Ứng dụng GIS đánh giá chất lượng môi trường nước mặt tại các sông trên địa bàn thành phố Uông Bí, tỉnh Quảng Ninh năm 2022

Luận văn thạc sĩ: Ứng dụng GIS đánh giá chất lượng nước mặt tại TP Uông Bí, Quảng Ninh năm 2022

• Tác giả: Phạm Thị Thanh
• Người hướng dẫn: TS. Chu Thành Huy
• Trường học: Trường Đại học Khoa học - Đại học Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Quản lý tài nguyên và môi trường
• Đề tài: Ứng dụng GIS đánh giá chất lượng môi trường nước mặt tại các sông trên địa bàn thành phố Uông Bí, tỉnh Quảng Ninh năm 2022
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Thái Nguyên

Tóm tắt

I. Tổng quan chất lượng nước mặt các sông tại TP Uông Bí

Thành phố Uông Bí sở hữu hệ thống mạng lưới sông ngòi và hồ chứa nước phong phú. Các thủy vực chính bao gồm sông Vàng Tân, suối Khe Cái, sông Sinh và hồ Yên Trung. Hệ thống thủy văn này đóng vai trò then chốt đối với đời sống cư dân địa phương. Nguồn nước mặt cung cấp nước tưới nông nghiệp, phục vụ sinh hoạt và phát triển du lịch. Tuy nhiên, áp lực kinh tế xã hội gia tăng tạo gánh nặng lớn lên môi trường thủy quyển. Tốc độ đô thị hóa nhanh chóng làm phát sinh lượng lớn chất thải. Hoạt động khai khoáng cùng giao thông vận tải tác động tiêu cực đến lưu vực dòng chảy. Việc đánh giá hiện trạng chất lượng nước mặt năm 2022 có ý nghĩa cấp thiết. Công tác điều tra thực địa giúp phân loại mức độ an toàn của nguồn nước theo quy chuẩn địa phương QCĐP 02:2020/QN. Số liệu thu thập là nền tảng để xây dựng chính sách bảo vệ tài nguyên nước. Quy hoạch phát triển kinh tế cần gắn liền với nhiệm vụ duy trì chất lượng nguồn nước ngọt. Sự phối hợp giữa các cơ quan quản lý tài nguyên giúp bảo vệ lưu vực sông bền vững.

1.1. Vị trí địa lý và đặc điểm lưu vực sông Uông Bí

Thành phố Uông Bí nằm ở phía tây tỉnh Quảng Ninh. Địa hình thành phố chuyển tiếp từ vùng đồi núi cao xuống đồng bằng ven biển. Mạng lưới sông suối tại địa phương bắt nguồn chủ yếu từ dãy núi Yên Tử. Các dòng suối dốc có tốc độ dòng chảy lớn vào mùa mưa bão. Mùa khô kéo dài làm suy giảm lưu lượng dòng chảy tự nhiên. Sông Vàng Tân và suối Khe Cái đóng vai trò thoát nước chính cho khu vực đồi núi. Vùng hạ lưu đón nhận dòng chảy đổ ra sông Đá Bạc và sông Bạch Đằng. Đặc thù địa hình tạo ra sự phân hóa mạnh mẽ về chất lượng dòng chảy theo từng phân đoạn địa hình.

1.2. Vai trò tài nguyên nước mặt trong phát triển địa phương

Tài nguyên nước mặt phục vụ trực tiếp cho nhiều ngành kinh tế trọng điểm tại thành phố Uông Bí. Các hồ chứa lớn như hồ Yên Trung đóng vai trò cấp nước sản xuất nông nghiệp và điều tiết vi khí hậu. Nguồn nước ngọt bảo đảm cung ứng cho các hoạt động công nghiệp nhiệt điện và vật liệu xây dựng. Bên cạnh đó, các lưu vực sông suối cung cấp nguồn thủy sản tự nhiên cho người dân. Cảnh quan sông nước hỗ trợ đắc lực cho ngành du lịch sinh thái và tâm linh Yên Tử. Bảo vệ chất lượng nước mặt là điều kiện tiên quyết duy trì an ninh nguồn nước đô thị. Nguồn tài nguyên này quyết định sức khỏe cộng đồng và sự phát triển kinh tế bền vững.

II. Thực trạng ô nhiễm nước mặt các sông tại TP Uông Bí 2022

Kết quả quan trắc năm 2022 chỉ ra nhiều đoạn sông tại thành phố Uông Bí đối mặt nguy cơ ô nhiễm nghiêm trọng. Nồng độ chất rắn lơ lửng TSS và thông số COD tại một số điểm vượt giới hạn cho phép. Vấn đề này xuất phát từ quá trình xói mòn đất và rửa trôi bãi thải mỏ. Điển hình tại sông Vàng Tân, hoạt động khai thác than tại khu vực mỏ Hồ Thiên và Khe Chuối gây áp lực lớn lên nguồn nước. Nước suối mang theo hàm lượng cặn khoáng cao làm đục dòng chảy. Trong khi đó, suối Khe Cái chịu ảnh hưởng bởi hoạt động du lịch và giao thông phát triển mạnh ven lưu vực. Nước thải sinh hoạt chưa qua xử lý triệt để xả thẳng ra các kênh mương gây ô nhiễm hữu cơ cục bộ. Vào mùa khô, lưu lượng dòng chảy tự nhiên giảm thấp khiến khả năng tự làm sạch của sông suy giảm rõ rệt. Hàm lượng amoni và vi sinh vật coliform tăng cao tại các nhánh sông đi qua khu dân cư đông đúc. Tình trạng này đe dọa trực tiếp đến hệ sinh thái thủy sinh và nguồn nước cấp sinh hoạt.

