Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Đánh giá sức chịu tải của đoạn sông Cầu chảy qua tỉnh Bắc Ninh

Chia sẻ: Mao A Mẫn | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:100

Thêm vào BST

Báo xấu

28
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đề tài luận văn nhằm đánh giá được sức chịu tải của đoạn sông Cầu chảy qua tỉnh Bắc Ninh là cơ sở quản lý và quy hoạch sử dụng tài nguyên nước sông Cầu. Để hiểu rõ hơn mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết của luận văn này.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Đánh giá sức chịu tải của đoạn sông Cầu chảy qua tỉnh Bắc Ninh

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Nguyễn Văn Tâm ĐÁNH GIÁ SỨC CHỊU TẢI CỦA ĐOẠN SÔNG CẦU CHẢY QUA TỈNH BẮC NINH LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2019
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Nguyễn Văn Tâm ĐÁNH GIÁ SỨC CHỊU TẢI CỦA ĐOẠN SÔNG CẦU CHẢY QUA TỈNH BẮC NINH Chuyên ngành: Khoa học Môi trường Mã số: 8440301.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1. PGS.TS. Hà Ngọc Hiến 2. TS. Phạm Thị Thu Hà Hà Nội - 2019
LỜI CẢM ƠN Em xin được gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới PGS.TS Hà Ngọc Hiến và TS. Phạm Thị Thu Hà đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu. Em xin gửi lời cảm ơn tới các thầy, cô giáo trong khoa Môi trường, trường đại học Khoa học Tự nhiên, đặc biệt là các thầy, cô giáo trong bộ môn Sinh thái Môi Trường đã truyền đạt cho em nhiều kiến thức quí báu. Em xin được gửi lời cảm ơn tới các anh chị cán bộ Viện Công nghệ môi trường thuộc Viện Hàn Lâm và Khoa Học và Công Nghệ Việt Nam đã tạo mọi điều kiện thuận lợi và giúp đỡ em trong quá trình làm luận văn. Cuối cùng em xin được tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình bạn bè những người đã luôn bên cạnh và ủng hộ em trong suốt quá trình học tập. Luận văn được thực hiện dưới sự hỗ trợ một phần tài trợ kinh phí của đề tài cấp Viện Hàn lâm KHCNVN VAST07.05/18-19. Hà Nội, ngày tháng 12 năm 2019 Học viên Nguyễn Văn Tâm
MỤC LỤC MỞ ĐẦU ....................................................................................................................7 1. Mục tiêu và nội dung của đề tài:.............................................................................8 2. Đối tượng nghiên cứu: ............................................................................................9 3. Phạm vi nghiên cứu: ...............................................................................................9 4. Nội dung nghiên cứu: ..............................................................................................9 5. Đóng góp mới của đề tài: ........................................................................................9 CHƢƠNG I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU ................................................................10 1.1. Tổng quan về sức chịu tải ................................................................................10 1.1.1. Các khái niệm liên quan ..................................................................................10 1.1.2. Các nguyên nhân gây ô nhiễm nguồn nước mặt .............................................14 1.2. Những nghiên cứu về đánh giá sức chịu tải nƣớc sông trên thế giới và ở Việt Nam...................................................................................................................14 1.2.1. Những nghiên cứu về sức chịu tải nước sông trên thế giới ............................14 1.2.2. Những nghiên cứu về sức chịu tải nước sông ở Việt Nam ..............................22 1.3. Tổng quan về mô hình chất lƣợng nƣớc có thể dùng tính toán sức chịu tải ô nhiễm trong sông ..................................................................................................23 1.3.1. Một số mô hình mô phỏng chất lượng nước của Việt Nam ............................23 1.3.2. Một số mô hình mô phỏng chất lượng nước của nước ngoài .........................25 CHƢƠNG 2: ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...................29 2.1. