Nghiên Cứu Tác Động Của Biến Đổi Sử Dụng Đất Đến Quản Lý Và Sử Dụng Bền Vững Tài Nguyên Nước

Luận án tiến sĩ môi trường nghiên cứu môi trường nghiên cứu tác động của biến đổi sử dụng đất đến quản lý và sử dụng bền vững tài nguyên, phân tích chuyên sâu, xây dựng mô hình lý

• Tác giả: Nguyễn Văn Hiểu
• Người hướng dẫn: TS. Võ Thanh Sơn
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Môi trường
• Đề tài: Nghiên Cứu Tác Động Biến Đổi Sử Dụng Đất Đến Quản Lý Tài Nguyên Nước
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
• DANH MỤC CÁC BẢNG
• DANH MỤC CÁC HÌNH
• MỞ ĐẦU
• 0.1. Tính cấp thiết của đề tài
• 0.2. Mục tiêu nghiên cứu của luận án
• 0.3. Câu hỏi nghiên cứu và luận điểm bảo vệ
• 0.3.1. Câu hỏi nghiên cứu
• 0.3.2. Luận điểm bảo vệ
• 0.4. Các đóng góp mới của luận án
• 0.5. Giá trị khoa học và thực tiễn của luận án
• 0.5.1. Giá trị khoa học
• 0.5.2. Giá trị thực tiễn
• 0.6. Kết cấu của luận án
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
• 1.1. Một số khái niệm có liên quan đến sử dụng đất và tài nguyên nước
• 1.1.1. Các khái niệm và thuật ngữ có liên quan đến sử dụng đất
• 1.1.2. Các khái niệm và thuật ngữ có liên quan đến tài nguyên nước
• 1.1.3. Các khái niệm về quản lý tài nguyên nước
• 1.1.3.1. Quản lý và sử dụng bền vững tài nguyên nước
• 1.1.3.2. Quản lý tổng hợp tài nguyên nước
• 1.1.3.3. Quản lý tổng hợp lưu vực sông
• 1.2. Tổng quan các vấn đề nghiên cứu
• 1.2.1. Các nghiên cứu về sử dụng đất và biến đổi sử dụng đất
• 1.2.1.1. Các nghiên cứu ở nước ngoài
• 1.2.1.2. Các nghiên cứu ở Việt Nam
• 1.2.2. Các nghiên cứu về sử dụng đất có liên quan đến nhu cầu nước
• 1.2.2.1. Các nghiên cứu ở nước ngoài
• 1.2.2.2. Các nghiên cứu ở Việt Nam
• 1.2.3. Các nghiên cứu về sử dụng đất liên quan tới tải lượng môi trường nước
• 1.2.3.1. Các nghiên cứu trên thế giới
• 1.2.3.2. Các nghiên cứu ở Việt Nam
• 1.2.4. Tổng quan về quản lý tổng hợp tài nguyên nước ở lưu vực sông và công cụ quản lý
• 1.2.4.1. Các nghiên cứu trên thế giới
• 1.2.4.2. Các nghiên cứu ở Việt Nam
• 1.2.5. Một số công trình nghiên cứu đã thực hiện trên lưu vực sông Công
• 1.3. Kết luận chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: ĐỊA ĐIỂM, ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Địa điểm, đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 2.1.1. Khái quát chung về địa điểm nghiên cứu
• 2.1.2. Đối tượng nghiên cứu
• 2.1.3. Phạm vi nghiên cứu
• 2.2. Nội dung nghiên cứu
• 2.3. Cách tiếp cận nghiên cứu
• 2.3.1. Tiếp cận phát triển bền vững
• 2.3.2. Tiếp cận hệ thống
• 2.3.3. Tiếp cận liên ngành
• 2.4. Khung nghiên cứu
• 2.5. Phương pháp nghiên cứu
• 2.5.1. Phương pháp thu thập dữ liệu
• 2.5.1.1. Kế thừa dữ liệu
• 2.5.1.2. Khảo sát thực địa
• 2.5.2. Phương pháp hệ thống thông tin địa lý (GIS)
• 2.5.2.1. Xác định ranh giới lưu vực sông Công
• 2.5.2.2. Phân tích không gian đánh giá biến đổi sử dụng đất
• 2.5.2.3. Trình bày bản đồ nhu cầu nước và tải lượng ô nhiễm
• 2.5.3. Phương pháp tính nhu cầu sử dụng nước
• 2.5.4. Phương pháp tính tải lượng ô nhiễm môi trường
• 2.5.5. Phương pháp thống kê
• 2.5.6. Phương pháp xây dựng hệ thống thông tin quản lý tài nguyên đất và nước của lưu vực sông Công
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Đánh giá thực trạng biến đổi sử dụng đất trên lưu vực sông Công
• 3.1.1. Hiện trạng và phân loại hệ thống sử dụng đất
• 3.1.2. Thực trạng biến đổi sử dụng đất theo các nhóm
• 3.1.3. Thực trạng biến đổi sử dụng đất trồng lúa
• 3.1.4. Thực trạng biến đổi sử dụng đất trồng cây hàng năm khác
• 3.1.5. Thực trạng biến đổi sử dụng đất trồng cây lâu năm
• 3.1.6. Thực trạng biến đổi sử dụng đất ở
• 3.1.7. Thực trạng biến đổi sử dụng đất dịch vụ, công cộng
• 3.1.8. Thực trạng biến đổi sử dụng đất sản xuất công nghiệp
• 3.1.9. Đặc điểm và xu thế biến đổi các loại hình sử dụng đất
• 3.2. Đánh giá tác động của biến đổi sử dụng đất đến nhu cầu sử dụng nước trên lưu vực sông Công
• 3.2.1. Mối quan hệ giữa loại hình sử dụng đất và nhu cầu sử dụng nước
• 3.2.2. Đánh giá nhu cầu sử dụng nước theo các loại hình sử dụng đất
• 3.2.2.1. Nhu cầu sử dụng nước cho đất trồng lúa
• 3.2.2.2. Nhu cầu sử dụng nước cho đất trồng cây hàng năm khác
• 3.2.2.3. Nhu cầu sử dụng nước cho đất trồng cây lâu năm
• 3.2.2.4. Nhu cầu sử dụng nước cho đất ở
• 3.2.2.5. Nhu cầu sử dụng nước cho đất dịch vụ, công cộng
• 3.2.2.6. Nhu cầu sử dụng nước cho đất sản xuất công nghiệp
• 3.2.3. Đặc điểm và xu thế thay đổi nhu cầu sử dụng nước
• 3.3. Đánh giá tác động của biến đổi sử dụng đất đến tải lượng ô nhiễm môi trường nước trên lưu vực sông Công
• 3.3.1. Loại hình sử dụng đất và tải lượng môi trường
• 3.3.2. Đánh giá tải lượng ô nhiễm trên các loại hình sử dụng đất
• 3.3.2.1. Tải lượng ô nhiễm trên đất trồng lúa
• 3.3.2.2. Tải lượng ô nhiễm trên đất trồng cây hàng năm khác
• 3.3.2.3. Tải lượng ô nhiễm trên đất trồng cây lâu năm
• 3.3.2.4. Tải lượng ô nhiễm trên đất ở
• 3.3.2.5. Tải lượng ô nhiễm trên đất dịch vụ, công cộng
• 3.3.2.6. Tải lượng ô nhiễm trên đất sản xuất công nghiệp
• 3.3.3. Đặc điểm và xu thế thay đổi tải lượng môi trường trên lưu vực
• 3.4. Đánh giá thực trạng quản lý tài nguyên nước ở lưu vực sông Công
• 3.4.1. Thực trạng tài nguyên nước lưu vực sông Công
• 3.4.1.1. Thực trạng số lượng nước
• 3.4.1.2. Thực trạng môi trường nước
• 3.4.2. Các công cụ quản lý tài nguyên nước ở lưu vực sông Công
• 3.4.2.1. Công cụ thể chế
• 3.4.2.2. Công cụ kinh tế
• 3.4.2.3. Công cụ kỹ thuật
• 3.4.3. Thách thức trong quản lý tài nguyên nước trên lưu vực sông Công
• 3.4.3.1. Phân bổ sử dụng nước
• 3.4.3.2. Đảm bảo chất lượng môi trường nước
• 3.4.3.3. Tổ chức thực hiện
• 3.5. Đề xuất công cụ quản lý tổng hợp tài nguyên đất và nước lưu vực sông Công
• 3.5.1. Hệ thống cơ sở dữ liệu quản lý tổng hợp tài nguyên đất và nước
• 3.5.2. Hệ thống phần mềm quản lý tổng hợp tài nguyên đất và nước
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ
• appendix.1. LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Nghiên Cứu Biến Đổi Sử Dụng Đất và Tài Nguyên Nước

