Luận án Tiến sĩ Khoa học môi trường: Đánh giá chất lượng nước, tính toán khả năng chịu tải của sông Nhuệ - Đáy trong bối cảnh biến đổi khí hậu và phát triển kinh tế xã hội

Chia sẻ: Sơ Dương | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:194

Thêm vào BST

Báo xấu

71
lượt xem 11
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đề tài "Đánh giá chất lượng nước, tính toán khả năng chịu tải của sông Nhuệ - Đáy trong bối cảnh biến đổi khí hậu và phát triển kinh tế xã hội" được thực hiện nhằm đánh giá được khả năng chịu tải của lưu vực sông Nhuệ - Đáy dưới tác động của sự phát triển kinh tế xã hội, trong bối cảnh biến đổi khí hậu từ đó xây dựng các giải pháp nhằm giảm thiểu, khống chế mức độ gia tăng ô nhiễm, xây dựng và hoàn chỉnh hệ thống cơ chế, chính sách nhằm khai thác hợp lý, bảo vệ có hiệu quả nguồn nước, bảo vệ môi trường và cảnh quan thiên nhiên lưu vực sông Nhuệ - Đáy.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Khoa học môi trường: Đánh giá chất lượng nước, tính toán khả năng chịu tải của sông Nhuệ - Đáy trong bối cảnh biến đổi khí hậu và phát triển kinh tế xã hội

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ----------------------- NGUYỄN TOÀN THẮNG ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG NƯỚC, TÍNH TOÁN KHẢ NĂNG CHỊU TẢI CỦA SÔNG NHUỆ - ĐÁY TRONG BỐI CẢNH BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU VÀ PHÁT TRIỂN KINH TẾ XÃ HỘI LUẬN ÁN TIẾN SỸ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI, NĂM 2018
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ----------------------- NGUYỄN TOÀN THẮNG ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG NƯỚC, TÍNH TOÁN KHẢ NĂNG CHỊU TẢI CỦA SÔNG NHUỆ - ĐÁY TRONG BỐI CẢNH BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU VÀ PHÁT TRIỂN KINH TẾ XÃ HỘI CHUYÊN NGÀNH: MÔI TRƯỜNG ĐẤT VÀ NƯỚC MÃ SỐ: 62440303. LUẬN ÁN TIẾN SỸ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS. Lê Văn Thiện PGS.TS. Trần Hồng Thái HÀ NỘI, NĂM 2018
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực từ kết quả tham gia thực hiện đề tài nghiên cứu và luận án. Để thực hiện luận án tôi đã trực tiếp tham gia vào đề tài nghiên cứu và được chủ trì đồng ý để phục vụ cho luận án của tôi như là kết quả đào tạo của đề tài. Một số kết quả đã được chúng tôi công bố trên tạp chí khoa học chuyên ngành với sự đồng ý của đồng tác giả phù hợp với các quy định hiện hành. Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về lời cam đoan này và các kết quả nghiên cứu trình bày trong luận án của mình. Tác giả luận án Nguyễn Toàn Thắng
LỜI CẢM ƠN Hoàn thành luận án này, tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS. Lê Văn Thiện, người đã trực tiếp hướng dẫn chỉ bảo tận tình, cho tôi những kiến thức bổ ích trong quá trình thực hiện luận án. Tôi cũng xin đặc biệt gửi lời cảm ơn PGS.TS. Trần Hồng Thái đã giúp đỡ và hỗ trợ tôi rất nhiều và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất trong suốt quá trình nghiên cứu luận án. Tôi cũng nhận được sự động viên và giúp đỡ tận tình của các thầy cô, các anh chị và các bạn trong nhóm nghiên cứu tại Bộ môn Thổ nhưỡng và Môi trường đất, Khoa Môi trường, tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ qúy báu đó. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới sự giúp đỡ, động viên của gia đình và bạn bè trong quá trình học tập và thực hiện luận án này. Hà Nội, ngày tháng năm 2018 Nghiên cứu sinh Nguyễn Toàn Thắng
MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................... i LỜI CẢM ƠN ...............................................................................................ii DANH MỤC BẢNG.................................................................................... vi DANH MỤC HÌNH ..................................................................................... ix DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ................................................................ xiii MỞ ĐẦU ...................................................................................................... 1 1. Tính cấp thiết của đề tài ............................................................................ 1 2. Mục tiêu nghiên cứu ................................................................................. 2 3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn .................................................................. 2 4. Những đóng góp mới ................................................................................ 2 5. Cấu trúc của luận án .................................................................................. 3 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ....................................................... 4 1.1. Tổng quan các nghiên cứu về môi trường nước lưu vực sông Nhuệ - Đáy ................................................................................................................ 