MỞ ĐẦU Hải Dƣơng có hệ thống sông ngòi dày đặc, bao gồm 02 hệ thống sông chính đó là: Hệ thống sông Thái Bình, hệ thống sông Bắc Hƣng Hải và các kênh thủy lợi. Nó là nguồn cung cấp nƣớc cho hoạt động sản xuất nông nghiệp, công nghiệp và nƣớc sinh hoạt của ngƣời dân, cũng là nơi tiêu thoát nƣớc của khu vực. Hệ thống sông Thái Bình là hệ thống sông lớn thứ hai của miền Bắc, hợp lƣu của ba con sông: sông Cầu, sông Thƣơng và sông Lục Nam chảy qua địa phận tỉnh Hải Dƣơng và thành phố Hải Phòng. Chiều dài của sông Thái Bình chảy qua tỉnh Hải Dƣơng là 73km với tổng lƣợng nƣớc là 30 - 40 tỷ m3 nƣớc/năm (trong đó nƣớc nhận từ sông Hồng hàng năm lên đến 22,9.106 tấn phù sa qua sông Luộc và sông Đuống).
Hệ thống thủy lợi Bắc Hƣng Hải đƣợc xây dựng từ năm 1958, là một hệ thống kênh, đập, trạm bơm, đê điều nhằm phục vụ việc tƣới tiêu và thoát ứng cho các tỉnh Hƣng Yên, Hải Dƣơng, một phần tỉnh Bắc Ninh và Tp Hà Nội. Nằm giữa các sông Hồng (phía Tây), sông Đuống (phía Bắc), sông Thái Bình (phía Đông), sông Luộc (phía Nam), trong phạm vi các vĩ độ 20030 - 21007 và các kinh độ 105050 - 106036. Tổng chiều dài của hệ thống kênh chính là 200 km, phục vụ tƣới tiêu cho diện tích khoảng 2002,3m2. Trong những năm gần đây, chất lƣợng môi trƣờng tại các hệ thống sông Thái Bình và hệ thống sông thủy lợi Bắc Hƣng Hải đã và đang dần bị suy giảm về chất lƣợng môi trƣờng nƣớc.
Tại nhiều vị trí quan trắc nồng độ Nitơ có xu hƣớng tăng, do các hệ thống sông vừa là nơi cung cấp nƣớc vừa là nơi tiếp nhận nguồn thải từ các hoạt động của con ngƣời, cho nên việc xác định nguồn thải Nitơ chính của lƣu vực chƣa rõ ràng, để có thể đƣa ra các biện pháp giảm thiểu ô nhiễm Nitơ một cách cụ thể nhằm bảo vệ môi trƣờng của khu vực. Phƣơng pháp phân tích dòng chảy vật chất (MFA) dựa trên hai nguyên tắc khoa học cơ bản là phƣơng pháp tiếp cận hệ thống và cân bằng khối lƣợng. Phƣơng pháp này có thể áp dụng cho nhiều ngành khoa học và công nghệ, đặc biệt có thể sử dụng phƣơng pháp này để đánh giá nguồn gốc gây ô nhiễm môi trƣờng nƣớc của hệ thống sông, ngòi bằng cách nghiên cứu các dòng chảy gây ô nhiễm cũng nhƣ các tác nhân gây ô nhiễm trong quá trình biến đổi của môi trƣờng và hoạt động của con ngƣời. 1 Trong đánh giá kết quả quan trắc, việc sử dụng hệ thống thông tin địa lý (GIS), một công cụ máy tính để lập bản đồ và phân tích các sự vật, hiện tƣợng thực hiện trên trái đất sẽ cho phép biểu diễn trực quan phân bố hàm lƣợng chất ô nhiễm tại các điểm lấy mẫu và sơ bộ đánh giá lan truyền chất ô nhiễm.
Bên cạnh đó, chúng ta sử dụng GIS để xác định hiện trạng sử đất, mà có thể kiểm tra lại nguồn phát thải từ mô hình MFA và đối chiếu với kết quả phân tích. Công nghệ GIS kết hợp với các thao tác cơ sở dữ liệu thông thƣờng (nhƣ cấu trúc hỏi đáp) và các phép phân tích thống kê, phân tích địa lý, trong đó phép phân tích địa lý và hình ảnh đƣợc cung cấp duy nhất từ các bản đồ. Những khả năng phân biệt GIS với các hệ thống thông tin khác và khiến cho GIS có phạm vi ứng dụng rộng trong nhiều lĩnh vực khác nhau (phân tích các sự kiện, dự đoán tác động và hoạch định chiến lƣợc). Trong khuôn khổ của Luận văn Thạc sĩ khoa học này, đƣợc sự giúp đỡ của TS Lê Văn Chính và PGS.TS Tạ Thị Thảo, tôi nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu ứng dụng mô hình dòng chảy vật chất (MFA) và hệ thống thông tin địa lý (GIS) đánh giá nguồn phát thải và biến đổi hàm lượng Nitơ trong môi trường nước hệ thống sông Thái Bình khu vực tỉnh Hải Dương”.