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ...................................................................29 2.1.1. Đối tượng nghiên cứu .....................................................................................29 2.1.2. Phạm vi nghiên cứu .........................................................................................37 2.2. Thời gian và địa điểm nghiên cứu ..................................................................38 2.2.1. Thời gian nghiên cứu ......................................................................................38 2.2.2. Địa điểm nghiên cứu .......................................................................................38 2.3. Nội dung nghiên cứu ........................................................................................38 2.4. Phƣơng pháp nghiên cứu.................................................................................38 1
2.4.1. Phương pháp thu thập tài liệu, số liệu thứ cấp ...............................................38 2.4.2. Phuơng pháp kế thừa ......................................................................................39 2.4.3. Phương pháp tính toán tải lượng ô nhiễm ......................................................39 2.4.4. Phương pháp mô hình .....................................................................................40 2.4.5. Phương pháp xử lý số liệu...............................................................................42 2.4.6. Phương pháp đánh giá sức chịu tải, khả năng tiếp nhận nước thải đối với lưu vực sông.....................................................................................................................42 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN..............................45 3.1. Ƣớc tính tải lƣợng ô nhiễm..............................................................................45 3.1.1. Tải lượng ô nhiễm từ các nguồn phân tán ......................................................45 3.1.2 Tải lượng ô nhiễm từ nguồn thải điểm .............................................................50 3.2. Thiết lập mô hình QUAL2K đối với sông Cầu ..............................................56 3.2.1 Thời đoạn tính toán ..........................................................................................56 3.2.2. Mạng sông và đầu vào chất lượng nước .........................................................56 3.2.3. Kết quả kiểm định mô hình (2 mùa) ................................................................59 3.3. Áp dụng mô hình tính toán sức chịu tải cho đoạn sông cầu chạy qua tỉnh Bắc Ninh ...................................................................................................................67 3.3.1 Các đoạn sông và phân vùng sử dụng nước ....................................................67 3.3.2. Sức chịu tải đối với BOD ................................................................................67 3.3.3. Sức chịu tải đối với COD ................................................................................72 3.4. Đề xuất các giải pháp bảo vệ, kiểm soát môi trường nước cho vùng nghiên cứu ..77 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................80 TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................81 PHỤ LỤC .................................................................................................................85 2
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Viết đầy đủ BTNMT Bộ Tài nguyên và Môi trường BYT Bộ Y tế EPA Cục bảo vệ Môi trường WHO (World Health Organization) Tổ chức y tế thế giới LVS Lưu vực sông LHQ Liên hợp quốc NHK Ngũ Huyện Khuê KCN Khu công nghiệp QV Quế Võ QCVN Quy chuẩn Việt Nam SCT Sức chịu tải TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam TCCP Tiêu chuẩn cho phép TC CLN Tiêu chuẩn chất lượng nước TMDL Tổng tải lượng ô nhiễm tối đa theo ngày TPLCS Hệ thống kiểm soát tổng tải lượng theo khu vực TPMLS Hệ thống quản lý tổng tải lượng thải ra môi trường nước 3
DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Khái quát quy trình thực hiện TPLCS ......................................................18 Hình 2.1. Lưu vực sông Cầu .....................................................................................30 Hình 2.2. Khu vực nghiên cứu và các tiểu lưu vực của LVS Cầu ............................34 Hình 3.1. Kết quả kiểm định nhiệt độ nước sông tháng 11 năm 2016 dọc theo sông Cầu ...................................................................................................................60 Hình 3.2. Kết quả kiểm định nồng độ DO tháng 11/2016 dọc theo sông Cầu .........60 Hình 3.3. Kết quả kiểm định nồng độ BOD tháng 11/2016 dọc theo sông Cầu .......61 Hình 3.4. Kết quả kiểm định nồng độ COD tháng 11/2016 dọc theo sông Cầu .......61 Hình 3.5. Kết quả kiểm định nồng độ Tổng N tháng 11/2016 dọc theo sông Cầu ...62 Hình 3.6. Kết quả kiểm định nồng độ Tổng P tháng 11/2016 dọc theo sông Cầu....62 Hình 3.7. Kết quả kiểm định nhiệt độ nước sông tháng 7 năm 2016 dọc theo sông Cầu ...................................................................................................................63 Hình 3.8. Kết quả kiểm định nồng độ BOD tháng 7/2016 dọc theo sông Cầu .........63 Hình 3.9. Kết quả kiểm định nồng độ COD tháng 7/2016 dọc theo sông Cầu .........64 Hình 3.10. Kết quả kiểm định nồng độ Tổng N tháng 7/2016 dọc theo sông Cầu ...64 Hình 3.11. Kết quả kiểm định nồng độ Tổng P tháng 7/2016 dọc theo sông Cầu ...65 Hình 3.12. Diễn biến nồng độ BOD dọc theo sông Cầu (mùa khô) .........................68 Hình 3.13. Diễn biến nồng độ BOD dọc theo sông Cầu (mùa mưa) ........................70 Hình 3.14. Diễn biến nồng độ COD dọc theo sông Cầu (mùa khô) .........................73 Hình 3.15. Diễn biến nồng độ COD dọc theo sông Cầu (mùa mưa) ........................75 4
DANH MỤC BIỂU ĐỒ Biểu đồ 3.1. Lưu lượng nước thải phát sinh từ các hoạt động kinh tế - xã hội .......52 Biểu đồ 3.2. Tải lượng BOD đóng góp hàng năm của các loại nguồn ô nhiễm .......53 Biểu đồ 3.3. Tải lượng COD đóng góp hàng năm của các loại nguồn ô nhiễm .......54 Biểu đồ 3.4. Tải lượng T-N đóng góp hàng năm của các loại nguồn ô nhiễm.........54 Biểu đồ 3.5. Tải lượng T - P đóng góp hằng năm của các loại nguồn ô nhiễm .......55 5
DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3.1. Tải lượng ô nhiễm vào sông Cầu từ nguồn dân sinh năm 2016 ..............45 Bảng 3.2. Tải lượng ô nhiễm vào sông Cầu từ nguồn thương mại và dịch vụ năm 2016 ..................................................................................................................47 Bảng 3.3. Hệ số phát thải của các loài vật nuôi ........................................................48 Bảng 3.4. Tải lượng ô nhiễm vào sông Cầu từ nguồn chăn nuôi năm 2016 ............48 Bảng 3.5. Tải lượng ô nhiễm vào sông Cầu từ nguồn sử dụng đất năm 2016 .........49 Bảng 3.6. Tổng tải lượng ô nhiễm nguồn điểm cho các tiểu lưu vực ......................51 Bảng 3.8. Tỷ lệ các thành phần N và P trong nước sông và nguồn thải LVS Cầu...56 Bảng 3.9. Vị trí của điểm đầu nguồn và các nhánh sông .........................................56 Bảng 3.10. Lưu lượng các nhánh sông mùa khô (tháng 11/2016) ...........................58 Bảng 3.11. Lưu lượng các nhánh sông mùa mưa (tháng 7/2016) ............................59 Bảng 3.12. Thông số mô hình chất lượng nước cho đoạn sông Cầu sau hiệu chỉnh 65 Bảng 3.13. Phân vùng sử dụng nước theo các đoạn trên lưu vực sông Cầu ............67 Bảng 3.14. Sức chịu tải BOD phân bố cho các đoạn sông .......................................68 Bảng 3.15. Khả năng làm sạch BOD của các đoạn sông..........................................69 Bảng 3.16. Khả năng tiếp nhận BOD của các đoạn sông .........................................69 Bảng 3.17. Sức chịu tải BOD phân bố cho các đoạn sông .......................................71 Bảng 3.18. Khả năng làm sạch BOD của các đoạn sông..........................................71 Bảng 3.19. Khả năng tiếp nhận BOD của các đoạn sông .........................................71 Bảng 3.20. Sức chịu tải BOD của các đoạn sông vào mùa mưa và mùa khô ..........72 Bảng 3.21. Sức chịu tải COD phân bố cho các đoạn sông .......................................73 Bảng 3.22. Khả năng tự làm sạch COD của các đoạn sông .....................................74 Bảng 3.23. Khả năng tiếp nhận COD của các đoạn sông .........................................74 Bảng 3.24. Sức chịu tải COD phân bố cho các đoạn sông .......................................75 Bảng 3.25. Khả năng tự làm sạch COD của các đoạn sông .....................................76 Bảng 3.26. Khả năng tiếp nhận COD của các đoạn sông .........................................76 Bảng 3.27. Sức chịu tải COD của các đoạn sông vào mùa mưa và mùa khô ..........77 6
