Tổng quan nghiên cứu

Lưu vực sông Trà Khúc, với diện tích 3.337 km², là lưu vực sông lớn nhất tỉnh Quảng Ngãi, có vai trò quan trọng trong phát triển kinh tế - xã hội và bảo vệ môi trường khu vực. Theo số liệu quan trắc từ năm 1977 đến 2010, lượng mưa trung bình hàng năm dao động từ khoảng 2.000 đến 3.600 mm tùy vùng, trong khi dòng chảy trung bình tại trạm thủy văn Sơn Giang đạt khoảng 204,2 m³/s. Tuy nhiên, khu vực hạ lưu sông Trà Khúc đang đối mặt với tình trạng suy giảm lưu lượng nước và ô nhiễm nguồn nước nghiêm trọng do các hoạt động phát triển đô thị, công nghiệp và nông nghiệp. Đặc biệt, các khu công nghiệp Quảng Phú và Tịnh Phong, cùng với nước thải sinh hoạt chưa qua xử lý của thành phố Quảng Ngãi, đã gây áp lực lớn lên chất lượng nước sông.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là ứng dụng mô hình Mike Basin để đánh giá cân bằng nước và tải lượng ô nhiễm, từ đó đề xuất các giải pháp quản lý, bảo vệ chất lượng nước hạ lưu sông Trà Khúc. Phạm vi nghiên cứu tập trung chủ yếu từ đập Thạch Nham đến cửa sông, giai đoạn phân tích số liệu chủ yếu là năm 2009-2010. Nghiên cứu có ý nghĩa thiết thực trong việc hỗ trợ quản lý tài nguyên nước bền vững, giảm thiểu ô nhiễm và bảo vệ hệ sinh thái cũng như sức khỏe cộng đồng trong lưu vực.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai lý thuyết và mô hình chính:

  1. Lý thuyết cân bằng nước: Phương trình cân bằng nước tổng quát được sử dụng để mô phỏng mối quan hệ giữa lượng nước mưa, dòng chảy mặt, dòng chảy ngầm, bốc hơi và trữ lượng nước trong lưu vực. Mô hình Mike Basin áp dụng nguyên tắc ưu tiên phân bổ nước theo hai cơ chế ưu tiên cục bộ và ưu tiên toàn bộ nhằm giải quyết mâu thuẫn trong phân phối nước cho các đối tượng sử dụng.

  2. Mô hình chất lượng nước Mike Basin WQ: Mô phỏng sự vận chuyển và biến đổi các chất ô nhiễm như BOD, COD, amôniac, nitơ, phốt pho tổng, E.coli trong dòng chảy sông. Các phương trình vi phân mô tả quá trình phân hủy, oxy hóa và khử các chất ô nhiễm theo quy luật tỷ lệ bậc nhất, đồng thời tính toán cân bằng ôxy hòa tan trong nước.

Các khái niệm chính bao gồm: cân bằng nước, tải lượng ô nhiễm điểm và không điểm, ưu tiên phân bổ nước, mô phỏng mạng lưới sông, và các thông số hiệu chỉnh mô hình.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Sử dụng số liệu khí tượng thủy văn từ các trạm quan trắc như Sơn Giang, Ba Tơ, Quảng Ngãi (1977-2010), số liệu dòng chảy, lưu lượng nước lấy vào hệ thống thủy lợi Thạch Nham, dữ liệu tải lượng ô nhiễm từ các khu công nghiệp, dân cư và nông nghiệp trong lưu vực.

  • Phương pháp phân tích: Tổng hợp, phân tích thống kê các số liệu khí tượng thủy văn, tính toán đặc trưng dòng chảy, phân tích tải lượng ô nhiễm sinh ra từ các nguồn thải tập trung và phân tán. Ứng dụng mô hình Mike Basin để mô phỏng cân bằng nước và chất lượng nước theo các kịch bản hiện trạng và giải pháp quản lý.

  • Timeline nghiên cứu: Thu thập và xử lý số liệu từ năm 2009-2010, hiệu chỉnh mô hình, mô phỏng và đánh giá các phương án quản lý trong giai đoạn nghiên cứu.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Cân bằng nước hạ lưu sông Trà Khúc: Lượng nước lấy vào hệ thống thủy lợi Thạch Nham trong 9 tháng mùa kiệt dao động từ 400 đến 700 triệu m³, chiếm từ 20% đến 45% lưu lượng dòng chảy mùa kiệt tại đập Thạch Nham. Diện tích tưới năm 2010 đạt gần 41.073 ha, chủ yếu phục vụ nông nghiệp hai vụ Đông Xuân và Hè Thu.

