Luận Văn Thạc Sĩ: Nghiên Cứu Và Thiết Lập Hệ Thống Quản Lý Nước Thải Khu Công Nghiệp Hòa Xá Tỉnh Nam Định Bằng Phần Mềm GIS

• Tác giả: Trịnh Văn Ước
• Người hướng dẫn: PGS.TS Lê Đình Thành
• Trường học: Đại học Thủy Lợi
• Chuyên ngành: Khoa học môi trường
• Đề tài: Nghiên cứu và thiết lập hệ thống quản lý nước thải KCN Hòa Xá – tỉnh Nam Định bằng phần mềm GIS
• Loại tài liệu: luận văn
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU VÀ GIỚI THIỆU VỀ KCN HÒA XÁ
• 1.1. Giới thiệu về KCN Hòa Xá
• 1.1.1. Đặc điểm vị trí địa lý, tự nhiên
• 1.1.1.1. Vị trí địa lý
• 1.1.1.2. Địa hình
• 1.1.1.3. Khí hậu, thủy văn
• 1.1.1.4. Thủy văn
• 1.1.1.5. Địa chất
• 1.2. Kết quả phát triển KCN Hoà Xá
• 1.3. Tình hình phát triển kinh tế tỉnh Nam Định
• 1.3.1. Hiện trạng kinh tế tỉnh Nam Định năm 2013
• 1.3.2. Quan điểm và mục tiêu phát triển kinh tế tỉnh Nam Định đến năm 2020
• 1.3.2.1. Quan điểm phát triển
• 1.3.2.2. Mục tiêu phát triển
• 1.3.2.2.1. Mục tiêu tổng quát
• 1.3.2.2.2. Mục tiêu cụ thể
• 1.3.2.2.2.1. Về phát triển kinh tế
• 1.3.2.2.2.2. Về phát triển xã hội
• 1.3.2.2.2.3. Về BVMT
• 1.4. Hiện trạng hoạt động sản xuất và công tác BVMT các KCN tỉnh Nam Định
• 1.4.1. Hiện trạng hoạt động sản xuất của các KCN tỉnh Nam Định
• 2. CHƯƠNG 2: ỨNG DỤNG PHẦN MỀM GIS TRONG CÔNG TÁC QUẢN LÝ MÔI TRƯỜNG KCN HÒA XÁ
• 2.1. Những yêu cầu về thông tin, số liệu
• 2.2. Xây dựng cơ sở dữ liệu môi trường KCN Hòa Xá
• 2.3. Xây dựng các thông tin cơ bản và hoạt động sản xuất của các doanh nghiệp
• 2.4. Xây dựng các thông tin liên quan đến kiểm soát ô nhiễm môi trường nước
• 2.5. Xây dựng các thông tin liên quan về hệ thống giám sát môi trường
• 2.6. Thiết lập và xây dựng bản đồ số KCN Hòa Xá
• 2.7. Ứng dụng phần mềm tính toán lan truyền chất ô nhiễm
• 2.8. Sử dụng nền bản đồ số cho bài toán lan truyền chất ô nhiễm
• 2.9. Sử dụng mã nguồn mở cho GIS trên giao diện trực tuyến
• 2.10. Nâng cao hiệu quả trong công tác quản lý môi trường
• 2.10.1. Hiệu quả cung cấp thông tin cho các đối tượng khác nhau
• 2.10.2. Những khó khăn, tồn tại và hướng khắc phục
• 3. CHƯƠNG 3: ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP QUẢN LÝ MÔI TRƯỜNG VÀ XÃ HỘI HÓA THÔNG TIN MÔI TRƯỜNG
• 3.1. Những cơ sở đề xuất giải pháp
• 3.1.1. Cơ sở thực tiễn
• 3.1.2. Cở sở pháp lý
• 3.2. Xây dựng Cơ sở dữ liệu và phân hạng doanh nghiệp và nâng cao nguồn lực
• 3.2.1. Xây dựng Cơ sở dữ liệu
• 3.2.2. Nâng cao nguồn lực doanh nghiệp
• 3.3. Kinh phí cần thiết để thu thập số liệu theo định kỳ
• 3.4. Xây dựng các giải pháp quản lý Nhà nước và hướng tiếp cận của người dân về thông tin môi trường
• 3.5. Cơ chế phối hợp giữa các bên (cấp Bộ, cấp Sở, cấp quận/huyện, cấp Công ty hạ tầng KCN, cấp cơ sở sản xuất và người dân)
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Giới thiệu về KCN Hòa Xá