2.1. Tác động từ hoạt động khai thác than và công nghiệp

Khai thác than là ngành công nghiệp chủ lực tạo nên động lực phát triển nhưng cũng để lại áp lực sinh thái to lớn. Quá trình bóc đất đá thải tại các mỏ than làm gia tăng nguy cơ sạt lở vào mùa mưa lũ. Nước mưa chảy tràn qua bãi thải cuốn theo bùn đất và kim loại nặng xuống lòng sông. Dòng thải axit mỏ than làm giảm độ pH của nước mặt tại một số phụ lưu. Nồng độ cặn lơ lửng tăng cao làm giảm lượng oxy hòa tan trong nước. Sinh vật phù du và động vật thủy sinh bị suy giảm nghiêm trọng về số lượng giống loài. Các công ty mỏ đã xây dựng hệ thống lắng lọc nhưng chưa thể xử lý triệt để vào các đợt mưa lớn kéo dài.

2.2. Áp lực ô nhiễm từ nước thải sinh hoạt và du lịch

Tốc độ gia tăng dân số đô thị đặt ra thách thức lớn đối với hạ tầng thu gom nước thải sinh hoạt. Nhiều khu dân cư tập trung vẫn xả trực tiếp nước thải chưa xử lý vào hệ thống thoát nước chung. Hoạt động du lịch tâm linh tại danh thắng Yên Tử thu hút hàng triệu lượt khách mỗi năm. Lượng khách đông tập trung vào các tháng lễ hội tạo ra khối lượng rác và nước thải đột biến. Nguồn thải sinh hoạt chứa hàm lượng hữu cơ, nitơ và phosphat cao dễ gây hiện tượng phú dưỡng hóa. Các đoạn sông chảy qua khu vực đô thị như phường Vàng Danh, Thanh Sơn xuất hiện mùi hôi cục bộ. Ý thức bảo vệ môi trường của một bộ phận người dân và du khách vẫn cần được cải thiện liên tục.

III. Phương pháp GIS đánh giá chất lượng nước mặt tại TP Uông Bí

Quy trình ứng dụng GIS đánh giá chất lượng nước mặt được triển khai bài bản qua nhiều bước kỹ thuật. Trước hết, vị trí các điểm quan trắc được định vị chính xác bằng tọa độ VN-2000 kinh tuyến trục 107 độ 45 phút. Mạng lưới lấy mẫu bao quát các sông suối trọng điểm như sông Vàng Tân, suối Khe Cái và hồ Yên Trung. Các thông số hóa lý quan trọng bao gồm pH, DO, TSS, COD, BOD5 và kim loại nặng được phân tích trong phòng thí nghiệm. Dữ liệu thuộc tính sau đó được nhập vào phần mềm ArcGIS cùng với lớp dữ liệu không gian lưu vực. Phương pháp nội suy nghịch đảo khoảng cách IDW được áp dụng để ước tính nồng độ ô nhiễm tại các vùng chưa có số liệu đo đạc. GIS kết hợp thuật toán tính chỉ số chất lượng nước WQI để chuyển đổi dữ liệu phức tạp thành thang điểm trực quan. Kết quả tạo ra các bản đồ chuyên đề phân vùng chất lượng nước với độ chính xác cao. Phương pháp này giảm thiểu chi phí khảo sát thực địa mà vẫn bảo đảm độ tin cậy khoa học vững chắc.

3.1. Thu thập dữ liệu và kỹ thuật nội suy không gian

Công đoạn thu thập số liệu nền đóng vai trò quyết định đến độ chính xác của mô hình GIS. Tọa độ các điểm quan trắc mặt nước được số hóa trên bản đồ nền thành phố Uông Bí. Các mẫu nước được lấy theo đúng tiêu chuẩn quan trắc môi trường quốc gia. Sau khi xử lý số liệu hóa lý, kỹ thuật nội suy IDW hoặc Kriging được triển khai trên phần mềm GIS. Thuật toán phân tích khoảng cách địa lý giữa các điểm mẫu để dự đoán nồng độ chất ô nhiễm trên toàn bộ bề mặt sông. Kỹ thuật nội suy tạo ra các lớp bản đồ liên tục về nồng độ TSS, COD và nitrat. Các dải màu biểu thị mức độ ô nhiễm giúp nhận diện nhanh điểm nóng suy thoái môi trường.