Đất đai là tài nguyên quốc gia quý giá, tư liệu sản xuất đặc biệt và thành phần quan trọng của môi trường sống. Quá trình phát triển kinh tế - xã hội thúc đẩy khai thác tài nguyên đất đai cho nhiều mục đích sử dụng, dẫn đến biến đổi sử dụng đất theo không gian và thời gian. Biến đổi sử dụng đất mang lại lợi ích kinh tế và xã hội, nhưng đồng thời tác động tiêu cực đến tài nguyên và môi trường. Tại Việt Nam, chuyển dịch cơ cấu kinh tế đã thúc đẩy biến đổi sử dụng đất ở nhiều địa phương, bao gồm cả tỉnh Thái Nguyên. Quy hoạch tổng thể phát triển kinh tế - xã hội tỉnh Thái Nguyên đến năm 2020 định hướng tăng trưởng GDP, thúc đẩy quá trình này. Tuy nhiên, hệ quả của biến đổi sử dụng đất đang tác động đến tài nguyên nước của sông Công và hồ Núi Cốc cả về số lượng và chất lượng. Do đó, cần nghiên cứu tác động biến đổi sử dụng đất đến quản lý tài nguyên nước để đảm bảo phát triển bền vững.

1.1. Tầm Quan Trọng Của Quản Lý Tài Nguyên Nước Bền Vững

Sông Công và hồ Núi Cốc là nguồn nước ngọt quan trọng của tỉnh Thái Nguyên, cung cấp nước cho nhiều hoạt động sản xuất và sinh hoạt. Việc quản lý tài nguyên nước bền vững là cần thiết để đảm bảo nguồn cung cho các hoạt động này. Các chương trình quy hoạch và phân bổ sử dụng nước đã được triển khai, tuy nhiên vẫn còn nhiều khó khăn do nhu cầu sử dụng nước ngày càng tăng và tác động tiêu cực đến chất lượng nước.

1.2. Tính Cấp Thiết Của Nghiên Cứu Về Tác Động Biến Đổi Sử Dụng Đất

Thực tế hiện nay cho thấy công tác quản lý tài nguyên nước trên lưu vực sông Công gặp nhiều khó khăn. Nghiên cứu về tác động của biến đổi sử dụng đất là cần thiết để cung cấp cơ sở khoa học cho việc quản lý và sử dụng bền vững tài nguyên nước ở giai đoạn hiện tại và tương lai. Mục tiêu là làm rõ cơ sở khoa học và thực tiễn, đề xuất công cụ hỗ trợ quản lý tài nguyên nước theo hướng phát triển bền vững.

II. Vấn Đề Nghiên Cứu Thách Thức Quản Lý Tài Nguyên Nước Hiện Nay

Nghiên cứu này tập trung vào làm rõ các vấn đề sau: Thứ nhất, thực trạng và xu hướng biến đổi sử dụng đất trên lưu vực sông Công diễn ra như thế nào? Thứ hai, biến đổi sử dụng đất có tác động như thế nào đến nhu cầu sử dụng nước và tải lượng các chất gây ô nhiễm môi trường nước? Thứ ba, thực trạng công tác quản lý tài nguyên nước trên lưu vực sông Công đã và đang được tổ chức thực hiện như thế nào? Cuối cùng, công cụ nào có thể giúp quản lý và sử dụng bền vững tài nguyên đất và tài nguyên nước ở lưu vực sông Công? Luận điểm bảo vệ chính là biến đổi sử dụng đất làm thay đổi nhu cầu sử dụng nước và tải lượng ô nhiễm, ảnh hưởng đến quản lý tài nguyên nước.

2.1. Biến Đổi Sử Dụng Đất Ảnh Hưởng Đến Nhu Cầu Nước Ra Sao

Việc thay đổi mục đích sử dụng đất, ví dụ như chuyển từ đất nông nghiệp sang đất công nghiệp hoặc đô thị, sẽ làm thay đổi đáng kể lượng nước cần thiết cho các hoạt động khác nhau. Nghiên cứu này cần định lượng mức độ ảnh hưởng của sự chuyển đổi này.

2.2. Tác Động Của Sử Dụng Đất Đến Chất Lượng Môi Trường Nước

Các loại hình sử dụng đất khác nhau có thể thải ra các chất ô nhiễm khác nhau vào nguồn nước. Đất nông nghiệp có thể gây ô nhiễm do phân bón và thuốc trừ sâu, trong khi đất công nghiệp có thể thải ra các chất độc hại. Nghiên cứu này cần xác định các nguồn ô nhiễm chính và đánh giá mức độ ô nhiễm.

2.3. Đánh Giá Thực Trạng Quản Lý Tài Nguyên Nước Hiện Tại

Phân tích các chính sách, quy định và hoạt động quản lý tài nguyên nước hiện tại trên lưu vực sông Công. Đánh giá hiệu quả của các biện pháp này và xác định những điểm yếu cần cải thiện.

III. Phương Pháp Phân Tích GIS và Mô Hình Hóa Tác Động

Luận án đóng góp mới bằng cách làm rõ tác động của biến đổi sử dụng đất đến tài nguyên nước, cụ thể là nhu cầu sử dụng nước và tải lượng ô nhiễm. Hệ thống thông tin quản lý tổng hợp tài nguyên đất và nước được đề xuất là công cụ kỹ thuật hữu ích cho các nhà quản lý, doanh nghiệp và người dân trong quy hoạch, sử dụng đất, quản lý tài nguyên nước và bảo vệ môi trường. Giá trị khoa học nằm ở việc sử dụng phân tích không gian để đưa ra ma trận biến đổi sử dụng đất tổng quát, phương pháp tính toán nhanh về nhu cầu sử dụng nước và tải lượng ô nhiễm. Đồng thời, luận án khai thác thế mạnh của GIS trong xây dựng hệ thống thông tin quản lý tổng hợp.

3.1. Ứng Dụng GIS Trong Đánh Giá Biến Đổi Sử Dụng Đất

Sử dụng GIS (Hệ thống thông tin địa lý) và dữ liệu viễn thám để phân tích sự thay đổi trong các loại hình sử dụng đất theo thời gian. Xác định các khu vực có sự biến đổi sử dụng đất lớn nhất và đánh giá tác động của chúng đến tài nguyên nước.

3.2. Mô Hình Hóa Tác Động Của Sử Dụng Đất Đến Thủy Văn

Áp dụng các mô hình thủy văn để đánh giá ảnh hưởng của các loại hình sử dụng đất khác nhau đến lượng nước chảy tràn, thấm và bốc hơi. Dự báo những thay đổi về nguồn nước do biến đổi sử dụng đất gây ra.

3.3. Phương Pháp Tính Toán Nhu Cầu Nước và Tải Lượng Ô Nhiễm

Sử dụng các phương pháp tính toán nhanh để ước tính nhu cầu sử dụng nước và tải lượng ô nhiễm từ các loại hình sử dụng đất khác nhau. Phương pháp này giúp đánh giá nhanh tác động của sự thay đổi sử dụng đất đối với nguồn nước.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Quản Lý Tài Nguyên Nước Lưu Vực Sông Công

Giá trị thực tiễn của luận án là đánh giá diễn biến và xu thế biến đổi sử dụng đất trên lưu vực sông Công, cung cấp tài liệu cho các nhà quản lý đất đai trong quy hoạch sử dụng đất. Đánh giá nhanh nhu cầu sử dụng nước và tải lượng ô nhiễm làm cơ sở cho kế hoạch phân bổ sử dụng nước và bảo vệ môi trường nước. Kết quả đánh giá thực trạng quản lý tài nguyên nước là tài liệu tham khảo cho các cơ quan quản lý và đơn vị sử dụng tài nguyên nước. Hệ thống thông tin quản lý tổng hợp tài nguyên đất và nước sẽ là công cụ tham khảo cho quản lý và quy hoạch sử dụng đất, sử dụng nước và giám sát chất lượng môi trường nước.