Khu công nghiệp Hòa Xá là khu công nghiệp đầu tiên và lớn nhất của tỉnh Nam Định, được thành lập năm 2003 với mục tiêu chính là phát triển môi trường, việc làm, xuất khẩu, và ngân sách. KCN này được đầu tư 100% từ ngân sách với tổng mức đầu tư lên đến 472,355 tỷ đồng. KCN Hòa Xá có diện tích 285,27ha, nằm ở phía Tây thành phố Nam Định, thuộc vùng đồng bằng sông Hồng. Địa hình khu vực này thấp và bằng phẳng, với cao độ trung bình từ +0,9m đến +1,4m. Khí hậu ở đây mang đặc trưng của vùng nhiệt đới gió mùa, nóng ẩm, mưa nhiều, với 4 mùa rõ rệt. KCN Hòa Xá cũng chịu ảnh hưởng trực tiếp từ hệ thống sông ngòi, đặc biệt là sông Vĩnh Giang, nơi tiếp nhận nước thải từ KCN.

1.1. Đặc điểm vị trí địa lý tự nhiên

KCN Hòa Xá nằm ở phía Tây thành phố Nam Định, cách Hà Nội 90km và Hải Phòng 80km. Khu vực này có địa hình thấp và bằng phẳng, với cao độ trung bình từ +0,9m đến +1,4m. Khí hậu ở đây mang đặc trưng của vùng nhiệt đới gió mùa, với nhiệt độ trung bình năm khoảng 23-24°C. Lượng mưa trung bình năm từ 1.800mm, phân bố tương đối đồng đều. KCN Hòa Xá cũng chịu ảnh hưởng trực tiếp từ hệ thống sông ngòi, đặc biệt là sông Vĩnh Giang, nơi tiếp nhận nước thải từ KCN.

1.2. Kết quả phát triển KCN Hòa Xá

Kể từ khi thành lập, KCN Hòa Xá đã thu hút được 117 doanh nghiệp với 141 dự án đầu tư, tổng diện tích đất cho thuê đạt 228,25ha, tỷ lệ lấp đầy 100%. Các hạng mục hạ tầng như cấp nước, điện, và thông tin liên lạc đã được triển khai đồng bộ. Đặc biệt, hệ thống xử lý nước thải tập trung với công suất 4.500m³/ngày đêm đã được đưa vào vận hành từ tháng 4/2013, góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

II. Ứng dụng GIS trong quản lý môi trường KCN Hòa Xá

Hệ thống quản lý nước thải tại KCN Hòa Xá được thiết lập dựa trên công nghệ GIS (Hệ thống thông tin địa lý). GIS được sử dụng để xây dựng cơ sở dữ liệu môi trường, bao gồm thông tin về các doanh nghiệp, hệ thống giám sát môi trường, và kiểm soát ô nhiễm nước. Phần mềm GIS cũng được ứng dụng để dự báo khả năng lan truyền chất ô nhiễm trong môi trường nước, giúp các nhà quản lý đưa ra các giải pháp kịp thời và hiệu quả.

2.1. Xây dựng cơ sở dữ liệu môi trường

Cơ sở dữ liệu môi trường của KCN Hòa Xá được xây dựng dựa trên các thông tin cơ bản về hoạt động sản xuất của các doanh nghiệp, hệ thống giám sát môi trường, và kiểm soát ô nhiễm nước. GIS được sử dụng để tích hợp và quản lý các dữ liệu này, giúp các nhà quản lý dễ dàng truy xuất và phân tích thông tin.

2.2. Ứng dụng GIS trong dự báo ô nhiễm

Phần mềm GIS được sử dụng để dự báo khả năng lan truyền chất ô nhiễm trong môi trường nước. Bằng cách sử dụng các mô hình toán học kết hợp với dữ liệu địa lý, GIS giúp các nhà quản lý đánh giá được mức độ ảnh hưởng của các nguồn thải đến môi trường xung quanh, từ đó đưa ra các giải pháp quản lý hiệu quả.

III. Đề xuất giải pháp quản lý môi trường

Để nâng cao hiệu quả quản lý môi trường tại KCN Hòa Xá, các giải pháp được đề xuất bao gồm việc xây dựng cơ sở dữ liệu môi trường toàn diện, nâng cao năng lực quản lý của các doanh nghiệp, và tăng cường sự phối hợp giữa các cơ quan quản lý nhà nước. Công nghệ GIS tiếp tục đóng vai trò quan trọng trong việc hỗ trợ các quyết định quản lý, đặc biệt là trong việc giám sát và kiểm soát các nguồn thải.