3.2. Xây dựng bản đồ phân vùng ô nhiễm nước theo chỉ số WQI

Chỉ số chất lượng nước WQI tích hợp đa chỉ tiêu lý hóa thành một giá trị đơn lẻ dễ theo dõi. Phương pháp tính toán tuân thủ hướng dẫn kỹ thuật của Tổng cục Môi trường Việt Nam. Phần mềm GIS gán các giá trị WQI tính toán được vào từng vị trí tọa độ địa lý tương ứng. Công cụ chồng xếp lớp bản đồ phân chia thủy vực thành các phân vùng màu trực quan. Vùng màu xanh lá biểu thị nước sạch đạt chuẩn cấp sinh hoạt A2. Vùng màu vàng phản ánh nguồn nước chỉ phù hợp tưới tiêu nông nghiệp B1. Vùng màu cam cảnh báo tình trạng nước ô nhiễm cần áp dụng biện pháp xử lý nghiêm ngặt. Bản đồ chuyên đề cung cấp cái nhìn toàn diện về chất lượng môi trường nước trên toàn địa bàn.

IV. Ứng dụng GIS quản lý nguồn nước mặt các sông tại TP Uông Bí

Ứng dụng GIS chứng minh vai trò đột phá trong quản lý môi trường nước tại thành phố Uông Bí năm 2022. Công nghệ cung cấp công cụ hỗ trợ ra quyết định nhanh chóng và chính xác cho các nhà quản lý môi trường đô thị. Bản đồ phân vùng ô nhiễm hỗ trợ Sở Tài nguyên và Môi trường khoanh vùng chính xác các điểm xả thải vi phạm. Cơ quan chức năng dễ dàng thanh tra các doanh nghiệp khai thác than và cơ sở sản xuất có nguy cơ gây ô nhiễm cao. Ngoài ra, cơ sở dữ liệu GIS đóng vai trò nền tảng để hoạch định chính sách cấp phép xả thải vào nguồn nước. Hệ thống bản đồ số giúp xây dựng mạng lưới trạm quan trắc tự động tại các vị trí xung yếu ven sông suối. Các quy hoạch phát triển khu công nghiệp và đô thị mới nhờ đó được điều chỉnh phù hợp với sức chịu tải môi trường. Việc ứng dụng công nghệ địa tin học mở ra hướng đi hiện đại hóa quản trị tài nguyên nước, hướng tới mục tiêu phát triển bền vững cho địa phương.

4.1. Hỗ trợ ra quyết định quy hoạch lưu vực và kiểm soát xả thải

Bản đồ phân vùng chất lượng nước GIS là căn cứ thực tế để cấp phép khai thác và xả thải nguồn nước. Phòng Tài nguyên và Môi trường thành phố Uông Bí sử dụng bản đồ số để kiểm tra định kỳ nguồn thải công nghiệp. Khi phát hiện các khu vực cảnh báo đỏ, lực lượng thanh tra môi trường lập tức tiến hành kiểm tra đột xuất cơ sở phát thải. GIS cũng hỗ trợ xác định sức chịu tải của từng nhánh sông nhằm giới hạn lượng chất thải tiếp nhận. Các dự án xây dựng hạ tầng xử lý nước thải đô thị được ưu tiên bố trí tại các điểm nóng suy thoái môi trường. Quy trình giám sát minh bạch giúp nâng cao tính tuân thủ pháp luật bảo vệ môi trường của các cơ sở sản xuất.

4.2. Khuyến nghị giải pháp kỹ thuật bảo vệ môi trường nước

Thành phố Uông Bí cần tiếp tục mở rộng mạng lưới quan trắc chất lượng nước tự động kết nối GIS. Việc tích hợp cảm biến IoT với bản đồ số cho phép giám sát dữ liệu thời gian thực. Đối với ngành khai khoáng than, việc hoàn nguyên bãi thải mỏ và xây dựng hào thu gom nước axit là bắt buộc. Hệ thống xử lý nước thải đô thị tập trung cần được đầu tư nâng công suất đồng bộ. Chính quyền cần tăng cường trồng rừng đầu nguồn tại dãy núi Yên Tử để giữ nguồn nước sạch và chống xói mòn đất. Công tác tuyên truyền bảo vệ nguồn nước trong cộng đồng dân cư cần thực hiện thường xuyên. Sự tham gia của người dân quyết định sự trong sạch của các dòng sông.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Thành phố Uông Bí giữ vị thế là cực tăng trưởng kinh tế quan trọng phía Tây tỉnh Quảng Ninh với tốc độ tăng trưởng GRDP năm 2020 đạt 12,8%, tổng diện tích tự nhiên đạt 256,30 km2 cùng quy mô dân số ghi nhận 127.120 người, mật độ cư trú trung bình 492,1 người/km2. Quá trình công nghiệp hóa và đô thị hóa nhanh chóng, đặc biệt là hoạt động khai khoáng với sản lượng khai thác than đạt 8,38 triệu tấn vào năm 2021 kết hợp các cụm nhiệt điện và vật liệu xây dựng, đang tạo sức ép rất lớn lên môi trường sinh thái. Nguồn tài nguyên nước mặt trên các lưu vực sông chính như sông Đá Bạc, sông Uông, sông Sinh và hệ thống hồ chứa nội vùng đang đối mặt với nguy cơ suy thoái cục bộ nghiêm trọng.

