Đánh giá ngưỡng chịu tải và đề xuất các giải pháp bảo vệ môi trường nước Sông Nhuệ, khu vực qua thành phố Hà Nội (luận văn thạc sĩ)

I HỌ QU
GI H N I
TRƢỜNG
I HỌ KHO HỌ TỰ NHI N

-----------------------

Nguyễn Thị Phƣơng Hoa

ĐÁNH GIÁ NGƢỠNG CHỊU TẢI VÀ ĐỀ XUẤT CÁC GIẢI
PHÁP BẢO VỆ MÔI TRƢỜNG NƢỚC SÔNG NHUỆ,
KHU VỰC QUA THÀNH PHỐ HÀ NỘI

LUẬN V N TH

S KHO HỌ

NGƢỜI HƢỚNG DẪN

TS.Trần Hồng Thái

H Nội - 2011


MỤC LỤC
LỜI ẢM ƠN ................................................................ Error! Bookmark not defined.
DANH MỤ
HỮ VIẾT TẮT...................................... Error! Bookmark not defined.
MỤ LỤ ........................................................................................................................ i
D NH SÁ H Á BẢNG ........................................... Error! Bookmark not defined.
DANH SÁCH CÁC HÌNH ............................................ Error! Bookmark not defined.

MỞ ẦU ........................................................................................................................ iii
CHƢƠNG 1. TỔNG QU N ............................................................................................1
1.1. Á NGHI N ỨU VỀ MÔI TRƢỜNG NƢỚ SÔNG NHUỆ .......................1
1.2. TỔNG QU N NGHI N ỨU NGƢỠNG HỊU TẢI NƢỚ SÔNG ................5
1.2.1. Các khái niệm .......................................................................................................... 5
1.2.2. Các nghiên cứu trên thế giới .................................................................................. 6
1.2.3. Các nghiên cứu trong nƣớc .................................................................................... 9

1.3. PHƢƠNG PHÁP LUẬN ÁNH GIÁ NGƢỠNG HỊ TẢI NƢỚ SÔNG .....13
1.3.1. Nƣớc sông v các quá trình trong sông............................................................... 13
1.3.2. Cơ sở phƣơng pháp đánh giá ngƣỡng chịu tải ................................................... 18

CHƢƠNG 2.
I TƢỢNG V PHƢƠNG PHÁP NGHI N ỨU .............................23
2.1.
I TƢỢNG NGHI N ỨU .............................................................................23
2.1.1. Đặc điểm tự nhiên của lƣu vực sông Nhuệ ......................................................... 24
2.1.2. Đặc điểm phát triển kinh tế - xã hội .................................................................... 30

2.2. PHƢƠNG PHÁP NGHI N ỨU .......................................................................35
2.2.1. Phƣơng pháp phân chia đoạn sông nghiên cứu ................................................. 37
2.2.2. Phƣơng pháp tính khả năng tiếp nhận các chất ô nhiễm của nƣớc sông ........ 38

CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ NGHI N ỨU V THẢO LUẬN .......................................45
3.1. HIỆN TR NG HẤT LƢỢNG MÔI TRƢỜNG NƢỚ SÔNG ......................45
3.1.1. Nhiệt độ .................................................................................................................. 45
3.1.2. Chất rắn lơ lửng .................................................................................................... 45
3.1.3. Oxy hòa tan (DO) .................................................................................................. 47
3.1.4. Hàm lƣợng các chất hữu cơ ................................................................................. 48
3.1.5. Các hợp chất chứa N ............................................................................................ 50

3.1.6. Coliform ................................................................................................................. 51
3.1.7. Hàm lƣợng Fe ........................................................................................................ 51

3.2. Ặ TÍNH Á

O N SÔNG PHÂN HI ..................................................53

3.2.1. Kết quả phân chia các đoạn sông tính toán ........................................................ 53
3.2.2. Đặc điểm dòng chảy trên các đoạn sông ............................................................. 57
3.2.3. Đặc điểm nguồn thải trên các đoạn sông ............................................................ 58

3.3. KHẢ N NG TIẾP NHẬN HẤT Ô NHIỄM Ủ NƢỚ SÔNG ..................69
3.3.1. Khả năng tiếp nhận chất ô nhiễm của nƣớc sông .............................................. 69

i


3.3.2. Tải lƣợng ô nhiễm tối đa trên từng đoạn sông ................................................... 69
3.3.3. Khả năng tiếp nhận chất thải của nƣớc sông ..................................................... 73