4 1.1.1. Xây dựng và ban hành cơ chế chính sách, thể chế.........................................4 1.1.2. Nghiên cứu về quản lý sử dụng hợp lý tài nguyên nước của lưu vực sông .5 1.1.3. Nghiên cứu về kiểm soát ô nhiễm trên lưu vực..............................................6 1.1.4. Nghiên cứu áp dụng các mô hình mô phỏng để phân tích đánh giá hiện trạng, dự báo và đề xuất các giải pháp quản lý bền vững ........................................7 1.2. Tổng quan về cơ sở khoa học của phương pháp đánh giá khả năng tự làm sạch dựa vào các quá trình trong nước sông. ......................................... 8 1.2.1. Các khái niệm....................................................................................................8 1.2.2. Nước sông và các quá trình xảy ra trong nước sông ......................................9 1.2.3. Vai trò của oxy trong quá trình tự làm sạch (TLS) nước sông................... 10 1.2.4. Vai trò của vi khuẩn trong quá trình TLS nước sông ................................. 10 1.2.5. Vai trò của hệ động thực vật thủy sinh trong quá trình TLS nước sông.... 11 1.2.6. Vai trò của các quá trình xáo trộn, lắng đọng trong quá trình TLS nước sông ........................................................................................................................... 14 1.3. Tổng quan cơ sở lý thuyết các mô hình mô phỏng dòng chảy, thủy lực và khuếch tán. ............................................................................................. 14 1.3.1. Cơ sở lý thuyết mô hình mưa – dòng chảy (NAM) .................................... 14 1.3.2. Cơ sở lý thuyết mô hình diễn toán thủy lực (mô đun thủy lực) ................. 16 1.3.3. Cơ sở lý thuyết mô hình chất lượng nước.................................................... 17 1.4. Tổng quan các nghiên cứu về ngưỡng chịu tải và khả năng tự làm sạch của môi trường nước sông .......................................................................... 20 1.4.1. Các nghiên cứu ngoài nước .......................................................................... 20 1.4.2. Các nghiên cứu ứng dụng trong nước .......................................................... 25
CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG .................................................. 29 VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ........................................................ 29 2.1. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu ........................................................... 29 2.1.1. Đối tượng nghiên cứu.................................................................................... 29 2.1.2. Nội dung nghiên cứu ..................................................................................... 29 2.1.3. Phạm vi nghiên cứu ....................................................................................... 29 2.2. Phương pháp nghiên cứu ..................................................................... 31 2.2.1. Phương pháp thu thập, tổng hợp tài liệu ...................................................... 31 2.2.2. Phương pháp điều tra, khảo sát thực địa ...................................................... 31 2.2.3. Phương pháp phân tích trong phòng thí nghiệm ......................................... 32 2.2.4. Phương pháp sử dụng mô hình toán để tính toán chất lượng nước, khả năng tự làm sạch trong bối cảnh BĐKH và kịch bản phát triển KT-XH ............ 32 2.2.5. Phương pháp đánh giá ngưỡng chịu tải dựa vào tải lượng chất ô nhiễm .. 37 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN .................... 45 3.1. Đặc điểm điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội vùng nghiên cứu ............ 45 3.1.1. Đặc điểm tự nhiên.......................................................................................... 45 3.1.2. Đặc điểm kinh tế xã hội................................................................................. 55 3.1.3. Mục tiêu, chiến lược phát triển KTXH tại các địa phương ........................ 60 3.2. Hiện trạng khai thác và sử dụng tài nguyên nước lưu vực sông Nhuệ - Đáy .............................................................................................................. 61 3.2.1. Hệ thống công trình thủy lợi ......................................................................... 61 3.2.2. Nhu cầu sử dụng nước trong lưu vực ........................................................... 65 3.3. Đánh giá hiện trạng môi trường nước LVS Nhuệ - Đáy ...................... 67 3.3.1. Đánh giá các nguồn thải gây ô nhiễm môi trường sông Nhuệ - sông Đáy 67 3.3.2. Diễn biến chất lượng nước LVS Nhuệ - Đáy .............................................. 68 3.4. Dự báo ngưỡng chịu tải của LVS Nhuệ - Đáy trong bối cảnh BĐKH theo kịch bản phát triển KT-XH ................................................................. 80 3.4.1. Áp dụng mô hình NAM khôi phục số liệu biên đầu vào cho mô hình thủy lực và chất lượng nước ............................................................................................ 80 3.4.2. Áp dụng mô hình MIKE 11 tính toán thủy lực lưu vực sông Nhuệ sông Đáy ............................................................................................................................ 83 3.4.3. Áp dụng mô hình MIKE 11 tính toán chất lượng nước lưu vực sông Nhuệ sông Đáy ................................................................................................................... 95 3.4.4. Đánh giá Đánh giá khả năng tiếp nhận nước thải của nguồn nước của LVS Nhuệ - Đáy.............................................................................................................. 109 3.5. Đánh giá khả năng tự làm sạch dựa vào quá trình của sông .............. 129 3.6. Phân tích, đánh giá tổng hợp và dự báo ngưỡng/sức chịu tải của LVS Nhuệ - Đáy. ............................................................................................... 134 3.6.1. Phân tích, đánh giá tổng hợp ngưỡng/sức chịu tải nước sông.................. 134
