Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu hiện trạng quản lý, sử dụng và hiệu quả cải thiện chất lượng nước hồ bằng công nghệ cấp khí tầng sâu

Chia sẻ: Cỏ Xanh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:87

Thêm vào BST

Báo xấu

24
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là nghiên cứu được thực hiện với mục tiêu đánh giá được hiện trạng quản lý, sử dụng và hiệu quả cải thiện chất lượng nước hồ Trọng, huyện Tân Lạc, tỉnh Hòa Bình (các thông số liên quan đến hiện tượng thiếu khí tầng sâu) bằng cách so sánh, đánh giá các thông số đo đạc, phân tích trước và sau khi lắp đặt hệ thống cấp khí tầng sâu đồng thời phân tích các nguy cơ ô nhiễm nước hồ trong tương lai và đề xuất giải pháp quản lý tổng hợp chất lượng nước hồ.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu hiện trạng quản lý, sử dụng và hiệu quả cải thiện chất lượng nước hồ bằng công nghệ cấp khí tầng sâu

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN -------------------------------------- Lại Ngọc Ca NGHIÊN CỨU HIỆN TRẠNG QUẢN LÝ, SỬ DỤNG VÀ HIỆU QUẢ CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG NƯỚC HỒ BẰNG CÔNG NGHỆ CẤP KHÍ TẦNG SÂU LUẬN VĂN THẠC SĨ Hà Nội - 2016
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN -------------------------------------- Lại Ngọc Ca NGHIÊN CỨU HIỆN TRẠNG QUẢN LÝ, SỬ DỤNG VÀ HIỆU QUẢ CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG NƯỚC HỒ BẰNG CÔNG NGHỆ CẤP KHÍ TẦNG SÂU Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường Mã số: 60520320 LUẬN VĂN THẠC SĨ Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Nguyễn Thị Hà TS. Phạm Thị Thúy XÁC NHẬN HỌC VIÊN ĐÃ CHỈNH SỬA THEO GÓP Ý CỦA HỘI ĐỒNG Giáo viên hướng dẫn Chủ tịch hội đồng chấm luận văn thạc sĩ khoa học PGS.TS. Nguyễn Thị Hà PGS.TS. Nguyễn Mạnh Khải Hà Nội - 2016
LỜI CẢM ƠN Luận văn đƣợc hoàn thành theo chƣơng trình đào tạo Cao học hệ chính quy tập trung khóa 21 (2013 - 2015) tại trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội. Tác giả xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS. Nguyễn Thị Hà và TS. Phạm Thị Thúy, hai cô hƣớng dẫn khoa học, đã nhiệt tình truyền đạt những kiến thức, kinh nghiệm quý báu và dành những tình cảm tốt đẹp cho tác giả trong quá trình thực hiện luận văn. Xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, Khoa Môi trƣờng, Bộ môn Công nghệ Môi trƣờng, các thầy cô giáo, bạn bè, đồng nghiệp và gia đình đã quan tâm giúp đỡ tác giả trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn. Xin chân thành cảm ơn Tập đoàn Marsima Aqua System, Công ty Nikken, Viện Khoa học và Công nghệ Môi trƣờng, Trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tạo các điều kiện, cung cấp dữ liệu và cùng phối hợp triển khai các công tác. Tác giả cũng xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới Ban lãnh đạo, tập thể cán bộ, công nhân viên Viện Sinh thái và Bảo vệ công trình - Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam đã tạo điều kiện, giúp đỡ về mọi mặt để tác giả hoàn thành luận văn. Do điều kiện nghiên cứu còn nhiều hạn chế nên luận văn không thể tránh khỏi những khiếm khuyết nhất định, kính mong nhận đƣợc những ý kiến đóng góp của các thầy cô giáo, các nhà khoa học, các đồng nghiệp quan tâm đến vấn đề nghiên cứu. Học viên Lại Ngọc Ca