MỞ ĐẦU Sông Cầu là một trong những sông chính của hệ thống sông Thái Bình, chiếm 47% diện tích toàn lưu vực. Sông Cầu bắt nguồn từ núi Vân Ôn, với độ cao 1.527 mét về phía đông nam của dãy Pia-bi-oc ở tỉnh Bắc Kạn. Chiều dài sông Cầu là 288 km chảy qua huyện Chợ Đồn (Bắc Kạn), Thái Nguyên, Bắc Giang, Bắc Ninh và điểm cuối của con sông này là Phả Lại, Chí Linh, Hải Dương. Nguồn nước sông Cầu là nguồn cung cấp nước chính cho việc sử dụng trong sinh hoạt, công nghiệp, nông nghiệp và nuôi trồng thuỷ sản của các tỉnh thuộc lưu vực Sông. Theo tính toán của Phạm Xuân Sự và các cộng sự, tổng lượng nước trung bình hàng năm của sông Cầu đến trạm thuỷ văn Thác Giềng là khoảng 546 triệu mét khối một năm, lưu lượng trung bình năm đến Trạm thuỷ văn Thác Bưởi khoảng 1.600 triệu mét khối/năm và lưu lượng trung bình hàng năm vào cửa sông Cầu khoảng 4.500 triệu mét khối/năm. Trong đó, tổng lưu lượng nước sông Công hàng năm là 899 triệu mét khối/năm (chiếm khoảng 19,8% tổng dòng chảy hàng năm của sông Cầu), dòng chảy hàng năm của sông Cà Lồ khoảng 880 triệu mét khối/năm (khoảng 19,5% dòng chảy hàng năm của sông Cầu). Tài nguyên nước của lưu vực sông Cầu rất dồi dào nhưng thay đổi theo thời gian. Tổng lưu lượng nước trong 05 tháng vào mùa lũ (từ tháng 6 đến tháng 10) chiếm từ 80% đến 85% tổng lưu lượng hàng năm; tổng lưu lượng cho 07 tháng khác (mùa khô) chỉ chiếm 15% - 20% tổng lưu lượng hàng năm [25]. Hồ Núi Cốc là hồ chứa lớn nhất được xây dựng trên sông Công và nguồn nước cung cấp cho thành phố Thái Nguyên, thị xã Sông Công và cho các hoạt động nông nghiệp ở hạ du. Hồ chứa Đại Lải được xây dựng ở sông Cà Lồ để cung cấp nước cho huyện Xuân Hòa (tỉnh Vĩnh Phúc) và huyện Mê Linh. Tại thành phố Thái Nguyên, đập Thác Huống được xây dựng trên sông Cầu để tăng mực nước cho thủy lợi ở tỉnh Bắc Giang. Trong suốt những tháng mùa khô, mực nước thượng lưu đập Thác Huống thấp hơn mức nước đập tràn, do đó hầu hết nước sông Cầu chảy vào kênh tưới tiêu và chỉ một lượng nước nhỏ chảy xuống các khu vực hạ lưu của đập Thác Huống. Do đó, có thể nói rằng chế độ dòng chảy và chất 7
lượng nước của lưu vực sông Cầu đã bị ảnh hưởng bởi nhiều hoạt động kinh tế-xã hội trong lưu vực. Hiện tại sông Cầu đang chịu tác động rất lớn từ các nguồn nước thải từ nhiều địa phương, ảnh hưởng tới chất lượng nước sông cũng như đời sống của các sinh vật thủy sinh. Đoạn sông cầu chảy qua Tỉnh Bắc Ninh đã và đang chịu tác động rất lớn từ các nguồn thải gây ô nhiễm nước do Bắc Ninh là tỉnh có nhiều nhà máy công nghiệp, các làng nghề, các cơ sở khai thác vật liệu xây dựng, các nguồn thải chất thải rắn và rác thải bệnh viện... Do vậy, việc đánh giá sức chịu tải và khả năng tiếp nhận nước thải của đoạn sông Cầu chảy qua tỉnh Bắc Ninh là rất cần thiết. Việc đánh giá sức chịu tải của sông đang được các cơ quan quản lý môi trường ở Việt Nam rất quan tâm, Bộ tài nguyên và Môi trường đã ra thông tư 76/2017/TT – BTNMT ngày 29 tháng 12 năm 2017 quy định về đánh giá khả năng tiếp nhận nước thải, sức chịu tải của nguồn nước sông hồ. Để đóng góp các thông tin phục vụ quản lý và quy hoạch nguồn nước sông Cầu thì việc đánh giá sức chịu tải và khả năng tiếp nhận nguồn nước thải là cần thiết. Vì vậy tôi thực hiện nghiên cứu đề tài: “Đánh giá sức chịu tải của đoạn sông Cầu chảy qua tỉnh Bắc Ninh” 1. Mục tiêu và nội dung của đề tài: Mục tiêu: Đánh giá được sức chịu tải của đoạn sông Cầu chảy qua tỉnh Bắc Ninh là cơ sở quản lý và quy hoạch sử dụng tài nguyên nước sông Cầu. Nội dung: - Ước tính tải lượng ô nhiễm của các nguồn thải phân tán và nguồn điểm thải vào các tiểu lưu vực thuộc lưu vực sông Cầu; - Thiết lập và kiểm định mô hình chất lượng nước cho các đoạn sông thuộc lưu vực sông Cầu; - Áp dụng mô hình tính toán sức chịu tải cho đoạn sông Cầu đi qua Bắc Ninh, đánh giá khả năng tiếp nhận của đoạn sông trên cơ sở số liệu phát triển kinh tế xã hội trong niên giám thống kê của khu vực. 8