Vấn đề cốt lõi trong công tác quản lý tài nguyên nước tại địa phương nằm ở việc các đánh giá môi trường trước đây chỉ dừng lại ở phân tích các thông số vật lý, hóa học đơn lẻ tại từng điểm quan trắc rời rạc theo các quy chuẩn kỹ thuật. Cách tiếp cận truyền thống này chưa phản ánh được bức tranh chất lượng nước mang tính tổng thể, đồng thời bỏ sót tính liên tục và quy luật phân bố ô nhiễm theo không gian của toàn bộ mạng lưới thủy vực.

Trước yêu cầu cấp thiết đó, nghiên cứu đã ứng dụng công nghệ Hệ thống Thông tin Địa lý (GIS) kết hợp chỉ số chất lượng nước (VN_WQI) nhằm đánh giá định lượng và mô hình hóa trực quan diễn biến chất lượng nước mặt trên địa bàn thành phố Uông Bí trong năm 2022. Đề tài xác lập cơ sở dữ liệu số hóa tin cậy, xác định chính xác các điểm nóng suy thoái môi trường và lượng hóa không gian ảnh hưởng. Kết quả nghiên cứu cung cấp luận cứ khoa học thực tiễn giúp các nhà quản lý địa phương xây dựng kịch bản kiểm soát nguồn thải, hướng tới mục tiêu 100% nguồn nước mặt cấp cho sinh hoạt và sản xuất được giám sát tự động, bảo vệ an ninh nguồn nước bền vững.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên nền tảng lý thuyết quản lý tổng hợp tài nguyên nước (IWRM) kết hợp lý thuyết phân tích không gian trong Hệ thống Thông tin Địa lý (GIS). Về mô hình cấu trúc dữ liệu không gian, đề tài vận dụng nguyên lý biểu diễn đối tượng địa lý qua hai mô hình cơ bản là Raster và Vector được chuẩn hóa bởi S. Aronoff (1989), cho phép lưu trữ và chồng xếp đồng thời các lớp thông tin địa hình, mạng lưới sông ngòi và các thuộc tính ô nhiễm hóa lý.

Bên cạnh đó, mô hình đánh giá chất lượng nước tổng hợp được kế thừa từ các phương pháp tiên tiến trên thế giới như chỉ số WQI của bang Oregon (Hoa Kỳ) và cơ quan bảo vệ môi trường Canada (Quebec WQI), đồng thời chuẩn hóa theo hướng dẫn tính toán chỉ số VN_WQI do Tổng cục Môi trường Việt Nam ban hành tại Quyết định số 1460/QĐ-TCMT ngày 12/11/2019. Thang phân loại VN_WQI quy chuẩn chất lượng nước thành 6 mức cụ thể, tương ứng với dải giá trị từ dưới 10 điểm (ô nhiễm rất nặng, mã màu nâu) đến 91-100 điểm (chất lượng rất tốt, mã màu xanh biển). Nghiên cứu tích hợp 4 khái niệm nền tảng bao gồm: dữ liệu thuộc tính phi không gian, phép nội suy bề mặt không gian, chỉ số phụ của thông số quan trắc và hành lang bảo vệ nguồn nước mặt ven đô thị.

Phương pháp nghiên cứu

Mạng lưới lấy mẫu được thiết lập với cỡ mẫu 19 vị trí quan trắc nước mặt đại diện (ký hiệu từ NM01 đến NM19) phân bố trên các lưu vực trọng yếu gồm sông Vàng Danh, suối Khe Cái, sông Uông, sông Sinh, hồ Yên Trung và hồ Tân Lập. Phương pháp chọn mẫu là chọn mẫu có chủ đích kết hợp phân tầng theo địa hình thủy vực và vị trí các nguồn tiếp nhận nước thải chính như khu vực mỏ than Hồ Thiên - Khe Chuối, trạm xử lý bãi chôn lấp rác Khe Giang và các điểm giao cắt hạ lưu đô thị. Dữ liệu thực nghiệm được thu thập định kỳ theo 2 đợt đặc trưng đại diện cho mùa khô và mùa mưa trong năm 2022.

Nguồn dữ liệu đầu vào sử dụng kết quả quan trắc từ Trung tâm Quan trắc Tài nguyên và Môi trường tỉnh Quảng Ninh - đơn vị đạt chứng nhận năng lực VIMCERTS 023 theo Quyết định 2718/QĐ-BTNMT của Bộ Tài nguyên và Môi trường và đạt chuẩn ISO/IEC 17025:2017 (số hiệu VILAS 396). Các nhóm thông số phân tích bao gồm: nhóm I (pH), nhóm III (kim loại nặng gồm As, Fe, Cu, Pb, Hg), nhóm IV (chất hữu cơ và dinh dưỡng gồm DO, BOD5, COD, N-NH4+) và nhóm V (vi sinh Coliform), kết hợp chỉ tiêu chất rắn lơ lửng (TSS) đối chiếu theo quy chuẩn địa phương QCĐP 1:2020/QN.