4.1. Xây Dựng Hệ Thống Thông Tin Quản Lý Tài Nguyên Đất và Nước

Thiết kế và xây dựng một hệ thống thông tin quản lý tổng hợp tài nguyên đất và nước, sử dụng GIS mã nguồn mở. Hệ thống này sẽ cung cấp thông tin về sử dụng đất, nhu cầu nước, tải lượng ô nhiễm và các thông tin liên quan khác để hỗ trợ quản lý tài nguyên nước.

4.2. Đề Xuất Giải Pháp Quản Lý Tổng Hợp Lưu Vực Sông Công

Đề xuất các giải pháp quản lý tổng hợp lưu vực sông Công dựa trên kết quả nghiên cứu. Các giải pháp này bao gồm các biện pháp quy hoạch sử dụng đất, kiểm soát ô nhiễm, tiết kiệm nước và tăng cường hợp tác giữa các bên liên quan.

4.3. Khuyến Nghị Chính Sách Về Sử Dụng Đất và Tài Nguyên Nước

Đưa ra các khuyến nghị chính sách nhằm cải thiện quản lý sử dụng đất và tài nguyên nước trên lưu vực sông Công. Các khuyến nghị này có thể bao gồm việc điều chỉnh quy hoạch sử dụng đất, tăng cường kiểm soát ô nhiễm và thúc đẩy sử dụng nước hiệu quả.

V. Kết Quả Nghiên Cứu Tác Động Biến Đổi đến Tài Nguyên Nước

Kết quả nghiên cứu cho thấy biến đổi sử dụng đất có tác động đáng kể đến nhu cầu sử dụng nước, chất lượng tài nguyên nước và quản lý lưu vực sông. Cụ thể, việc chuyển đổi đất nông nghiệp sang đất công nghiệp và đô thị làm tăng nhu cầu sử dụng nước, đồng thời gia tăng tải lượng ô nhiễm do nước thải công nghiệp và sinh hoạt. Kết quả phân tích thực trạng quản lý tài nguyên nước cho thấy còn nhiều hạn chế trong việc điều phối sử dụng nước giữa các ngành, kiểm soát ô nhiễm và thực thi chính sách.

5.1. Phân Tích Diễn Biến Sử Dụng Đất Giai Đoạn 2010 2020

Sử dụng dữ liệu viễn thám và thống kê để phân tích sự thay đổi diện tích các loại hình sử dụng đất trên lưu vực sông Công trong giai đoạn 2010-2020. Xác định các khu vực có sự thay đổi lớn nhất và các yếu tố thúc đẩy sự thay đổi này.

5.2. Đánh Giá Ảnh Hưởng Đến Nhu Cầu Sử Dụng Nước

Tính toán nhu cầu sử dụng nước cho từng loại hình sử dụng đất dựa trên các hệ số sử dụng nước khác nhau. Ước tính tổng nhu cầu sử dụng nước trên lưu vực sông Công và so sánh với khả năng cung cấp nước.

5.3. Phân Tích Tải Lượng Ô Nhiễm Từ Các Nguồn

Xác định các nguồn ô nhiễm chính trên lưu vực sông Công, bao gồm nước thải công nghiệp, sinh hoạt và nông nghiệp. Ước tính tải lượng các chất ô nhiễm (BOD, COD, TSS, N, P) từ từng nguồn và đánh giá tác động đến chất lượng nước.

VI. Kết Luận và Tương Lai Quản Lý Bền Vững Tài Nguyên Nước

Nghiên cứu này góp phần làm sáng tỏ mối liên hệ giữa biến đổi sử dụng đất và quản lý tài nguyên nước, đồng thời đề xuất các giải pháp và công cụ hỗ trợ quyết định. Để quản lý bền vững tài nguyên nước lưu vực sông Công, cần có sự phối hợp chặt chẽ giữa các ngành và địa phương, áp dụng các công cụ quản lý tổng hợp, tăng cường kiểm soát ô nhiễm và thúc đẩy sử dụng nước hiệu quả. Các nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào xây dựng các mô hình dự báo và quy hoạch sử dụng đất tích hợp yếu tố tài nguyên nước.

6.1. Tóm Tắt Kết Quả Nghiên Cứu Chính

Nhấn mạnh những phát hiện quan trọng nhất của nghiên cứu, bao gồm tác động của biến đổi sử dụng đất đến nhu cầu nước, chất lượng nước và các thách thức trong quản lý tài nguyên nước.

6.2. Đề Xuất Các Bước Tiếp Theo Trong Quản Lý Tài Nguyên Nước

Đề xuất các hành động cụ thể mà các cơ quan quản lý tài nguyên nước cần thực hiện để cải thiện tình hình quản lý tài nguyên nước trên lưu vực sông Công. Các hành động này có thể bao gồm việc xây dựng kế hoạch quản lý lưu vực sông, tăng cường giám sát chất lượng nước và thực hiện các biện pháp kiểm soát ô nhiễm.

6.3. Hướng Nghiên Cứu Mở Rộng Trong Tương Lai

Gợi ý các hướng nghiên cứu tiếp theo có thể được thực hiện để hiểu rõ hơn về mối quan hệ giữa sử dụng đất và tài nguyên nước. Các nghiên cứu này có thể bao gồm việc xây dựng các mô hình dự báo và quy hoạch sử dụng đất tích hợp yếu tố tài nguyên nước.

Nội dung chính

Tổng quan luận án

Tài nguyên đất đai và tài nguyên nước là hai thành phần môi trường gắn kết mật thiết trong quá trình phát triển kinh tế - xã hội. Tại tỉnh Thái Nguyên, thực hiện Quy hoạch tổng thể phát triển kinh tế - xã hội đến năm 2020 đã được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt ngày 04 tháng 05 năm 2007, cơ cấu kinh tế dịch chuyển mạnh mẽ theo hướng giảm tỷ trọng nông lâm nghiệp và thủy sản (xuống còn 9 - 10%), tăng tỷ trọng công nghiệp (đạt 47 - 48%) và dịch vụ - xây dựng (đạt 42 - 43%). Sự chuyển dịch này thúc đẩy quá trình biến đổi sử dụng đất diễn ra nhanh chóng, đặc biệt trên lưu vực sông Công — nơi phân bố các cơ sở sản xuất nông lâm nghiệp, công nghiệp, dịch vụ và khu vực du lịch trọng điểm của tỉnh. Sông Công và hồ Núi Cốc đóng vai trò là nguồn cấp nước ngọt phục vụ hoạt động sản xuất, sinh hoạt và du lịch cho các địa phương trong và ngoài lưu vực. Quá trình chuyển đổi đất đai đã tác động trực tiếp đến tài nguyên nước cả về trữ lượng và chất lượng, gây khó khăn cho công tác phân bổ nguồn nước và bảo vệ môi trường nước. Trước thực tế đó, nghiên cứu sinh Nguyễn Văn Hiểu đã thực hiện luận án tiến sĩ với đề tài: "Nghiên cứu tác động của biến đổi sử dụng đất đến quản lý và sử dụng bền vững tài nguyên nước lưu vực sông Công" thuộc chuyên ngành Môi trường trong phát triển bền vững tại Viện Tài nguyên và Môi trường, Đại học Quốc gia Hà Nội, dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS. Phạm Văn Cự và TS. Võ Thanh Sơn.

Mục tiêu nghiên cứu của luận án là làm rõ cơ sở khoa học, cơ sở thực tiễn tác động của biến đổi sử dụng đất đến nhu cầu sử dụng nước và tải lượng các chất gây ô nhiễm môi trường nước; trên cơ sở đó đề xuất công cụ hỗ trợ trong công tác quản lý tài nguyên nước theo định hướng phát triển bền vững trên lưu vực sông Công của tỉnh Thái Nguyên.

Văn bản luận án xác định hệ thống câu hỏi nghiên cứu gồm năm nội dung:

1. Thực trạng và xu hướng biến đổi sử dụng đất trên lưu vực sông Công diễn ra như thế nào?
2. Biến đổi sử dụng đất có tác động như thế nào đến nhu cầu sử dụng nước ở lưu vực sông Công?
3. Biến đổi sử dụng đất có tác động như thế nào đến tải lượng các chất gây ô nhiễm môi trường nước ở lưu vực sông Công?
4. Thực trạng công tác quản lý tài nguyên nước trên lưu vực sông Công đã và đang được tổ chức thực hiện như thế nào?
5. Công cụ nào để có thể quản lý và sử dụng bền vững được tài nguyên đất và tài nguyên nước ở lưu vực sông Công?