3.4. ÁNH GIÁ KHẢ N NG TỰ L M S H Ủ SÔNG ..................................75
3.5. BƢỚ
ẦU NHẬN ỊNH NGƢỠNG HỊU TẢI MÔI TRƢỜNG NƢỚ
SÔNG NHUỆ .............................................................................................................78
3.6. Ề XUẤT Á GIẢI PHÁP KHẮ PHỤ TÌNH TR NG Ô NHIỄM MÔI
TRƢỜNG NƢỚ SÔNG ...........................................................................................80
3.6.1. Đề xuất xây dựng mục tiêu môi trƣờng .............................................................. 80
3.6.2. Đề xuất cải tạo ho n chỉnh hệ thống công trình thủy lợi .................................. 80
3.6.3. Đề xuất ho n thiện mạng lƣới quan trắc, giám sát chất lƣợng môi trƣờng .... 81
3.6.4. Đề xuất các giải pháp tuyên truyền, giáo dục trong bảo vệ môi trƣờng .......... 84

KẾT LUẬN V KIẾN NGHỊ........................................................................................86
T I LIỆU TH M KHẢO ..............................................................................................89
PHỤ LỤ ....................................................................... Error! Bookmark not defined.

ii


MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây, khái niệm Ngƣỡng chịu tải môi trƣờng các thủy
vực mới đƣợc các nhà quản lý môi trƣờng Việt Nam quan tâm và nghiên cứu ứng
dụng trong quản lý môi trƣờng. Hiện nay, trên thế giới đã có nhiều nghiên cứu về
đánh giá ngƣỡng chịu tải môi trƣờng các thủy vực và đã đƣợc ứng dụng rộng rãi ở
nhiều nƣớc. Việc nghiên cứu, đánh giá ngƣỡng chịu tải của môi trƣờng nƣớc sông
mang một ý nghĩa lớn, là căn cứ quan trọng trong công tác quản lý, bảo vệ tài
nguyên nƣớc và làm cơ sở cho hoạch định chiến lƣợc phát triển môi trƣờng bền
vững. Hơn thế, phát triển kinh tế - xã hội trên quan điểm phát triển bền vững luôn là
mục tiêu quan trọng hàng đầu của tất cả các quốc gia trên thế giới.
Sông Nhuệ nằm trong hệ thống sông ngòi của đồng bằng sông Hồng và đóng
vai trò thoát lũ và điều hòa nƣớc tƣới tiêu nông nghiệp. Thêm vào đó, sông là nơi
tiếp nhận và truyền tải một phần lớn lƣợng nƣớc thải của thành phố Hà Nội qua các
sông, kênh trong nội thành, đặc biệt tiếp nhận dòng chảy từ sông Tô Lịch.
Mặt khác, sau khi sát nhập tỉnh Hà Tây vào thành phố Hà Nội, với chiều dài
khoảng 74 km, sông Nhuệ gần nhƣ nằm chọn trong địa phận thủ đô, trung tâm kinh
tế – văn hóa – chính trị của cả nƣớc. Nhƣ vậy, sông Nhuệ không còn đơn thuần
mang giá trị về mặt cung cấp nguồn tài nguyên nƣớc mà còn mang ý nghĩa về mặt
sinh thái cảnh quan, giúp điều hòa khí hậu, tạo cảnh quan sinh thái mặt nƣớc giữa
lòng đô thị, đem đến giá trị về mặt tinh thần cho bộ phận dân cƣ trong khu vực.
Tuy nhiên, trong những năm gần đây, môi trƣờng nƣớc sông Nhuệ đã và
đang phải đối mặt với nhiều thách thức lớn về mặt chất lƣợng và đang ở cấp độ báo

động. Sự gia tăng dân số cùng với quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đang
diễn ra mạnh mẽ dẫn đến sự ra đời hàng loạt các khu đô thị, khu công nghiệp, cụm
công nghiệp mới và các hoạt động khai thác, chế biến khoáng sản cũng đƣợc đẩy
mạnh phát triển… hính những yếu tố này đã gây nên một áp lực khá lớn lên môi
trƣờng nƣớc sông, làm cho chất lƣợng môi trƣờng nƣớc trên các con sông suy giảm
nhanh chóng.