Về phương pháp phân tích, nghiên cứu ứng dụng thuật toán nội suy nghịch đảo khoảng cách có trọng số (IDW) tích hợp trong phần mềm ArcGIS 10.x với số mũ lũy thừa chuẩn p = 2. Lý do lựa chọn thuật toán IDW là nhờ tốc độ tính toán nhanh, bảo toàn giá trị đo thực tế tại các trạm quan trắc, không tạo ra các giá trị ngoại lai và đặc biệt phù hợp với hình học mạng lưới sông ngòi tuyến tính trong điều kiện mật độ trạm đo quan trắc tại cấp cơ sở còn hạn chế.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Kết quả tính toán chỉ số VN_WQI và mô hình hóa không gian bằng ArcGIS đã làm nổi bật 4 phát hiện quan trọng về hiện trạng nguồn nước mặt Uông Bí năm 2022:

Thứ nhất, có sự phân hóa sâu sắc về chất lượng nước theo mùa. Vào mùa mưa, chỉ số WQI tổng hợp toàn mạng lưới tăng trung bình từ 15% đến 25% so với mùa khô. Hiện tượng này xuất phát từ lưu lượng nước mặt dồi dào trong các tháng cao điểm mưa lũ (lượng mưa tháng 7 đạt 346,3 mm trong khi tháng 11 chỉ đạt 29,2 mm), giúp pha loãng nồng độ các chất hòa tan. Ngược lại, vào mùa khô, chỉ số WQI tại nhiều phân lưu giảm mạnh xuống mức 26-50 điểm, tương đương chất lượng nước xấu.

Thứ hai, ô nhiễm chất hữu cơ và chất rắn lơ lửng tập trung cao tại các chi lưu chịu ảnh hưởng của công nghiệp khai khoáng. Điển hình tại điểm NM16 trên sông Vàng Tân (chi lưu thượng nguồn sông Trung Lương gần cụm mỏ than Hồ Thiên - Khe Chuối), hàm lượng TSS trong mùa khô vượt quy chuẩn QCĐP 1:2020/QN Cột A2 khoảng 2,2 lần; nồng độ BOD5 và COD lần lượt dao động ở mức 15-28 mg/l và 32-55 mg/l, khiến giá trị WQI thành phần hữu cơ giảm xuống mức rất kém.

Thứ ba, nồng độ vi sinh và dinh dưỡng amoni tăng đột biến tại các đoạn sông chảy qua khu dân cư tập trung. Tại hạ lưu sông Sinh (đoạn qua phường Quang Trung và Thanh Sơn), mật độ Coliform quan trắc được vượt ngưỡng cho phép trên 3.200 MPN/100ml; nồng độ N-NH4+ vượt giới hạn quy chuẩn từ 1,3 đến 2,1 lần do nước thải sinh hoạt đô thị chưa qua xử lý được xả trực tiếp vào dòng chảy.

Thứ tư, nguồn nước tại các hồ chứa lớn duy trì sự ổn định ở mức an toàn sinh thái cao. Hồ Yên Trung với dung tích cấp nước lớn và diện tích mặt nước 50 ha cùng hồ Tân Lập (16 ha) ghi nhận chỉ số WQI dao động liên tục từ 82 đến 94 điểm trong cả hai mùa, bảo đảm tiêu chuẩn cấp nước sinh hoạt và dịch vụ du lịch sinh thái.

Thảo luận kết quả

Diễn biến phân bố không gian của chất lượng nước mặt thành phố Uông Bí chịu tác động cộng hưởng mạnh mẽ giữa điều kiện tự nhiên và các hoạt động kinh tế nhân sinh. Đặc điểm địa hình miền núi dốc chiếm 63,04% diện tích tự nhiên ở phía Bắc khiến quá trình xói mòn bề mặt diễn ra nhanh chóng mỗi khi có mưa lớn, cuốn trôi lượng lớn bùn đá và cặn than từ các bãi thải mỏ xuống thung lũng suối Khe Cái và sông Vàng Danh. Ở khu vực hạ lưu phía Nam, sông Đá Bạc dài 12 km và rộng trung bình 400 m chịu tác động của chế độ nhật triều với biên độ dao động 0,6 m; hiện tượng triều dâng làm chậm quá trình tiêu thoát nước thải đô thị, dẫn đến hiện tượng tích tụ chất ô nhiễm hữu cơ trong mùa khô.

Khi so sánh với các nghiên cứu tương đồng tại Việt Nam như đề tài của Bùi Nguyễn Linh (2009) tại Bà Rịa - Vũng Tàu hay công trình của tác giả Hao Wu (2016) trên lưu vực sông Hán (Trung Quốc), xu hướng suy giảm WQI theo mùa tại Uông Bí có tính tương thích cao. Sự tương đồng này khẳng định vai trò quyết định của cơ cấu nguồn thải công nghiệp khai khoáng và mật độ đô thị đối với sự suy giảm oxy hòa tan (DO) cũng như sự gia tăng tải lượng nitơ, photpho.

