Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật môi trường: Đánh giá bốc thoát khí CO2 từ hệ thống sông Hồng dưới tác động của con người

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:82

Thêm vào BST

Báo xấu

18
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đề tài nghiên cứu nhằm đánh giá được sự thay đổi theo không gian và thời gian của áp suất riêng phần CO2 (pCO2) và tốc độ bốc thoát CO2 (fCO2) từ bề mặt nước sông Hồng vào khí quyển; bước đầu đánh giá ảnh hưởng của một số yếu tố tác động của con người (xây dựng và vận hành các hồ chứa, hiện trạng/thay đổi sử dụng đất, gia tăng dân số,...) trong lưu vực đến pCO2 và fCO2 của hệ thống sông Hồng.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật môi trường: Đánh giá bốc thoát khí CO2 từ hệ thống sông Hồng dưới tác động của con người

BỘ GIÁO DỤC VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ ĐÀO TẠO VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------------- Hoàng Thị Thu Hà ĐÁNH GIÁ BỐC THOÁT KHÍ CO2 TỪ HỆ THỐNG SÔNG HỒNG DƢỚI TÁC ĐỘNG CỦA CON NGƢỜI Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trƣờng Mã số: 8520320 LUẬN VĂN THẠC SĨ CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT MÔI TRƢỜNG CÁN BỘ HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. Lê Thị Phƣơng Quỳnh Hà Nội - 2020 i
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan Những nội dung trong luận văn này là do tôi thực hiện dƣới sự hƣớng dẫn của PGS.TS Lê Thị Phƣơng Quỳnh. Mọi tham khảo dùng trong luận văn đều đƣợc tôi trích dẫn nguồn gốc rõ ràng. Các kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất cứ công trình nào. Hà Nội, ngày tháng năm 2020 Học viên Hoàng Thị Thu Hà ii
LỜI CẢM ƠN Luận văn Thạc sĩ khoa học - Chuyên ngành Kỹ thuật Môi trƣờng với đề tài “Đánh giá bốc thoát khí CO2 từ hệ thống sông Hồng dưới tác động của con người’’ đƣợc thực hiện tại phòng thí nghiệm Hóa Môi Trƣờng - Viện Hóa học các Hợp chất thiên nhiên - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, với sự hỗ trợ kinh phí từ đề tài NAFOSTED 105.08-2018.317 dƣới sự hƣớng dẫn của PGS.TS Lê Thị Phƣơng Quỳnh. Trong suốt quá trình thực hiện luận văn, từ khi nhận đề tài cho đến khi kết thúc thực nghiệm, em luôn nhận đƣợc sự quan tâm, động viên, hỗ trợ từ cô hƣớng dẫn. Bằng tất cả sự kính trọng, lòng biết ơn, em xin phép đƣợc gửi tới PGS.TS Lê Thị Phƣơng Quỳnh lời cảm ơn chân thành nhất. Em xin đƣợc bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Ban lãnh đạo Viện Hóa học các Hợp chất thiên nhiên - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã cho phép và tạo điều kiện thuận lợi cho em đƣợc hoàn thành tốt luận văn này. Em cũng xin đƣợc gửi lời cảm ơn các thầy cô giáo trong Khoa Môi trƣờng - Viện Công nghệ Môi trƣờng - Học viện Khoa học và Công nghệ - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, đã giảng dạy, truyền đạt kiến thức, tạo điều kiện về cơ sở vật chất và hƣớng dẫn em hoàn thành chƣơng trình học tập và thực hiện luận văn. Em cũng chân thành cảm ơn tới toàn thể các anh chị trong phòng Hóa môi trƣờng đã tận tình giúp đỡ, chỉ bảo và truyền đạt cho em những kiến thức và kinh nghiệm quý báu trong suốt thời gian thực hiện luận văn. Dù không phải là cộng sự, không cùng làm việc, nhƣng gia đình luôn ở bên, động viên, tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất về cả tinh thần và vật chất cho em đƣợc nghiên cứu khoa học. Em xin bày tỏ lòng biết ơn vô hạn, chân thành tới cha mẹ, gia đình đã cho em niềm tin, là chỗ dựa vững chắc trên con đƣờng làm khoa học cho em! Hà Nội, ngày tháng năm 2020 Học viên iii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT Kí hiệu viết Tiếng Anh Tiếng Việt tắt BOD Nhu cầu ôxy sinh hóa Biochemical oxygen demand BVTV Hóa chất Bảo vệ thực vật