3.1. Xây dựng cơ sở dữ liệu và nâng cao nguồn lực

Việc xây dựng cơ sở dữ liệu môi trường toàn diện là yếu tố then chốt để nâng cao hiệu quả quản lý. Các doanh nghiệp cần được hỗ trợ để nâng cao năng lực quản lý môi trường, đặc biệt là trong việc tuân thủ các quy định về xử lý nước thải.

3.2. Cơ chế phối hợp giữa các bên

Sự phối hợp chặt chẽ giữa các cơ quan quản lý nhà nước, doanh nghiệp, và người dân là yếu tố quan trọng để đảm bảo hiệu quả của các giải pháp quản lý môi trường. Công nghệ GIS sẽ tiếp tục được sử dụng để hỗ trợ việc giám sát và kiểm soát các nguồn thải, đảm bảo sự phát triển bền vững của KCN Hòa Xá.

Tổng quan nghiên cứu

Tính đến tháng 12 năm 2013, Việt Nam có khoảng 289 khu công nghiệp (KCN), trong đó 190 KCN đã đi vào hoạt động với tổng diện tích đất tự nhiên trên 55.000 ha. Ước tính lượng nước thải phát sinh từ các KCN này khoảng 700.000 m³/ngày đêm, nhưng chỉ khoảng 53% được xử lý qua hệ thống xử lý nước thải tập trung, còn lại khoảng 300.000 m³/ngày đêm nước thải chưa qua xử lý được xả trực tiếp ra môi trường, gây ô nhiễm nghiêm trọng. KCN Hòa Xá, tỉnh Nam Định, là KCN đầu tiên và lớn nhất của tỉnh với diện tích 285,27 ha, được thành lập năm 2003 với tổng mức đầu tư 472,355 tỷ đồng. Tuy đã có trạm xử lý nước thải tập trung công suất 4.500 m³/ngày đêm vận hành từ năm 2013, nhưng việc quản lý và kiểm soát nước thải tại đây vẫn còn nhiều hạn chế.

Luận văn tập trung nghiên cứu và thiết lập hệ thống quản lý nước thải KCN Hòa Xá bằng phần mềm GIS nhằm xác định, đánh giá định lượng các điểm xả thải, dự báo khả năng phát thải các chất ô nhiễm và đề xuất giải pháp quản lý nhà nước cũng như xã hội hóa thông tin môi trường. Phạm vi nghiên cứu bao gồm KCN Hòa Xá và vùng phụ cận, với mục tiêu nâng cao hiệu quả quản lý môi trường, góp phần bảo vệ sức khỏe cộng đồng và phát triển bền vững kinh tế địa phương.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai lý thuyết chính: lý thuyết quản lý môi trường trong khu công nghiệp và lý thuyết ứng dụng công nghệ GIS trong quản lý tài nguyên môi trường. Các khái niệm trọng tâm bao gồm:

• Quản lý môi trường KCN: Bao gồm kiểm soát nguồn thải, xử lý nước thải, giám sát chất lượng môi trường và tuân thủ các quy chuẩn kỹ thuật quốc gia.
• Hệ thống thông tin địa lý (GIS): Công nghệ tích hợp dữ liệu không gian và thuộc tính, hỗ trợ phân tích, mô hình hóa và quản lý thông tin môi trường.
• Mô hình chất lượng nước Qual2K: Mô hình toán học mô phỏng dòng chảy và lan truyền chất ô nhiễm trong sông, giúp dự báo biến đổi chất lượng nước.
• Phân hệ quản lý môi trường GIS: Bao gồm các phân hệ quan trắc môi trường, nguồn thải, giám sát trực tuyến, quản lý văn bản pháp luật và tiêu chuẩn môi trường.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu được thu thập từ Ban quản lý các KCN tỉnh Nam Định, các doanh nghiệp trong KCN Hòa Xá, Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh, Trung tâm quan trắc và phân tích tài nguyên môi trường, cùng các báo cáo, văn bản pháp lý liên quan. Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm 117 doanh nghiệp hoạt động trong KCN.

Phương pháp phân tích chính là ứng dụng phần mềm GIS (ArcGIS Desktop 10.2) để xây dựng bản đồ số KCN Hòa Xá, tích hợp dữ liệu về hạ tầng, doanh nghiệp, hệ thống nước thải và chất lượng nước. Mô hình toán học Qual2K được sử dụng để mô phỏng chất lượng nước sông Vĩnh Giang – nguồn tiếp nhận nước thải của KCN, dựa trên các phương trình cân bằng nước, cân bằng chất lượng nước và phản ứng sinh hóa.