Luận văn đã nhận đƣợc sự giúp đỡ về cách tiếp cận, phƣơng pháp, kỹ thuật nghiên cứu và số liệu có đƣợc từ Đề tài nghiên cứu nghiên cứu cơ bản trong khoa học tự nhiên đƣợc Quỹ khoa học cơ và công nghệ Quốc gia tài trợ năm 2013 “Nghiên cứu thiết lập mô hình phân phối thông số GIS để mô phỏng và dự báo dòng chảy, lan truyền các chất ô nhiễm và đề xuất các giải pháp trong qui hoạch và quản lý tổng hợp nguồn nước tại lưu vực sông Cầu”, Mã số 105. Mục đích nghiên cứu của Luận văn: - Phân tích các dạng của hợp chất Nitơ và đánh giá hiện trạng ô nhiễm Nitơ trong môi trƣờng nƣớc thuộc các hệ thống sông khu vực tỉnh Hải Dƣơng - Xây dựng mô hình dòng chảy vật chất (MFA) và ứng dụng mô hình để tìm nguồn gốc phát thải của Nitơ ra môi trƣờng nƣớc mặt. - Ứng dụng hệ thống thông tin địa lý (GIS) để xây dựng mô hình tính tải lƣợng Nitơ trong môi trƣờng nƣớc. - Đƣa ra các kết luận, kiến nghị và các biện pháp giảm thiểu ô nhiễm nhằm bảo vệ nguồn nƣớc mặt của khu vực Hải Dƣơng.
2 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Khái quát về điều kiện tự nhiên, kinh tế, xã hội khu vực nghiên cứu 1.1 Vị trí địa lý Tỉnh Hải Dƣơng nằm trong tọa độ địa lý từ 20036’’ đến 21015’ vĩ độ Bắc và từ 106006’ đến 106036’ độ kinh Đông thuộc đồng bằng sông Hồng, là một trong bẩy tỉnh thành nằm trong vùng kinh tế trọng điểm Bắc Bộ, và tiếp giáp với 6 tỉnh thành là: - Phía Bắc giáp với tỉnh Bắc Ninh và Bắc Giang - Phía Đông Bắc giáp với tỉnh Quảng Ninh - Phía Nam giáp với tỉnh Thái Bình - Phía Đông giáp với Hải Phòng - Phía Tây giáp với tỉnh Hƣng Yên Hiện nay toàn tỉnh có 12 đơn vị hành chính trực thuộc gồm: Thành phố Hải Dƣơng, thị xã Chí Linh và 10 huyện: Nam Sách, Kinh Môn, Kim Thành, Thanh Hà, Ninh Giang, Gia Lộc, Tứ Kỳ, Thanh Miện, Cẩm Giàng và Bình Giang (trong đó thành phố Hải Dƣơng là trung tâm kinh tế - chính trị - văn hóa của cả tỉnh). Với tổng diện tích đất tự nhiên là 1.656 km2, dân số năm 2013 là 1.512 ngƣời, mật độ dân số bình quân là 1.055 ngƣời/km2 [10]. Trên địa bàn tỉnh Hải Dƣơng có hệ thống các tuyến đƣờng giao thông quan trọng bao gồm: quốc lộ 5A nối Hà Nội – Hải Phòng đi qua Hải Dƣơng, quốc lộ 38 nối Hà Nội – Bắc Ninh – Hải Dƣơng – Quảng Ninh, đƣờng sắt nối Hà Nội - Hải Phòng, đƣờng cao tốc Hà Nội – Hải Phòng qua Hải Dƣơng đang xây dựng… và các tuyến đƣờng nội tỉnh khác. Là một tỉnh nằm ở cuối lƣu vực sông Cầu, có mạng lƣới sông ngòi khá dày đặc.