MỤC LỤC ĐẶT VẤN ĐỀ ............................................................................................................ 1 Chƣơng 1. TỔNG QUAN ........................................................................................... 3 1.1. Tổng quan về hồ chứa và mục đích sử dụng ....................................................... 3 1.1.1. Trên thế giới .............................................................................................. 3 1.1.2. Tại Việt Nam ............................................................................................. 6 1.2. Hiện tƣợng suy giảm ôxy của các đập tại Việt Nam........................................... 7 1.3. Chất lƣợng nƣớc hồ chứa,các quá trình xảy ra trong hồ ................................... 11 1.3.1. Các vấn đề liên quan đến chất lƣợng nƣớc hồ chứa ................................ 11 1.3.2. Ô nhiễm do thiếu khí tại các hồ chứa ...................................................... 14 1.4. Một số biện pháp cải thiện chất lƣợng nƣớc hồ trên thế giới và Việt Nam ..... 16 1.4.1. Một số biện pháp cải thiện chất lƣợng nƣớc hồ trên thế giới .................. 16 1.4.2. Một số biện pháp cải thiện chất lƣợng nƣớc hồ tại Việt Nam................. 18 Chƣơng 2. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................ 21 2.1. Đối tƣợng nghiên cứu ........................................................................................ 21 2.2. Địa điểm nghiên cứu .......................................................................................... 21 2.2.1. Vị trí địa lý ............................................................................................... 21 2.2.2. Đặc điểm địa hình .................................................................................... 22 2.2.3. Đặc điểm khí tƣợng - thuỷ văn ................................................................ 23 2.2.4. Dòng chảy ................................................................................................ 25 2.2.5. Hiện trạng quản lý, sử dụng nƣớc tại hồ Trọng, huyện Tân Lạc, tỉnh Hòa Bình .................................................................................................... 25 2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu ................................................................................... 26 2.3.1. Tổng quan tài liệu .................................................................................... 27 2.3.2. Điều tra khảo sát thực địa, lấy mẫu ......................................................... 27
2.3.3. Thực nghiệm cải thiện chất lƣợng nƣớc hồ bằng phƣơng pháp cấp khí tầng sâu .............................................................................................................. 29 2.3.4. Phƣơng pháp xử lý, bảo quản mẫu, phân tích ......................................... 34 2.3.5. Phƣơng pháp xử lý số liệu ....................................................................... 34 Chƣơng 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ...................................... 35 3.1. Hiện trạng chất lƣợng nƣớc tại hồ Trọng, huyện Tân Lạc, tỉnh Hòa Bình ...... 35 3.1.1. Biến thiên giá trị nhiệt độ, DO và ORP ................................................... 35 3.1.2. Biến thiên giá trị Fe và Mn ...................................................................... 