Pesticides CCN Cụm Công nghiệp Industrial clusters Chl-a Chlorophyll a Chlorophyll a COD Nhu cầu ôxy hóa học Chemical oxygen demand DOC Cacbon hữu cơ hòa tan Dissolved organic carbon ĐBSH Đồng Bằng sông Hồng Red River delta ĐNB Đông Nam Bộ South East of Vietnam GDP Tổng sản phẩm nội địa Gross Domestic Product KCN Khu Công nghiệp Industrial area KTTĐ Kinh tế trọng điểm Key economics OM Chất hữu cơ Organic matter POC Cacbon hữu cơ không tan Particulate organic carbon TSS Tổng chất rắn lơ lửng Total suspended solids XLNT Xử lý nƣớc thải Wastewater treatment iv
MỤC LỤC MỤC LỤC ......................................................................................................... 1 DANH MỤC BẢNG ......................................................................................... 4 DANH MỤC HÌNH .......................................................................................... 5 MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 6 1. Tính cấp thiết của đề tài ................................................................................ 6 2. Mục đích nghiên cứu ..................................................................................... 7 3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ................................................................. 7 4. Nội dung nghiên cứu ..................................................................................... 7 5. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài ......................................... 8 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ............................ 9 1.1. TỔNG QUAN VỀ SÔNG HỒNG ............................................................. 9 1.1.1. Giới thiệu chung về lƣu vực sông Hồng ................................................. 9 1.1.1.1. Vị trí địa lý, địa hình, địa chất và thổ nhƣỡng ..................................... 9 1.1.1.2. Đặc điểm khí hậu ............................................................................... 12 1.1.1.3. Đặc điểm thủy văn và hệ thống các hồ chứa ..................................... 13 1.1.1.4. Điều kiện kinh tế, xã hội, dân số ........................................................ 15 1.1.2. Các nguồn thải ảnh hƣởng đến chất lƣợng nƣớc sông Hồng ................ 18 1.1.2.1. Nguồn nƣớc thải sinh hoạt ................................................................. 18 1.1.2.2. Nguồn thải từ hoạt động sản xuất công, nông nghiệp ....................... 20 1.1.2.3. Các nguồn thải khác ........................................................................... 20 1.1.3. Các nguồn phát thải khí CO2................................................................. 22 1.2. MỘT SỐ CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN ĐẾN TỐC ĐỘ BỐC THOÁT KHÍ CO2 TỪ HỆ THỐNG SÔNG TRÊN THẾ GIỚI ............ 24 1.2.1. Một số nghiên cứu trên thế giới ........................................................... 24 1.2.2. Công trình nghiên cứu ở Việt Nam ....................................................... 25 CHƢƠNG 2. NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 27 2.1. HÓA CHẤT, DỤNG CỤ VÀ THIẾT BỊ................................................. 27 1
2.1.1. Hóa chất................................................................................................. 27 2.1.2. Dụng cụ và thiết bị ................................................................................ 27 2.2. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU............................................................ 28 2.2.1. Thu thập số liệu ..................................................................................... 28 2.2.2. Lấy mẫu và đo đạc tại hiện trƣờng........................................................ 