Tổng quan nghiên cứu

Sông Ba Chẽ, một trong những con sông lớn tại tỉnh Quảng Ninh, đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp nước sinh hoạt, phát triển nông nghiệp, thủy sản và điều hòa khí hậu cho huyện Ba Chẽ. Tuy nhiên, trong giai đoạn 2015-2019, chất lượng nước mặt sông Ba Chẽ có dấu hiệu suy giảm, đặc biệt là các chỉ số ô nhiễm hữu cơ và kim loại nặng vượt quá giới hạn cho phép theo quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước mặt (QCVN 08-MT:2015/BTNMT). Nhà máy nước Ba Chẽ với công suất thiết kế 1.200 m3/ngày đêm và công suất vận hành 700 m3/ngày đêm lấy nước trực tiếp từ sông Ba Chẽ cũng góp phần làm gia tăng áp lực ô nhiễm. Theo dự báo, công suất nhà máy sẽ được nâng lên 3.000 m3/ngày đêm vào năm 2020 và 6.000 m3/ngày đêm trong giai đoạn 2020-2030, đồng thời dự kiến xây dựng đập dân dụng Thái Trụ trên sông Ba Chẽ với công suất khai thác 55.000 m3/ngày đêm nhằm phục vụ phát triển kinh tế xã hội.

Mục tiêu nghiên cứu nhằm đánh giá diễn biến chất lượng nước mặt sông Ba Chẽ trong giai đoạn 2015-2019, xác định nguyên nhân suy giảm chất lượng nước và đề xuất các giải pháp bảo vệ môi trường phù hợp, góp phần nâng cao hiệu quả quản lý tài nguyên nước và bảo vệ sức khỏe cộng đồng. Phạm vi nghiên cứu tập trung tại lưu vực sông Ba Chẽ, huyện Ba Chẽ, tỉnh Quảng Ninh, với số liệu thu thập từ các trạm quan trắc môi trường và nhà máy nước trong giai đoạn 2015-2019.

Nghiên cứu có ý nghĩa thiết thực trong việc cung cấp cơ sở khoa học cho các cơ quan quản lý nhà nước trong việc xây dựng chính sách bảo vệ môi trường, đồng thời hỗ trợ phát triển bền vững tài nguyên nước mặt tại địa phương. Các chỉ số đánh giá chất lượng nước như WQI (Water Quality Index) được áp dụng để đánh giá tổng hợp mức độ ô nhiễm, từ đó đưa ra các khuyến nghị cụ thể nhằm cải thiện chất lượng nước sông Ba Chẽ.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu áp dụng hai lý thuyết chính trong đánh giá chất lượng nước mặt:

  1. Lý thuyết tập mờ (Fuzzy Set Theory): Được phát triển bởi giáo sư L. Zadeh (1965), lý thuyết này giúp xử lý các vấn đề mơ hồ, không chắc chắn trong đánh giá chất lượng nước, đặc biệt khi các chỉ số ô nhiễm có sự biến động theo thời gian và không gian. Phương pháp này cho phép tổng hợp các chỉ số thành một giá trị đánh giá tổng thể, phù hợp với quản lý môi trường.

  2. Mô hình chỉ số chất lượng nước (WQI - Water Quality Index): WQI là công cụ phổ biến để đánh giá tổng hợp chất lượng nước dựa trên các thông số sinh hóa như pH, DO, BOD5, COD, TSS, amoni, coliform, kim loại nặng... Mô hình WQI được xây dựng dựa trên trọng số và hàm thành phần của từng chỉ số, giúp chuyển đổi dữ liệu phức tạp thành một giá trị duy nhất phản ánh mức độ ô nhiễm.

Các khái niệm chính bao gồm: chỉ số WQI, các thông số ô nhiễm (DO, BOD5, COD, TSS, amoni, coliform), quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước mặt (QCVN 08-MT:2015/BTNMT), và các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng nước như hoạt động kinh tế xã hội, nguồn thải công nghiệp, nông nghiệp và sinh hoạt.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính được thu thập từ các trạm quan trắc môi trường tỉnh Quảng Ninh, nhà máy nước Ba Chẽ, và các báo cáo quản lý tài nguyên nước trong giai đoạn 2015-2019. Cỡ mẫu gồm 120 mẫu nước được lấy định kỳ tại 10 điểm quan trắc trên lưu vực sông Ba Chẽ, bao gồm cả khu vực đầu nguồn, giữa dòng và cuối lưu vực.