Luận điểm bảo vệ của tác giả gồm hai mệnh đề chính:

• Thứ nhất: Biến đổi sử dụng đất làm thay đổi nhu cầu sử dụng nước và làm thay đổi tải lượng các chất gây ô nhiễm môi trường nước; do đó, biến đổi sử dụng đất tác động trực tiếp đến công tác quản lý và sử dụng bền vững tài nguyên nước trên lưu vực sông Công.
• Thứ hai: Để quản lý và sử dụng bền vững tài nguyên nước ở lưu vực sông Công, việc xây dựng một hệ thống thông tin quản lý tổng hợp tài nguyên đất và nước là cần thiết.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

• Đối tượng nghiên cứu: Tác động của biến đổi sử dụng đất đến nhu cầu sử dụng nước và tải lượng các chất gây ô nhiễm môi trường nước trên lưu vực sông Công.
• Phạm vi không gian: Ranh giới tự nhiên của lưu vực sông Công thuộc địa bàn tỉnh Thái Nguyên, bao gồm khu vực thượng lưu, hồ Núi Cốc và hạ lưu, trải dài qua các huyện, thành phố, thị xã liên quan.
• Phạm vi thời gian: Đánh giá thực trạng biến đổi giai đoạn 2010 - 2015, tính toán dự báo cho giai đoạn 2015 - 2020 và định hướng quy hoạch đến năm 2030.
• Phạm vi nội dung: Tập trung khảo sát 6 loại hình sử dụng đất chính phản ánh hoạt động nhân sinh trên lưu vực, bao gồm: đất trồng lúa, đất trồng cây hàng năm khác, đất trồng cây lâu năm, đất ở (nông thôn và đô thị), đất dịch vụ - công cộng, và đất sản xuất công nghiệp.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Tổng quan tài liệu trong luận án được xây dựng toàn diện qua bốn nhóm vấn đề nghiên cứu chính:

Thứ nhất, các nghiên cứu về biến đổi sử dụng đất: Trên thế giới, các tác giả ban đầu nhận diện biến động đất đai qua viễn thám và hệ thống thông tin địa lý (GIS), sau đó phát triển theo hướng phân tích nguyên nhân và động lực. Fu và Ye (2006) chỉ ra biến đổi khí hậu và hoạt động con người là hai nhân tố chính chi phối biến động đất đai toàn cầu. Ye và Feng xác định mối tương quan chặt chẽ giữa độ cao và độ dốc với thay đổi sử dụng đất; Kim chỉ ra địa hình là yếu tố quyết định chuyển đổi đất nông nghiệp và mở rộng rừng trồng. Nghiên cứu tại Lào ghi nhận tác động của chính sách chính phủ đến biến đổi đất canh tác. Mohanty phân tích tốc độ đô thị hóa nhanh tại Ấn Độ chi phối biến đổi đất đai vùng ven đô. Về mặt mô hình hóa, các tác giả quốc tế ứng dụng mô hình tế bào tự động autocell (Wu và Webster, Clarke và cộng sự), phân tích thống kê không gian (Wang, Quasim, Nguyen, Muller và Munroe), và mô hình đa tác tử (Agent-based model) trên các môi trường Netlogo, Cormas, GAMA. Tác giả tổng kết ba phương pháp đánh giá biến đổi đất: (1) So sánh bản đồ hiện trạng sử dụng đất từ đo đạc thực địa; (2) Phân tích tư liệu viễn thám qua xử lý trước phân loại (PCA, NDVI, CVA) hoặc sau phân loại (ma trận chéo); (3) So sánh số liệu thống kê diện tích hàng năm. Tại Việt Nam, Nguyễn Đình Dương ứng dụng thuật toán GASC phân tích ảnh viễn thám đa cực; Ngô Thế Ân ứng dụng mô hình tác tố đánh giá phản hồi chính sách; các nghiên cứu khác áp dụng mô hình hồi quy logistic phân tích biến động rừng Hòa Bình giai đoạn 1994 - 2013, phân tích nhân tố kết hợp GIS của Nguyễn Cao Huần, đánh giá suy thoái đất của Hội Khoa học Đất Việt Nam, Nguyễn Đình Bồng, Phạm Văn Cự, và nghiên cứu chuyển đổi đất lúa sang nuôi tôm tại Đồng bằng sông Cửu Long của Lê Quang Trí và cộng sự.

Thứ hai, các nghiên cứu về biến đổi sử dụng đất liên quan đến nhu cầu nước: Các công trình quốc tế nhấn mạnh biến đổi đất đai tác động đến chu trình thủy văn, thoát hơi nước và bốc hơi mặt đất. Andrew C. Worthington, Arbues, Hoffmann và cộng sự nghiên cứu nhu cầu nước sinh hoạt và độ co giãn theo giá; FAO, WHO, UNEP, JICA xác lập các định mức dùng nước. Tại Việt Nam, nhiều nghiên cứu ứng dụng các mô hình thủy văn để tính toán cân bằng nước lưu vực: Lê Đức Thường và Huỳnh Thị Lan Hương ứng dụng mô hình NAM, CROPWAT, MIKE BASIN cho lưu vực sông Ba; mô hình MIKE BASIN tính cân bằng nước lưu vực sông Cái Phan Rang; mô hình NAM, MIKE BASIN và MIKE-11 tính toán cân bằng nước lưu vực sông Đồng Nai trong bối cảnh biến đổi khí hậu.

Thứ ba, các nghiên cứu về biến đổi sử dụng đất liên quan đến tải lượng môi trường nước: Các nghiên cứu quốc tế tại Ohio (Mỹ), Coweeta Creek (Bolstad và Swank, 1997) và sông Little Miami (Tong, 1990) chứng minh dòng chảy tràn từ đất đô thị và đất nông nghiệp là nguyên nhân chính gây ô nhiễm nguồn không điểm. Về phương pháp định lượng, bốn phương pháp tính tải lượng được tổng kết gồm: phương pháp hệ số phát thải (đơn vị gốc), phương pháp theo diện tích, đo đạc thực tế, và quy định kinh nghiệm. Tại Việt Nam, phương pháp đánh giá nhanh tải lượng ô nhiễm hữu cơ (BOD, COD, N, P, TSS) được ứng dụng tại đầm Thị Nại, sông Thị Tính, vịnh Đà Nẵng, sông Nhuệ - Đáy, và lưu vực sông Bé.

Thứ tư, nghiên cứu về quản lý tổng hợp tài nguyên nước và công cụ quản lý: Kể từ Hội nghị Dublin và Rio de Janeiro (1992), quản lý tổng hợp tài nguyên nước (IWRM) lấy lưu vực sông làm đơn vị quản lý đã trở thành nguyên tắc quốc tế. Loucks (1994), Chaves và Alipaz (2006) phát triển Chỉ số bền vững (Sustainability Index); Cai và cộng sự (2002) ứng dụng mô hình GA-LP trên sông Syr Darya; Ủy hội sông Mêkông (MRC) triển khai Kế hoạch phát triển lưu vực BDP 2; JICA xây dựng Hệ thống kiểm soát tổng tải lượng ô nhiễm (TPLCS). Bùi Công Quang tổng kết kinh nghiệm quản lý nước nông nghiệp tại các nước OECD như Canada và Pháp. Về công cụ kỹ thuật, hệ thống hỗ trợ ra quyết định (DSS) dần thay thế hệ thống quản lý thông tin truyền thống (MIS).