41 3.2. Hiệu quả cải thiện chất lƣợng nƣớc hồ bằng công nghệ cấp khí tầng sâu tại hồ Trọng, huyện Tân Lạc, tỉnh Hòa Bình............................................................ 46 3.2.1. Biến thiên nhiệt độ, DO và ORP ............................................................. 46 3.2.2. Biến thiên Fe và Mn ................................................................................ 49 3.3. Nguy cơ ô nhiễm nƣớc hồ trong tƣơng lai ........................................................ 56 3.4. Đề xuất giải pháp quản lý tổng hợp chất lƣợng nƣớc hồ .................................. 57 3.4.1. Giải pháp quản lý..................................................................................... 57 3.4.2. Giải pháp sử dụng nguồn nƣớc ................................................................ 57 3.4.3. Giải pháp về kỹ thuật ............................................................................... 58 KẾT LUẬN ............................................................................................................... 59 KIẾN NGHỊ .............................................................................................................. 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................ 61 PHỤ LỤC.................................................................................................................. 64
DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Tổng số các hồ chứa phân theo dung tích chứa ......................................... 6 Bảng 1.2. Chỉ tiêu phân định trạng thái phân tầng dựa trên tỷ lệ thay nƣớc α của hồ đập ................................................................................................................... 9 Bảng 1.3. Thống kê thông tin về các đập tại Việt Nam và dự đoán số lƣợng đập có vấn đề ..................................................................................................................... 9 Bảng 2.1. Một số đặc trƣng về khí tƣợng vùng dự án .............................................. 24 Bảng 2.2. Vận tốc gió theo các hƣớng ...................................................................... 24 Bảng 2.3. Thông tin cụ thể các vị trí lấy mẫu ........................................................... 29
DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Hồ Tchad vùng phía Tây châu Phi.............................................................. 3 Hình 1.2. Hồ Volta ở Ghana ....................................................................................... 4 Hình 1.3. Hồ Kariba ở Zimbabwe .............................................................................. 5 Hình 1.4. Hồ Rudolf ở phía Đông châu Phi ................................................................ 5 Hình 1.5. Số lƣợng đập lớn phân theo năm xây dựng ................................................ 8 Hình 1.6. Ô nhiễm môi trƣờng nƣớc tại hồ Trị An, tỉnh Đồng Nai .......................... 12 Hình 1.7. Nƣớc thải rửa quặng đƣợc xả thẳng ra suối dẫn vào Hồ Ba Bể ............... 13 Hình 1.8. Bè thực vật nổi trên hồ Fish Fry (Mỹ) ...................................................... 18 Hình 2.1. Hồ Trọng nhìn từ đập chính ...................................................................... 21 Hình 2.2. Sơ đồ quy trình nghiên cứu tổng thể của luận văn ................................... 