Trong báo cáo kỹ thuật, dữ liệu được trực quan hóa rất sinh động thông qua biểu đồ cột đôi biểu diễn biến thiên nồng độ từng thông số hóa lý (BOD5, COD, Amoni, Fe, As) giữa mùa mưa và mùa khô. Đồng thời, bảng ma trận tính toán chỉ số phụ WQISI được liên kết với bản đồ chuyên đề ArcGIS thông qua thang màu tiêu chuẩn 6 cấp. Điều này giúp các nhà hoạch định chính sách nhận diện trực quan tức thì phạm vi các dải nước ô nhiễm mà không cần xử lý các bảng số liệu phân tích phức tạp.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm kiểm soát ô nhiễm và nâng cao chất lượng nguồn nước mặt thành phố Uông Bí trong giai đoạn 2024-2030, bốn giải pháp trọng tâm được đề xuất triển khai cụ thể:

Đầu tư hoàn thiện hệ thống hạ tầng thu gom và trạm xử lý nước thải sinh hoạt tập trung: Ủy ban nhân dân thành phố Uông Bí phối hợp Sở Xây dựng triển khai dự án trạm xử lý nước thải sinh hoạt công suất thiết kế 15.000 m3/ngày đêm tại khu vực nội thị; mục tiêu nâng tỷ lệ nước thải sinh hoạt đô thị được thu gom và xử lý đạt chuẩn từ dưới 25% hiện nay lên mức tối thiểu 75% trước năm 2026.

Kiểm soát chặt chẽ và tuần hoàn nước thải mỏ than: Yêu cầu các đơn vị trực thuộc Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam (Vinacomin) và các doanh nghiệp khai thác vật liệu xây dựng trên địa bàn nâng cấp hệ thống hồ lắng, công nghệ keo tụ và lọc áp lực tại 5 cơ sở mỏ; đảm bảo 100% nước thải mỏ được xử lý đạt chuẩn QCĐP 1:2020/QN Cột A2 và tái sử dụng ít nhất 60% cho tưới ẩm dập bụi mỏ than trước quý IV năm 2025.

Thiết lập hệ thống quan trắc tự động liên tục tích hợp dữ liệu WebGIS: Phòng Tài nguyên và Môi trường thành phố Uông Bí chủ trì lắp đặt bổ sung 8 trạm quan trắc nước mặt tự động tại các vị trí xung yếu trên sông Sinh, sông Uông và sông Đá Bạc; truyền dữ liệu liên tục 15 phút một lần về trung tâm điều hành thành phố thông minh để tự động cập nhật bản đồ cảnh báo ô nhiễm thời gian thực trước năm 2025.

Khoanh định hành lang bảo vệ nguồn nước và phục hồi rừng đầu nguồn: Ban Quản lý Di tích và Rừng quốc gia Yên Tử phối hợp Ủy ban nhân dân các xã Thượng Yên Công và phường Vàng Danh tiến hành cắm mốc chỉ giới hành lang bảo vệ tại 6 lưu vực sông hồ chính; triển khai trồng mới 220 ha rừng phòng hộ đầu nguồn nhằm nâng tỷ lệ che phủ rừng toàn thành phố từ 49,5% lên mức 52,0% vào năm 2027, hạn chế tối đa nguy cơ rửa trôi bùn đất đá mỏ.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Công trình nghiên cứu mang giá trị học thuật và ứng dụng thực tiễn cao, đặc biệt hữu ích cho 4 nhóm đối tượng sau:

Cán bộ quản lý tại các cơ quan chuyên trách môi trường: Cán bộ thuộc Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Quảng Ninh, Phòng Tài nguyên và Môi trường thành phố Uông Bí có thể sử dụng kết quả nghiên cứu và tập bản đồ phân vùng WQI làm cơ sở dữ liệu nền phục vụ việc thẩm định báo cáo đánh giá tác động môi trường (ĐTM), xây dựng Kế hoạch quản lý chất lượng môi trường nước mặt theo Điều 9 Luật Bảo vệ môi trường năm 2020.

Các nhà khoa học, giảng viên và học viên cao học: Nhóm nghiên cứu thuộc các chuyên ngành Quản lý Tài nguyên và Môi trường, Kỹ thuật Môi trường, Bản đồ và Hệ thống Thông tin Địa lý có thể tham khảo quy trình tích hợp thuật toán nội suy IDW với công thức tính VN_WQI chuẩn của Tổng cục Môi trường như một tài liệu tham khảo mẫu mực để mở rộng áp dụng cho các lưu vực sông khác trên toàn quốc.

Lãnh đạo các doanh nghiệp khai khoáng và công nghiệp địa phương: Ban giám đốc và bộ phận an toàn môi trường tại các công ty khai thác than, nhà máy xi măng, nhiệt điện tại Uông Bí có thể tra cứu diễn biến tải lượng ô nhiễm để đánh giá phạm vi ảnh hưởng của nước thải công nghiệp đơn vị mình; từ đó chủ động cải tiến quy trình công nghệ xử lý tuần hoàn dòng thải đạt tiêu chuẩn xả thải cho phép.