iii


Xuất phát từ thực tiễn trên, tiến hành thực hiện đề tài “Đánh giá ngưỡng
chịu tải và đề xuất các giải pháp bảo vệ môi trường nước Sông Nhuệ, khu vực
qua thành phố Hà Nội” với mục tiêu đƣa ra một bức tranh tổng quát về hiện trạng
chất lƣợng nƣớc sông Nhuệ, khả năng tiếp nhận, khả năng tự làm sạch và bƣớc đầu
tiếp cận phƣơng pháp luận để đánh giá ngƣỡng chịu tải của môi trƣờng nƣớc sông
Nhuệ. Những kết quả này đƣợc coi là căn cứ quan trọng trong công tác quản lý
nhằm bảo vệ và duy trì môi trƣờng nƣớc sông, góp phần duy trì chất lƣợng nƣớc và
phát triển cảnh quan sông Nhuệ. Cụ thể nhƣ sau:


ánh giá hiện trạng môi trƣờng nƣớc sông Nhuệ;

 Tính toán khả năng tiếp nhận các chất ô nhiễm của môi trƣờng nƣớc sông;


ánh giá khả năng tự làm sạch (TLS) các chất ô nhiễm của môi trƣờng nƣớc

sông dựa vào các quá trình trong sông;


ƣa ra những nhận định bƣớc đầu về ngƣỡng chịu tải của môi trƣờng nƣớc

sông Nhuệ;


ề xuất một số giải pháp bảo vệ môi trƣờng nƣớc sông.

iv


CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Á NGHI N ỨU VỀ MÔI TRƢỜNG NƢỚ SÔNG NHUỆ
Sông Nhuệ là một trong hai sông chính trong hệ thống sông thuộc lƣu vực
sông Nhuệ - sông

áy, một trong những lƣu vực sông đóng vị trí quan trong trong

vùng kinh tế trọng điểm phía bắc.

ó là lý do đã có nhiều công trình nghiên cứu

khoa học với nhiều hình thức từ đề tài cấp nhà nƣớc, các dự án, cho đến các báo cáo
khoa học của nghiên cứu sinh, sinh viên, đánh giá chất lƣợng môi trƣờng sông Nhuệ
nói riêng, hệ thống sông Nhuệ -

áy nói chung và từ đó là cơ sở đề xuất xây dựng

các giải pháp nhằm bảo vệ chất lƣợng môi trƣờng nƣớc hệ thống sông này, cụ thể
nhƣ:
ác cam kết về bảo vệ môi trƣờng sông Nhuệ -

áy của Ủy ban nhân dân

các tỉnh/thành phố thuộc lƣu vực từ nhƣng năm 2003, hay các báo cáo kết quả quan
trắc chất lƣợng môi trƣờng nƣớc sông cũng đã xây dựng. Tuy nhiên, vẫn còn mang
tính chất riêng lẻ, chỉ phục vụ riêng cho các mục đích nghiên cứu khác nhau, thiếu
sự liên kết để xây dựng một mục đích quản lý chung.

iều đó cũng cho thấy đƣợc

mặt trái trong công tác quản lý môi trƣờng ở nƣớc ta.
ề tài cấp nhà nƣớc “Xây dựng đề án tổng thể bảo vệ môi trƣờng sông Nhuệ
-sông

áy” của tác giả Nguyễn Văn ƣ và nhóm nghiên cứu đã chỉ ra các nguyên

nhân gây ô nhiễm môi trƣờng trên lƣu vực sông Nhuệ - sông

áy. Nhóm tác giả

cũng đã bƣớc đầu ứng dụng phƣơng pháp mô hình toán để mô phỏng diễn biến ô
nhiễm trên hệ thống sông Nhuệ - sông áy.[7]
Dự án “Mô phỏng chất lƣợng nƣớc 3 lƣu vực sông:
Gòn –

ầu, Nhuệ -

áy, Sài

ồng Nai” do tác giả Trần Hồng Thái và các cộng sự thực hiện nghiên cứu

về vấn đề mô phỏng và dự báo chất lƣợng nƣớc lƣu vực sông Nhuệ và sông

áy.