26 Hình 2.3. Sơ đồ các vị trí lấy mẫu ............................................................................ 28 Hình 2.4. Nguyên lý hoạt động của thiết bị cấp khí tầng sâu ................................... 31 Hình 2.5. Chi tiết hình ảnh cấu tạo thiết bị ............................................................... 33 Hình 2.6. Các chai mẫu đƣợc bảo quản trong thùng chuyên dụng ........................... 34 Hình 3.1. Biến thiên giá trị nhiệt độ thời điểm trƣớc khi lắp đặt thiết bị cấp khí tầng sâu ..................................................................................................................... 36 Hình 3.2.Sự phân tầng và xáo trộn của khối nƣớc theo mùa (A) với 2 đỉnh cao phát triển của tảo (B) liên quan đến sự biến đổi của các nhân tố môi trƣờng .......... 37 Hình 3.3. Sự phân tầng nhiệt của khối nƣớc hồ vùng ôn đới trong mùa hè ............. 37 Hình 3.4. Biến thiên giá trị DO thời điểm trƣớc khi lắp đặt thiết bị cấp khí tầng sâu ..................................................................................................................... 39 Hình 3.5. Biến thiên giá trị ORP thời điểm trƣớc khi lắp đặt thiết bị cấp khí tầng sâu ..................................................................................................................... 40 Hình 3.6. Biến thiên giá trị Fe thời điểm trƣớc khi lắp đặt thiết bị cấp khí tầng sâu ..................................................................................................................... 41 Hình 3.7. Biến thiên giá trị Fe tại các vị trí lấy mẫu thời điểm trƣớc khi lắp đặt thiết bị cấp khí tầng sâu ............................................................................................ 43
Hình 3.8. Biến thiên giá trị Mn thời điểm trƣớc khi lắp đặt thiết bị cấp khí tầng sâu ..................................................................................................................... 44 Hình 3.9. Biến thiên giá trị Mn tại các vị trí lấy mẫu thời điểm trƣớc khi lắp đặt thiết bị cấp khí tầng sâu ............................................................................................ 45 Hình 3.10. Biến thiên giá trị nhiệt độ thời điểm sau khi lắp đặt thiết bị cấp khí tầng sâu ..................................................................................................................... 47 Hình 3.11. Biến thiên giá trị DO thời điểm sau khi lắp đặt thiết bị cấp khí tầng sâu ..................................................................................................................... 48 Hình 3.12. Biến thiên giá trị ORP thời điểm sau khi lắp đặt thiết bị cấp khí tầng sâu ..................................................................................................................... 49 Hình 3.13. Biến thiên giá trị Fe thời điểm sau khi lắp đặt thiết bị cấp khí tầng sâu ... 50 Hình 3.14. Biến thiên giá trị Fe tại các vị trí lấy mẫu thời điểm sau khi lắp đặt thiết bị cấp khí tầng sâu ............................................................................................ 52 Hình 3.15. Biến thiên giá trị Mn thời điểm sau khi lắp đặt thiết bị cấp khí tầng sâu.. 53 Hình 3.16. Biến thiên giá trị Mn tại các vị trí lấy mẫu thời điểm sau khi lắp đặt thiết bị cấp khí tầng sâu ............................................................................................ 55 Hình 3.17. Hoạt động nuôi cá lồng bè tại hồ Trọng ................................................. 56