Timeline nghiên cứu kéo dài từ năm 2013 đến 2014, bao gồm thu thập dữ liệu, xây dựng cơ sở dữ liệu, thiết lập bản đồ số, mô phỏng chất lượng nước và đề xuất giải pháp quản lý.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Hiện trạng ô nhiễm nước thải KCN Hòa Xá: Trước khi có trạm xử lý nước thải tập trung, nước thải xả trực tiếp vượt quy chuẩn QCVN 40:2011/BTNMT từ 1,33 đến 3,6 lần. Sau khi trạm xử lý vận hành từ tháng 4/2013, tình trạng ô nhiễm giảm đáng kể nhưng vẫn còn các điểm xả thải chưa được kiểm soát chặt chẽ.

2. Ứng dụng GIS trong quản lý môi trường: Việc xây dựng bản đồ số KCN Hòa Xá với các lớp dữ liệu về doanh nghiệp, hệ thống thoát nước, chất lượng nước và hạ tầng giúp quản lý thông tin môi trường hiệu quả hơn. GIS hỗ trợ phân tích chồng xếp, vùng đệm và mô phỏng lan truyền chất ô nhiễm, giúp xác định các điểm nóng ô nhiễm và dự báo tác động môi trường.

3. Mô hình Qual2K mô phỏng chất lượng nước sông Vĩnh Giang: Kết quả mô phỏng cho thấy nồng độ BOD5 và COD dọc theo dòng chảy có xu hướng giảm dần nhờ hệ thống xử lý nước thải tập trung, tuy nhiên vẫn có những đoạn vượt mức cho phép, đặc biệt tại các điểm hợp lưu nguồn thải. Mô hình hiệu chỉnh tự động giúp tăng độ chính xác so với số liệu thực đo.

4. Cơ sở dữ liệu môi trường chưa đồng bộ: Dữ liệu môi trường hiện lưu trữ rời rạc, chủ yếu dưới dạng văn bản và bảng tính, thiếu tính cập nhật và truy vấn nhanh. Việc tích hợp dữ liệu vào hệ thống GIS tạo điều kiện thuận lợi cho công tác thống kê, báo cáo và ra quyết định.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của ô nhiễm nước thải là do lượng nước thải chưa qua xử lý còn lớn, hệ thống thu gom và xử lý nước thải chưa đồng bộ và thiếu kiểm soát chặt chẽ từ các doanh nghiệp. So với các nghiên cứu trong nước và quốc tế, việc ứng dụng GIS kết hợp mô hình toán học như Qual2K là xu hướng hiện đại, giúp nâng cao hiệu quả quản lý môi trường KCN.

Dữ liệu GIS cho phép trình bày trực quan qua bản đồ số, biểu đồ mô phỏng nồng độ ô nhiễm theo thời gian và không gian, hỗ trợ nhà quản lý nhận diện nhanh các điểm nóng và đưa ra biện pháp xử lý kịp thời. Việc xây dựng cơ sở dữ liệu tập trung và cập nhật thường xuyên là yếu tố then chốt để duy trì hiệu quả quản lý.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Xây dựng và duy trì cơ sở dữ liệu môi trường tập trung trên nền GIS: Động viên các doanh nghiệp cập nhật dữ liệu định kỳ (hàng tuần, tháng, quý) về nước thải, khí thải và chất thải rắn. Chủ thể thực hiện: Ban quản lý KCN và các doanh nghiệp. Timeline: Triển khai trong 6 tháng đầu năm.

2. Nâng cao năng lực quản lý và giám sát môi trường: Đào tạo cán bộ chuyên trách về GIS và quản lý môi trường, trang bị thiết bị quan trắc hiện đại, áp dụng giám sát trực tuyến. Chủ thể thực hiện: Sở Tài nguyên và Môi trường, Ban quản lý KCN. Timeline: 12 tháng.

3. Tăng cường kiểm tra, xử lý vi phạm về xả thải: Thiết lập cơ chế phối hợp giữa các cấp chính quyền, công an môi trường và Ban quản lý KCN để xử lý nghiêm các trường hợp vi phạm. Timeline: liên tục.