Phương pháp phân tích bao gồm:

  • Phân tích các chỉ số sinh hóa và vật lý của nước như pH, DO, BOD5, COD, TSS, amoni, coliform, kim loại nặng (As, Cd, Pb, Hg).
  • Tính toán chỉ số WQI theo hướng dẫn kỹ thuật của Bộ Tài nguyên và Môi trường Việt Nam (Quyết định 1460/QĐ-TNMT, 2019).
  • Sử dụng phương pháp phân tích thống kê mô tả và phân tích xu hướng để đánh giá diễn biến chất lượng nước theo thời gian.
  • Áp dụng mô hình tập mờ để xử lý dữ liệu không chắc chắn và tổng hợp đánh giá chất lượng nước.
  • Thời gian nghiên cứu kéo dài từ tháng 1/2015 đến tháng 12/2019, với các đợt lấy mẫu định kỳ theo quý.

Phương pháp chọn mẫu ngẫu nhiên có chủ đích nhằm đảm bảo đại diện cho các khu vực có hoạt động kinh tế xã hội khác nhau, từ vùng nông thôn đến khu vực có nhà máy nước và khu dân cư đông đúc. Lý do lựa chọn phương pháp phân tích WQI và tập mờ là do tính hiệu quả trong việc tổng hợp và đánh giá đa chỉ tiêu, phù hợp với điều kiện thực tế tại lưu vực sông Ba Chẽ.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Diễn biến chất lượng nước mặt sông Ba Chẽ giai đoạn 2015-2019:

    • Chỉ số WQI trung bình năm 2015 là khoảng 65, thuộc nhóm chất lượng nước trung bình. Đến năm 2019, WQI giảm xuống còn khoảng 58, cho thấy chất lượng nước suy giảm khoảng 10,7%.
    • Nồng độ BOD5 và COD có xu hướng tăng trung bình 15% và 12% so với giai đoạn trước, vượt giới hạn cho phép tại 40% số điểm quan trắc năm 2019.

  2. Tình trạng ô nhiễm hữu cơ và kim loại nặng:

    • Hàm lượng amoni vượt quy chuẩn tại 35% điểm lấy mẫu, đặc biệt tại khu vực gần nhà máy nước Ba Chẽ.
    • Kim loại nặng như Pb, Cd vượt giới hạn cho phép tại 25% điểm quan trắc, tập trung chủ yếu ở vùng hạ lưu do hoạt động nông nghiệp và sinh hoạt.

  3. Ảnh hưởng của hoạt động kinh tế xã hội:

    • Mối quan hệ giữa mức độ ô nhiễm và mật độ dân cư, hoạt động nông nghiệp, công nghiệp được xác định rõ ràng với hệ số tương quan r = 0,68 (p < 0,05).
    • Khu vực gần nhà máy nước Ba Chẽ có mức độ ô nhiễm cao hơn trung bình 20% so với các khu vực khác.

  4. Hiệu quả của các biện pháp quản lý hiện tại:

    • Mặc dù có các quy định về xử lý nước thải, nhưng tỷ lệ nước thải được xử lý đạt chuẩn chỉ khoảng 60%, dẫn đến tình trạng ô nhiễm vẫn còn nghiêm trọng.
    • Việc áp dụng chỉ số WQI giúp nhận diện nhanh các khu vực ô nhiễm cao, hỗ trợ công tác giám sát và quản lý.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính dẫn đến suy giảm chất lượng nước mặt sông Ba Chẽ là do sự gia tăng hoạt động kinh tế xã hội, đặc biệt là nông nghiệp, công nghiệp và sinh hoạt dân cư chưa được kiểm soát chặt chẽ. Sự gia tăng công suất nhà máy nước Ba Chẽ cũng làm tăng áp lực lấy nước và thải nước thải chưa qua xử lý hoàn toàn.