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT BOD: Nhu cầu oxy sinh học (Biological Oxygen Demand) BYT: Bộ Y tế COD: Nhu cầu oxy hóa học (Chemical Oxygen demand) DO: Nồng độ oxy hoà tan (Disssolved Oxygen) GPS: Hệ thống định vị toàn cầu (Global Positioning System) JICA: Cơ quan Hợp tác Quốc tế Nhật Bản (The Japan International Cooperation Agency) ORP: Thế oxy hóa khử (Oxidation Reduction Potential) PE: Nhựa nhiệt dẻo (Polyethylene) QCVN: Quy chuẩn Việt Nam Tb: Tế bào T-N: Tổng nitơ (Total nitrogen) TNHH: Trách nhiệm hữu hạn T-P: Tổng phôtpho (Total phosphorus)
ĐẶT VẤN ĐỀ Hồ chứa thủy lợi có nhiệm vụ cấp nƣớc phục vụ sản xuất nông nghiệp, công nghiệp, sinh hoạt, cắt lũ hạ du, cải tạo môi trƣờng và các nhiệm vụ kết hợp khác. Theo số liệu thống kê của Tổng cục Thủy lợi, Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, cả nƣớc có 6.663 hồ chứa với tổng dung tích khoảng 11 tỷ m3 [8]. Phần lớn các hồ chứa thủy lợi thƣờng có độ sâu trên 10 m ngay cả vào mùa khô. Ở các tầng nƣớc có độ sâu lớn hơn 10 m, nƣớc chịu ảnh hƣởng của phân tầng nhiệt và làm giảm hàm lƣợng oxy hòa tan, dẫn đến hiện tƣợng thiếu khí trong các tầng sâu của hồ chứa. Điều kiện thiếu khí trong các tầng nƣớc sâu của hồ chứa thủy lợi tác động nghiêm trọng đến chất lƣợng nƣớc của hồ, bao gồm sự phú dƣỡng và đặc biệt là giải phóng các kim loại nặng tồn tại trong trầm tích. Sự suy giảm nồng độ oxy tới mức thiếu hụt cho các chu trình hiếu khí kéo theo sự thay đổi hàm lƣợng của các ion kim loại trong các tầng nƣớc, trong đó đáng kể nhất là sự gia tăng đột ngột hàm lƣợng Fe và Mn. Chất lƣợng môi trƣờng nƣớc hồ bị ảnh hƣởng dẫn đến sự thay đổi chất lƣợng môi trƣờng nƣớc sông phía dƣới hạ lƣu trực tiếp cấp nƣớc cho các mục đích sử dụng. Vì vậy, việc làm giàu oxy trong tầng sâu của các hồ chứa thủy lợi nhằm cải thiện chất lƣợng nƣớc của hồ chứa và nƣớc sông dƣới hạ nguồn chịu ảnh hƣởng từ việc thiếu oxy, giúp bảo đảm cung cấp nguồn nƣớc vệ sinh, hoạt động ngƣ nghiệp và môi trƣờng sinh hoạt ở các con sông dƣới hạ nguồn là một nhu cầu cần thiết đối với các hồ chứa của Việt Nam. Công nghệ cấp khí tầng sâu (Deep layer aeration system) đã và đang đƣợc sử dụng để cải thiện chất lƣợng nƣớc hồ ở nhiều quốc gia. Ở Việt Nam, trong khuôn khổ hợp tác giữa JICA và Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam, công nghệ này đang đƣợc bắt đầu thử nghiệm tại hồ Trọng, huyện Tân Lạc, tỉnh Hòa Bình. Tuy nhiên, hiệu quả của công nghệ này vẫn chƣa đƣợc kiểm chứng, đánh giá tại Việt Nam. Mặt khác, đối với vấn đề chất lƣợng nƣớc hồ chứa cần có giải pháp quản lý tổng hợp đáp ứng các yêu cầu về chất lƣợng nƣớc cấp. 1
Từ các cơ sở thực tiễn nêu trên, luận văn thực hiện đề tài “Nghiên cứu hiện trạng quản lý, sử dụng và hiệu quả cải thiện chất lƣợng nƣớc hồ bằng công nghệ cấp khí tầng sâu”. Mục tiêu nghiên cứu của luận văn: Nghiên cứu đƣợc thực hiện với mục tiêu đánh giá đƣợc hiện trạng quản lý, sử dụng và hiệu quả cải thiện chất lƣợng nƣớc hồ Trọng, huyện Tân Lạc, tỉnh Hòa Bình (các thông số liên quan đến hiện tƣợng thiếu khí tầng sâu) bằng cách so sánh, đánh giá các thông số đo đạc, phân tích trƣớc và sau khi lắp đặt hệ thống cấp khí tầng sâu đồng thời phân tích các nguy cơ ô nhiễm nƣớc hồ trong tƣơng lai và đề xuất giải pháp