Nhóm tác giả đã ứng dụng mô hình toán hiện đại (MIKE11 – Viện Thủy lực

an

Mạch) áp dụng cho dòng chảy một chiều không ổn định để mô phỏng chế độ thủy
lực, diễn biến và dự báo chất lƣợng nƣớc trên lƣu vực sông Nhuệ - sông

áy ứng

với các kịch bản phát triển kinh tế xã hội và xử lý nguồn thải trƣớc khi đổ ra sông.

1


Từ đó, nhóm tác giả đã sơ bộ đề xuất một số biện pháp giảm thiểu ô nhiễm môi
trƣờng trong khu vực.[37]
Nghiên cứu “ ơ sở khoa học và thực tiễn trong nghiên cứu cân bằng nƣớc
mùa cạn và nâng cao hiệu quả khai thác hệ thống thủy lợi sông Nhuệ” do tác giả Vũ
Minh át thực hiện năm 2007 có tính toán cân bằng nƣớc mùa cạn hiện tại và tƣơng
lai trên toàn hệ thống canh tác, lựa chọn các giải pháp nâng cao hiệu quả khai thác
và sử dụng nguồn nƣớc của hệ thống. [3]
Nghiên cứu điển hình “Nhu cầu cấp nƣớc, sử dụng nƣớc và tính kinh tế của
tài nguyên nƣớc lƣu vực sông Nhuệ - sông

áy” do ục Quản lý Tài nguyên nƣớc

và Viện Sinh thái và Môi trƣờng thực hiện năm 2005 đã xây dựng mối tƣơng quan
giữa các khía cạnh chính của cách tiếp cận kinh tế trong việc quy hoạch phân bổ tài
nguyên nƣớc. Trong dự án này, tác giả đã xây dựng một quy trình hƣớng dẫn từng
bƣớc trong quy hoạch phân bổ tài nguyên nƣớc phù hợp với điều kiện Việt Nam;
ứng dụng thí điểm quy trình này ở lƣu vực sông Nhuệ - sông

áy ở thời điểm hiện

tại và dự báo trong tƣơng lai; xây dựng các phƣơng pháp đánh giá nhanh khía cạnh
kinh tế về số lƣợng và chất lƣợng tài nguyên nƣớc, hỗ trợ cho việc ra quyết định. [4]
ánh giá môi trƣờng nƣớc bằng chỉ số tổ hợp sinh học (IBI) và chỉ số đa
dạng sinh học dựa vào thành phần loài cá thu đƣợc ở sông Nhuệ và sông Tô Lịch
của tác giả N.K. Sơn (2005) đã dùng các chỉ số tổ hợp sinh học (IBI) và các chỉ số
đa dạng sinh học α và H tính từ số liệu về thành phần loài cá tại các thời điểm và
địa điểm khác nhau để đánh giá mức độ ô nhiễm nƣớc sông Nhuệ và sông Tô Lịch.
Giá trị các chỉ số nêu trên tƣơng ứng với mức độ ô nhiễm của từng đoạn sông.[23]
Dự án “ ải thiện chất lƣợng sông Nhuệ -

áy: Xây dựng sức chịu tải và

kiểm kê các nguồn gây ô nhiễm” do Trung tâm quản lý môi trƣờng quốc tế,

ục

quản lý tài nguyên nƣớc tiến hành năm 2007 đã đƣa ra một số phƣơng pháp tiếp cận
trong nghiên cứu sức chịu tải và kiểm kê các nguồn gây ô nhiễm cũng nhƣ lan
truyền các chất ô nhiễm trong lƣu vực sông Nhuệ -

áy đồng thời cũng đề cập đến

các ảnh hƣởng đến sức khỏe do ô nhiễm nguồn nƣớc.[39]

2


Quy hoạch thoát nƣớc và xử lý nƣớc thải cho lƣu vực sông Nhuệ - sông áy
đang đƣợc Viện Kiến trúc, Quy hoạch

ô thị - Nông thôn thực hiện. Trong đó, vấn

đề thoát nƣớc và xử lý nƣớc thải đƣợc điều tra khảo sát tỷ mỉ; lập quy hoạch cụ thể
và xem xét toàn diện trên nhiều khía cạnh.[38]
Báo cáo tổng hợp: Quy hoạch môi trƣờng phục vụ phát triển bền vững kinh
tế - xã hội, quản lý, bảo vệ môi trƣờng vùng phân lũ, chậm lũ sông