So sánh với các nghiên cứu tại các lưu vực sông tương tự trong tỉnh Quảng Ninh và các tỉnh lân cận cho thấy xu hướng ô nhiễm hữu cơ và kim loại nặng là phổ biến, phản ánh chung tình trạng quản lý nguồn nước còn nhiều hạn chế. Việc sử dụng chỉ số WQI kết hợp với lý thuyết tập mờ đã giúp đánh giá chính xác hơn tình trạng ô nhiễm, đồng thời cung cấp công cụ hỗ trợ ra quyết định hiệu quả.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ xu hướng WQI theo năm, bảng so sánh nồng độ các chỉ số ô nhiễm với quy chuẩn, và bản đồ phân bố mức độ ô nhiễm trên lưu vực sông Ba Chẽ. Các biểu đồ này minh họa rõ ràng sự suy giảm chất lượng nước và phân bố không đồng đều của các chỉ số ô nhiễm.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Tăng cường giám sát và quản lý chất lượng nước mặt

    • Thiết lập hệ thống quan trắc tự động tại các điểm trọng yếu trên sông Ba Chẽ để theo dõi liên tục các chỉ số ô nhiễm.
    • Mục tiêu: nâng cao độ chính xác và kịp thời trong phát hiện ô nhiễm.
    • Thời gian: triển khai trong 1-2 năm tới.
    • Chủ thể thực hiện: Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Quảng Ninh phối hợp với UBND huyện Ba Chẽ.

  2. Nâng cao hiệu quả xử lý nước thải công nghiệp và sinh hoạt

    • Đầu tư cải tạo, nâng cấp hệ thống xử lý nước thải tại nhà máy nước Ba Chẽ và các khu dân cư.
    • Mục tiêu: đạt tỷ lệ xử lý nước thải đạt chuẩn trên 90% trong vòng 3 năm.
    • Chủ thể thực hiện: các doanh nghiệp, chính quyền địa phương.

  3. Phát triển mô hình quản lý tài nguyên nước bền vững

    • Áp dụng mô hình quản lý tổng hợp lưu vực sông (IWRM) nhằm cân bằng giữa phát triển kinh tế và bảo vệ môi trường.
    • Mục tiêu: giảm thiểu ô nhiễm và bảo vệ nguồn nước sinh hoạt.
    • Thời gian: xây dựng và triển khai trong 5 năm.
    • Chủ thể thực hiện: Sở Tài nguyên và Môi trường, các tổ chức nghiên cứu.

  4. Tuyên truyền nâng cao nhận thức cộng đồng

    • Tổ chức các chương trình giáo dục, truyền thông về bảo vệ nguồn nước và sử dụng nước tiết kiệm.
    • Mục tiêu: nâng cao nhận thức và hành vi bảo vệ môi trường của người dân.
    • Thời gian: liên tục hàng năm.
    • Chủ thể thực hiện: UBND huyện Ba Chẽ, các tổ chức xã hội.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Cơ quan quản lý nhà nước về tài nguyên và môi trường

    • Lợi ích: Cung cấp cơ sở khoa học để xây dựng chính sách, quy hoạch quản lý tài nguyên nước và bảo vệ môi trường.
    • Use case: Xây dựng kế hoạch giám sát chất lượng nước mặt, đánh giá hiệu quả các biện pháp xử lý ô nhiễm.

  2. Các nhà nghiên cứu và học viên ngành quản lý tài nguyên nước, môi trường

    • Lợi ích: Tham khảo phương pháp đánh giá chất lượng nước bằng WQI và lý thuyết tập mờ, áp dụng cho các nghiên cứu tương tự.
    • Use case: Phát triển mô hình đánh giá chất lượng nước mặt tại các lưu vực sông khác.

  3. Doanh nghiệp hoạt động trong lĩnh vực cấp nước và xử lý nước thải

    • Lợi ích: Hiểu rõ tình trạng ô nhiễm và các yêu cầu kỹ thuật trong xử lý nước thải để nâng cao hiệu quả hoạt động.
    • Use case: Cải tiến công nghệ xử lý nước thải, đảm bảo tuân thủ quy chuẩn môi trường.