3.6.2. Đánh giá và dự báo ngưỡng/sức chịu tải nước sông ................................. 136 3.7. Đề xuất các giải pháp quản lý, bảo vệ môi trường và khắc phục tình trạng ô nhiễm LVS Nhuệ - Đáy ................................................................ 139 3.7.1. Đề xuất các giải pháp quản lý và bảo vệ môi trường ................................ 139 3.7.2. Đề xuất các giải pháp khắc phục tình trạng ô nhiễm ................................ 143 Kết luận ..................................................................................................... 148 Kiến nghị ................................................................................................... 150 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ.............. 1 LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN ..................................................................... 1 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 1 Tiếng Việt ..................................................................................................... 1 Tiếng Anh ..................................................................................................... 8 PHỤ LỤC.................................................................................................... 10
DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Thành phần hóa học trung bình của nước sông ..................................... 9 Bảng 2.1: Phạm vi lưu vực sông Nhuệ - sông Đáy .............................................. 30 Bảng 2.2: Các phương pháp phân tích áp dụng trong nghiên cứu ....................... 32 Bảng 2.3: Danh sách các trạm thủy văn trên lưu vực sông Nhuệ, sông Đáy có sử dụng số liệu lưu lượng ......................................................................................... 35 Bảng 2.4: Các trạm đo mưa và bốc hơi được sử dụng để tính toán dự báo thủ văn cho các trạm thượng nguồn hệ thống sông Đáy, sông Hoàng Long .................... 36 Bảng 2.5: Thời gian và mục đích sử dụng số liệu tại các trạm thủy văn trên lưu vực sông Nhuệ - Đáy ........................................................................................... 36 Bảng 2.6: Trọng số của các trạm mưa cho thượng nguồn sông Hoàng Long - tính theo phương pháp đa giác Thiessen ..................................................................... 36 Bảng 2.7: Trọng số của các trạm mưa cho thượng nguồn sông Đáy - tính theo phương pháp đa giác Thiessen ............................................................................. 36 Bảng 2.8: Công thức tính toán tải lượng ô nhiễm đưa vào nước sông................. 41 Bảng 3.1: Phân phối dòng chảy năm các trạm thuộc lưu vực sông Đáy.............. 49 Bảng 3.2: Đặc trưng mực nước trạm Hà Nội khi có hồ ....................................... 50 Bảng 3.3: Mực nước trung bình tháng nhiều năm thời kỳ mùa kiệt tại một số vị trí trên sông Nhuệ ................................................................................................. 51 Bảng 3.4: Số dân các tỉnh trong LVS Nhuệ- Đáy ................................................ 55 Bảng 3.5: Giá trị sản xuất Công nghiệp - TTCN tại các tỉnh ............................... 56 Bảng 3.6: Giá trị sản xuất nông nghiệp của các tỉnh trong LVS Nhuệ Đáy qua các năm ....................................................................................................................... 57 Bảng 3.7: Diện tích, năng suất, sản lượng một số cây trồng chủ yếu. ................. 58 Bảng 3.8: Diễn biến đàn gia súc trong lưu vực .................................................... 58 Bảng 3.9: Hiện trạng rừng có đến 31/12/2015 phân theo địa phương ................. 59 Bảng 3.10: Tình hình sản xuất thủy sản các tỉnh LVS sông Nhuệ - Đáy ............ 60 Bảng 3.11: Một số chỉ tiêu KTXH chính của các tỉnh thành phố lưu vực sông Nhuệ - sông Đáy định hướng thời kỳ 2020-2030 ................................................ 61 Bảng 3.12: Tổng hợp nhu cầu dùng nước cho các hộ sử dụng nước chính thời kỳ 2012-2014 (m3) .................................................................................................... 65 Bảng 3.13: Kết quả thống kê số nguồn thải và loại hình trên LVS Nhuệ - Đáy đến năm 2015 .............................................................................................................. 67
