ 40% đến 70% do quá trình xói mòn rửa trôi bề mặt đồi dốc.

Thứ tư, khảo sát xã hội học trên 30 người dân ven bờ cho thấy 83,3% số người được hỏi khẳng định nước suối Muội đã đổi màu và bốc mùi khó chịu trong vòng 5 năm trở lại đây, gây ảnh hưởng trực tiếp đến các bệnh lý ngoài da và tiêu hóa của người dân.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính dẫn đến hiện tượng ô nhiễm cục bộ xuất phát từ cơ cấu hạ tầng thoát nước và xử lý chất thải chưa đồng bộ. Huyện Thuận Châu hiện chưa có hệ thống thu gom và trạm xử lý nước thải sinh hoạt tập trung, khiến hàng ngàn mét khối nước thải sinh hoạt mỗi ngày đêm từ thị trấn và các chợ đầu mối xả thẳng ra lòng suối. Thêm vào đó, hoạt động sơ chế cà phê, dong riềng quy mô hộ gia đình vào mùa vụ và nước rửa trôi chứa phân bón hóa học từ 153.507 ha đất canh tác nông nghiệp dốc là nguồn phát thải thứ cấp làm gia tăng hàm lượng Phosphat và Nitrat.

Khi so sánh với các lưu vực lân cận như suối Nậm La (thành phố Sơn La) hay nghiên cứu trên sông Hương và sông Tiền, mức độ sụt giảm chất lượng nước mặt suối Muội mang tính quy luật điển hình của các con sông đô thị hóa miền núi: thượng lưu trong sạch, trung lưu ô nhiễm nặng và hạ lưu hồi phục nhẹ nhờ quá trình tự làm sạch.

Sự biến thiên này được minh họa trực quan thông qua chuỗi 24 bản đồ nội suy không gian IDW (từ Hình 4.1 đến Hình 4.24 trong luận văn) và 19 biểu đồ diễn biến thông số (Biểu đồ 4.1 đến 4.19). Hệ thống biểu đồ cột và đồ thị đường thể hiện sự tương quan nghịch đảo giữa DO (giảm từ 7,2 mg/L ở M1 xuống dưới 4,5 mg/L ở M6) với sự gia tăng đột biến của BOD5 và Coliform, cung cấp bức tranh dữ liệu đa chiều hỗ trợ công tác dự báo lan truyền chất ô nhiễm.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm phục hồi và bảo vệ chất lượng nước suối Muội bền vững, luận văn đưa ra 4 nhóm giải pháp chiến lược với các chỉ tiêu định lượng và lộ trình thực thi cụ thể:

Thứ nhất, hoàn thiện thể chế quản lý và cơ chế giám sát liên ngành. Ủy ban nhân dân huyện Thuận Châu chủ trì ban hành Quy chế bảo vệ môi trường lưu vực suối Muội trong giai đoạn 2019-2021; bắt buộc 100% các cơ sở kinh doanh dịch vụ, chợ trung tâm và hộ chăn nuôi quy mô lớn ven suối ký cam kết bảo vệ môi trường và lắp đặt hệ thống tách mỡ, lắng sơ bộ.

Thứ hai, triển khai giải pháp kỹ thuật công nghệ và trạm quan trắc tự động. Giao Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Sơn La phê duyệt dự án lắp đặt 02 trạm quan trắc nước mặt tự động liên tục tại vị trí M4 (thượng lưu thị trấn) và M8 (hạ lưu thị trấn) trước năm 2023. Tích hợp dữ liệu quan trắc định kỳ 10 điểm vào nền tảng WebGIS để phát hiện sớm các sự cố môi trường, hướng tới mục tiêu giảm 25% nồng độ chất hữu cơ (BOD5, COD) trong toàn lưu vực.

Thứ ba, đầu tư hạ tầng kỹ thuật xử lý nước thải tập trung. Ủy ban nhân dân tỉnh Sơn La ưu tiên bố trí nguồn vốn đầu tư công giai đoạn 2021-2025 để xây dựng 01 nhà máy xử lý nước thải sinh hoạt tập trung cho thị trấn Thuận Châu với công suất thiết kế 2.500 m3/ngày đêm, áp dụng công nghệ xử lý sinh học hiếu khí kết hợp khử trùng, cắt giảm ít nhất 80% tải lượng Coliform và 75% chất rắn lơ lửng trước khi xả ra suối Muội.

Thứ tư, thúc đẩy giải pháp xã hội hóa và quản trị nước dựa vào cộng đồng. Thành lập mô hình Câu lạc bộ bảo vệ dòng suối tại 28 xã và thị trấn, thu hút sự tham gia tích cực của hơn 30.000 hộ gia đình. Tăng cường các đợt ra quân thu gom rác thải định kỳ 2 lần/tháng, kết hợp tuyên truyền nâng cao nhận thức bảo vệ nguồn nước đạt tỷ lệ trên 90% người dân đồng thuận vào năm 2022.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Công trình nghiên cứu mang giá trị thực tiễn và học thuật sâu sắc, là tài liệu tham khảo đắc lực cho 4 nhóm đối tượng chính sau:

  1. Cơ quan quản lý nhà nước về tài nguyên và môi trường: Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Sơn La, Chi cục Bảo vệ Môi trường và Phòng Tài nguyên và Môi trường huyện Thuận Châu có thể khai thác trực tiếp hệ thống dữ liệu 19 chỉ tiêu quan trắc và 24 bản đồ phân vùng IDW làm căn cứ pháp lý phê duyệt quy hoạch tài nguyên nước, cấp phép xả thải và xây dựng phương án ứng phó sự cố ô nhiễm nguồn nước mặt.

  2. Nhà khoa học, giảng viên và học viên cao học: Các chuyên gia nghiên cứu trong lĩnh vực Khoa học Môi trường, Kỹ thuật Môi trường và Quản lý Đất đai - Nguồn nước tại các viện nghiên cứu, trường đại học có thể kế thừa khung phương pháp luận kết hợp tính toán WQI theo Quyết định 879/QĐ-TCMT và thuật toán nội suy ArcGIS 9.3 để áp dụng cho các tiểu lưu vực miền núi có điều kiện địa hình tương tự.

  3. Doanh nghiệp cấp nước sinh hoạt và đơn vị sản xuất nông - lâm nghiệp: Công ty Cổ phần Cấp nước Sơn La và các ban quản lý nước sạch nông thôn sử dụng kết quả đánh giá để thiết kế quy trình công nghệ xử lý nước thô đạt chuẩn Cột A2, bảo đảm chất lượng cấp nước an toàn cho hơn 133.000 người dân.

  4. Tổ chức phát triển, tổ chức phi chính phủ (NGO) và cộng đồng địa phương: Các tổ chức hoạt động trong lĩnh vực bảo tồn sinh thái và cải thiện vệ sinh nông thôn sử dụng tư liệu khảo sát 30 hộ dân để xây dựng các dự án sinh kế gắn liền với bảo vệ nguồn nước, nhân rộng mô hình giám sát môi trường dựa vào cộng đồng tại vùng Tây Bắc.

Câu hỏi thường gặp

Chất lượng nước suối Muội tại huyện Thuận Châu hiện nay đang ở mức độ nào theo chỉ số WQI? Chất lượng nước suối Muội có sự phân hóa không gian mạnh mẽ. Khu vực thượng nguồn xã Chiềng Pha đạt mức khá tốt với WQI từ 76 đến 88 điểm (phù hợp cấp nước sinh hoạt qua xử lý). Tuy nhiên, khi chảy qua thị trấn Thuận Châu và xã Thôm Mòn, WQI giảm mạnh xuống dưới 50 điểm (mức trung bình và xấu) do tiếp nhận nước thải sinh hoạt đô thị.