29 2.2.3. Phƣơng pháp xử lý, bảo quản và vận chuyển mẫu ............................... 31 2.2.4. Phƣơng pháp xác định các chỉ tiêu hóa lý tại hiện trƣờng .................... 32 2.2.5. Phƣơng pháp phân tích mẫu trong phòng thí nghiệm ........................... 32 2.2.5.1. Xác định hàm lƣợng TSS và POC ..................................................... 32 2.2.5.2. Xác định hàm lƣợng COD ................................................................. 32 2.2.5.3. Xác định Chlorophyll-a ...................................................................... 33 2.2.6. Phƣơng pháp tính toán pCO2 và tốc độ bốc thoát CO2 ......................... 36 2.2.7. Các phƣơng pháp xử lý kết quả ............................................................ 38 CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .................................................. 39 3.1. KẾT QUẢ HÓA LÝ ................................................................................ 39 3.1.1. Hàm lƣợng bicarbonate HCO3- và pH trong nƣớc hệ thống sông Hồng ......................................................................................................................... 39 3.1.2. Hàm lƣợng các chất hữu cơ trong hệ thống nƣớc sông Hồng trong giai đoạn hiện nay .................................................................................................. 42 3.1.3. Một số thông số khác ............................................................................ 46 3.2. BỐC THOÁT KHÍ CO2 TRONG HỆ THỐNG NƢỚC SÔNG HỒNG GIAI ĐOẠN HIỆN NAY (2019) .................................................................... 49 3.2.1. Áp suất riêng phần CO2 (pCO2) tại bề mặt nƣớc sông Hồng từ thƣợng nguồn đến hạ lƣu ............................................................................................. 49 3.2.2. Tốc độ bốc thoát CO2 (fCO2) từ bề mặt nƣớc sông Hồng vào khí quyển ......................................................................................................................... 53 3.3. ẢNH HƢỞNG CỦA CÁC HOẠT ĐỘNG CỦA CON NGƢỜI TỚI BỐC THOÁT KHÍ CO2 TỪ HỆ THỐNG SÔNG HỒNG ....................................... 57 3.3.1. Ảnh hƣởng của xây dựng và vận hành các hồ chứa ............................. 60 2
3.3.2. Ảnh hƣởng của thay đổi sử dụng đất .................................................... 61 3.3.3. Ảnh hƣởng của gia tăng dân số ............................................................. 62 3.4. ẢNH HƢỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ KHÁC TỚI BỐC THOÁT KHÍ CO2 TỪ HỆ THỐNG SÔNG HỒNG ............................................................. 63 3.4.1. Các điều kiện tự nhiên........................................................................... 63 3.4.2. Các yếu tố môi trƣờng ........................................................................... 66 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ......................................................................... 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 69 3
DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Loại đất trên lƣu vực sông Hồng - Thái Bình................................. 11 Bảng 1.2. Một số thông số chính của các hồ chứa lớn đã và đang đƣợc xây dựng trên hệ thống sông Hồng trên địa phận Việt Nam [7]............................ 14 Bảng 1.3. Tỷ lệ phần trăm các ngành công nghiệp chính trong lƣu vực ........ 18 sông Hồng ....................................................................................................... 18 Bảng 2.1: Bảng danh mục một số hóa chất sử dụng ....................................... 27 Bảng 2.2: Bảng danh mục một số thiết bị sử dụng ........................................ 28 Bảng 2.3. Vị trí lấy mẫu nƣớc sông Hồng năm 2019 ..................................... 