quản lý tổng hợp chất lƣợng nƣớc hồ. Các nội dung chính được nghiên cứu trong luận văn bao gồm: - Tổng quan về hồ chứa, mục đích sử dụng, hiện tƣợng suy giảm oxy tại các đập của Việt Nam, các quá trình xảy ra trong hồ; - Giới thiệu phƣơng pháp cải thiện chất lƣợng nƣớc hồ bằng công nghệ cấp khí tầng sâu của Nhật Bản; - Khảo sát hiện trạng quản lý, sử dụng nƣớc, chất lƣợng nƣớc tại hồ Trọng, huyện Tân Lạc, tỉnh Hòa Bình; - Đánh giá hiệu quả xử lý ô nhiễm nƣớc bằng công nghệ cấp khí tầng sâu tại hồ Trọng, huyện Tân Lạc, tỉnh Hòa Bình; - Đề xuất giải pháp quản lý tổng hợp chất lƣợng nƣớc hồ. 2
Chƣơng 1. TỔNG QUAN 1.1. Tổng quan về hồ chứa và mục đích sử dụng 1.1.1. Trên thế giới Hồ chứa nƣớc trên thế giới đƣợc xây dựng và phát triển rất đa dạng. Đến nay trên thế giới đã xây dựng hơn 1.400 hồ có dung tích trên 100 triệu m3 nƣớc mỗi hồ, với tổng dung tích các hồ là 4.200 tỷ m3 [5]. Theo thống kê của Hội Đập lớn Thế giới, đến năm 2005 trên thế giới có hơn 33 vạn đập có chiều cao trên 15m [16]. Các hồ chứa trên thế giới có vai trò rất quan trọng, sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau nhƣ cấp nƣớc sinh hoạt, tƣới cho nông nghiệp, thủy điện và ngƣ nghiệp. Điển hình có thể kể đến vai trò của một số hồ sau: Hồ Tchad là hồ nƣớc ngọt nằm ở Sahel vùng phía Tây châu Phi. Diện tích bề mặt hồ thay đổi theo mùa, đạt đỉnh vào cuối tháng hoặc đầu tháng 11, sau đó thu hẹp hơn vào cuối tháng hoặc đầu tháng 4. Hồ Tchad rất nông, điểm sâu nhất chỉ hơn 10m nên mực nƣớc bị dao động mạnh theo từng mùa. Theo Gritzner (2016), hồ đƣợc khai thác trong nông nghiệp, thƣơng mại, chăn nuôi, đánh bắt cá và là nguồn cung cấp nƣớc sinh hoạt cho 4 nƣớc Tchad, Cameroon, Nigeria và Niger [12]. Dầu mỏ cũng đƣợc tìm thấy trong hồ do đó hồ quan trọng về mặt kinh tế. Ngƣời dân địa phƣơng thƣờng canh tác ở vùng ven hồ khi mực nƣớc rút xuống để trồng cây lƣơng thực…[12]. Hình 1.1. Hồ Tchad vùng phía Tây châu Phi Nguồn: Gritzner (2016) [12] 3
Hồ Volta, hồ chứa nƣớc nhân tạo ở Ghana. Hồ đƣợc hình thành bởi đập Akosombo ngăn trên sông Volta phía nam Ajena. Theo Tanaka và cộng sự (2002), hồ Volta là một trong những hồ nhân tạo lớn nhất trên thế giới với khả năng lƣu trữ 153 tỷ m3 [22]. Hồ có chiều dài 400km, diện tích bề mặt 8.502 km2, phục vụ cung cấp nƣớc tƣới cho nông nghiệp [22]. Bên cạnh đó, hồ Volta còn phục vụ cấp nƣớc phát điện, cung cấp điện cho nhiều quốc gia, tạo ra giá trị kinh tế lớn cho Ghana. Hồ Volta có đóng góp quan trọng trong việc vận chuyển, cung cấp tuyến đƣờng thủy cho cả hai bến phà, tàu thuyền trao đổi hàng hóa [22]. Hồ điều hòa khí hậu cho khu vực các nƣớc xung quanh. Theo FAO (2003), với sự quản lý tốt, hồ Volta là nơi cƣ trú của một số lƣợng lớn các loài cá, các loài thủy sản lớn, tạo nguồn lợi và thu nhập cho các ngƣ dân địa phƣơng với ngành công nghiệp đánh bắt cá [11]. Bên cạnh đó, theo Ntow (2003), hồ còn thu hút khách du lịch và tham quan. Tiềm năng khai thác gỗ từ rừng ngập nƣớc dƣới hồ Volta cũng rất lớn với các loài gỗ cứng nhiệt đới giá trị cao [20]. Hình 1.2. Hồ Volta ở Ghana Nguồn: Tanaka và cộng sự (2002) [22] Hồ Kariba là hồ nhân tạo lớn nhất thế giới về thể tích hồ chứa. Hồ nằm cách thƣợng lƣu của Ấn Độ Dƣơng 1.300km, dọc theo biên giới giữa Zambia và Zimbabwe. Hồ dài 223km và rộng 40km. Diện tích bề mặt hồ khoảng 5.580km2 với 4