áy do Trung

tâm địa môi trƣờng và tổ chức lãnh thổ - Liên hiệp hội khoa học và kỹ thuật Việt
Nam thực hiện năm 2007 đã tổng quan tình hình phân lũ và chậm lũ vùng trọng
điểm sông

áy, diễn biến môi trƣờng đồng thởi đề xuất quy hoạch và các giải pháp

bảo vệ môi trƣờng vùng phân lũ, chậm lũ trọng điểm sông áy.[31]
Báo cáo “Quản lý tài nguyên nƣớc và quản lý chất thải sinh hoạt của khu dân
cƣ ven sông Nhuệ” do Trần Hiếu Nhuệ và các cộng sự thực hiện đã đề xuất xây
dựng các mô hình kết hợp giữa các biện pháp chính sách và kỹ thuật nhằm huy
động cộng đồng tham gia xử lý chất thải sinh hoạt của các cụm dân cƣ dọc các lƣu
vực sông Nhuệ đồng thời Thiết kế chi tiết và thử nghiệm triển khai một mô hình xử

lý chất thải sinh hoạt của các cụm dân cƣ dọc lƣu vực sông Nhuệ - sông

áy thuộc

địa bàn thành phố Hà Nội.[17]
Tổng cục Môi trƣờng cũng đã xây dựng và thực hiện nhiệm vụ “ iều tra,
kiểm kê các nguồn thải, hiện trạng môi trƣờng và những tác động đến môi trƣờng
trên lƣu vực sông Nhuệ - sông áy”, năm 2009. ây là một nghiên cứu hết sức có ý
nghĩa, mang tính thiết thực vì sẽ tạo ra một bộ cơ sở dữ liệu tổng hợp về hiện trạng
môi trƣờng lƣu vực sông, từng bƣớc chuẩn hoá các quy trình quản lý thông tin môi
trƣờng, làm cơ sở để thống nhất một mô hình quản lý chung cho tất cả các cơ quan
quản lý môi trƣờng của các địa phƣơng.[37]
ác báo cáo nghiên cứu khoa học của sinh viên nhƣ “Tiếp cận tổng hợp
bƣớc đầu trong đánh giá chất lƣợng sông Nhuệ”; “Bƣớc đầu sử dụng phƣơng pháp
DELHPI để đánh giá chất lƣợng môi trƣờng nƣớc sông Nhuệ”; “Vận dụng tiêu
chuẩn môi trƣờng Việt Nam vào đánh giá chất lƣợng nƣớc sông Nhuệ - sông

áy

(khu vực tỉnh Hà Nam) cho các mục đích sử dụng khác nhau”; hay “ ánh giá ảnh

3


hƣởng của làng nghề tỉnh Hà Tây tới chất lƣợng nƣớc sông Nhuệ - sông
xuất giải pháp quản lý”...vv.

áy và đề

ác nghiên cứu này đã nêu lên đƣợc vai trò nguồn

nƣớc sông Nhuệ trong các hoạt động dân sinh, hoạt động sản xuất, đánh giá đƣợc
hiện trạng chất lƣợng môi trƣờng nƣớc sông Nhuệ, các nguôn xả thải tác động lên
nguồn nƣớc bằng một số các phƣơng pháp khác nhau và trong thời gian đó, hay
bƣớc đầu xác định đƣợc những vấn đề trong quản lý môi trƣờng cũng nhƣ đề xuất
một số giải pháp nhằm nâng cao quản lý và sử dụng bền vững tài nguyên
nƣớc.[2,9,10,30]