2. Đối tượng nghiên cứu: Đối tượng nghiên cứu: Các đoạn sông trên toàn bộ lưu vực sông Cầu, trọng tâm đoạn sông Cầu chảy qua tỉnh Bắc Ninh. 3. Phạm vi nghiên cứu: Không gian: Nghiên cứu tiến hành trên toàn bộ lưu vực sông Cầu, sau đó tính toán đưa ra đánh giá sức chịu tải về đoạn sông Cầu chảy qua Tỉnh Bắc Ninh; Đoạn sông Cầu chảy qua địa phận tỉnh Bắc Ninh, (điểm đầu là giao giữa sông Cà Lồ và sông Cầu đến điểm giao giữa sông Cầu và sông Thái Bình, dài 70km); Thời gian: Đánh giá sức chịu tải và khả năng tiếp nhận nước thải của đoạn sông Cầu vào mùa mưa và mùa khô ( dựa trên các số liệu thống kê năm 2016). 4. Nội dung nghiên cứu: - Tính toán tải lượng ô nhiễm của các nguồn điểm và nguồn phân tán trong khu vực nghiên cứu theo các tiểu lưu vực; - Thiết lập và kiểm định mô hình mô phỏng chất lượng nước sông Cầu bằng mô hình chất lượng nước QUAL2K; - Áp dụng quy trình tính toán đánh giá sức chịu tải và khả năng tiếp nhận của đoạn sông Cầu chảy qua tỉnh Bắc Ninh vào mùa khô và mùa mưa; - Đề xuất giải pháp quản lý chất lượng nước cho vùng nghiên cứu. 5. Đóng góp mới của đề tài: - Có những số liệu mới về tải lượng ô nhiễm cuả các tiểu lưu vực thuộc sông Cầu. - Xác định sức chịu tải và khả năng tiếp nhận của đoạn sông Cầu chảy qua tỉnh Bắc Ninh vào mùa khô và mùa mưa; - Đề xuất giải pháp để bảo vệ môi trường nước sông cho khu vực nghiên cứu. 9
CHƢƠNG I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Tổng quan về sức chịu tải 1.1.1. Các khái niệm liên quan a. Khả năng phục hồi sinh thái Theo Hội đồng nghiên cứu Quốc gia Mỹ, trong báo cáo năm 1992 về Khả năng phục hồi của hệ sinh thái đất ngập nước định nghĩa: “Khả năng tự phục hồi là khả năng của một hệ sinh thái trở về trạng thái tương đối gần với trạng thái ban đầu trước khi xuất hiện nhân tố biến đổi”. Khả năng tự phục hồi có liên quan đến việc tái thiết lập các chức năng của hệ sinh thái trước khi biến đổi, cũng như các tính chất vật lý, hóa học và sinh học liên quan của nó. Một trong những đặc điểm của quá trình tự phục hồi là kết quả vận động của cả hệ thống sinh thái, chứ không thể là kết quả vận động của một nhân tố riêng lẻ bất kỳ nào. Theo Tiểu ban đất ngập nước, trong Ủy ban Dữ liệu Địa lý Liên bang thì sự tự phục hồi có thể được định nghĩa như là “quá trình vận động của các tính chất vật lý, hóa học, sinh học của một khu vực (đất ngập nước) nhằm phục hồi trở lại các chức năng tự nhiên của lưu vực trước khi có sự biến đổi, suy thoái”. Khi chịu một tác động ô nhiễm, mối quan hệ tác động - phản ứng - phục hồi của hệ sinh thái với tác động ô nhiễm đó được thiết lập, trong đó tác động có thể được coi là một tác nhân, hoạt động làm thay đổi tính chất, chức năng của hệ sinh thái so với bình thường. Phản ứng của một hệ sinh thái với một tác động ô nhiễm có thể được coi như quá trình biến đổi động hoặc tĩnh của hệ sinh thái như là kết quả của tác động. b. Quá trình tự phục hồi của lƣu vực sông Những dấu hiệu khi lưu vực sông bắt đầu bị ô nhiễm xuất hiện với việc giảm nồng độ ôxy hòa tan (DO) trong nước, số lượng các thực vật thủy sinh bản địa suy giảm, các tính chất vật lý thông thường của nước biến đổi (biến đổi màu, độ đục tăng, có mùi vị lạ, bắt đầu xuất hiện các loại động thực vật ưa ô nhiễm như cỏ dại, rêu ...). Ở mức độ cao hơn, xảy ra hiện tượng chết hoặc di cư hàng loạt các loài 10
động vật bậc cao, hàm lượng vi sinh vật loài nấm và vi khuẩn gia tăng, đặc biệt là vi khuẩn yếm khí, rêu tảo phát triển mạnh, độ đục, độ màu tăng đáng kể. Cuối cùng, xảy ra các hiện tượng lên men, thối rữa, khi hàm lượng ôxy hòa tan giảm tới xấp xỉ 0, nhiều loài sinh vật bản địa biến mất. Môi trường nước có khả năng tự làm sạch thông qua một loạt các quá trình biến đổi lý - hóa - sinh học như lắng, lọc, tạo keo, hấp phụ, phân tán, biến đổi có hoặc không xúc tác hóa học, sinh học, ôxy hóa khử, thủy phân, polyme hóa hay các quá trình trao đổi chất và sau một thời gian bị ô nhiễm nước có thể trở về trạng thái ban đầu. Cơ sở để quá trình này đạt hiệu quả cao phụ thuộc chủ yếu vào hàm lượng ôxy hòa tan. Vì vậy, quá trình tự làm sạch trong môi trường nước động (sông, suối) dễ thực hiện hơn so với môi trường nước tĩnh (hồ, ao) do quá trình đối lưu và khuếch tán ôxy của khí quyển vào nước xảy ra dễ dàng hơn. Ngoài ra, hàm lượng ô xy cũng phụ thuộc vào hàm lượng tảo, vi tảo và các thực vật thủy sinh khác đóng vai trò quyết định trong việc cung cấp ôxy trong nước thông qua các phản ứng quang hợp. Khi các chất ô nhiễm được đưa vào nước quá nhiều, vượt quá giới hạn của khả năng tự làm sạch thì kết quả là nước sẽ bị ô nhiễm lâu dài. Như vậy, đối với lưu vực sông, có thể coi khả năng phục hồi chất lượng là quá trình phục hồi các chức năng tự nhiên của hệ sinh thái đã bị mất hoặc biến đổi sau khi chịu tác động ô nhiễm, quá trình này là kết quả vận động của các tác