dung lƣợng lƣu trữ là 185km3. Theo Magadza (2006), hồ vừa có chức năng cung cấp nƣớc cho thủy điện, vừa hỗ trợ phát triển ngƣ nghiệp với nguồn thủy sản phong phú, đặc biệt là các loài cá. Hồ còn là công viên giải trí cần đƣợc bảo tồn ở Zimbabwe [18]. Hình 1.3. Hồ Kariba ở Zimbabwe Nguồn: Magadza (2006) [18] Hồ Rudolf còn gọi là hồ Turkana, lớn thứ tƣ trong số các hồ ở phía Đông châu Phi. Theo Encyclopaedia Britannica, 2016, hồ Rudolf nằm ở miền Bắc Kenya kéo dài tới phía Bắc Ethiopia. Hồ có diện tích 6.504 km2, chiều dài 248km, rộng khoảng 16-32km, sâu tới 73m [29]. Hồ là hồ nƣớc lợ, phong phú các loài cá, tính đa dạng sinh học cao, phục vụ nƣớc tƣới cho nông nghiệp [29]. Hình 1.4. Hồ Rudolf ở phía Đông châu Phi Nguồn: Theo Encyclopaedia Britannica, 2016 [29] 5
1.1.2. Tại Việt Nam Việt Nam là một trong số ít quốc gia ở Đông Nam Á có hệ thống thủy lợi tƣơng đối hoàn chỉnh, với hàng ngàn hệ thống công trình thủy lợi lớn, vừa và nhỏ để cấp nƣớc tƣới, tiêu phục vụ sản xuất nông nghiệp, nuôi trồng thủy sản và cung cấp nƣớc phục vụ sinh hoạt và công nghiệp, phòng chống lũ lụt, úng ngập, hạn hán, góp phần bảo vệ môi trƣờng. Theo thống kê của Tổng cục Thủy lợi (2014), cả nƣớc có khoảng 6.663 hồ chứa thủy lợi để phục vụ cho phát triển sản xuất nông nghiệp và đáp ứng nhu cầu cấp nƣớc phục vụ công nghiệp, nông nghiệp và dân sinh [8]. Tổng hợp dung tích các hồ chứa trong cả nƣớc đƣợc thể hiện ở Bảng 1.1. Bảng 1.1. Tổng số các hồ chứa phân theo dung tích chứa STT Dung tích hồ chứa (triệu m3) Tổng số hồ chứa 1 >100 19 2 10 - 100 105 3 3 - 10 170 4 1-3 520 5 0,5 - 1 821 6 0,2 - 0,5 1.743 7
Các hồ chứa có vai trò quan trọng trong tƣới tiêu nông nghiệp, nuôi trồng khai thác thủy sản, khai thác thủy điện, phát triển du lịch,... ngoài ra các hồ chứa còn giữ vị trí quan trọng trong việc điều hòa sinh thái, bảo vệ môi trƣờng sống của con ngƣời. Trong những năm gần đây khi mà thiên tai diễn biến ngày càng phức tạp, vai trò của những hồ chứa nƣớc càng trở nên quan trọng hơn. Tuy nhiên, do việc sử dụng nƣớc ngày một gia tăng nên có sự mất cân bằng nƣớc giữa hai mùa mƣa và khô dẫn đến sự thiếu hụt nghiêm trọng tài nguyên nƣớc mùa khô, không chỉ vậy việc khai thác và bảo vệ nguồn nƣớc chƣa đƣợc trú trọng nên chất lƣợng nƣớc ngày càng suy giảm, ảnh hƣởng đến đời sống ngƣời dân. 1.2. Hiện tƣợng suy giảm ôxy của các đập tại Việt Nam Hiện nay, trừ vùng đồng bằng Nam Bộ, có tổng cộng 651 đập với chiều cao từ 15m trở lên đang đƣợc xây dựng, quy hoạch tại 41 tỉnhtrong 63 tỉnh thành của Việt Nam. Cụ thể, số đập hiện hữu đã có là 619 đập, số đập đang xây dựng là 18 đập, có quy hoạch xây dựng trong thời gian tới là 13 đập và 01 đập chƣa rõ quy hoạch [14]. Trong số này, tình hình xây dựng các đập có chiều cao 25m trở lên là các đập đƣợc đánh giá dễ xảy ra hiện tƣợng phân tầng đƣợc tổng hợp trong hình 1.1. Từ biểu đồ có thể nhận thấy giai đoạn từ năm 1963 đến năm 1996 chủ yếu xây dựng các đập có chiều cao đập chính H25m lại vƣợt trội, đỉnh điểm nhất là giai đoạn từ năm 2008 đến năm 2012 khi số lƣợng đập có H>25m lớn gấp 2 - 3 lần số lƣợng đập có H