30 Bảng 2.4. Nồng độ (mg/L) và thể tích (mL) các dung dịch chuẩn ................. 33 Bảng 3.1. Giá trị trung bình (lớn nhất – nhỏ nhất) của pH và hàm lƣợng bicarbonate HCO3- trong mẫu nƣớc sông Hồng năm 2019 ........................... 39 Bảng 3.2. Giá trị trung bình (lớn nhất – nhỏ nhất) của hàm lƣợng cacbon hữu cơ (POC và COD) trong mẫu nƣớc sông Hồng năm 2019 ............................ 43 Bảng 3.3. Giá trị trung bình (lớn nhất – nhỏ nhất) của Chlorophyll-a, nhiệt độ nƣớc, độ muối và cát bùn lơ lửng trong mẫu nƣớc sông Hồng năm 2019 .... 46 Bảng 3.4. Giá trị áp suất riêng phần CO2 (pCO2) (ppm) tại bề mặt nƣớc sông Hồng từ thƣợng nguồn đến hạ lƣu của 12 vị trí quan trắc trong năm 2019. ... 49 Bảng 3.6: Mối tƣơng quan giữa các thông số môi trƣờng, chất lƣợng nƣớc và pCO2/fCO2 , phần mềm thống kê R version [39]. ........................................... 58 4
DANH MỤC HÌNH Hình 1.1. Lƣu vực sông Hồng với các nhánh sông chính ................................. 9 Hình 1.2. Đập thủy điện Lai Châu và đập thủy điện Sơn La .......................... 15 Hình 1.3. Mật độ dân số lƣu vực sông Hồng .................................................. 16 Hình 1.4. Một số hình ảnh trồng rau trong vùng đồng bằng sông Hồng ........ 17 Hình 1.5. Hình ảnh rác thải trên sông Hồng ................................................... 19 Hình 2.1. Hệ thống sông Hồng và các vị trí lấy mẫu năm 2019 ..................... 29 Hình 2.2. Một số hình ảnh lấy mẫu nƣớc tại hiện trƣờng ............................... 31 Hình 2.3. Màn hình tính giá trị pCO2 tại vị trí trạm Vụ Quang thuộc sông Hồng ................................................................................................................ 37 Hình 3.1. Giá trị trung bình pH và HCO3- tại 12 điểm quan trắc trên hệ thống sông Hồng năm 2019 ...................................................................................... 41 Hình 3.2. Giá trị POC trung bình theo mùa khô và mùa mƣa 2019 ............... 44 Hình 3.3. Giá trị COD trung bình theo mùa khô và mùa mƣa 2019............... 45 Hình 3.4. pCO2 trung bình (ppm) của các trạm .............................................. 50 Hình 3.5. Biến đối giá trị pCO2 (ppm) theo các tháng tại các vị trí quan trắc năm 2019 ......................................................................................................... 51 Hình 3.6. Giá trị pCO2 (ppm) theo trung bình năm và trrung bình mùa mƣa - khô tại các trạm quan trắc trên sông Hồng năm 2019..................................... 52 Hình 3.7: Biến đổi giá trị fCO2 (mmol/m2/ngày) theo các tháng quan trắc tại 5 vị trí năm 2019 ............................................................................................. 55 Hình 3.8 : Giá trị trung bình tốc độ bốc thoát fCO2 của 5 trạm trạm quan trắc năm 2019 trên sông Hồng ............................................................................... 56 Hình 3.9 : Giá trị trung bình fCO2 vào mùa mƣa và mùa khô tại 5 vị trí quan trắc năm 2019 .................................................................................................. 56 5
MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Trong tính toán chu trình cacbon toàn cầu, phát thải CO2 vào khí quyển và chuyển tải cacbon từ các hệ thống sông đổ ra biển, ảnh hƣởng tới biến đổi khí hậu toàn cầu đóng vai trò rất quan trọng. Gần đây, nghiên cứu về tốc độ bốc thoát khí CO2 và cacbon đổ ra biển từ các dòng sông Châu Á đã và đang đƣợc nhiều nhà khoa học trên thế giới đặc biệt quan tâm Theo các nghiên cứu trƣớc đây, các dòng sông Châu Á chiếm khoảng 50% tổng tải lƣợng chất rắn lơ lửng (TSS) từ các hệ thống sông trên toàn thế giới [1]. Tuy nhiên, sự thay đổi về TSS và lƣu lƣợng nƣớc sông trong những thập kỷ gần đây đã đƣợc quan sát rõ rệt đối với nhiều sông Châu Á do việc xây dựng và vận hành các hồ chứa [2, 3]. Suy giảm một lƣợng lớn TSS trong các hệ thống sông sẽ dẫn tới giảm lƣợng khí chứa cacbon phát thải từ sông vào không khí, giảm tải lƣợng cacbon đổ ra biển do có mối liên hệ chặt chẽ giữa TSS và cacbon hữu cơ không tan trong nƣớc sông. Kết quả nghiên cứu của Wang và cs., [4] cho thấy giảm hàm lƣợng TSS kéo theo làm giảm cacbon hữu cơ gắn kết trong nƣớc sông Yangtze và theo đó hàm lƣợng và tốc độ bốc thoát CO 2 suy giảm rõ rệt, hiện nay chỉ thấp bằng 1/3 so với những năm 1960s. Nhƣ vậy, cần có những tính toán chính xác tải lƣợng TSS, cacbon chuyển tải ra biển, cùng với tốc độ bốc thoát cacbon từ các hệ thống sông lớn ở châu Á để hoàn thiện các tính toán chu trình cacbon toàn cầu. Sông Hồng (Việt Nam) là một ví dụ điển hình của sông Đông Nam Á, đã có thay đổi mạnh mẽ về lƣu lƣợng nƣớc, cát bùn lơ lửng và chất lƣợng nƣớc sông trong những thập kỷ qua do thay đổi các điều kiện tự nhiên và các tác động của con ngƣời trong lƣu vực [5]. Vùng thƣợng lƣu sông Hồng, các hoạt động của con ngƣời nhƣ thay đổi hiện trạng sử dụng đất, trong đó có nạn phá rừng, xây dựng các hồ chứa...đã có tác động đáng kể đến lƣu lƣợng nƣớc và cát bùn lơ lửng của toàn bộ hệ thống sông. Vùng đồng bằng sông Hồng, nơi diễn ra nhiều các hoạt động chăn nuôi, canh tác, phát triển công nghiệp đô thị hóa cùng với gia tăng dân số…, đã và đang có tác động rất lớn tới chất lƣợng nƣớc mặt. Đã có nhiều nghiên cứu về sự thay đổi cát bùn lơ lửng cho 6
giai đoạn trƣớc năm 2015 về đánh giá tác động của nạn phá rừng, thay đổi diện tích sử dụng đất tới chất lƣợng môi trƣờng [6], hoặc đánh giá quá trình xói mòn, xây dựng hồ chứa, tới tải lƣợng TSS v.v… Đã có một số nghiên cứu về chuyển tải cacbon trong nƣớc sông Hồng cho giai đoạn 2008 – 2010 và giai đoạn 1960 - 2015 [5, 7, 8], cũng nhƣ bƣớc đầu khảo sát đo đạc và tính toán tốc độ bốc thoát khí CO2 từ 5 vị trí trong 2 đợt quan trắc năm 2014 [9]. Tuy nhiên, những năm gần đây, hệ thống sông Hồng đã có sự thay đổi lớn về hàm lƣợng cát bùn lơ lửng do có thêm sự vận hành của một loạt hồ chứa đƣợc xây dựng và vận hành ở cả địa phận Trung Quốc và Việt Nam. Do đó, hàm lƣợng cacbon và tốc độ bốc thoát cacbon cũng sẽ có sự thay đổi đáng kể, nhƣ đã quan sát thấy đối với một số sông trên thế giới [10]. Nhƣ vậy, có thể thấy, các nghiên cứu về chuyển tải và trao đổi cacbon tại giao diện nƣớc-không khí của toàn bộ sông Hồng vẫn còn nhiều hạn chế, đặc biệt trong giai đoạn hiện nay khi có hàng loạt hồ chứa và một số điều kiện kinh tế - xã hội thay đổi trong lƣu vực. Do đó em thực hiện luận văn “Đánh giá bốc thoát khí CO2 từ hệ thống sông Hồng dưới tác động của con người”. 2. Mục đích nghiên cứu Đánh giá đƣợc sự thay đổi theo không gian và thời gian của áp suất riêng phần CO2 (pCO2) và tốc độ bốc thoát CO2 (fCO2) từ bề mặt nƣớc sông Hồng vào khí quyển. Bƣớc đầu đánh giá ảnh hƣởng của một số yếu tố tác động của con ngƣời (xây dựng và vận hành các hồ chứa, hiện trạng/thay đổi sử dụng đất, gia tăng dân số, ) trong lƣu vực đến pCO2 và fCO2 của hệ thống sông Hồng. 3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Tốc độ bốc thoát khí CO2 từ hệ thống sông Hồng - Phạm vi nghiên cứu: Lƣu vực sông Hồng địa phận Việt Nam. 4. Nội dung nghiên cứu  Xây dựng số liệu trong lƣu vực sông Hồng: 7