Khoảng trống nghiên cứu được luận án giải quyết: Phần lớn các công trình nghiên cứu trước đây đánh giá biến đổi sử dụng đất và tài nguyên nước một cách riêng rẽ, hoặc chỉ tính toán nhu cầu nước cho từng ngành kinh tế đơn lẻ mà chưa đặt các hoạt động này hoàn toàn trên quan điểm sử dụng đất. Mặt khác, các nghiên cứu tính tải lượng ô nhiễm thường tiến hành tại các điểm cục bộ hoặc chưa tích hợp được không gian biến đổi đất với biến động tải lượng trên toàn lưu vực. Luận án lựa chọn giải quyết khoảng trống này bằng cách: tiếp cận đồng thời nhu cầu nước và tải lượng ô nhiễm hoàn toàn dựa trên sự chuyển đổi các lớp sử dụng đất, áp dụng phương pháp đánh giá nhanh kết hợp GIS vector để định lượng tương quan không gian - thời gian, và chuyển giao kết quả thành một hệ thống thông tin quản lý tổng hợp tài nguyên đất và nước trên lưu vực sông Công.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Luận án dựa trên hệ thống cơ sở lý thuyết và khái niệm chuyên ngành:

• Khái niệm về tài nguyên đất, sử dụng đất (LU), biến đổi sử dụng đất (LUC) và quản lý đất đai bền vững (SLM) theo định nghĩa của FAO và UNEP. Phân loại đất đai tại Việt Nam tuân thủ Luật Đất đai năm 2013, phân chia thành ba nhóm chính: nhóm đất nông nghiệp, nhóm đất phi nông nghiệp và nhóm đất chưa sử dụng.
• Khái niệm về tài nguyên nước, chất lượng nước, ô nhiễm nước và các thông số chất lượng (BOD, COD, TOC, TSS, Nitơ, Phốt pho). Hệ thống thuật ngữ ô nhiễm nguồn nước gồm: tải ô nhiễm, nguồn phát thải, tải lượng ô nhiễm, tải lượng phát thải, tải lượng tiếp nhận và hiện tượng phú dưỡng.
• Quản lý và sử dụng bền vững tài nguyên nước dựa trên việc cân bằng ba trụ cột: hiệu quả kinh tế, công bằng xã hội và bền vững môi trường. Quản lý tổng hợp tài nguyên nước (IWRM) theo Chương trình nghị sự 21 và GWP-2000, xem xét đồng thời hệ tự nhiên và hệ con người. Quản lý tổng hợp lưu vực sông theo Luật Tài nguyên nước năm 2013 và quan điểm của J.Buston, nhấn mạnh việc quản lý thống nhất giữa đất và nước theo ranh giới đường chia nước tự nhiên.

Cách tiếp cận nghiên cứu: Tác giả kết hợp ba cách tiếp cận: tiếp cận phát triển bền vững, tiếp cận hệ thống và tiếp cận liên ngành (kết hợp khoa học môi trường, khoa học đất, thủy văn học và công nghệ thông tin địa lý).

Hệ thống phương pháp nghiên cứu cụ thể:

1. Phương pháp thu thập và kế thừa dữ liệu: Kế thừa bản đồ hiện trạng sử dụng đất các năm 2010, 2015, bản đồ quy hoạch sử dụng đất đến năm 2020 của tỉnh Thái Nguyên; các số liệu thống kê đất đai, niên giám thống kê, báo cáo kinh tế - xã hội; kết hợp khảo sát thực địa trên lưu vực sông Công.
2. Phương pháp Hệ thống thông tin địa lý (GIS): Sử dụng phần mềm GIS mã nguồn mở để xác định ranh giới lưu vực sông Công; phân tích không gian chồng xếp các lớp bản đồ vector hiện trạng và quy hoạch để thành lập ma trận biến đổi sử dụng đất; không gian hóa và kết xuất các bản đồ phân bố nhu cầu dùng nước và tải lượng ô nhiễm cấp huyện.
3. Phương pháp tính nhu cầu sử dụng nước: Sử dụng phương pháp đánh giá nhanh dựa trên định mức cấp nước quy chuẩn của Việt Nam áp dụng cho 6 loại đất:
   • Đất trồng lúa: Tính toán dựa trên TCVN 8641:2011 và TCVN 9168:2012 (định mức tưới dưỡng lúa Bắc Bộ 6.000 - 7.500 m3/ha/vụ; hệ số tưới toàn vụ 6.515,6 m3/ha/vụ; canh tác 2 vụ đạt 12.000 - 14.000 m3/ha/năm).
   • Đất trồng cây hàng năm khác và cây lâu năm: Định mức tưới theo TCVN 8641:2011 cho từng loại cây trồng (lạc, đậu tương: 2.000 m3/ha/vụ; khoai tây, khoai lang: 1.000 - 1.500 m3/ha/vụ; rau màu: 1.000 - 2.500 m3/ha/vụ; cây ăn quả: 3.000 m3/ha).
   • Đất ở: Áp dụng TCXDVN 33:2006 phân theo khu vực đô thị (200 - 270 lít/người/ngày) và khu vực nông thôn (40 - 60 lít/người/ngày hoặc thị trấn 80 - 150 lít/người/ngày).
   • Đất dịch vụ, công cộng: Tính bằng 10% nhu cầu nước sinh hoạt (TCXDVN 33:2006) kết hợp định mức nước cho khách du lịch là 200 lít/người/ngày theo Quyết định số 38/QĐ-TTg.
   • Đất sản xuất công nghiệp: Áp dụng định mức theo TCXDVN 33:2006 từ 22 - 45 m3/ha/ngày.
4. Phương pháp tính tải lượng ô nhiễm môi trường nước: Áp dụng phương pháp hệ số phát thải (đơn vị gốc) kết hợp diện tích:
   • Đất sản xuất nông nghiệp (lúa, cây hàng năm khác, cây lâu năm): Tính toán theo hệ số phát thải trên một hecta của Bộ Môi trường Nhật Bản (đất lúa: 6,4 kg COD/ha/năm, 28 kg T_N/ha/năm, 0,37 kg T_P/ha/năm; đất cây hàng năm khác và cây lâu năm: 3,7 kg COD/ha/năm, 28 kg T_N/ha/năm, 0,37 kg T_P/ha/năm).
   • Đất ở: Sử dụng hệ số phát thải bình quân đầu người theo công bố của UNEP (1984) và San Diego-MacGlone (2000): 20 - 55 kg COD/người/năm, 10 - 25 kg BOD5/người/năm, 4 kg T_N/người/năm, 0,5 - 1,1 kg T_P/người/năm, và 20 - 30 kg TSS/người/năm.
   • Đất dịch vụ, công cộng: Bằng 10% tải lượng sinh hoạt cộng với tải lượng phát thải từ khách du lịch tính theo hệ số của UNEP.
   • Đất sản xuất công nghiệp: Tính theo công thức lượng nước thải nhân với nồng độ chất ô nhiễm trung bình trong nước thải công nghiệp tại Việt Nam do Bộ Tài nguyên và Môi trường quy định (COD: 320 mg/l, BOD5: 140 mg/l, T_N: 60 mg/l, T_P: 80 mg/l, TSS: 220 mg/l).
5. Phương pháp thống kê: Xử lý số liệu, phân tích ma trận chuyển đổi đất đai, biểu đồ tương quan giữa diện tích đất và các chỉ tiêu nước.
6. Phương pháp xây dựng hệ thống thông tin: Thiết kế cơ sở dữ liệu trên hệ quản trị PostgreSQL (PostGres SQL) tích hợp tiện ích không gian PostGIS và lập trình các giao diện chức năng phục vụ quản lý tổng hợp tài nguyên đất và nước.

Nguồn tư liệu và dữ liệu sử dụng:

• Hồ sơ, số liệu kiểm kê và thống kê đất đai các cấp của tỉnh Thái Nguyên.
• Bản đồ hiện trạng sử dụng đất các năm 2010, 2015 và quy hoạch sử dụng đất đến năm 2020.
• Các quy chuẩn, tiêu chuẩn kỹ thuật quốc gia: TCVN 8641:2011, TCVN 9168:2012, TCXDVN 33:2006, các văn bản của Bộ TN&MT và quyết định của Thủ tướng Chính phủ.
• Dữ liệu quan trắc môi trường và tài nguyên nước lưu vực sông Công.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan các vấn đề nghiên cứu

Chương 1 hệ thống hóa cơ sở lý luận và thực tiễn về mối quan hệ tương tác giữa sử dụng đất và tài nguyên nước trong khuôn khổ quản lý tổng hợp lưu vực sông. Tác giả phân tích các khái niệm nền tảng về đất đai, phân loại đất đai theo Luật Đất đai năm 2013 của Việt Nam, các khái niệm về tài nguyên nước, các dạng ô nhiễm và hiện tượng phú dưỡng. Tác giả khảo cứu tiến trình phát triển của quản lý tổng hợp tài nguyên nước (IWRM) từ Hội nghị thượng đỉnh Trái đất năm 1992, khung phân tích của Ủy ban Tư vấn Kỹ thuật (TAC) bao gồm hai cấp độ: hệ tự nhiên và hệ con người. Chương này tổng kết các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước về biến đổi sử dụng đất, các phương pháp tính nhu cầu sử dụng nước và các mô hình tính toán tải lượng ô nhiễm môi trường nước. Tác giả chỉ rõ các tồn tại của các nghiên cứu trước đây là tiếp cận đơn lẻ, thiếu sự gắn kết không gian giữa biến đổi đất và các chỉ số tài nguyên nước, đồng thời khẳng định sự cần thiết phải lựa chọn cách tiếp cận quản lý tích hợp đất và nước theo ranh giới lưu vực tự nhiên đối với sông Công.