Hình 1.5. Số lƣợng đập lớn phân theo năm xây dựng Nguồn: Hoang Thi Thu Huong et. Al., 2013 [14] Nhằm nghiên cứu khả năng xảy ra phân tầng theo phƣơng pháp thủy lực học, nhóm nghiên cứu của Hoàng Thị Thu Hƣơng [2] đã ƣớc tính tỷ lệ thay nƣớc trong hồ đập và phân tích mối quan hệ giữa tỷ lệ này với chiều cao đập. Tỷ lệ thay nƣớc đƣợc tính theo công thức sau: α= (1) Trong đó: α: Tỷ lệ thay nƣớc (chỉ số α đƣợc lấy theo bảng 1.2) Q0: Lƣu lƣợng đầu vào theo năm Qo＝I*A*r (2) I: Tổng lƣợng mƣa năm I (mm) A: Diện tích lƣu vực (m2) r: Tỷ lệ chảy thoát V0: Tổng trữ lƣợng nƣớc 8
Bảng 1.2. Chỉ tiêu phân định trạng thái phân tầng dựa trên tỷ lệ thay nƣớc α của hồ đập Phân định Giá trị α Loại phân tầng Dƣới 10 Loại phân tầng II hoặc Loại trung gian 10 - 20 Loại không phân tầng Trên 20 Nguồn: Bộ Đất đai, cơ sở hạ tầng, giao thông vận tải và du lịch Nhật Bản (2005) [19] Nhƣ vậy, các đập đƣợc dự đoán xảy ra hiện tƣợng phân tầng là các đập có số lần thay nƣớc (tỷ lệ thay nƣớc α) nhỏ hơn 10. Chỉ tiêu này đƣợc sử dụng để đánh giá các đập loại phân tầng theo quy mô xây dựng. Có tổng cộng 175 đập có chiều cao từ 25m trở lên và tỷ lệ thay nƣớc (α) nhỏ hơn 10, chiếm khoảng 27% tổng số đập. Đây là các đập có khả năng xảy ra sự phân tầng làm phát sinh hiện tƣợng suy giảm ôxy tại tầng nƣớc sâu. Trong đó, tỉnh Hòa Bình có 26 đập bao gồm 10 đập có chiều cao từ 25m trở lên, đứng thứ sáu trong số các tỉnh có nhiều đập có nguy cơ suy giảm ôxy tại Việt Nam. Thông tin về các đập tại Việt Nam và dự đoán số lƣợng đập có vấn đề đƣợc thể hiện ở bảng 1.3. Bảng 1.3. Thống kê thông tin về các đập tại Việt Nam và dự đoán số lƣợng đập có vấn đề Đập có nguy cơ suy giảm ôxy Số lƣợng STT Tỉnh (số lần thay nƣớc
Đập có nguy cơ suy giảm ôxy Số lƣợng STT Tỉnh (số lần thay nƣớc
1.3. Chất lƣợng nƣớc hồ chứa, các quá trình xảy ra trong hồ 1.3.1. Các vấn đề liên quan đến chất lượng nước hồ chứa Hồ chứa có vai trò quan trọng, tuy nhiên, chất lƣợng nƣớc tại các hồ chứa ngày càng suy giảm do ảnh hƣởng bởi các hoạt động nông nghiệp, công nghiệp, nuôi trồng thủy sản,… làm gia tăng các chất ô nhiễm trong nƣớc, gây ra tình trạng phú dƣỡng, làm phát triển tảo độc và thực vật phù du, làm suy giảm oxi trong nƣớc, gây chết các loài động vật thủy sinh, ảnh hƣởng xấu tới hoạt động nuôi trồng thủy sản, gây mùi trong nƣớc làm ảnh hƣởng tới hoạt động cấp nƣớc [30]. Đặc biệt hiện tƣợng suy giảm ôxy tại một số hồ đập có độ sâu lớn cũng gây ra rất nhiều vấn đề nghiêm trọng. Hiện tƣợng ô nhiễm tại các hồ chứa có thể kể đến bao gồm hai dạng chính: ô nhiễm hữu cơ, chất dinh dƣỡng và ô nhiễm vô cơ. Ô nhiễm hữu cơ, chất dinh dƣỡng: chủ yếu do hydrocarbon, hàm lƣợng nitơ, photpho vƣợt quá mức cho phép điển hình là tại hồ Trị An, tỉnh Đồng Nai và hồ Dầu Tiếng, tỉnh Tây Ninh.Hồ Trị An với diện tích mặt nƣớc 323 km 2 và tổng dung tích hồ lên đến 2,76 tỷ m3, đã và đang góp phần rất lớn vào việc sản xuất điện năng (1,7 tỷ kWh mỗi năm), cấp nƣớc cho nông nghiệp, sinh hoạt, đẩy mặn, điều tiết lũ,… góp phần rất lớn trong việc phát triển kinh tế, xã hội cho các tỉnh miền Đông Nam Bộ. Tuy nhiên môi trƣờng nƣớc hồ đang bị ô nhiễm với hàm lƣợng sắt trong nƣớc cao, hàm lƣợng tổng P có trị số trung bình khoảng 0,6 mg/l. Hàm lƣợng tổng N có trị số trung bình khoảng 0,65 mg/l, lớn nhất 0,80 mg/l, vƣợt giới hạn cho phép nhiều lần. Nguyên nhân là do quá trình bồi lắng lòng hồ, quá trình khai thác vùng bán ngập của lòng hồ vào sản xuất nông nghiệp, nuôi thủy sản một cách ồ ạt, chất thải từ các nguồn dân cƣ, chợ xung quanh hồ. Hồ bị ô nhiễm đã ảnh hƣởng rất lớn đến chất lƣợng nƣớc sinh hoạt, hoạt động nuôi cá trong lòng hồ bị ngƣng trệ [9]. 11