+ Thu thập các số liệu từ các nguồn tài liệu về chất lƣợng nƣớc sông, chất lƣợng nƣớc thải (công nghiệp, nông nghiệp), khí tƣợng, thủy văn, dân số, sử dụng đất, thông số hồ chứa…trong lƣu vực sông Hồng. + Lấy mẫu và đo đạc thực tế chất lƣợng nƣớc, đặc biệt là các thông số liên quan tới thành phần cacbon trong hệ thống sông Hồng.  Đánh giá sự thay đổi về mặt không gian và thời gian của áp suất riêng phần CO2 (pCO2) và tốc độ bốc thoát khí CO2 (fCO2) từ bề mặt nƣớc sông Hồng vào khí quyển.  Bƣớc đầu đánh giá ảnh hƣởng các yếu tố tác động của con ngƣời (hiện trạng/thay đổi sử dụng đất, gia tăng dân số, đô thị hóa, xây hồ chứa) đến pCO2 và fCO2 trong lƣu vực sông Hồng. 5. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài Hệ thống sông Hồng là một trong những sông lớn mang nhiều đặc trƣng của sông nhiệt đới Châu Á, chịu nhiều ảnh hƣởng của tự nhiên và con ngƣời. Do đó, các kết quả nghiên cứu này sẽ đóng góp cơ sở dữ liệu về chuyển tải cacbon, phát thải khí CO2 từ hệ thống sông Hồng - một trong những con sông lớn của Châu Á, đóng góp vào các nghiên cứu chu trình cacbon toàn cầu và nghiên cứu giảm thiểu biến đổi khí hậu toàn cầu. Kết quả của nghiên cứu cũng đóng góp vào cơ sở dữ liệu chất lƣợng nƣớc sông Hồng, giúp ích cho các nhà quy hoạch, quản lý lƣu vực sông Hồng. 8
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. TỔNG QUAN VỀ SÔNG HỒNG 1.1.1. Giới thiệu chung về lƣu vực sông Hồng 1.1.1.1. Vị trí địa lý, địa hình, địa chất và thổ nhưỡng * Vị trí địa lý Lƣu vực sông Hồng là một lƣu vực sông liên quốc gia chảy qua 3 nƣớc Việt Nam, Trung Quốc, Lào với tổng diện tích tự nhiên vào khoảng 169.900 km2 và diện tích trong lãnh thổ Việt Nam vào khoảng 87.800 km2, chiếm 51,7% tổng diện tích lƣu vực, trong đó châu thổ sông nằm hoàn toàn trong lãnh thổ Việt Nam có diện tích ƣớc tính khoảng 17.000 km2. Phần lƣu vực nằm ở Trung Quốc đạt: 81.000 km2 chiếm 47,7% diện tích toàn lƣu vực. Phần lƣu vực ở Lào đạt: 1.100 km2 chiếm 0,6% diện tích toàn lƣu vực. Đây là con sông lớn thứ hai (sau sông Mêkông) chảy qua Việt Nam đổ ra biển Đông. Vùng thƣợng lƣu sông Hồng (thuộc địa phận Việt Nam) đƣợc hình thành từ 3 sông nhánh lớn là sông Đà, sông Lô và sông Thao (Hình 1.1). Hình 1.1. Lƣu vực sông Hồng với các nhánh sông chính 9
Lƣu vực sông Hồng có vị trí địa lý từ 20°23’ đến 25°30’ vĩ độ Bắc và từ 100° đến 107°10’ kinh độ Đông. + Phía Bắc giáp lƣu vực sông Trƣờng Giang và sông Châu Giang của Trung Quốc. + Phía Tây giáp lƣu vực sông Mêkông. + Phía Nam giáp lƣu vực sông Mã. + Phía Đông giáp vịnh Bắc Bộ. Hệ thống sông Hồng có số lƣợng sông suối lớn: 614 phụ lƣu phát triển tới cấp 6. Hai phụ lƣu quan trọng nhất là sông Đà và sông Lô. Sông Đà có chiều dài là 1010 km (trong đó phần ở Việt Nam dài 570 km), với tổng diện tích lƣu vực là 52.900 km2, trong đó phần lƣu vực ở nƣớc ta có diện tích 26.800 km2. Sông Lô có chiều dài tổng cộng 470 km (trong đó phần ở Việt Nam là 275 km), tổng diện tích lƣu vực là 39.000 km2, trong đó phần ở nƣớc ta là 22.600 km2. Hai phụ lƣu này hợp với dòng chính sông Hồng (sông Thao) để tạo thành một mạng lƣới sông hình nan quạt hội tụ tại Việt Trì (Phú Thọ) [11]. Trong vùng đồng bằng sông Hồng, sông Tô Lịch có chiều dài 13,5km, lƣu lƣợng nƣớc đạt khoảng 30 m3/s, đƣợc coi là hệ thống nhận nƣớc thải của thành phố Hà Nội. Sông Nhuệ dài 74 km tính từ nguồn là cống Liên Mạc tới cống Phủ Lý (Hà Nam) với diện tích lƣu vực khoảng 1.075 km2. Trên địa bàn Hà Nội, sông có chiều dài 61,5 km, nhận nƣớc sông Tô Lịch tại đập Thanh Liệt. Sông Đáy (diện tích lƣu vực khoảng 6.595 km2) nằm ở hữu ngạn sông Hồng, có chiều dài khoảng 274 km tính từ cửa Hát Môn và đổ ra biển Đông qua cửa Đáy [12]. * Địa hình Địa hình trong lƣu vực sông Hồng rất đa dạng, bao gồm: núi, đồi và đồng bằng. Địa hình đồi, núi chiếm phần lớn diện tích lƣu vực, có xu thế thấp dần theo hƣớng Tây Bắc – Đông Nam, độ cao trung bình 1.090m. Trong lãnh thổ nƣớc ta, phía Tây của lƣu vực sông Hồng đƣợc giới hạn bởi khối núi ở biên giới Việt - Lào với những đỉnh cao trên 1.800m nhƣ: Pu-đen-đinh 10