4


1.2. TỔNG QU N NGHI N ỨU NGƢỠNG HỊU TẢI NƢỚ SÔNG
1.2.1. Các khái niệm
 Năng lực môi trƣờng (environmental capacity) đƣợc định nghĩa bởi
GESAMP (1986) (Group of Experts on the Scientific Aspects of Marine Pollution)
là tính chất của môi trƣờng và khả năng thích nghi của nó trong việc điều tiết một
hoạt động nào đó mà không gây ra những tác động môi trƣờng không thể chấp nhận
đƣợc.[46]
 Sức tải của môi trƣờng là giới hạn cho phép mà môi trƣờng có thể tiếp
nhận và hấp thụ các chất gây ô nhiễm (Luật BVMT, 2005).
 Ngƣỡng chịu tải theo

iều 40

FR, Khoản 130.2 (f) của Hoa Kỳ định

nghĩa là lƣợng chất ô nhiễm lớn nhất môi trƣờng nƣớc có thể tiếp nhận đƣợc mà
không làm ảnh hƣởng đến tiêu chuẩn chất lƣợng nƣớc.[42]
Một số khái niệm đƣợc sử dụng trong Thông tƣ số 02/2009/TT-BTNMT quy
định đánh giá khả năng tiếp nhận nƣớc thải của nguồn nƣớc:

 Khả năng tiếp nhận nƣớc thải của nguồn nƣớc là khả năng nguồn nƣớc
có thể tiếp nhận đƣợc thêm một tải lƣợng ô nhiễm nhất định mà vẫn bảo đảm nồng
độ các chất ô nhiễm trong nguồn nƣớc không vƣợt quá giới hạn đƣợc quy định
trong các quy chuẩn, tiêu chuẩn chất lƣợng nƣớc cho các mục đích sử dụng của
nguồn tiếp nhận.
 Mục tiêu chất lƣợng nƣớc là mức độ chất lƣợng nƣớc của nguồn nƣớc
tiếp nhận cần phải duy trì để bảo đảm mục đích sử dụng của nguồn nƣớc tiếp nhận.
 Tải lƣợng ô nhiễm là khối lƣợng chất ô nhiễm có trong nƣớc thải hoặc
nguồn nƣớc trong một đơn vị thời gian xác định.
 Tải lƣợng ô nhiễm tối đa là khối lƣợng lớn nhất của các chất ô nhiễm có
thể có trong nguồn nƣớc tiếp nhận mà không làm ảnh hƣởng đến khả năng đáp ứng
mục tiêu chất lƣợng nƣớc của nguồn tiếp nhận.

5


1.2.2. Các nghiên cứu trên thế giới
ã có rất nhiều nghiên cứu về ngƣỡng chịu tải của nguồn nƣớc đƣợc thực
hiện trên thế giới và các phƣơng pháp tính toán ngƣỡng chịu tải thƣờng sử dụng
phƣơng pháp sinh thái học kết hợp với mô hình toán học phù hợp cho từng đối
tƣợng cần nghiên cứu. Việc ứng dụng mô hình chất lƣợng nƣớc đã đƣợc phát triển
ngay từ những năm đầu của thế kỷ 20, gắn liền với mối quan tâm của xã hội về vấn
đề chất lƣợng nƣớc và khả năng ứng dụng của công nghệ tính toán khoa học.[37]
Tại Hoa Kỳ, Luật nƣớc sạch ( lean Water

ct) yêu cầu các Bang xây dựng

kế hoạch làm sạch môi trƣờng nƣớc (Total Maximum Daily Loads - TMDLs) cho
các nhánh sông, hồ và dòng chảy đang bị suy giảm chất lƣợng nƣớc đối với các chỉ
tiêu xác định trong mục 303 (d) của Luật.

ăn cứ để đánh giá sự suy giảm chất

lƣợng nƣớc ở đây là so sánh với Tiêu chuẩn chất lƣợng nƣớc của Bang Washington.
Tải lƣợng ô nhiễm tối đa theo ngày TMDL là tổng tải lƣợng từ các nguồn thải điểm
(Wasteload Allocation - WL ), các nguồn thải diện (Load

llocation – LA) và các

nguồn thải tự nhiên khác, MOS (Margin of Safety) là hệ số an toàn. TMDL đƣợc
tính theo công thức:
TMDL (loading capacity) = Σ WL s + Σ L s + MOS
ể thực hiện việc tính toán TMDL cho từng sông, từng lƣu vực sông, theo
ơ quan bảo vệ môi sinh Hoa Kỳ (EP ) phải thực hiện những những công việc nhƣ
sau:


Mô tả vị trí vùng nghiên cứu TMDL



Xác định chất lƣợng nƣớc cho mục đích sử dụng tƣơng ứng



ánh giá vấn đề môi trƣờng, bao gồm cả những khu vực có sự chênh
lệch về tiêu chuẩn chất lƣợng nƣớc.