nhân cấu thành hệ sinh thái, bao gồm các vận động hóa học, vật lý và sinh học. Tuy nhiên, điều này chỉ đúng khi tác động ô nhiễm đã chấm dứt, còn trong trường hợp tác động ô nhiễm vẫn tiếp tục kéo dài hoặc gia tăng cường độ thì phải xem xét đến khả năng biến đổi của hệ sinh thái để thích nghi với điều kiện mới. Trong trường hợp này, khả năng tự phục hồi của hệ sinh thái tại điểm chịu tác động không còn mà phải xét đến khả năng thiết lập hệ sinh thái mới. Như vậy, khả năng tự phục hồi của lưu vực sông còn phải liên quan đến cường độ, tần suất và thời gian của tác động ô nhiễm. Quá trình tự làm sạch của dòng sông là tổ hợp các quá trình tự nhiên như các quá trình thủy động lực, hóa học, vi sinh vật học, thủy sinh học diễn ra trong nguồn nước sông bị nhiễm bẩn nhằm phục hồi lại trạng thái gần với chất lượng nước ban đầu. 11
c. Sức chịu tải của dòng sông Ngày 29/12/2017, Bộ Tài nguyên và Môi Trường đã ban hành Thông tư số 76/2017/TT-BTNMT quy định về đánh giá sức chịu tải, khả năng tiếp nhận nước thải của sông, hồ (Thông tư số 76/2017/TT-BTNMT, nhằm đáp ứng yêu cầu của công tác quản lý nhà nước về tài nguyên nước trong giai đoạn hiện nay. Thông tư số 76/2017/TT-BTNMT có hiệu lực thi hành từ ngày 1/3/2018 và thay thế Thông tư số 02/2009/TT-BTNMT ngày 19/3/2009 quy định việc đánh giá khả năng tiếp nhận nước thải của nguồn nước (Thông tư số 02/2009/TT-BTNMT). Khái niệm sức chịu tải hay khả năng tiếp nhận nước thải của nguồn nước (KNTN) có lẽ xuất hiện đâu đó trong các bài báo cáo hội thảo, sách giáo khoa trong và ngoài nước, một số khái niệm. Sức chịu tải của dòng sông là khả năng đồng hóa vật chất tiếp nhận để duy trì trạng thái ổn định của môi trường. Nói cách khác sức chịu tải môi trường chính là khả năng tự làm sạch cao nhất mà môi trường có thể đạt được Từ điển thuật ngữ kỹ thuật chuyên ngành thủy lợi Anh- Việt (Nhà xuất bản Xây Dựng, Hà Nội 2002) [18] có giải thích một số khái niệm sau: - Khả năng tiếp nhận (Acceptance Capacity) (tại trang 975): Lượng chất gây ô nhiễm mà một nguồn nước/ thủy vực có thể chấp nhận mà độ ô nhiễm không vượt qua một mức nhất định; - Sự đồng hóa (Assimilation) (tại trang 976) là: Khả năng tự làm sạch của một nguồn nước/ thủy vực khỏi các chất gây ô nhiễm; - Khả năng đồng hóa (Assimilative Capacity) (tại trang 961) là lượng các chất gây ô nhiễm mà một thủy vực/nguồn nước hay một vùng đất có thể hấp thụ hoặc trung hòa trước khi chúng bắt đầu gây ra sự suy giảm đáng kể tính đa dạng sinh học và/ hoặc chất lượng môi trường. Sức chịu tải của dòng sông gắn liền với khả năng tự làm sạch của nước sông. Khả năng tự làm sạch của nước sông càng lớn thì lượng nước thải mà dòng sông có thể tiếp nhận càng lớn và ngược lại. Vì thế để tính toán đánh giá sức chịu tải của một dòng sông phải đánh giá được hiện trạng và khả năng tự làm sạch của con sông đó. 12
Một số định nghĩa khác về sức chịu tải như sau: - Sức chịu tải về mặt môi trường (environmental capacity) được định nghĩa bởi GESAMP (1986) (Group Experts on the Scientific Aspects of Marine Pollution) [18] là tính chất của môi trường và khả năng thích nghi của nó trong việc điều tiết một hoạt động nào đó mà không gây ra những tác động môi trường không thể chấp nhận được. - Sức chịu tải của môi trường là khả năng tiếp nhận lớn nhất tổng các nguồn thải mà vẫn nằm trong khả năng tự làm sạch của môi trường (Williams 1996 [18]). - Ở Việt Nam, theo Luật Bảo vệ môi trường năm 2005 thì “Sức chịu tải của môi trường là giới hạn cho phép mà môi trường có thể tiếp nhận và hấp thụ các chất ô nhiễm”. Từ đó có thể cho rằng “Sức chịu tải của dòng sông là lượng chất ô nhiễm lớn nhất mà dòng sông có thể tiếp nhận mà vẫn đạt tiêu chuẩn về chất lượng nước”. - Theo điều 40 C.F.R khoản 130.2 (f) trong Luật nước sạch của Hoa Kỳ: Sức chịu tải (loading capacity) là lượng chất ô nhiễm lớn nhất môi trường nước có thể tiếp nhận được mà không làm ảnh hưởng đến tiêu chuẩn chất lượng nước. Công tác cấp phép xả nước thải vào nguồn nước, các cơ quan cấp phép của Việt Nam phải xem xét nguồn nước tiếp nhận nước thải đang sử dụng hoặc quy định sử dụng với mục đích gì. Với mỗi mục đích sử dụng nguồn nước thì có tiêu chuẩn, quy chuẩn chất lượng nước mặt tương ứng. Khi chất lượng nước của một đoạn sông, suối nào đó đạt đến giới hạn quy định theo mục đích sử dụng nguồn nước đó thì có thể coi đoạn sông suối đó không còn khả năng tiếp nhận nước thải nữa, quá sức chịu tải. Như vậy có thể hiểu sức chịu tải hay khả năng tiếp nhận nước thải của nguồn nước là khả năng của nguồn nước tiếp nhận nước thải đến một mức cho phép nhất định. Tại mức cho phép đó, nông độ các thông số ô nhiễm có trong nước nguồn không vượt quá giới hạn được quy định theo mục đích sử dụng nước. Hiện nay, quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước mặt quy định bởi QCNV 08/2015- BTNMT. 13