4. Xã hội hóa thông tin môi trường: Phát triển hệ thống Web-GIS công khai thông tin môi trường KCN, tạo điều kiện cho cộng đồng và các bên liên quan tham gia giám sát. Chủ thể thực hiện: Ban quản lý KCN, Sở Tài nguyên và Môi trường. Timeline: 9 tháng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Nhà quản lý KCN và chính quyền địa phương: Hỗ trợ ra quyết định quản lý môi trường, giám sát hoạt động xả thải và phát triển bền vững KCN.

2. Các doanh nghiệp trong KCN: Nắm bắt quy trình quản lý nước thải, áp dụng công nghệ GIS để nâng cao hiệu quả xử lý và tuân thủ quy định pháp luật.

3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên chuyên ngành môi trường, công nghệ thông tin: Tham khảo phương pháp ứng dụng GIS và mô hình toán học trong quản lý môi trường công nghiệp.

4. Cơ quan quản lý nhà nước về môi trường: Làm cơ sở xây dựng chính sách, quy chuẩn kỹ thuật và kế hoạch giám sát môi trường khu công nghiệp.

Câu hỏi thường gặp

1. GIS là gì và tại sao lại quan trọng trong quản lý môi trường KCN?
   GIS là hệ thống thông tin địa lý giúp tích hợp và phân tích dữ liệu không gian và thuộc tính. Nó hỗ trợ quản lý môi trường bằng cách cung cấp bản đồ số, phân tích điểm nóng ô nhiễm và dự báo tác động môi trường, giúp ra quyết định chính xác và kịp thời.

2. Mô hình Qual2K có ưu điểm gì trong mô phỏng chất lượng nước?
   Qual2K mô phỏng dòng chảy ổn định, các phản ứng sinh hóa và lan truyền chất ô nhiễm trong sông với khả năng hiệu chỉnh tự động, giúp kết quả mô phỏng phù hợp với số liệu thực tế, hỗ trợ đánh giá và quản lý nguồn thải hiệu quả.

3. Hiện trạng xử lý nước thải tại KCN Hòa Xá như thế nào?
   Trước năm 2013, nhiều doanh nghiệp xả nước thải chưa qua xử lý vượt quy chuẩn từ 1,33 đến 3,6 lần. Sau khi trạm xử lý nước thải tập trung vận hành, tình trạng ô nhiễm giảm nhưng vẫn còn các điểm xả thải chưa được kiểm soát chặt chẽ.

4. Làm thế nào để doanh nghiệp và nhà quản lý phối hợp hiệu quả trong quản lý môi trường?
   Cần xây dựng cơ chế phối hợp rõ ràng, chia sẻ dữ liệu qua hệ thống GIS, tổ chức đào tạo nâng cao nhận thức và kỹ năng, đồng thời áp dụng các quy định pháp luật nghiêm ngặt về xử lý nước thải và báo cáo môi trường.

5. Xã hội hóa thông tin môi trường có lợi ích gì?
   Xã hội hóa giúp tăng cường minh bạch, tạo điều kiện cho cộng đồng tham gia giám sát, nâng cao ý thức bảo vệ môi trường và thúc đẩy doanh nghiệp tuân thủ quy định, góp phần cải thiện chất lượng môi trường khu vực.

Kết luận

• Luận văn đã xây dựng thành công hệ thống quản lý nước thải KCN Hòa Xá dựa trên phần mềm GIS, tích hợp dữ liệu môi trường đa dạng và mô hình toán học Qual2K.
• Kết quả mô phỏng chất lượng nước sông Vĩnh Giang cho thấy hiệu quả bước đầu của trạm xử lý nước thải tập trung, đồng thời chỉ ra các điểm cần cải thiện trong quản lý nguồn thải.
• Cơ sở dữ liệu môi trường hiện tại chưa đồng bộ, việc ứng dụng GIS giúp nâng cao hiệu quả quản lý và ra quyết định.
• Đề xuất các giải pháp cụ thể về xây dựng cơ sở dữ liệu, nâng cao năng lực quản lý, kiểm tra xử lý vi phạm và xã hội hóa thông tin môi trường.
• Tiếp tục triển khai cập nhật dữ liệu, mở rộng ứng dụng GIS và hoàn thiện hệ thống giám sát trực tuyến trong giai đoạn tiếp theo để bảo vệ môi trường bền vững.

Call to action: Các nhà quản lý, doanh nghiệp và nhà nghiên cứu được khuyến khích áp dụng và phát triển hệ thống quản lý môi trường dựa trên GIS để nâng cao hiệu quả bảo vệ môi trường trong các khu công nghiệp.