Những thông số nào trong nước suối Muội có tỷ lệ vượt chuẩn QCVN 08-MT:2015/BTNMT cao nhất? Các chỉ tiêu ô nhiễm hữu cơ và vi sinh vật vượt quy chuẩn Cột A2 nhiều nhất. Trong đó, BOD5 vượt từ 1,2 đến 1,8 lần (ngưỡng 6 mg/L), COD vượt từ 1,3 đến 2,0 lần (ngưỡng 15 mg/L), Amoni vượt mức 0,3 mg/L tại các điểm M5, M6, M7 và Coliform vượt tới 150% đến 300% mức giới hạn cho phép 2.500 MPN/100mL.

Biến động theo mùa ảnh hưởng như thế nào đến mức độ ô nhiễm của suối Muội? Dòng chảy suối Muội phụ thuộc chặt chẽ vào lượng mưa với 80% tổng dòng chảy tập trung trong 5 tháng mùa lũ. Mùa khô (tháng 3) là thời điểm ô nhiễm hữu cơ và Amoni nghiêm trọng nhất do lưu lượng nước thấp. Ngược lại, mùa mưa giúp pha loãng các chất ô nhiễm hữu cơ từ 35% đến 50%, nhưng lại làm tăng mạnh độ đục và hàm lượng chất rắn lơ lửng (TSS).

Luận văn đã ứng dụng công nghệ nào để mô hình hóa sự phân bố chất ô nhiễm? Nghiên cứu ứng dụng chỉ số WQI theo hướng dẫn của Tổng cục Môi trường kết hợp thuật toán nội suy trọng số nghịch đảo khoảng cách IDW trên phần mềm ArcGIS 9.3. Hệ thống đã xây dựng thành công 24 bản đồ phân bố không gian cho 19 thông số môi trường, giúp nhận diện rõ nét các điểm nóng ô nhiễm dọc theo 30 km chiều dài suối.

Nguồn nước suối Muội có thể khai thác trực tiếp cho ăn uống sinh hoạt của người dân hay không? Tuyệt đối không thể sử dụng trực tiếp nước suối Muội cho mục đích ăn uống mà bắt buộc phải qua hệ thống xử lý nước cấp hiện đại đạt chuẩn Cột A2 theo QCVN 08-MT:2015/BTNMT. Người dân tại 29 xã, thị trấn huyện Thuận Châu cần chấm dứt việc bơm hút nước thô chưa qua lọc tại các đoạn qua khu đông dân cư để phòng ngừa dịch bệnh.

Kết luận

  • Đánh giá toàn diện hiện trạng chất lượng nước mặt suối Muội trên chiều dài 30 km qua mạng lưới 10 trạm quan trắc đại diện và 19 thông số lý hóa, vi sinh đạt chuẩn ISO/IEC 17025:2005.
  • Xác định nguyên nhân ô nhiễm chủ yếu xuất phát từ nước thải sinh hoạt đô thị và hoạt động nông nghiệp, làm suy giảm chỉ số WQI từ mức khá (88 điểm ở đầu nguồn) xuống mức xấu (dưới 50 điểm tại trung tâm thị trấn).
  • Xây dựng thành công hệ thống 24 bản đồ phân bố không gian IDW trên nền tảng ArcGIS 9.3, cung cấp công cụ trực quan hỗ trợ đắc lực cho công tác quản lý và quy hoạch môi trường tỉnh Sơn La.
  • Đề xuất lộ trình giai đoạn 2019-2025 với 4 nhóm giải pháp đột phá, trọng tâm là xây dựng nhà máy xử lý nước thải công suất 2.500 m3/ngày đêm và thiết lập 02 trạm quan trắc tự động liên tục.
  • Kêu gọi các cấp chính quyền, nhà khoa học và hơn 133.000 người dân huyện Thuận Châu cùng chung tay hành động để bảo vệ và phục hồi dòng suối Muội, bảo đảm an ninh nguồn nước bền vững cho tương lai.