Sức chịu tải của môi trường tiếp nhận chất ô nhiễm là cơ sở khoa học để xây dựng các tiêu chuẩn môi trường về chất thải, tính toán được khả năng tiếp nhận và hình thành thị trường, thị phần ô nhiễm (để mua bán, chuyển nhượng, trao đổi quota ô nhiễm về khí thải, nước thải). Bộ Tài nguyên và Môi trường đã rất quan tâm đến hướng quản lý này và đây chính là lý ra để Nhiệm vụ này được triển khai. 1.1.2. Các nguyên nhân gây ô nhiễm nguồn nước mặt Ô nhiễm môi trường nước là sự thay đổi tính chất vật lý, hóa học và sinh học của nước, gây ra các tác động bất lợi cho sự tồn tại và phát triển của công người cũng như các sinh vật khác. + Ô nhiễm sinh học : Ô nhiễm nước sinh học do các nguồn thải đô thị hay kỹ nghệ có các chất thải sinh hoạt, phân, nước rửa của các nhà máy đường, giấy…Sự ô nhiễm về mặt sinh học chủ yếu do sự thải các chất hữu cơ có thể lên men được. Sự ô nhiễm sinh học được thể hiện bằng sự nhiễm bẩn do vi khuẩn rất nặng, đặt thành vấn đề lớn cho vệ sinh công cộng, chủ yếu ở các nước đang phát triển. + Ô nhiễm hóa học do chất vô cơ: Do thải vào nước các chất nitrat, phosphate dùng trong nông nghiệp và các chất thải do luyện kim và các công nghệ khác như Zn, Cr, Ni, Cd, Mn, Cu, Hg là những chất độc cho thủy sinh vật. + Ô nhiễm do chất hữu cơ tổng hợp: Ô nhiễm này do các hydrocacbon, nông dược, chất tẩy rửa. + Ô nhiễm vật lý: Các chất rắn không tan khi được thải vào nước làm tăng lượng chất lơ lửng, tức làm tăng độ đục của nước, các chất này có thể là gốc vô cơ hay hữu cơ, có thể được vi khuẩn ăn. Sự phát triển của vi khuẩn và các vi sinh vật khác lại càng làm tăng độ đục của nước và làm giảm độ xuyên thấu của ánh sáng. 1.2. Những nghiên cứu về đánh giá sức chịu tải nƣớc sông trên thế giới và ở Việt Nam 1.2.1. Những nghiên cứu về sức chịu tải nước sông trên thế giới Hiện nay, Vấn đề ô nhiễm nguồn nước của các con sông đã và đang được đề cập tới nhiều trên phạm vi toàn thế giới. Theo Liên Hợp Quốc thì một nửa trong tổng số 500 dòng sông lớn nhất thế giới đã trở nên cạn kiệt và ô nhiễm nghiêm 14
trọng [9]. Lượng nước của các con sông lớn trên thế giới đang suy giảm nghiêm trọng ảnh hưởng tới cuộc sống của con người, loài vật và tương lai của trái đất. Liên hợp quốc đưa ra báo cáo chính thức để báo cáo các chính phủ về tốc độ xuống cấp đáng báo động của các dòng sông, ao hồ và các hệ thống cung cấp khác. Một báo cáo khác cho biết toàn thế giới có khoảng 1,1 tỷ người thiếu nước sạch để dùng, trung bình 5 người thì có 1 người không có nước sạch để dùng [9]. LHQ chọn ngày 14/03 là ngày thế giới hành động để tập trung sự chú ý của toàn cầu tới những dòng sông. Quỹ Quốc tế về thiên nhiên (WWF) vào ngày 20/3/2007 cho biết 5 dòng sông đang phục vụ cho khoảng 870 triệu người châu Á hiện nằm trong số 10 dòng sông bị đe dọa nhiều nhất trên thế giới [11]. Các dạng nước ô nhiễm thường gặp trên thế giới là ô nhiễm do dinh dưỡng, ô nhiễm hữu cơ, ô nhiễm vi sinh vật gây bệnh, ô nhiễm sông do KLN và các hóa chất độc hại khác. Trong đó ô nhiễm chất dinh dưỡng ( nito, photpho, silic, cacbon) đang là mối quan tâm lớn của con người. Hàm lượng cao của các chất này đã gây nên hiện tượng phú dưỡng trong các dòng sông chảy chậm, ở hồ và biển. Sự dư thừa chất dinh dưỡng gây hiện tượng tảo nở hoa làm cho một số biển và con sông bị biến màu. Ngoài ra sự phân hủy kỵ khí sinh ra các khí độc như H2S, NH3... cộng thêm mùi hôi thối đã làm cho các con sông trở thành sông chết. a. Tại Mỹ Ở Mỹ, Cục Bảo vệ Môi trường (EPA) đã đề cập đến việc kiểm soát tổng tải lượng ô nhiễm trong Đạo luật về Nước sạch (Clean Water Act) [23] ban hành năm 1972. Mục 303d của văn bản này quy định mỗi Bang cần xác định các thủy vực bị ô nhiễm nặng mà không thể xử lý bằng các phương pháp kiểm soát ô nhiễm hiện tại. Đối với các thủy vực đó, các nhà quản lý của Bang cần xác định mức độ ưu tiên và đưa ra cho từng thủy vực một giá trị “tổng tải lượng ô nhiễm tối đa theo ngày” - Total Maximum Daily Load (TMDL). Mục tiêu của TMDL là đảm bảo sức chịu tải của thủy vực và dựa vào đó để phân bổ tải lượng cho các nguồn thải khác nhau và áp dụng các biện pháp kiểm soát ô nhiễm thích hợp. 15