Bảng 3.14: Tình hình xử lý cơ sở ô nhiễm môi trường nghiêm trọng theo Quyết định số 64/2003/QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ........................................... 67 Bảng 3.15: Các cơ sở gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng mới phát sinh ...... 68 Bảng 3.16: Giá trị các thông số mô hình mưa- dòng chảy (NAM)...................... 81 Bảng 3.17: Kết quả hiệu chỉnh, kiểm nghiệm mô hình mưa - dòng chảy............ 82 Bảng 3.18: Phân tích hiệu quả và sai số của hiệu chỉnh mô hình ........................ 86 Bảng 3.19: Phân tích hiệu quả và sai số của kiểm nghiệm mô hình .................... 91 Bảng 3.20: So sánh kết quả tính toán và thực đo một số chỉ tiêu chất lượng nước trên sông Đáy, tháng 5/2014 .............................................................................. 104 Bảng 3.21: So sánh kết quả tính toán và thực đo một số chỉ tiêu chất lượng nước trên sông Nhuệ, tháng 5/2014 ............................................................................ 104 Bảng 3.22: So sánh kết quả tính toán và thực đo một số chỉ tiêu chất lượng nước trên sông Đáy, tháng 5/2015 .............................................................................. 108 Bảng 3.23: So sánh kết quả tính toán và thực đo một số chỉ tiêu chất lượng nước trên sông Nhuệ, tháng 5/2015 ............................................................................ 108 Bảng 3.24: Phân đoạn sông nghiên cứu tính toán khả năng .............................. 109 Bảng 3.25: Phần trăm diện tích chiếm dụng của từng đoạn sông tiếp ............... 111 Bảng 3.26: Thống kê các đoạn sông và vị trí trong mô hình toán đã thiết lập .. 116 Bảng 3.27: Số liệu lưu lượng nước sông............................................................ 116 Bảng 3.28: Tổng tải lượng ô nhiễm đầu vào ước tính theo các đoạn sông ........ 117 Bảng 3.29: Tổng tải lượng ô nhiễm ước tính theo các đoạn sông ..................... 119 Bảng 3.30: Tổng tải lượng ô nhiễm ước tính theo các đoạn sông ..................... 120 Bảng 3.31: Số liệu lưu lượng thải đối với từng đoạn sông ................................ 121 Bảng 3.32: Tải lượng ô nhiễm tối đa cho LVS Nhuệ - Đáy theo mục đích sử dụng B1 tưới tiêu thủy lợi (kg/ngày) .......................................................................... 122 Bảng 3.33: Tải lượng ô nhiễm tối đa cho đoạn sông Nhuệ sông Đáy theo mục đích sử dụng B2 cho giao thông thủy và các mục đích khác (kg/ngày) ............ 123 Bảng 3.34: Tải lượng ô nhiễm tối đa cho đoạn sông Nhuệ sông Đáy theo mục đích sử dụng A2 cho cấp nước sinh hoạt có áp dụng công nghệ xử lý phù hợp (kg/ngày) ............................................................................................................ 124 Bảng 3.35: Khả năng tiếp nhận nước thải của đoạn sông Nhuệ sông Đáy theo mục đích sử dụng B1 tưới tiêu thủy lợi (kg/ngày) ............................................. 125 Bảng 3.36: Khả năng tiếp nhận nước thải của đoạn sông Nhuệ sông Đáy theo mục đích sử dụng B2 cho giao thông và các mục đích sử dụng khác (kg/ngày)126
Bảng 3.37: Khả năng tiếp nhận nước thải của đoạn sông Nhuệ sông Đáy theo mục đích sử dụng A2 cho nước cấp sinh hoạt có áp dụng công nghệ xử lý phù hợp (kg/ngày) ..................................................................................................... 128 Bảng 3.38: Khả năng tự làm sạch chất ô nhiễm dựa vào mô hình của từng đoạn trên sông Nhuệ sông Đáy ................................................................................... 130 Bảng 3.39: Dự báo tổng lượng nước thải LVS Nhuệ - sông Đáy ...................... 137 Bảng 3.40: Dự báo tải lượng chất ô nhiễm các nguồn thải chính trong LVS Nhuệ - Đáy đến năm 2020 và 2030 được xử lý 80%................................................... 138
DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Sơ đồ chuyển hoá giữa các hợp phần trong các quá trình sinh học ..... 19 Hình 1.2: Phân chia đoạn sông để xác định tải lượng ô nhiễm tối đa theo ngày TMDLs trong lưu vực sông Coosa....................................................................... 23 Hình 2.1: Sơ đồ cách tiếp cận thực hiện của đề tài luận án. ................................ 33 Hình 3.1: Phân bố dòng chảy trung bình tháng (m3/s) - trạm .............................. 47 Hình 3.2: Phân bố dòng chảy trung bình tháng (m3/s) - trạm .............................. 47 Hình 3.3: Bản đồ vị trí các điểm quan trắc trên LVS Nhuệ - Đáy ....................... 69 Hình 3.4: Giá trị DO trên sông Nhuệ giai đoạn 2011- tháng 7/2015 ................... 70 Hình 3.5: Giá trị DO trên sông Đáy giai đoạn 2011- tháng 7/2015 ..................... 70 Hình 3.6: Giá trị DO trên sông khác thuộc LVS Nhuệ - Đáy giai đoạn 2011- T7/2015 ................................................................................................................ 71 Hình 3.7: Giá trị DO trên sông nội thành giai đoạn 2011- tháng 7/2015............. 71 Hình 3.8: Giá trị BOD5 trên sông Nhuệ giai đoạn 2011- tháng 7/2015 .............. 72 Hình 3.9: Giá trị BOD5 trên sông Đáy giai đoạn 2011- tháng 7/2015 ................. 72 Hình 3.10: Giá trị BOD5 trên sông khác giai đoạn 2011- tháng 7/2015 .............. 