Các tổ chức tư vấn quy hoạch đô thị và quản lý lưu vực: Các kỹ sư quy hoạch có thể khai thác tài liệu về chế độ thủy văn, hiện trạng chất lượng nước của 10 đơn vị hành chính phường, xã tại Uông Bí để thiết kế hợp lý các công trình thoát nước mưa, vị trí cửa xả và định hướng không gian phát triển kinh tế ven sông Đá Bạc tầm nhìn đến năm 2030.

Câu hỏi thường gặp

Phương pháp nội suy IDW có ưu điểm gì vượt trội so với các mô hình toán học thủy lực như MIKE 11 khi đánh giá nước mặt Uông Bí?

Phương pháp IDW tính toán trực tiếp giá trị điểm chưa quan trắc dựa trên khoảng cách nghịch đảo với 19 điểm quan trắc thực tế, giúp tiết kiệm đáng kể thời gian và chi phí. Trong khi đó, các mô hình thủy lực phức tạp đòi hỏi số liệu trắc dọc, trắc ngang lòng dẫn và dữ liệu viễn thám chi tiết - những yếu tố vốn rất khan hiếm tại cấp thành phố trực thuộc tỉnh.

Chỉ số VN_WQI được tính toán theo quy chuẩn nào và phản ánh chất lượng nước ra sao?

Chỉ số VN_WQI được tính toán nghiêm ngặt theo Quyết định số 1460/QĐ-TCMT của Tổng cục Môi trường Việt Nam năm 2019. Thang đo tổng hợp 4 nhóm thông số hóa lý, kim loại và vi sinh về một thang điểm duy nhất từ 0 đến 100, giúp người xem dễ dàng phân biệt được các mức độ an toàn của nguồn nước phục vụ sinh hoạt hay tưới tiêu.

Tại sao chất lượng nước mặt mùa khô tại Uông Bí lại suy giảm rõ rệt hơn so với mùa mưa?

Vào mùa khô, lượng mưa tại Uông Bí giảm sâu chỉ còn 29,2 mm vào tháng 11, làm giảm lưu lượng dòng chảy cơ bản của sông Uông và sông Sinh. Trong khi đó, tải lượng nước thải từ 127.120 cư dân và các hoạt động công nghiệp khai khoáng vẫn xả ra liên tục, khiến nồng độ chất ô nhiễm không được pha loãng và tích tụ cục bộ.

Khai thác than tác động tiêu cực nhất đến những chỉ tiêu nước mặt nào tại địa phương?

Hoạt động khai thác than lộ thiên và hầm lò với sản lượng trên 8,38 triệu tấn mỗi năm tác động tiêu cực nhất đến hàm lượng chất rắn lơ lửng (TSS), nhu cầu oxy hóa học (COD) và kim loại nặng (Fe, As). Dòng chảy mặt từ các bãi thải mỏ đổ về sông Vàng Danh làm nước có độ đục cao và lắng đọng bùn than tại các chi lưu.

Quy trình cập nhật dữ liệu chất lượng nước trên nền tảng bản đồ GIS của đề tài được thực hiện thế nào?

Cơ sở dữ liệu được tổ chức dưới dạng cấu trúc địa lý chuẩn hóa trong phần mềm ArcGIS. Định kỳ khi có số liệu quan trắc mới từ 19 trạm đo, người quản lý chỉ cần nhập các giá trị nồng độ vào bảng thuộc tính và chạy công cụ IDW tự động, bản đồ phân vùng ô nhiễm mới sẽ được kết xuất trong vòng 10 phút.

Kết luận

Nghiên cứu ứng dụng GIS đánh giá chất lượng môi trường nước mặt tại các sông trên địa bàn thành phố Uông Bí năm 2022 đã đạt được những kết quả nổi bật:

• Xây dựng thành công cơ sở dữ liệu không gian tích hợp 19 trạm quan trắc định kỳ trên 6 hệ thống sông hồ trọng yếu của thành phố Uông Bí.
• Xác định rõ nét sự biến động chất lượng nước theo mùa với chỉ số VN_WQI mùa khô suy giảm từ 15% đến 25% so với mùa mưa trên các trục sông chính.
• Khoanh vùng chính xác hai điểm nóng ô nhiễm hữu cơ và chất rắn lơ lửng tại khu vực mỏ than sông Vàng Danh và đoạn hạ lưu sông Sinh qua khu dân cư tập trung.
• Khẳng định tính ưu việt của phương pháp nội suy IDW trong việc mô hình hóa không gian chất lượng nước, giúp trực quan hóa phân vùng môi trường nhanh chóng và chính xác.
• Đề xuất đồng bộ 4 nhóm giải pháp kỹ thuật và thể chế quản lý, tạo tiền đề để địa phương kiểm soát 100% nguồn thải công nghiệp và nâng cao tỷ lệ xử lý nước thải đô thị lên 75%.