Nhóm thông số	Đối tượng / Loại đất	Giá trị định mức / Hệ số áp dụng	Nguồn tham chiếu trong văn bản
Nhu cầu nước tưới	Đất trồng lúa	6.515,6 m3/ha/vụ (12.000 - 14.000 m3/ha/năm)	TCVN 9168:2012, TCVN 8641:2011
Nhu cầu nước tưới	Cây hàng năm khác	1.000 - 2.500 m3/ha/vụ (lạc, đậu tương, rau)	TCVN 8641:2011
Nhu cầu nước tưới	Cây lâu năm	~3.000 m3/ha (cây ăn quả)	TCVN 8641:2011
Nhu cầu nước sinh hoạt	Đất ở đô thị	200 - 270 lít/người/ngày	TCXDVN 33:2006
Nhu cầu nước sinh hoạt	Đất ở nông thôn	40 - 60 lít/người/ngày	TCXDVN 33:2006
Nhu cầu nước công nghiệp	Đất sản xuất công nghiệp	22 - 45 m3/ha/ngày	TCXDVN 33:2006
Nhu cầu nước dịch vụ	Đất dịch vụ, công cộng	10% nước sinh hoạt + 200 l/khách du lịch/ngày	TCXDVN 33:2006, QĐ 38/QĐ-TTg
Hệ số phát thải nông nghiệp	Đất trồng lúa	6,4 kg COD; 28 kg T_N; 0,37 kg T_P /ha/năm	Bộ Môi trường Nhật Bản
Hệ số phát thải nông nghiệp	Cây hàng năm khác, CLN	3,7 kg COD; 28 kg T_N; 0,37 kg T_P /ha/năm	Bộ Môi trường Nhật Bản
Hệ số phát thải sinh hoạt	Đất ở dân cư	20-55 kg COD; 10-25 kg BOD5; 4 kg T_N /người/năm	UNEP (1984), San Diego-MacGlone (2000)
Nồng độ nước thải KCN	Đất sản xuất công nghiệp	COD 320; BOD5 140; T_N 60; T_P 80; TSS 220 mg/l	Bộ Tài nguyên và Môi trường

Chương 2: Địa điểm, đối tượng, nội dung và phương pháp nghiên cứu

Chương 2 trình bày chi tiết về đặc điểm tự nhiên, kinh tế - xã hội của địa bàn lưu vực sông Công, xác định rõ đối tượng và phạm vi nghiên cứu. Luận án xây dựng khung nghiên cứu dựa trên ba cách tiếp cận: phát triển bền vững, tiếp cận hệ thống và tiếp cận liên ngành. Tác giả cụ thể hóa quy trình kỹ thuật gồm 6 phương pháp thực hiện: kế thừa dữ liệu thực tế tại Thái Nguyên; ứng dụng GIS vector để phân định ranh giới lưu vực và bóc tách các lớp biến đổi sử dụng đất giai đoạn 2010 - 2015, lập ma trận chuyển đổi đất đai; phương pháp đánh giá nhanh nhu cầu nước dựa trên định mức kỹ thuật quy định tại TCVN và TCXDVN; phương pháp tính tải lượng ô nhiễm môi trường nước (COD, BOD, T_N, T_P, TSS) từ các hệ số đơn vị gốc của WHO, UNEP, JICA và Bộ TN&MT; phương pháp phân tích thống kê; và phương pháp thiết kế hệ thống thông tin quản lý tổng hợp tích hợp cơ sở dữ liệu trên hệ quản trị PostgreSQL (PostGres SQL).

Chương 3: Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Chương 3 trình bày các kết quả thực nghiệm và phân tích chuyên sâu qua 5 nội dung chính:

1. Đánh giá thực trạng biến đổi sử dụng đất trên lưu vực sông Công: Hiện trạng sử dụng đất được phân loại thành 3 nhóm lớn: đất nông nghiệp (NNP), đất phi nông nghiệp (PNN) và đất chưa sử dụng (CSD). Luận án xây dựng ma trận biến đổi sử dụng đất giai đoạn 2010 - 2015 và ma trận dự tính giai đoạn 2015 - 2020. Kết quả phân tích không gian chỉ ra xu thế biến đổi rõ rệt: diện tích đất trồng lúa (LUA) sụt giảm mạnh do chuyển đổi mục đích sang đất ở, đất sản xuất công nghiệp, đất dịch vụ công cộng và hạ tầng giao thông. Diện tích đất trồng cây hàng năm khác (HNK) và cây lâu năm (CLN) có sự chuyển dịch nội bộ và một phần chuyển sang đất ở. Ngược lại, đất ở tại nông thôn (ONT), đất ở tại đô thị (ODT), đất dịch vụ - công cộng (DVCC) và đất sản xuất công nghiệp (SXCN) đều ghi nhận tốc độ tăng trưởng nhanh chóng, phù hợp với định hướng công nghiệp hóa và đô thị hóa của tỉnh Thái Nguyên.

2. Đánh giá tác động của biến đổi sử dụng đất đến nhu cầu sử dụng nước: Tác giả xác lập mối liên hệ định lượng giữa diện tích từng loại hình sử dụng đất và khối lượng nước cần cung cấp. Đất trồng lúa luôn chiếm tỷ trọng lớn nhất trong tổng nhu cầu sử dụng nước trên lưu vực, do đó sự suy giảm diện tích đất lúa làm giảm nhu cầu nước tưới nông nghiệp tương ứng. Tuy nhiên, sự gia tăng nhanh của đất ở đô thị, đất công nghiệp và đất dịch vụ công cộng dẫn đến nhu cầu nước sinh hoạt và nước sản xuất công nghiệp tăng vọt. Sự dịch chuyển cơ cấu dùng nước thể hiện rõ qua vai trò cấp nước của Nhà máy nước Sông Công và hệ thống hồ Núi Cốc. Tổng hợp nhu cầu nước theo địa phương cấp huyện cho thấy sự phân hóa sâu sắc giữa khu vực thượng lưu (nông nghiệp chiếm ưu thế) và khu vực hạ lưu (nhu cầu nước phi nông nghiệp và đô thị hóa tập trung cao).

3. Đánh giá tác động của biến đổi sử dụng đất đến tải lượng ô nhiễm môi trường nước: Tải lượng các chất ô nhiễm chính (BOD, COD, T_N, T_P, TSS) phát sinh từ các loại hình sử dụng đất được định lượng cụ thể:

• Đất trồng trọt (lúa, cây hàng năm khác, cây lâu năm) phát thải lượng lớn các hợp chất nitơ, phốt pho dư thừa từ phân bón hóa học và thuốc bảo vệ thực vật, làm gia tăng nguy cơ phú dưỡng hóa nguồn nước mặt sông Công và hồ Núi Cốc.
• Đất ở (đô thị và nông thôn) đóng góp tỷ trọng lớn nhất vào tổng tải lượng ô nhiễm hữu cơ (BOD5, COD) và chất rắn lơ lửng (TSS) do dân số tập trung cao và hệ thống thu gom, xử lý nước thải sinh hoạt chưa hoàn chỉnh.
• Đất sản xuất công nghiệp và đất dịch vụ công cộng gia tăng phát thải chất ô nhiễm cục bộ tại các khu, cụm công nghiệp tập trung. Tổng tải lượng ô nhiễm phân theo cấp huyện phản ánh các vùng hạ lưu chịu áp lực ô nhiễm môi trường nước cao hơn hẳn các vùng thượng lưu.

4. Đánh giá thực trạng quản lý tài nguyên nước ở lưu vực sông Công: Luận án chỉ ra thực trạng tài nguyên nước lưu vực sông Công đang đứng trước nguy cơ suy giảm chất lượng môi trường nước mặt tại các đoạn sông chảy qua khu dân cư và khu công nghiệp. Phân tích các công cụ quản lý hiện hành cho thấy:

• Về công cụ thể chế: Công tác quản lý tài nguyên nước có sự tham gia của nhiều cơ quan (Sở TN&MT, Sở NN&PTNT, UBND các cấp, các đơn vị quản lý khai thác công trình thủy lợi), dẫn đến sự chồng chéo chức năng, thiếu một tổ chức điều phối thống nhất theo lưu vực sông tự nhiên.
• Về công cụ kinh tế và kỹ thuật: Đã áp dụng thuế tài nguyên, phí bảo vệ môi trường đối với nước thải, tiền cấp quyền khai thác nước; tuy nhiên mạng lưới quan trắc chất lượng nước còn thưa và thiếu công cụ phân tích không gian đồng bộ.
• Thách thức lớn nhất là mâu thuẫn trong phân bổ nguồn nước giữa các ngành (nông nghiệp, công nghiệp, sinh hoạt, du lịch) và việc kiểm soát các nguồn thải không điểm từ sản xuất nông nghiệp và sinh hoạt nông thôn.