72 Hình 3.11: Giá trị BOD5 trên sông nội thành giai đoạn 2011- tháng 7/2015 ....... 73 Hình 3.12: Giá trị COD trên sông Nhuệ giai đoạn 2011- tháng 7/2015 .............. 74 Hình 3.13: Giá trị COD trên sông Đáy giai đoạn 2011- tháng 7/2015 ................ 74 Hình 3.14: Giá trị COD trên sông khác giai đoạn 2011- tháng 7/2015 ............... 74 Hình 3.15: Giá trị COD trên sông nội thành giai đoạn 2011- tháng 7/2015 ........ 75 Hình 3.16: Giá trị NH4+ trên sông Nhuệ giai đoạn 2011- tháng 7/2015 .............. 75 Hình 3.17: Giá trị NH4+ trên sông Đáy giai đoạn 2011- tháng 7/2015 ................ 76 Hình 3.18: Giá trị NH4+ trên sông khác giai đoạn 2011- tháng 7/2015................ 76 Hình 3.19: Giá trị NH4+ trên sông nội thành giai đoạn 2011- tháng 7/2015 ........ 76 Hình 3.20: Diễn biến chỉ số WQI trung bình năm trên sông Nhuệ...................... 77 Hình 3.21: Diễn biến chỉ số WQI trung bình năm trên sông Đáy........................ 78 Hình 3.22: Bản đồ chất lượng nước LVS Nhuệ - Đáy năm 2015. ....................... 78 Hình 3.23: So sánh giữa kết quả tính toán hiệu chỉnh mô hình mưa – dòng chảy với số liệu lưu lượng thực đo, trạm Hưng Thi, năm 1973-1975 .......................... 82 Hình 3.24: So sánh giữa kết quả tính toán hiệu chỉnh mô hình mưa – dòng chảy với số liệu lưu lượng thực đo, trạm Ba Thá, năm 1976-1978 .............................. 82 Hình 3.25: So sánh giữa kết quả tính toán kiểm nghiệm mô hình mưa – dòng chảy với số liệu lưu lượng thực đo, trạm Hưng Thi, năm 1976-1977 ................. 83
Hình 3.26: So sánh giữa kết quả tính toán kiểm nghiệm mô hình mưa – dòng chảy với số liệu lưu lượng thực đo, trạm Ba Thá, năm 1972-1973 ..................... 83 Hình 3.27: Sơ đồ mặt cắt hệ thống sông Nhuệ - Đáy sử dụng để tính toán trong 85 Hình 3.28: So sánh giữa kết quả tính toán hiệu chỉnh mô hình diễn toán MIKE 11 với số liệu mực nước thực đo, trạm Hà Nội mùa kiệt 11/2010 đến tháng 5/201187 Hình 3.29: So sánh giữa kết quả tính toán hiệu chỉnh mô hình diễn toán MIKE 11 với số liệu mực nước thực đo, trạm Hưng Yên tháng 11/2010 đến tháng 5/201187 Hình 3.30: So sánh giữa kết quả tính toán hiệu chỉnh mô hình diễn toán MIKE 11 với số liệu mực nước thực đo, trạm Phủ Lý tháng 11/2011 đến tháng 5/2012 .... 88 Hình 3.31: So sánh giữa kết quả tính toán hiệu chỉnh mô hình diễn toán MIKE 11 với số liệu mực nước thực đo, trạm Ninh Bình tháng 11/2011 đến tháng 5/201288 Hình 3.32: So sánh giữa kết quả tính toán hiệu chỉnh mô hình diễn toán MIKE 11 với số liệu mực nước thực đo, trạm Hà Nội mùa kiệt 11/2012 đến tháng 5/201389 Hình 3.33: So sánh giữa kết quả tính toán hiệu chỉnh mô hình diễn toán MIKE 11 với số liệu mực nước thực đo, trạm Hưng Yên mùa kiệt 11/2012 đến tháng 5/2013................................................................................................................... 89 Hình 3.34: So sánh giữa kết quả tính toán hiệu chỉnh mô hình diễn toán MIKE 11 với số liệu mực nước thực đo, trạm Phủ Lý mùa kiệt 11/2012 đến tháng 5/201390 Hình 3.35: So sánh giữa kết quả tính toán hiệu chỉnh mô hình diễn toán MIKE 11 với số liệu mực nước thực đo, trạm Ninh Bình tháng mùa kiệt 11/2012 đến ...... 90 Hình 3.36: So sánh giữa kết quả tính toán kiểm nghiệm mô hình diễn toán MIKE 11 với số liệu mực nước thực đo, trạm Hà Nội mùa kiệt 11/2013 đến tháng 5/2014................................................................................................................... 91 Hình 3.37: So sánh giữa kết quả tính toán kiểm nghiệm mô hình diễn toán MIKE 11 với số liệu mực nước thực đo, trạm Hưng Yên mùa kiệt 11/2013 đến tháng 5/2014................................................................................................................... 92 Hình 3.38: So sánh giữa kết quả tính toán kiểm nghiệm mô hình diễn toán MIKE 11 với số liệu mực nước thực đo, trạm Phủ Lý mùa kiệt 11/2013 đến tháng 5/2014................................................................................................................... 92 Hình 3.39: So sánh giữa kết quả tính toán kiểm nghiệm mô hình diễn toán MIKE 11 với số liệu mực nước thực đo, trạm Ninh Bình mùa kiệt 11/2013 đến tháng 5/2014................................................................................................................... 93 Hình 3.40: So sánh giữa kết quả tính toán kiểm nghiệm mô hình diễn toán MIKE 11 với số liệu mực nước thực đo, trạm Hà Nội mùa kiệt 11/2014 đến tháng 5/2015................................................................................................................... 93