  2. Tải lượng ô nhiễm từ các nguồn thải: Khu công nghiệp Quảng Phú với 32 nhà máy đang hoạt động chưa có hệ thống xử lý nước thải tập trung, xả trực tiếp nước thải chưa xử lý ra sông Trà Khúc, gây ô nhiễm nghiêm trọng. Nước thải sinh hoạt của thành phố Quảng Ngãi và thị trấn Sơn Tịnh chưa được xử lý hoàn toàn, tiềm ẩn nguy cơ ô nhiễm cao. Tải lượng BOD và COD tại các nút quan trắc cho thấy nồng độ vượt mức quy chuẩn Việt Nam từ 15% đến 40% tùy vị trí.

  3. Hiệu chỉnh mô hình Mike Basin: Mô hình đã được hiệu chỉnh với các thông số phù hợp, cho kết quả mô phỏng nồng độ BOD5, COD, NH4, NO3 và tổng phốt pho tương đối sát với số liệu thực đo (độ lệch dưới 10%). Mô hình cho phép dự báo biến đổi chất lượng nước theo các kịch bản quản lý.

  4. Ảnh hưởng của các giải pháp quản lý: Kịch bản kiểm soát nguồn thải giảm tải lượng ô nhiễm cho thấy nồng độ BOD5 và COD giảm từ 20% đến 35% so với hiện trạng. Giải pháp bổ sung nguồn nước làm tăng lưu lượng dòng chảy, góp phần pha loãng các chất ô nhiễm, giảm nồng độ ô nhiễm từ 10% đến 15%.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của ô nhiễm nước hạ lưu sông Trà Khúc là do sự gia tăng các nguồn thải công nghiệp chưa được xử lý triệt để và nước thải sinh hoạt chưa qua xử lý. So với các nghiên cứu trong khu vực, kết quả mô phỏng và đánh giá tải lượng ô nhiễm phù hợp với xu hướng ô nhiễm gia tăng tại các lưu vực sông chịu áp lực phát triển công nghiệp và đô thị hóa nhanh. Việc ứng dụng mô hình Mike Basin giúp minh họa rõ ràng sự phân bố không gian và thời gian của các chất ô nhiễm, hỗ trợ ra quyết định quản lý hiệu quả.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ so sánh nồng độ ô nhiễm thực đo và mô phỏng tại các nút quan trắc, bảng tổng hợp tải lượng ô nhiễm theo nguồn thải, và biểu đồ thể hiện hiệu quả các kịch bản quản lý. Điều này giúp minh chứng tính khả thi và hiệu quả của các giải pháp đề xuất.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Kiểm soát và xử lý nước thải công nghiệp: Yêu cầu các nhà máy trong KCN Quảng Phú và các CCN hoàn thiện hệ thống xử lý nước thải đạt chuẩn trước khi xả ra môi trường, nhằm giảm tải lượng BOD, COD ít nhất 30% trong vòng 2 năm tới. Chủ thể thực hiện: Sở Tài nguyên và Môi trường phối hợp với Ban quản lý KCN.

  2. Xây dựng và nâng cấp hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt: Đầu tư xây dựng hệ thống xử lý nước thải tập trung cho thành phố Quảng Ngãi và thị trấn Sơn Tịnh, đảm bảo xử lý đạt quy chuẩn trước khi xả thải, giảm ô nhiễm nước mặt 25-40% trong 3 năm tới. Chủ thể thực hiện: UBND tỉnh, các đơn vị quản lý đô thị.

  3. Bổ sung nguồn nước và cải thiện lưu lượng dòng chảy: Hoàn thành xây dựng hồ chứa Nước Trong để bổ sung nguồn nước cho hạ lưu, tăng lưu lượng dòng chảy mùa kiệt từ 20% đến 30% trong 5 năm tới, góp phần pha loãng ô nhiễm. Chủ thể thực hiện: Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn, Công ty Quản lý thủy lợi Thạch Nham.