Đây là một lợi thế không nhỏ của tỉnh đối với phát triển công nghiệp, nông ngƣ nghiệp và giao thông vận tải. Nhƣ vậy với vị thế của tỉnh Hải Dƣơng nằm trong khu vực trọng điểm kinh tế phía Bắc, gần các trục đƣờng giao thông liên tỉnh thuận tiện cho tỉnh giao lƣu và phát triển kinh tế - xã hội, đón nhận sự đầu tƣ, chuyển giao khoa học kỹ thuật, mở rộng giao lƣu thƣơng mại với các tỉnh khác trong vùng và trong cả nƣớc, đẩy nhanh tiến trình phát triển công nghiệp hóa – hiện đại hóa của tỉnh Hải Dƣơng nói riêng và 3 hội nhập vào quá trình phát triển năng động của khu vực nói chung.2 Địa hình, địa mạo Địa hình của tỉnh Hải Dƣơng tƣơng đối bằng phẳng, nghiêng và thấp dần từ Tây Bắc xuống Đông Nam, nghiêng theo hƣớng nghiêng của đồng bằng Bắc Bộ. Đặc điểm về địa hình: đƣợc chia thành hai vùng chủ yếu: + Vùng đồi núi: nằm ở phía Bắc tỉnh, chiếm khoảng 10% diện tích tự nhiên gồm 13 xã thuộc thị xã Chí Linh và 10 xã thuộc huyện Kinh Môn, độ cao địa hình dƣới 1000m. Đây là vùng địa hình đƣợc hình thành trên nền địa chất trầm tích trung sinh với hƣớng núi chính chạy theo hƣớng Tây Bắc – Đông Nam.
Cảnh quan và thiên nhiên vùng đồi núi thấp phù hợp với việc phát triển du lịch, khai thác tài nguyên đá vôi và phát triển các loại cây ăn quả, cây lấy gỗ, cây công nghiệp ngắn ngày. + Vùng đồng bằng: chiếm khoảng 90% diện tích tự nhiên, gồm 9 huyện và thành phố Hải Dƣơng, địa hình nghiên dần từ Tây Bắc xuống Đông Nam độ cao trung bình từ 3-4m, phía Đông có vùng trũng xen lẫn vùng đất cao. Đất đai chủ yếu do quá trình bồi đắp phù sa của sông Hồng, sông Thái Bình, nhóm đất này thuận tiện cho việc sản xuất nhiều loại cây có năng suất cao, đất dai bằng phẳng màu mỡ phù hợp với trồng luấ, cây màu và cây công nghiệp ngắn ngày. Địa hình vùng đồng bằng của tỉnh tạo thành các nếp sóng lƣợn nhẹ với 3 tiểu vùng: - Tiểu vùng có địa hình tƣơng đối cao: Bao gồm các huyện: Bình Giang; Cẩm Giàng; Chí Linh; Nam Sách; Gia Lộc; Tp Hải Dƣơng và phía Tây Bắc của Tứ Kỳ.
Đây là vùng đất có cốt trung bình từ 2 - 4 thuộc hệ phù sa sông Thái Bình. - Tiểu vùng có địa hình trung bình: Bao gồm các huyện: Ninh Giang; Thanh Miện. Vùng này có cốt nền từ 1,5 - 2 m, là vùng dễ bị gập úng. - Tiểu vùng có địa hình thấp trũng: Bao gồm các huyện Kim Thành; Thanh Hà và phía Đông Nam của huyện Tứ Kỳ.
Đây là vùng thất trũng có trình ruộng đất từ 1,0 - 1,5m. Đây là vùng chịu ảnh hƣởng của thủy triều và chịu ảnh hƣởng mặn. Nhƣ vậy, vùng nghiên cứu của đề tài bao gồm các huyện: Bình Giang; Cẩm Giàng; Gia Lộc; Tp Hải Dƣơng; Ninh Giang; Thanh Miện và Tứ Kỳ là các vùng có cao trình từ 1,0 - 4m có địa hình cao từ phía Tây Bắc và thấp dần về phía Đông Nam.3 Đặc điểm về khí tượng – thủy văn 1. Điều kiện khí tượng Khí hậu tỉnh Hải Dƣơng mang đặc trƣng khí hậu của miền Bắc Việt Nam, đó là khí hậu nhiệt đới gió mùa, gồm hai mùa chính là mùa mƣa (mùa hè) và mùa khô (mùa đông), và hai mùa chuyển tiếp là mùa xuân và mùa thu.
Các số liệu và bảng dẫn chứng về điều kiện khí tƣợng thủy văn (nhiệt độ, lƣợng mƣa, độ ẩm, chế độ gió, bão lũ lụt) đƣợc tham khảo từ nguồn Niên giám thống kê tỉnh Hải Dương năm 2013 – Cục thống kê Hải Dương năm 2014. + Nhiệt độ Nhiệt độ trung bình năm trên địa bàn tỉnh Hải Dƣơng từ năm 2009 đến năm 2013 dao động từ 23,00C đến 24,70C.