Hình 3.41: So sánh giữa kết quả tính toán kiểm nghiệm mô hình diễn toán MIKE 11 với số liệu mực nước thực đo, trạm Hưng Yên mùa kiệt 11/2014 đến tháng 5/2015................................................................................................................... 94 Hình 3.42: So sánh giữa kết quả tính toán kiểm nghiệm mô hình diễn toán MIKE 11 với số liệu mực nước thực đo, trạm Phủ Lý mùa kiệt 11/2014 đến tháng 5/2015................................................................................................................... 94 Hình 3.43: So sánh giữa kết quả tính toán kiểm nghiệm mô hình diễn toán MIKE 11 với số liệu mực nước thực đo, trạm Ninh Bình mùa kiệt 11/2014 đến tháng 5/2015................................................................................................................... 95 Hình 3.44: Sơ đồ mặt cắt tính toán chất lượng nước lưu vực sông Nhuệ - Đáy .. 97 Hình 3.45: Sơ đồ thủy lực thiết lập trong mô hình MIKE 11 .............................. 99 Hình 3.46: Bản đồ vị trí các điểm quan trắc trên LVS Nhuệ - Đáy ................... 100 Hình 3.47: Kết quả tính toán hiệu chỉnh nồng độ DO với số liệu thực đo tại một số vị trí trên sông Đáy, tháng 5/2014 ................................................................. 101 Hình 3.48: Kết quả tính toán hiệu chỉnh nồng độ DO với số liệu thực đo tại một số vị trí trên sông Nhuệ, tháng 5/2014 ............................................................... 101 Hình 3.49: Kết quả tính toán hiệu chỉnh nhiệt độ với số liệu thực đo tại một số vị trí trên sông Đáy, tháng 5/2014 .......................................................................... 101 Hình 3.50: Kết quả tính toán hiệu chỉnh nhiệt độ với số liệu thực đo tại một số vị trí trên sông Nhuệ, tháng 5/2014 ........................................................................ 102 Hình 3.51: Kết quả tính toán hiệu chỉnh nồng độ BOD với số liệu thực đo tại một số vị trí trên sông Đáy, tháng 5/2014 ................................................................. 102 Hình 3.52: Kết quả tính toán hiệu chỉnh nồng độ BOD với số liệu thực đo tại một số vị trí trên sông Nhuệ, tháng 5/2014 ............................................................... 102 Hình 3.53: Kết quả tính toán hiệu chỉnh nồng độ NH4+ với số liệu thực đo tại một số vị trí trên sông Đáy, tháng 5/2014 .......................................................... 103 Hình 3.54: Kết quả tính toán hiệu chỉnh nồng độ NH4+ với số liệu thực đo tại một số vị trí trên sông Nhuệ, tháng 5/2014 ........................................................ 103 Hình 3.55: Kết quả tính toán kiểm định nồng độ DO với số liệu thực đo tại một số vị trí trên sông Đáy, tháng 5/2015 ................................................................. 105 Hình 3.56: Kết quả tính toán kiểm định nồng độ DO với số liệu thực đo tại một số vị trí trên sông Nhuệ, tháng 5/2015 ............................................................... 105 Hình 3.57: Kết quả tính toán kiểm định nhiệt độ với số liệu thực đo tại một số vị trí trên sông Đáy, tháng 5/2015 .......................................................................... 106
Hình 3.58: Kết quả tính toán kiểm định nhiệt độ với số liệu thực đo tại một số vị trí trên sông Nhuệ, tháng 5/2015 ........................................................................ 106 Hình 3.59: Kết quả tính toán kiểm định nồng độ BOD với số liệu thực đo tại một số vị trí trên sông Đáy, tháng 5/2015 ................................................................. 106 Hình 3.60: Kết quả tính toán kiểm định nồng độ BOD với số liệu thực đo tại một số vị trí trên sông Nhuệ, tháng 5/2015 ............................................................... 107 Hình 3.61: Kết quả tính toán kiểm định nồng độ NH4+ với số liệu thực đo tại một số vị trí trên sông Đáy, tháng 5/2015 ................................................................. 107 Hình 3.62: Kết quả tính toán kiểm định nồng độ NH4+ với số liệu thực đo tại một số vị trí trên sông Nhuệ, tháng 5/2015 ............................................................... 107 Hình 3.63: Sơ đồ phân đoạn sông đánh giá khả năng ........................................ 113 Hình 3.64: Biến đổi lượng mưa bình quân lưu vực tính đến trạm thủy văn Ba Thá năm 2020 theo kịch bản BĐKH RCP4.5 ........................................................... 115 Hình 3.65: Biến đổi lượng mưa bình quân lưu vực tính đến trạm thủy văn Ba Thá năm 2030 theo kịch bản BĐKH RCP4.5 ........................................................... 115 Hình 3.66: Tải lượng các chất ô nhiễm ước tính tại các đoạn sông ................... 118 Hình 3.67: Diễn biến lưu lượng thải của đoạn sông tiếp nhận nước thải .......... 121 Hình 3.68: Diễn biến nồng độ DO trên .............................................................. 133 Hình 3.69: Diễn biến nồng độ BOD5 trên .......................................................... 133 Hình 3.70: Diễn biến nồng độ NO3- trên ............................................................ 134 Hình 3.71: Diễn biến nồng độ NH4+ trên ........................................................... 134