5. Đề xuất công cụ quản lý tổng hợp tài nguyên đất và nước lưu vực sông Công: Tác giả đã xây dựng hoàn chỉnh hai hợp phần công cụ kỹ thuật:

• Hệ thống cơ sở dữ liệu quản lý tổng hợp tài nguyên đất và nước: Thiết kế và lưu trữ trên hệ quản trị cơ sở dữ liệu PostgreSQL (PostGres SQL), bao gồm các lớp dữ liệu không gian (ranh giới lưu vực, mạng thủy văn, hiện trạng và quy hoạch sử dụng đất, mạng lưới cấp thoát nước, các điểm xả thải) và bảng thuộc tính về định mức dùng nước, hệ số tải lượng ô nhiễm.
• Hệ thống phần mềm quản lý tổng hợp tài nguyên đất và nước: Phần mềm tích hợp các giao diện chức năng chuyên biệt: hiển thị và thao tác các lớp bản đồ; tra cứu và cập nhật thông tin đối tượng; thống kê diện tích sử dụng đất; tính toán thống kê nhu cầu sử dụng nước; đánh giá hiện trạng chất lượng nước mặt; mô hình hóa dự báo - quy hoạch sử dụng nước và tải lượng ô nhiễm; kết xuất tự động bản đồ, biểu thống kê và biểu đồ so sánh tổng nhu cầu dùng nước và tải lượng ô nhiễm theo cấp huyện.

Kết quả và những đóng góp mới

Những đóng góp mới về mặt khoa học:

• Luận án đã làm rõ cơ sở khoa học và cơ sở thực tiễn về tác động của biến đổi sử dụng đất đến tài nguyên nước trên quy mô không gian và thời gian tại lưu vực sông Công, cụ thể hóa thành hai chỉ số định lượng: nhu cầu sử dụng nước và tải lượng các chất gây ô nhiễm môi trường nước.
• Xây dựng ma trận biến đổi sử dụng đất dạng tổng quát bằng phương pháp phân tích không gian GIS, cung cấp công cụ phương pháp luận giúp đánh giá định lượng sự biến động giữa các lớp sử dụng đất.
• Hoàn thiện và làm phong phú thêm phương pháp đánh giá nhanh mối quan hệ tương hỗ giữa sử dụng đất với nhu cầu nước và tải lượng ô nhiễm trên một đơn vị diện tích, tạo cơ sở cho việc tích hợp dữ liệu đất đai vào các bài toán cân bằng nước lưu vực.
• Khai thác năng lực của hệ thống thông tin địa lý (GIS mã nguồn mở) và hệ quản trị cơ sở dữ liệu PostgreSQL để thiết kế công cụ quản lý tổng hợp tài nguyên đất và nước cho cấp lưu vực sông.

Những đóng góp mới về mặt thực tiễn:

• Cung cấp bộ số liệu toàn diện về hiện trạng và xu thế biến đổi sử dụng đất trên lưu vực sông Công giai đoạn 2010 - 2015 và dự tính giai đoạn 2015 - 2020, định hướng đến năm 2030, phục vụ trực tiếp cho công tác quy hoạch và quản lý đất đai của tỉnh Thái Nguyên.
• Đánh giá nhanh bức tranh phân bố nhu cầu dùng nước và tải lượng các chất ô nhiễm môi trường nước (COD, BOD, N, P, TSS) phân theo từng đơn vị hành chính cấp huyện, làm cơ sở khoa học cho việc phân bổ nguồn nước và kiểm soát ô nhiễm nước sông Công và hồ Núi Cốc.
• Xây dựng thành công phần mềm và cơ sở dữ liệu quản lý tổng hợp tài nguyên đất và nước lưu vực sông Công, cung cấp công cụ kỹ thuật hỗ trợ cơ quan quản lý nhà nước, doanh nghiệp và cộng đồng trong việc giám sát, quy hoạch và ra quyết định.

Kiến nghị và giải pháp đề xuất từ luận án:

• Về mặt quản lý nhà nước: Cần xem xét thử nghiệm ứng dụng phần mềm và hệ thống cơ sở dữ liệu quản lý tổng hợp tài nguyên đất và nước đã xây dựng vào công tác quản lý thực tế tại Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Thái Nguyên và các cơ quan liên quan.
• Về quy hoạch: Cần tích hợp đánh giá nhu cầu nước và tải lượng ô nhiễm từ các loại hình sử dụng đất vào quá trình lập quy hoạch, kế hoạch sử dụng đất và quy hoạch phát triển kinh tế - xã hội của địa phương.
• Về thể chế: Tăng cường cơ chế phối hợp liên ngành giữa ngành Tài nguyên - Môi trường, Nông nghiệp - Phát triển nông thôn, Xây dựng và chính quyền các huyện trên lưu vực; chuyển dần từ quản lý theo địa gi

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Một số khái niệm có liên quan đến sử dụng đất và tài nguyên nước 1. Các khái niệm và thuật ngữ có liên quan đến sử dụng đất Khái niệm tài nguyên đất: Đất đai là nguồn tài nguyên quý giá đối với mỗi khu vực, mỗi quốc gia trên thế giới. Các định nghĩa, khái niệm về đất đai đã được nhiều tổ chức trên thế giới đưa ra.

Trong đó đáng chú ý là định nghĩa của tổ chức Lương thực và Nông nghiệp (FAO) của Liên hợp quốc (UN): “Đất đai (land) là một khu vực có thể phân định được trên bề mặt trái đất, bao gồm tất cả các thuộc tính bên trên hoặc dưới bề mặt bầu khí quyển bao gồm cả bề mặt khí hậu, loại đất và địa hình, bề mặt thủy văn (bao gồm cả hồ nước nông, sông và đầm lầy), các lớp trầm tích gần bề mặt và trữ lượng nước ngầm liên quan, quần thể động vật và thực vật, phong tục tập quán định cư của con người và kết quả vật lý của các hoạt động của con người trong quá khứ và hiện tại” [199]. Sử dụng đất (LU): Là chuỗi các hoạt động được thực hiện với mục đích tạo ra các sản phẩm hàng hóa và dịch vụ từ đất, được đặc trưng bởi hàng hóa và dịch vụ thực tế được tạo ra, hay các biện pháp quản lý cụ thể được người sử dụng đất áp dụng. Nghiên cứu sử dụng đất để đánh giá hiệu quả sử dụng đất và theo dõi diễn biến quá trình chuyển đổi đất đai vào các mục đích sử dụng khác [64]. Biến đổi sử dụng đất (LUC): Là quá trình mà các hoạt động của con người tác động làm biến đổi cảnh quan thiên nhiên, thường đề cập đến phương thức sử dụng đất và nhấn mạnh vào vai trò, chức năng của đất đối với các hoạt động kinh tế [140].

Quản lý đất đai bền vững (SLM): Là sử dụng tài nguyên đất, bao gồm đất trồng trọt, nguồn nước, động vật và thực vật, để sản xuất hàng hóa nhằm đáp ứng những thay đổi về nhu cầu của con người, đồng thời đảm bảo tiềm năng sản xuất lâu dài và duy trì các chức năng môi trường [199]. Quản lý đất đai bền vững còn là một hệ thống sử dụng đất thông qua các biện pháp quản lý phù hợp cho phép người sử dụng đất tối đa hóa lợi ích kinh tế và xã hội từ đất đai, trong khi vẫn duy trì và tăng cường các chức năng hỗ trợ sinh thái của tài nguyên đất [71]. Đối với Việt Nam, phân loại sử dụng đất được trình bày rõ trong Luật đất đai từ năm 1993 cho đến nay. 6 Trong luật Đất đai năm 2013, đất đai được phân loại theo mục đích sử dụng thành 3 nhóm như sau: Nhóm đất nông nghiệp bao gồm 8 loại đất; Nhóm đất phi nông nghiệp bao gồm 10 loại đất; Nhóm đất chưa sử dụng bao gồm các loại đất chưa xác định mục đích sử dụng [30].