Đóng góp lớn nhất của luận văn là đã chuẩn hóa thành công quy trình ứng dụng công nghệ GIS trong phân tích chất lượng môi trường nước cấp thành phố, mở ra hướng tiếp cận hiện đại thay thế cho các phương pháp báo cáo quan trắc truyền thống. Trong giai đoạn tiếp theo từ năm 2024 đến năm 2025, địa phương cần ưu tiên triển khai số hóa hệ thống giám sát tự động và tích hợp mô hình lên nền tảng WebGIS để phục vụ quản trị thông minh. Các cơ quan chức năng, khối doanh nghiệp sản xuất và cộng đồng cần chủ động khai thác triệt để các phát hiện khoa học từ nghiên cứu này nhằm bảo vệ toàn diện nguồn tài nguyên nước mặt, tạo nền tảng cho sự phát triển kinh tế - xã hội bền vững của thành phố Uông Bí.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU. 1 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU .1 Một số khái niệm và thuật ngữ có liên quan. Khái niệm cơ bản về GIS. Các chức năng của GIS.

Các thành phần cơ bản của GIS. Dữ liệu địa lý trong GIS. Tổng quan vấn đề nghiên cứu về ứng dụng GIS đánh giá chất lƣợng môi trƣờng nƣớc. Ứng dụng GIS trong đánh giá chất lượng môi trường nước trên thế giới.

Nghiên cứu ứng dụng GIS đánh giá chất lượng nước tại Việt Nam. Các yếu tố ảnh hƣởng đến chất lƣợng nƣớc mặt tại Việt Nam. Hiện trạng khai thác và sử dụng tài nguyên nước. Hoạt động công nghiệp tại khu vực đô thị gây suy thoái chất lượng nước.

Hoạt động nông nghiệp. Các nguồn gây ô nhiễm khác. Công tác quản lý chất lƣợng nƣớc mặt. Tổng quan về điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội khu vực nghiên cứu.

Về điều kiện tự nhiên Tp.2 Các nguồn tài nguyên. Về điều kiện kinh tế - xã hội .24 CHƢƠNG 2: ĐỐI TƢỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu. Đối tượng nghiên cứu.

Phạm vi nghiên cứu. Nội dung nghiên cứu. Phƣơng pháp nghiên cứu. Phương pháp thu thập, phân tích tài liệu thứ cấp.

Phương pháp khảo sát thực địa, điều tra hiện trường. Phương pháp tính chỉ số chất lượng nước WQI. Phương pháp bản đồ và GIS. Phương pháp nội suy nghịch đảo khoảng cách có trọng số .36 CHƢƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN.

Đánh giá chất lƣợng nƣớc mặt tại các sông trên địa bàn thành phố Uông Bí, tỉnh Quảng Ninh. Tính toán WQI. Mức độ ô nhiễm nước mặt theo không gian. Những yếu tố ảnh hƣởng đến chất lƣợng môi trƣờng nƣớc mặt.

Hoạt động nông - lâm nghiệp. Hoạt động công nghiệp – xây dựng. Nguồn nước thải sinh hoạt. Thực trạng công tác bảo vệ môi trƣờng nƣớc mặt thành phố Uông Bí.

Công tác bảo vệ môi trường nước mặt của cơ quan nhà nước. Công tác bảo vệ môi trường trong cộng đồng. Đề xuất một số giải pháp quản lý. Giải pháp về tổ chức quản lý, quản lý môi trường bằng công cụ pháp lý.

Giải pháp về khoa học, công nghệ. Tăng cường giám sát môi trường .74 TÀI LIỆU THAM KHẢO. DANH MỤC CÁC CHỮ, KÝ HIỆU VIẾT TẮT Chữ viết tắt Chú giải BOD5 Nhu cầu Oxy sinh hóa trong 5 ngày đầu tiên BTNMT Bộ Tài Nguyên và Môi trường COD Nhu cầu Oxy hóa học CP Chính Phủ CSDL Cơ sở dữ liệu DMT Đánh giá tác động môi trường DO Oxy hòa tan DTL Đất thủy lợi DO%baohoa Phần trăm nồng độ oxy bão hòa DObaohoa Nồng độ oxy bão hòa FDI Đầu tư trực tiếp nước ngoài GRDP Tổng sản phẩm trên địa bàn GIS Geographic Information System (Hệ thống thông tin địa lý) HUR Hydrologic Response Unit (Đơn vị phản ứng thủy văn) IDW Inverse Distance Weighted (Nghịch đảo khoảng cách có trọng số) LVS Lưu vực sông MT Môi trường NĐ Nghị định NO3-N Nitơ nitrat NSI Chỉ số Nash-Sutcliffe NTS Đất nuôi trồng thủy sản NH4+ Amoni PO4-P Photpho QĐ Quyết định iv TP. Thành phố TSS Chất rắn lơ lửng TW Trung ương TX.

Thị xã UBND Ủy ban nhân dân WHO Tổ chức Y tế thế giới WQI Chỉ số chất lượng nước XK Xuất khẩu UNICEF Quỹ Nhi đồng Liên Hiệp Quốc TTCN Tiểu thủ công nghiệp QCCP Quy chuẩn cho phép QCĐP Quy chuẩn địa phương v 6. DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Một số yếu tố khí hậu của TP.2: Thống kê diện tích, dân số thành phố Uông Bí năm 2020 theo đơn vị hành chính phường xã .