(1.886m), Pu-Sam-Sao (1.897m), Khoan-La-San (1.853m); đỉnh của những dãy núi này là đƣờng phân nƣớc giữa sông Đà - một nhánh của sông Hồng với sông Mê-Kông; phía Tây Bắc của lƣu vực là những dãy núi cao ở biên giới Việt - Trung, với những đỉnh cao trên 2.000m nhƣ: Pu Si Ling (3.076m), Phu Nam Nhe (2.534m); phần phía Bắc cũng có những dãy núi cao với những đỉnh cao trên 2.000m nhƣ: Kiều Liêu Ti (2.402m), Tây Côn Lĩnh (2.419m); phần phía Đông Bắc là 2 cánh cung: sông Gâm và Ngân Sơn và dãy Tam Đảo. Độ cao trung bình của lƣu vực của sông lớn, độ chia cắt sâu dẫn tới độ dốc bình quân lƣu vực lớn, phổ biến độ dốc bình quân lƣu vực đạt từ 10% đến 15%. * Địa chất – thổ nhƣỡng Nền địa chất của vùng thƣợng nguồn có cấu tạo địa chất rất phức tạp đƣợc đặc trƣng bởi đá vôi và silic trong khi vùng đồng bằng phần lớn là do đất phù sa bồi tụ. Đất trong vùng thƣợng nguồn đƣợc xếp vào loại Ultisols (theo cách phân loại của Mỹ) và thuộc loại đất đỏ (theo cách phân loại của Trung Quốc) trong khi đất vùng đồng bằng châu thổ chủ yếu là đất xám và đất phù sa. Vùng đồi núi tạo nên một phần diện tích lớn ở thƣợng nguồn sông Hồng có độ xói mòn cao [11]. Theo tài liệu điều tra của Viện nông hoá thổ nhƣỡng [13], trong lƣu vực có 10 loại đất chính nhƣ sau: Bảng 1.1. Loại đất trên lƣu vực sông Hồng - Thái Bình STT Tên các loại đất Diện tích (ha) 1 Đất phù sa sông Hồng 1.239.000 2 Đất chiêm trũng Glay 140.000 3 Đất chua mặn 79.209 4 Đất mặn 90.062 5 Đất bạc màu 123.285 11
6 Đất đen 3.700 7 Đất Feralit đỏ vàng 4.465.856 8 Đất Feralit đỏ nâu trên đá vôi 229.295 9 Đất Feralit đỏ vàng có mùn trên núi 2.080.342 10 Đất mòn alít trên núi cao 223.035 1.1.1.2. Đặc điểm khí hậu Lƣợng mƣa: Do đặc tính khí hậu nhiệt đới gió mùa nên chế độ mƣa trên lƣu vực sông Hồng biểu hiện tính mùa khá rõ rệt. Mùa mƣa thƣờng kéo dài từ tháng V đến tháng X, trong đó nơi mƣa nhiều có thể kéo dài 7-8 tháng Lƣợng mƣa hàng năm thay đổi chủ yếu trong phạm vi 700 ÷ 4800 mm. Lƣợng mƣa thuộc phần lãnh thổ Trung Quốc từ 700 ÷ 2100 mm/năm và trong lãnh thổ Việt Nam đạt 1200mm ÷ 4800mm, đƣợc đánh giá là vùng có lƣợng mƣa lớn trên thế giới. Lƣợng mƣa biến đổi qua nhiều năm không lớn, năm mƣa nhiều gấp 2-3 lần lƣợng mƣa năm mƣa ít. Lƣợng mƣa lớn, tạo ra nguồn tài nguyên nƣớc dồi dào cho lƣu vực sông Hồng [8]. Nhiệt độ không khí trung bình từ 15 oC – 24 oC, trong đó nhiệt độ bình quân nhiều năm là 23,3 oC. Nhiệt độ cao nhất vào tháng VII với bình quân tháng là 28,8 oC và thấp nhất vào các tháng XII và I với bình quân tháng vào khoảng 15,9 oC đến 18,2 oC. Lƣợng bốc hơi trung bình năm (đo bằng ống Piche) từ 600mm ở vùng núi cao đến hơn 1000mm ở vùng đồng bằng. Độ ẩm không khí tƣơng đối trung bình nhiều năm của lƣu vực vào khoảng 84%. Độ ẩm tƣơng đối lớn nhất xuất hiện vào các tháng mùa hè, mùa xuân, nhất là các ngày có gió mùa Đông Bắc hoạt động mạnh gây mƣa lớn. Trong các tháng này, độ ẩm tƣơng đối thƣờng cao hơn 86%. Độ ẩm thấp nhất xảy ra vào các tháng mùa Đông, đặc biệt vào những ngày gió Tây Nam khô nóng hoạt động, trong thời kỳ này độ ẩm có thể nhỏ hơn 50% [8]. 12
1.1.1.3. Đặc điểm thủy văn và hệ thống các hồ chứa * Đặc điểm thủy văn Do sự khác nhau về điều kiện khí hậu và địa hình, địa mạo, địa chất nên mạng lƣới sông suối phát triển không đều với mật độ lƣới sông từ 0,25-0,50 km/km2 ở những cao nguyên đá vôi;đến hơn 1,5 km/km2ở những nơi mƣa nhiều, địa hình dốc, chia cắt mạnh; và đạt trên 4 km/km2 trong vùng đồng bằng hạ lƣu. Hệ thống sông Hồng có những tính chất thủy văn đặc biệt, với lƣợng nƣớc phong phú. Sông Hồng tại Sơn Tây có lƣu lƣợng bình quân nhiều năm đạt 3800 m3/s, tƣơng đƣơng với tổng lƣợng dòng chảy là 120 tỷ m3/năm và môđun dòng chảy là 26,5 l/s/km2, trong đó 65% đƣợc sinh ra ở Việt Nam. Sông Hồng tại Lào Cai (sông Thao) chỉ có lƣu lƣợng nƣớc bình quân 526 m3/s, tƣơng đƣơng với tổng lƣợng dòng chảy là 16 tỷ m3/năm, đạt khoảng 15% tổng lƣợng nƣớc ở Sơn