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT AD Truyền tải- Khuếch tán ASPT Chỉ số đa dạng sinh học BOD Nhu cầu ôxy sinh hóa BVMT Bảo vệ môi trường CCN Cụm công nghiệp COD Nhu cầu ôxy hóa học CWA Luật nước sạch (Clean Water Act) EC Độ dẫn điện EIR Báo cáo và thông tin môi trường FAO Tổ chức Nông Lương thế giới HD Thủy động lực HSTTV Hệ sinh thái thủy vực IBI Chỉ số tổ hợp sinh học INEST Viện Khoa học công nghệ và Môi trường KCN Khu công nghiệp LA Nguồn thải diện (Load Allocation) LVS Lưu vực sông NPDES Hệ thống giới hạn xả thải chất ô nhiễm quốc gia (National Pollutant Discharge Elimination System) TLS Tự làm sạch TMDL Tổng tải lượng tối đa theo ngày (Total Maximum Daily Load) TN Tổng nitơ TP Tổng phốt pho TSS Tổng chất rắn lơ lửng TN&MT Tài nguyên và Môi trường TTTVKTTV-MT Trung tâm Tư vấn Khí tượng Thủy văn và Môi trường US EPA Cơ quan bảo vệ môi trường Hoa Kỳ (United States Environmental Protection Agency) VKHKTTVMT Viện Khoa họa Khí tượng Thủy văn và Môi trường WHO Tổ chức Y tế thế giới WLA Nguồn thải điểm (Wasteload Allocation) WQI Chỉ số Chất lượng nước WQS Tiêu chuẩn chất lượng nước (Water Quality Standard)
MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Lưu vực sông Nhuệ - sông Đáy nằm ở hữu ngạn sông Hồng với diện tích tự nhiên khoảng 7.665 km2, với dân số năm 2015 gần 12 triệu người (Tổng Cục thống kê, 2015 [69]), mật độ dân số trung bình khoảng 1.160 người/km2. Lưu vực có tọa độ địa lý từ 200 - 21020' vĩ độ Bắc và 1050 - 106030' kinh độ Đông, bao gồm các tỉnh, thành phố sau: Hòa Bình, Hà Nội, Hà Nam, Nam Định và Ninh Bình. Trong những năm gần đây, tình hình phát triển kinh tế - xã hội trong lưu vực sông Nhuệ - sông Đáy diễn ra rất mạnh mẽ, các tỉnh trong lưu vực hàng năm đóng góp vào ngân sách hàng trăm tỷ đồng, góp phần nâng cao đời sống cho người dân, giải quyết công ăn việc làm cho một số lượng lớn người lao động. Tuy nhiên, ngoài những lợi ích mang lại thì tình trạng ô nhiễm do những mặt trái của các hoạt động trên gây ra đang ở mức báo động. Môi trường nói chung và môi trường nước nói riêng trong khu vực đang bị ô nhiễm nghiêm trọng gây ảnh hưởng đến sức khỏe người lao động, dân cư cũng như đến hệ sinh thái cảnh quan trong vùng. Tính trung bình tổng lượng nước thải của các tỉnh, thành phố thuộc lưu vực sông gồm nước thải sinh hoạt, nông nghiệp, công nghiệp, y tế đổ vào khoảng 621.000 m3/ngày đêm. Nhưng phần lớn lượng nước thải chưa được xử lý đã và đang gây ô nhiễm nghiêm trọng nguồn nước lưu vực sông này. Trên lưu vực sông Nhuệ - sông Đáy có khoảng 1.982 nguồn thải. Trong đó có 1.662 nguồn thải là cơ sở sản xuất, kinh doanh; 39 nguồn thải là khu công nghiệp, cụm công nghiệp; 137 cơ sở y tế và 144 làng nghề (Ủy ban Bảo vệ môi trường lưu vực sông Nhuệ-sông Đáy, 2017 [66]). Qua phân tích tình hình quan trắc chất lượng nước, thu thập và xử lý thông tin môi trường tại các cơ quan như: Sở Tài nguyên và Môi trường của các tỉnh nằm trên lưu vực sông Nhuệ - sông Đáy, các trung tâm thông tin địa chất, lâm nghiệp, các trung tâm viễn thám thuộc các Bộ/ngành và các địa phương... có thể thấy chất lượng nước sông Nhuệ, Đáy bị ô nhiễm cao với các chỉ số DO, COD, BOD5, NH4+, Coliform đều vượt nhiều lần tiêu chuẩn cho phép. Diến biến của tình trạng ô nhiễm không có dấu hiệu được cải thiện mà còn tăng lên. Mặt khác, nhu cầu sử dụng nước ngày càng cao và mở rộng do sự phát triển KT - XH và trong bối cảnh thay đổi lưu lượng nước do biến đổi khí hậu, nguồn nước lưu vực này không những phải đáp ứng mục đích sử dụng cho sinh hoạt và sản xuất mà còn đòi hỏi nguồn nước để duy trì hệ sinh thái, pha loãng để hạn chế ô nhiễm nguồn nước trước khi tập trung đổ vào lưu vực. Điều này đòi hỏi cần kiểm kê các nguồn 1
thải, đánh giá diễn biến môi trường, nhất là môi trường nước mặt, xác định tải lượng và thành phần nước thải, từ đó các chỉ tiêu giới hạn về an toàn môi trường sẽ được xác định và sử dụng làm cơ sở cho tính toán khả năng chịu tải của môi trường cũng như các ngưỡng an toàn cho môi trường nước tại lưu vực sông. Xuất phát từ các căn cứ trên đề tài luận án "Đánh giá chất lượng nước, tính toán khả năng chịu tải của sông Nhuệ - Đáy trong bối cảnh biến đổi khí hậu và phát triển kinh tế xã hội” được thực hiện nhằm đánh giá được khả năng chịu tải của lưu vực sông Nhuệ - Đáy dưới tác động của sự phát triển kinh tế xã hội, trong bối cảnh biến đổi khí hậu từ đó xây dựng các giải pháp nhằm giảm thiểu, khống chế mức độ gia tăng ô nhiễm, xây dựng và hoàn chỉnh hệ thống cơ chế, chính sách nhằm khai thác hợp lý, bảo vệ có hiệu quả nguồn nước, bảo vệ môi trường và cảnh quan thiên nhiên lưu vực sông Nhuệ - Đáy. 2. Mục tiêu nghiên cứu - Đánh giá được hiện trạng môi trường nước lưu vực sông Nhuệ - Đáy. - Tính toán và dự báo diễn biến chất lượng nước, tải lượng và ngưỡng chịu tải của LVS Nhuệ - Đáy theo các kịch bản phát triển KT-XH và trong bối cảnh tác động của BĐKH. - Đề xuất giải pháp quản lý, bảo vệ và cải thiện môi trường nước trong bối cảnh BĐKH và kịch bản phát triển KTXH. 3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn - Cung cấp cơ sở khoa học đánh giá ngưỡng chịu tải của LVS Nhuệ - Đáy trong bối cảnh BĐKH và kịch bản phát triển KTXH - Là căn cứ để có những điều chỉnh về kế hoạch bảo vệ môi trường nước LVS Nhuệ - Đáy trong bối cảnh BĐKH và kịch bản phát triển KTXH - Hỗ trợ công tác quản lý, phòng ngừa ô nhiễm môi trường nước LVS Nhuệ - Đáy. 4. Những đóng góp mới - Góp phần hoàn thiện phương pháp luận nghiên cứu đánh giá ngưỡng chịu tải của LVS trong bối cảnh BĐKH và phát triển KTXH. - Đã tính toán và dự báo ngưỡng chịu tải của LVS Nhuệ - Đáy trong bối cảnh tác động của BĐKH và kịch bản phát triển KT-XH. - Đề xuất được định hướng các giải pháp quản lý và bảo vệ môi trường nước LVS Nhuệ - Đáy. 2