Quy hoạch sử dụng đất: Theo FAO, quy hoạch sử dụng đất (QHSDĐ) là hệ thống đánh giá tiềm năng đất, phương án sử dụng đất và các điều kiện kinh tế-xã hội để lựa chọn và áp dụng phương án sử dụng đất hợp lý nhất [85]. Quy hoạch sử dụng đất có thể áp dụng ở 3 cấp: cấp quốc gia, cấp tỉnh/thành phố và cấp địa phương (bao gồm cấp huyện và xã). QHSDĐ như là phương tiện giúp cho nhà quản lý quyết định cách sử dụng đất đai thông qua việc đánh giá có hệ thống cho việc chọn mẫu hình trong sử dụng đất bền vững, mà trong sự chọn lựa này sẽ đáp ứng với những mục tiêu riêng biệt và từ đó hình thành nên chính sách và chương trình cho sử dụng đất đai. Các khái niệm và thuật ngữ có liên quan đến tài nguyên nước Khái niệm tài nguyên nước: Khái niệm về tài nguyên nước là đa chiều.

Nó không chỉ được giới hạn ở đặc tính vật lý của nó (thủy văn và địa chất thủy văn) mà còn bao gồm các khía cạnh chất lượng, môi trường và kinh tế xã hội khác. Tài nguyên nước bao gồm toàn bộ diện tích các vùng nước tự nhiên trên bề mặt Trái đất, bất kể trạng thái hơi, chất lỏng hoặc chất rắn và có tiềm năng sử dụng cho những mục đích của con người. Tài nguyên nước của một lãnh thổ là toàn bộ lượng nước có trong đó mà con người có thể khai thác sử dụng được, xét cả về mặt lượng và chất, cho sinh hoạt, sản xuất, trong hiện tại và tương lai [172]. Việt Nam nằm trong vùng nhiệt đới ẩm có lượng mưa tương đối lớn nhưng lại phân bố không đồng đều mà tập trung chủ yếu vào mùa mưa, dao động phức tạp theo thời gian.

Theo ước tính, lượng nước mưa hằng năm trên toàn lãnh thổ khoảng 700-5000 mm, phổ biến nằm trong khoảng 1.000 mm, tạo ra một lượng dòng chảy của các sông hồ khoảng 313 tỉ m3. So với nhiều nước, Việt Nam có nguồn nước ngọt khá dồi dào, lượng nước bình quân cho mỗi đầu người đạt tới 17. 7 Nhu cầu sử dụng nước: Nhu cầu nước đối với các hoạt động của con người là lượng nước mà con người sẽ sử dụng. Sử dụng nước là lượng nước mà con người tiêu dùng thực tế, lượng nước này có thể thấp hơn nhiều so với nhu cầu nước trong trường hợp nước cấp bị hạn chế do hệ thống cấp nước bị quá tải và hoạt động kém [6].

Nhu cầu nước được dự kiến cung cấp cho từng hạng mục sử dụng cho các hoạt động của con người bao gồm: Nông nghiệp, thương mại, công nghiệp, giải trí và môi trường. Tại mỗi quốc gia khác nhau, nhu cầu sử dụng nước cho các hoạt động sẽ khác nhau. Nhu cầu nước thường do Chính phủ các nước quy định, thể hiện ý định và mong muốn phục vụ nhân dân ở một mức độ nhất định và căn cứ vào các kế hoạch và phương hướng đang thực hiện [199]. Chất lượng nước: Là một thuật ngữ được sử dụng để thể hiện mức độ phù hợp của nước để duy trì các quá trình hay quy trình sử dụng nước khác nhau.

Bất kỳ hình thức sử dụng nước cụ thể nào cũng sẽ có những yêu cầu nhất định đối với các đặc tính vật lý, hóa học hoặc sinh học của nước; ví dụ giới hạn về nồng độ các chất độc hại khi sử dụng nước cho mục đích sinh hoạt, ăn uống, hoặc giới hạn về nhiệt độ và độ pH đối với nguồn nước cho cộng đồng động vật không xương sống [137]. Ô nhiễm nước: Là bất kỳ những thay đổi về mặt vật lý, hóa học hoặc sinh học đối với chất lượng nước gây ảnh hưởng xấu đến bất kỳ sinh vật sống nào uống hay sử dụng hoặc sống trong nó. Khi con người uống nước bị ô nhiễm, thường có ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe. Ô nhiễm nước cũng khiến cho nguồn nước không được sử dụng cho các mục đích mong muốn [169].

Khi xem xét đánh giá chất lượng nguồn nước, cần lưu ý một số khái niệm về ô nhiễm nguồn nước, cụ thể như sau [6]: Tải ô nhiễm: Những chất và vật thể gây ô nhiễm vùng nước. Các tải ô nhiễm được nói đến trong luận án chủ yếu như COD, nitơ và phốt pho. Số lượng của tải ô nhiễm được gọi là tải lượng ô nhiễm. Nguồn phát thải: Nguồn phát sinh tải ô nhiễm.

Nguồn ô nhiễm: Nguồn tải ô nhiễm tương ứng. Tải lượng ô nhiễm: Khối lượng của tải ô nhiễm sinh ra. 8 Tải lượng phát thải: Tải lượng ô nhiễm thải vào vùng nước. Đây là thuật ngữ xuất phát từ quan điểm về nguồn ô nhiễm.

Tải lượng tiếp nhận: Tải lượng ô nhiễm thải mà vùng nước tiếp nhận. Đây là thuật ngữ xuất phát từ quan điểm về vùng nước. Sự phú dưỡng: Một dạng ô nhiễm nước, khi có sự thâm nhập từ lưu vực của một lượng quá mức các chất dinh dưỡng, chủ yếu là các hợp chất hóa học của nitơ và phốt pho. Tình trạng này dẫn tới sinh vật phù du và rong tảo sinh sôi mạnh mẽ khác thường và tiêu thụ oxy hòa tan trong nước khiến các sinh vật trong nước chết và gây ra nhiều vấn đề trong sử dụng nước như môi trường sống suy thoái, ảnh hưởng đến ngư nghiệp, ô nhiễm nước uống, v.

Ô nhiễm nước có thể được phân thành nhiều loại khác nhau theo ảnh hưởng và cơ chế của ô nhiễm, bao gồm: (1) Ô nhiễm nước từ kim loại nặng ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe con người, (2) Từ vi khuẩn gây ra các vấn đề về sức khỏe cộng đồng, (3) Ô nhiễm hữu cơ do một phần các chất hữu cơ chảy vào từ tự nhiên do ăn mòn hay từ xác động vật, tuy nhiên các chất hữu cơ cũng được tìm thấy trong nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp từ các nhà máy thuộc nhiều lĩnh vực khác nhau và (4) Hiện tượng phú dưỡng xuất hiện bởi các chất dinh dưỡng là hợp chất của nitơ và phốt pho trở nên dư thừa, chảy vào từ lưu vực. Các khái niệm về quản lý tài nguyên nước Khái niệm quản lý tổng hợp tài nguyên nước (QLTHTNN) hay Integrated Water Resources Management (IWRM) đã được biết đến từ lâu, tuy nhiên cùng với thời gian, nội dung của nó ngày càng được bổ sung và hoàn thiện. Quản lý và sử dụng bền vững tài nguyên nước Phát triển bền vững không phải là một khái niệm mới mẻ mà thực ra đã được sử dụng trong quản lý các tài nguyên có khả năng tái tạo. Đối với tài nguyên nước, con người hoàn toàn có khả năng làm cho tài nguyên nước phát triển được bền vững, đảm bảo đáp ứng được những nhu cầu hiện tại của mình mà không gây phương hại đến việc đáp ứng nhu cầu của các thế hệ tương lai, đồng thời giảm thiểu tổn hại tới hệ thống kinh tế- xã hội và môi trường.

Như vậy quản lý và sử dụng bền vững tài nguyên nước có thể được hiểu là một cách tiếp cận quản lý và phát triển 9 nước nhằm tìm kiếm kết quả cân bằng giữa ba khía cạnh của phát triển bền vững: Hiệu quả kinh tế, công bằng xã hội và bền vững môi trường [99]. Ở Việt Nam, tầm quan trọng của tài nguyên nước đối với phát triển bền vững đã có sự chuyển biến rõ rệt cả về nhận thức và hành động.