  4. Tuyên truyền và nâng cao nhận thức cộng đồng: Tổ chức các chương trình giáo dục, tuyên truyền về bảo vệ nguồn nước, giảm thiểu xả thải trực tiếp, khuyến khích áp dụng các biện pháp xử lý nước thải tại hộ gia đình và cơ sở sản xuất nhỏ trong vòng 1-2 năm. Chủ thể thực hiện: Sở Giáo dục và Đào tạo, các tổ chức xã hội.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Cơ quan quản lý tài nguyên nước và môi trường: Sở Tài nguyên và Môi trường, Ban quản lý các khu công nghiệp có thể sử dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng chính sách, quy hoạch và giám sát chất lượng nước lưu vực.

  2. Các nhà quy hoạch và phát triển đô thị, công nghiệp: Các đơn vị quy hoạch có thể tham khảo mô hình và dữ liệu để đánh giá tác động môi trường, từ đó thiết kế các dự án phát triển bền vững.

  3. Các nhà nghiên cứu và học viên ngành khoa học môi trường, thủy lợi: Luận văn cung cấp phương pháp ứng dụng mô hình Mike Basin trong đánh giá ô nhiễm nước và quản lý tài nguyên nước, là tài liệu tham khảo quý giá cho nghiên cứu chuyên sâu.

  4. Cộng đồng dân cư và tổ chức phi chính phủ: Các nhóm cộng đồng và tổ chức bảo vệ môi trường có thể sử dụng thông tin để nâng cao nhận thức, vận động hành động bảo vệ nguồn nước và môi trường sống.

Câu hỏi thường gặp

  1. Mô hình Mike Basin có ưu điểm gì trong nghiên cứu ô nhiễm nước?
    Mike Basin tích hợp mô phỏng cân bằng nước và chất lượng nước trên mạng lưới sông phức tạp, cho phép đánh giá đồng thời các yếu tố thủy văn và ô nhiễm theo không gian và thời gian, hỗ trợ ra quyết định quản lý hiệu quả.

  2. Nguồn ô nhiễm chính tại hạ lưu sông Trà Khúc là gì?
    Nguồn ô nhiễm chính gồm nước thải công nghiệp chưa xử lý từ KCN Quảng Phú, nước thải sinh hoạt chưa qua xử lý của thành phố Quảng Ngãi và các nguồn thải phân tán từ nông nghiệp, chăn nuôi.

  3. Giải pháp nào được đề xuất để giảm ô nhiễm nước hiệu quả nhất?
    Kiểm soát và xử lý nước thải công nghiệp kết hợp với xây dựng hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt tập trung được đánh giá là giải pháp hiệu quả nhất, có thể giảm tải lượng ô nhiễm từ 20% đến 40%.

  4. Lượng nước lấy vào hệ thống thủy lợi Thạch Nham ảnh hưởng thế nào đến dòng chảy sông?
    Lượng nước lấy vào chiếm từ 20% đến 45% lưu lượng mùa kiệt, làm giảm dòng chảy tự nhiên, ảnh hưởng đến khả năng pha loãng ô nhiễm và cân bằng sinh thái hạ lưu.

  5. Mô hình có thể áp dụng cho các lưu vực sông khác không?
    Có, Mike Basin là mô hình linh hoạt, có thể điều chỉnh và áp dụng cho nhiều lưu vực sông khác nhau với các đặc điểm thủy văn và ô nhiễm đa dạng, hỗ trợ quản lý tài nguyên nước tổng hợp.

Kết luận

  • Ứng dụng mô hình Mike Basin thành công trong đánh giá cân bằng nước và chất lượng nước hạ lưu sông Trà Khúc, với độ chính xác mô phỏng nồng độ ô nhiễm dưới 10% so với thực đo.
  • Phát hiện rõ ràng các nguồn ô nhiễm chính và tác động của hoạt động khai thác nước, đặc biệt là từ KCN Quảng Phú và nước thải sinh hoạt chưa xử lý.
  • Đề xuất các giải pháp quản lý bao gồm kiểm soát nguồn thải, xây dựng hệ thống xử lý nước thải, bổ sung nguồn nước và nâng cao nhận thức cộng đồng.
  • Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học cho các cơ quan quản lý trong việc xây dựng chính sách bảo vệ môi trường nước lưu vực.
  • Các bước tiếp theo cần triển khai thực hiện các giải pháp đề xuất, đồng thời mở rộng nghiên cứu theo dõi biến đổi chất lượng nước trong dài hạn để điều chỉnh chính sách phù hợp.

Hành động ngay hôm nay để bảo vệ nguồn nước hạ lưu sông Trà Khúc vì sự phát triển bền vững của cộng đồng và môi trường!