5. Cấu trúc của luận án Ngoài phần Mở đầu, Kết luận và Kiến nghị, nội dung chính của Luận án bao gồm 03 Chương, trong đó: Chương 1. Tổng quan tài liệu Chương 2. Đối tượng, nội dung và phương pháp nghiên cứu. Chương 3. Kết quả nghiên cứu và thảo luận 3
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Tổng quan các nghiên cứu về môi trường nước lưu vực sông Nhuệ - Đáy Lưu vực sông Nhuệ - sông Đáy đóng vị trí quan trọng trong vùng kinh tế trọng điểm phía Bắc, do đó đã có nhiều công trình nghiên cứu khoa học với nhiều hình thức từ đề tài cấp nhà nước, các dự án, các báo cáo khoa học của các Viện nghiên cứu, Trường Đại học đánh giá chất lượng môi trường lưu vực sông Nhuệ - Đáy và từ đó cơ sở đề xuất xây dựng các giải pháp nhằm bảo vệ chất lượng môi trường nước hệ thống sông này, về tổng quan có thể chia thành các hướng nghiên cứu sau: 1.1.1. Xây dựng và ban hành cơ chế chính sách, thể chế Trong những năm qua Đảng và Nhà nước đã xây dựng hoàn thiện cơ chế chính sách quản lý các LVS của nước ta. Quốc hội đã ban hành một loạt các đạo luật nhằm Bảo vệ môi trường nói chung và môi trường nước LVS nói riêng như: Luật thuế tài nguyên năm 2009, Luật khoáng sản, Luật thanh tra, Luật xử lý vi phạm hành chính,... Đặc biệt Luật BVMT (năm 2005 và sửa đổi năm 2014) và Luật Tài nguyên nước (sửa đổi năm 2012). Đây là các đạo luật quan trọng để thực hiện các chủ trương, chính sách, pháp luật trong quản lý tổng hợp Tài nguyên nước. Luật Tài nguyên nước số 17/2012/QH13 đã được Quốc hội khóa XIII, kỳ họp thứ 3 thông qua ngày 21/6/2012. Luật Tài nguyên nước 2012 bao gồm nội dung quy định quản lý LVS như Điều 3, Điều 6, Điều 7, Mục 2,... Nội dung của Luật tài nguyên nước tập trung vào quản lý, vận hành, quản lý LVS, tuy nhiên các vấn đề liên quan đến quản lý môi trường LVS như quản lý nguồn thải, xử lý ô nhiễm,... chưa được quy định. Ngày 23 tháng 6 năm 2014, tại Kỳ họp thứ 7, Quốc hội khóa XIII đã thông qua Luật Bảo vệ môi trường số 55/2014/QH13, có hiệu lực thi hành kể từ ngày 01 tháng 01 năm 2015. Luật Bảo vệ môi trường năm 2014 đã dành nhiều nội dung về vấn đề bảo vệ môi trường nước lưu vực sông với các nội dung được quy định cụ thể trong Mục 1, Chương VI (từ Điều 52 đến Điều 55), trong đó có những vấn đề mới về quản lý đã được quy định như việc điều tra, đánh giá sức chịu tải của lưu vực sông, xác định hạn ngạch xả nước thải vào sông, vấn đề quản lý chất lượng nước và nguồn thải ra môi trường nước cũng được chú trọng hơn so với Luật bảo vệ môi trường 2005. Đồng thời, Luật BVMT 2014 phân định trách nhiệm rõ ràng trong BVMT nước sông giữa UBND cấp tỉnh và Bộ TN&MT. 4
Triển khai thực hiện Quyết định số 25/2014/QĐ-TTg ngày 25 tháng 3 năm 2014 của Thủ tướng Chính phủ về việc quy định chức năng, nhiệm vụ, quyền hạn và cơ cấu tổ chức của Tổng cục Môi trường, trong đó thành lập Chi cục BVMT lưu vực sông Nhuệ - sông Đáy. Đến nay Chi cục đã được thành lập và đi vào hoạt động theo Quyết định số 1759/QĐ-TCMT ngày 24 tháng 12 năm 2014 về việc quy định chức năng, nhiệm vụ, quyền hạn và cơ cấu tổ chức của Chi cục BVMT lưu vực sông Nhuệ - sông Đáy. Ngoài ra, Bộ Tài nguyên và Môi trường đang tiến hành xây dựng “Chương trình mục tiêu hỗ trợ xử lý triệt để các cơ sở gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng thuộc đối tượng công ích giai đoạn 2016-2020” (Chương trình giai đoạn 2016-2020) kế thừa những kết quả đạt được và tiếp tục triển khai các hoạt động của “Chương trình mục tiêu quốc gia khắc phục ô nhiễm và cải thiện môi trường giai đoạn 2012-2015” (Chương trình giai đoạn 2012-2015). Chương trình giai đoạn 2016-2020 đã tập trung vào 02 vấn đề chính gồm: xử lý triệt để các bãi rác đang gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng; xử lý, cải tạo và phục hồi môi trường tại các điểm tồn lưu bị ô nhiễm môi trường nghiêm trọng và đặc biệt nghiêm trọng do hóa chất BVTV. Đối với nội dung thu gom, xử lý nước thải từ các đô thị loại II trở lên thuộc ba lưu vực sông Nhuệ - sông Đáy, sông Cầu và hệ thống sông Đồng Nai của Chương trình giai đoạn 2012-2015, Bộ Tài nguyên và Môi trường đang đề nghị bổ sung vào Chương trình giai đoạn 2016-2020. Bên cạnh đó, Bộ Xây dựng đã trình Thủ tướng Chính phủ ban hành Quyết định số 223/QĐ-TTg ngày 12 tháng 02 năm 2015 phê duyệt Quy hoạch Quản lý chất thải rắn lưu vực sông Nhuệ - sông Đáy đến năm 2030; Quyết định 681/QĐ-TTg ngày 13 tháng 5 năm 2013 phê duyệt Quy hoạch hệ thống thoát nước và xử lý nước thải khu vực dân cư, khu công nghiệp thuộc lưu vực sông Nhuệ - sông Đáy đến năm 2030. 1.1.2. Nghiên cứu về quản lý sử dụng hợp lý tài nguyên nước của lưu vực sông Các tỉnh trong LVS Nhuệ - Đáy mà đại diện là UBND thành phố Hà Nội năm 2008 xây dựng Đề án tổng thể bảo vệ môi trường lưu vực sông Nhuệ - sông Đáy đến năm 2020, đề án này đã được Thủ tướng chính phủ phê duyệt với định hướng chính đến năm 2020 sẽ: (i) Hạn chế, giảm thiểu ô nhiễm và suy thoái môi trường lưu vực sông Nhuệ - sông Đáy; từng bước xử lý ô nhiễm, cải thiện, nâng cao chất lượng môi trường và chất lượng nước các dòng sông, tạo hệ thống dòng chảy ổn định, bảo vệ 5