Tây. Sông Lô tại Hà Giang có lƣu lƣợng bình quân 169 m3/s, tƣơng đƣơng với tổng lƣợng dòng chảy là 5 tỷ m3/năm, tuy nhiên khi về tới Phù Ninh lƣu lƣợng bình quân của sông Lô lên tới 1030 m3/s, tƣơng đƣơng với tổng lƣợng dòng chảy 31 tỷ m3/năm, nhƣ vậy đã tăng lên 6 lần. Đây là một đặc điểm quan trọng, vì phần lớn dòng chảy ở Việt Nam đƣợc sinh từ bên ngoài. So sánh lƣu lƣợng của 3 sông lớn thì sông Đà chiếm tới 47% tổng lƣợng nƣớc tại Sơn Tây, sông Lô chiếm khoảng 29% và sông Thao chỉ chiếm khoảng 24% [11]. * Hệ thống hồ chứa Xây dựng và vận hành các hồ chứa thủy điện đã diễn ra phổ biến trên thế giới và Việt Nam, đặc biệt từ thế kỷ 20. Trên vùng thƣợng nguồn hệ thống sông Hồng, đã có nhiều hồ chứa thủy điện đƣợc xây dựng, chủ yếu phục vụ phát điện và chống lũ lụt. Trên địa phận Trung Quốc, hàng loạt các hồ chứa nhỏ và trung bình cũng đã đƣợc xây dựng trong những năm gần đây (2007 – nay) trên cả 3 nhánh sông Đà, sông Thao và sông Lô [8, 9, 14]. Trung Quốc đã, đang và sẽ ngày càng khai thác mạnh mẽ hơn nguồn tài nguyên nƣớc ở thƣợng nguồn với bản kế hoạch khoảng 52 nhà máy thủy điện trên thƣợng 13
nguồn sông Đà, sông Lô và sông Thao [14]. Ở địa phận Việt Nam, ngoài các hồ chứa lớn có thể kể đến nhƣ hồ Hòa Bình, Sơn La, Huội Quảng, Tuyên Quang, Thác Bà (Bảng 1.2) và một số hồ chứa nhỏ và trung bình cũng đã và đang đƣợc xây dựng. Bảng 1.2. Một số thông số chính của các hồ chứa lớn đã và đang đƣợc xây dựng trên hệ thống sông Hồng trên địa phận Việt Nam [7]. Mực nƣớc, Diện tích Dung Diện tích Tên hồ chứa Năm vận (bình lƣu vực tích mặt nƣớc hành thƣờng) (km²) (m3) (km2) (m) Thác Bà 1972 6.170 2,9 235 58 (sông Lô) Hòa Bình 1989 57.285 9,5 208 115 (Sông Đà) Sơn La 2010 43.760 9,3 224 215 (Sông Đà) Tuyên Quang 2010 14.972 2,3 81,5 120 (Sông Lô) Huội Quảng 2015 2.824 16,3 8,7 370 (sông Đà) Lai Châu 2015 26.000 0,7 39,6 295 (sông Đà) 14
Hình 1.2. Đập thủy điện Lai Châu và đập thủy điện Sơn La [7]. 1.1.1.4. Điều kiện kinh tế, xã hội, dân số Đồng bằng sông Hồng là khu vực có tốc độ phát triển kinh tế nhanh, tập trung nhiều cảng biển, khu công nghiệp, nông nghiệp nên có nhiều điều kiện thuận lợi để phát triển kinh tế và tốc độ tăng trƣởng ngày càng tăng [7]. * Dân số và đô thị hóa Trong toàn bộ lƣu vực sông Hồng dân số đạt khoảng >40 triệu ngƣời. Mật độ dân cƣ trong các tiểu lƣu vực khác nhau, thấp nhất ở tiểu lƣu vực sông Đà (< 250 ngƣời/km2) và cao nhất ở vùng đồng bằng châu thổ (>1000 ngƣời/km2) (Hình 1.3). Về mặt hành chính, lƣu vực sông Hồng địa phận Việt Nam bao gồm 23 tỉnh bao gồm cả thủ đô Hà Nội và thành phố cảng Hải Phòng. Các tỉnh đồng bằng có mật độ dân cƣ đông nhất với các thành phố lớn là Hà Nội, Bắc Ninh, Hải Phòng và Hƣng Yên. Phần địa phận Trung Quốc, lƣu vực sông Hồng chỉ thuộc địa phận tỉnh Vân Nam (Yunnan). 15
Hình 1.3. Mật độ dân số lƣu vực sông Hồng [7]. Dân cƣ tập trung đông ở các tỉnh đồng bằng, các thành phố lớn nhƣ Hà Nội: 2398 ngƣời/km2; Thái Bình 1185 ngƣời/km2; Hải Phòng 1299 ngƣời/km2, Hải Dƣơng 1134 ngƣời/km2; Hƣng Yên 1347 ngƣời/km2; Nam Định 1067 ngƣời/km2; Vĩnh Phúc 934 ngƣời/km2; Nình Bình 708 ngƣời /km2 (số liệu đến 04/2019) [15, 16] . * Canh tác sản xuất nông nghiệp Lƣu vực sông Hồng là vùng sản xuất nông nghiệp trọng điểm của Việt Nam, có nền nông nghiệp phát triển khá lâu đời. Canh tác nông nghiệp phát triển mạnh mẽ dẫn đến sử dụng quá nhiều phân bón hóa học, và thuốc bảo vệ thực vật. Hiện nay, nhu cầu phân bón ở Việt Nam vào khoảng trên 10 triệu tấn các loại; trong đó, ure khoảng 2000.103 tấn, DAP khoảng 900.103 tấn, Ammonium Sulphate (SA) khoảng 850.103 tấn, kali khoảng 950.103 tấn, phân lân trên 1800.103 tấn, phân NPK khoảng 3800.103 tấn, ngoài ra còn có các loại phân vi sinh và phân bón lá chiếm khoảng 400.103 – 500.103 tấn [17, 18]. Sử 16