  4. Cộng đồng dân cư và tổ chức xã hội tại huyện Ba Chẽ

    • Lợi ích: Nâng cao nhận thức về bảo vệ nguồn nước và tham gia vào các hoạt động bảo vệ môi trường.
    • Use case: Tham gia các chương trình tuyên truyền, giám sát cộng đồng về ô nhiễm nước.

Câu hỏi thường gặp

  1. Chỉ số WQI là gì và tại sao được sử dụng trong đánh giá chất lượng nước?
    WQI (Water Quality Index) là chỉ số tổng hợp phản ánh mức độ ô nhiễm nước dựa trên nhiều thông số sinh hóa. Nó giúp đơn giản hóa dữ liệu phức tạp thành một giá trị duy nhất, dễ hiểu và thuận tiện cho việc quản lý và ra quyết định. Ví dụ, WQI giảm từ 65 xuống 58 cho thấy chất lượng nước suy giảm rõ rệt.

  2. Nguyên nhân chính gây ô nhiễm nước sông Ba Chẽ là gì?
    Nguyên nhân chủ yếu là do hoạt động kinh tế xã hội như nông nghiệp, công nghiệp, sinh hoạt dân cư chưa được kiểm soát tốt, cùng với việc tăng công suất nhà máy nước Ba Chẽ làm gia tăng áp lực lấy và thải nước. Điều này dẫn đến tăng nồng độ BOD5, COD và kim loại nặng vượt chuẩn.

  3. Phương pháp nghiên cứu nào được áp dụng để đánh giá chất lượng nước?
    Nghiên cứu sử dụng phương pháp phân tích các chỉ số sinh hóa, tính toán chỉ số WQI theo quy chuẩn Việt Nam, kết hợp lý thuyết tập mờ để xử lý dữ liệu không chắc chắn, giúp đánh giá tổng hợp và chính xác hơn về chất lượng nước.

  4. Giải pháp nào được đề xuất để cải thiện chất lượng nước sông Ba Chẽ?
    Các giải pháp bao gồm tăng cường giám sát tự động, nâng cấp hệ thống xử lý nước thải, áp dụng mô hình quản lý tổng hợp lưu vực sông, và tuyên truyền nâng cao nhận thức cộng đồng. Mục tiêu là giảm ô nhiễm và bảo vệ nguồn nước bền vững.

  5. Ai nên sử dụng kết quả nghiên cứu này?
    Kết quả nghiên cứu hữu ích cho cơ quan quản lý nhà nước, các nhà nghiên cứu, doanh nghiệp cấp nước và xử lý nước thải, cũng như cộng đồng dân cư địa phương nhằm nâng cao hiệu quả quản lý và bảo vệ môi trường nước.

Kết luận

  • Đã đánh giá được diễn biến chất lượng nước mặt sông Ba Chẽ giai đoạn 2015-2019, cho thấy xu hướng suy giảm chất lượng nước với chỉ số WQI giảm khoảng 10,7%.
  • Xác định nguyên nhân chính là hoạt động kinh tế xã hội gia tăng và áp lực từ nhà máy nước Ba Chẽ.
  • Áp dụng thành công phương pháp WQI kết hợp lý thuyết tập mờ trong đánh giá chất lượng nước mặt.
  • Đề xuất các giải pháp cụ thể nhằm nâng cao hiệu quả quản lý và bảo vệ môi trường nước sông Ba Chẽ trong thời gian tới.
  • Khuyến nghị triển khai hệ thống quan trắc tự động và tăng cường tuyên truyền cộng đồng để bảo vệ nguồn nước bền vững.

Tiếp theo, cần triển khai các giải pháp đề xuất, đồng thời mở rộng nghiên cứu đánh giá tác động môi trường liên quan đến các dự án phát triển kinh tế xã hội trên lưu vực sông Ba Chẽ. Mời các cơ quan quản lý, nhà nghiên cứu và cộng đồng cùng phối hợp thực hiện để bảo vệ nguồn tài nguyên quý giá này.