Liên quan đến TMDL, mục 130.7, Quyển 40, Code of Federal Regulations ban hành năm 1992 quy định các Bang tiếp tục xác định các thủy vực cần đánh giá TMDL, cũng như xác định các chất thải đã hoặc có khả năng gây ra ô nhiễm dựa theo các số liệu và thông tin sẵn có. Bộ quy định này cũng nêu rõ các Bang cần đưa vào trong báo cáo TMDL danh sách các thủy vực cần xác định TMDL, dữ liệu, thông tin sử dụng cho việc lập danh sách và cơ sở đưa ra quyết định. Theo Bộ Quy định cũng như theo Văn bản hướng dẫn thực hiện đánh giá TMDL, các Bang được đề nghị cung cấp các thông tin sau cho từng thủy vực: mục tiêu chất lượng nước, tải lượng của thủy vực, phân bố tải lượng, hệ số an toàn và đánh giá ảnh hưởng chất lượng nước theo mùa. TMDL có thể được tính toán theo nhiều phương pháp khác nhau, từ các phép tính cân bằng khối lượng đơn giản cho đến các mô hình tính toán chất lượng nước phức tạp. Hiện nay, việc đánh giá TMDL đã và đang được triển khai cho nhiều loại chất ô nhiễm khác nhau trong hầu hết các bang của nước Mỹ. Theo Quy định các Hoạt động Bảo vệ Môi trường (Protection of the Environment Operations Regulation) ban hành năm 2009 [23], các cơ sở xả thải ra một thủy vực phải được cấp phép xả thải và phải trả một khoản phí theo tải lượng thải. Hình thức tính phí theo tải lượng thải được đưa ra để các cơ sở giảm lượng phát thải các chất ô nhiễm ra ngoài môi trường, cũng như khuyến khích các cơ sở này áp dụng các biện pháp xử lý chất thải và cải thiện môi trường. Về cơ bản, mỗi cơ sở kinh doanh, sản xuất hoặc xử lý chất thải sẽ phải chịu hai khoản phí liên quan đến xả thải: phí quản trị dựa vào quy mô hoạt động của cơ sở đó, và phí xả thải theo tải lượng thải (nếu có) được tính theo công thức tính toán tải lượng đề cập trong Khoản 21, Chương 2, Phần 1 của Quy định này. Quy định cũng đề cập đến các hình thức giảm phí, do các cơ sở thực hiện các biện pháp xử lý nhằm giảm ảnh hưởng của chất thải đến môi trường dù tải lượng thải vẫn không đổi, hoặc do các cơ sở thực hiện cam kết với EPA trong việc giảm tải lượng thải trong tương lai. b. Tại Nhật Bản Luật Kiểm soát Ô nhiễm Nước ban hành năm 1970 [23] đề cập đến việc xây dựng và phê duyệt một chính sách cơ sở (fundamental policy) liên quan đến việc 16
giảm thiểu tải lượng ô nhiễm (Điều 4-2). Điều 4-3 và 4-5 của Luật này quy định trách nhiệm của chính quyền địa phương trong việc lập kế hoạch giảm tải lượng chất thải từ các nguồn thải và lập ra các tiêu chuẩn tải lượng cho từng thủy vực cụ thể. Ban đầu việc giảm tải được thực hiện cho ô nhiễm COD. Công thức tính tải lượng thải nhu cầu oxy hóa học (COD) được quy định trong Quyết định Thi hành Luật Kiểm soát Ô nhiễm Nước ban hành năm 1971. Văn bản này cũng quy định đối tượng cần kiểm soát thải lượng ô nhiễm là các nhà máy và cơ sở kinh doanh có lượng nước thải trung bình cao hơn 50 m3. Liên quan đến COD, các tiêu chuẩn quy định đối với tổng tải lượng ô nhiễm được tính theo công thức: L = C x Qx 10-3 Trong đó: L: tải lượng ô nhiễm cho phép xả thải (kg/ngày) C: Nồng độ COD cho do chính quyền địa phương quy định (mg/l) Q: Lưu lượng thải do chủ nguồn thải đăng ký (m3/ngày). Năm 1979, Hệ thống kiểm soát tổng tải lượng theo khu vực (TPLCS-Total pollution load control system) ban đầu được triển khai, nhằm đối phó với tình trạng phú dưỡng ở các vùng biển ven bờ khép kín như vịnh Tokyo, vịnh Đảo và vịnh Seto. Đến năm 2001, bên cạnh COD, hai thông số nữa được đưa vào sử dụng để tính toán tải lượng thải là T-P và T-N. Nhờ những nỗ lực triển khai quản lý tải lượng thải nói chung và TPLCS nói riêng, Nhật Bản đã đạt được những thành tựu đáng kể trong công tác kiểm soát ô nhiễm và cải thiện, bảo tồn môi trường. Khái quát về quy trình thực hiện TPLCS ở Nhật Bản được thể hiện trong Hình 1.1. TPLCS là một hệ thống mang lại hiệu quả cao trong việc cải thiện và bảo vệ môi trường nước dựa vào cấu trúc hệ thống này. Mặt khác, TPLCS có thể thay đổi cấu trúc hệ thống tùy theo tính thống nhất với các hệ thống và tổ chức sẵn có bao gồm các biện pháp bảo vệ chất lượng nước, tình trạng tiến độ, và mục đích của việc áp dụng TPLCS ở mỗi nước. 17