Xác định những lý do, nguyên nhân gây ô nhiễm



Xác định nguồn ô nhiễm điểm và nguồn ô nhiễm diện



Xác định tải lƣợng ô nhiễm bao gồm cả đo đạc và tính toán dòng chảy

6




Xác định tải lƣợng ô nhiễm của nguồn ô nhiễm điểm và tải lƣợng ô
nhiễm của nguồn diện



Xác định số hạng an toàn (Margin of Safety)

Mô hình toán sử dụng phổ biến để tính toán TMDL và mô tả diễn biến chất
lƣợng nƣớc gồm các phần mềm Qual2E và Qual2K (đƣợc cải tiến tháng 3/2006 Mỹ) hoặc MIKE 11, MIKE 21 ( an mạch). Mô hình QuaL2E là mô hình chất
lƣợng nƣớc sông tổng hợp và toàn diện đƣợc phát triển do sự hợp tác giữa trƣờng
ại Học Tufts University và Trung Tâm Mô Hình hất Lƣợng nƣớc của

ục môi

trƣờng Mỹ. Mô hình cho phép mô phỏng 15 thông số chất lƣợng nƣớc sông bao

gồm nhiệt độ, BOD5, DO, tảo dƣới dạng chlorophyl, nitơ hữu cơ, nitrit (NO2-),
nitrat (NO3- ), phốt pho hữu cơ, phốt pho hòa tan, coliform, thành phần chất không
bão hòa và 3 thành phần bảo toàn trong nƣớc. Qual2K sử dụng các đoạn chia không
bằng nhau tùy thuộc vào nguồn thải nhiều hay ít. ơ chế vận truyền chính của dòng
là lan truyền và phân tán dọc theo hƣớng chính của dòng (trục chiều dài của dòng
và kênh). Mô hình cho phép tính toán với nhiều nguồn thải, các điểm lấy nƣớc cấp,
các nhánh phụ và các dòng thêm vào và lấy ra. Qual2K sử dụng 2 dạng của
arbonaceous BOD để mô phỏng carbon hữu cơ: dạng oxi hóa chậm (slow BOD)
và dạng ô xi hóa nhanh (fast

BOD); Qual2K có thể mô phỏng tảo đáy; Qual2K

tính toán sự suy giảm ánh sáng nhƣ là một hàm của tảo, đất đá vụn và chất rắn vô
cơ.
Tại các nƣớc

hâu Âu, theo tổng quan của Jordan E.O. nhiều công trình

nghiên cứu liên quan đến quá trình tự làm sạch (TLS) nƣớc sông đã đƣợc tiến hành
từ cuối thế kỷ XIX [51].

ó là các công trình nghiên cứu TLS nguồn nƣớc dựa vào

quá trình đồng hóa chất thải hữu cơ nhờ hoạt động của vi khuẩn có trong nguồn
nƣớc. Những công trình đầu tiên quan tâm đến quá trình ôxy hóa chất thải hữu cơ
do vi khuẩn.

h ng hạn, G. Frank khi nghiên cứu TLS nƣớc sông Spree ( ức) đã

quan tâm đến số lƣợng vi khuẩn trong 1cm3 nƣớc tham gia vào quá trình đồng hóa

chất thải trong nƣớc sông. Tác giả đã thấy rằng, trong nƣớc sông Spree trƣớc khi
chảy vào thành phố Berlin nồng độ vi khuẩn khoảng 10.000 VK/cm3, khi chảy qua

7


Berlin nơi nƣớc bị ô nhiễm con số này tăng lên đến hàng ngàn, thậm chí hàng triệu
nhƣng khi quá trình TLS kết thúc thì lƣợng vi khuẩn giảm đi một cách đáng kể. ác
tác giả Girard và Bordas đã nghiên cứu TLS trên sông Seine.

ặc biệt, Golschmidt

và Pransmidt khi nghiên cứu quá trình TLS trên sông Isar ở Munich đã tính toán và
đƣa ra khoảng cách cần thiết cho quá trình TLS là khoảng 27 km và trong khoảng
thời gian 8 giờ. Kluse và Lossen khi nghiên cứu trên sông Rhine đã đƣa ra khoảng
cách là từ 25-26 km và thời gian là 5,5-6 giờ. Trong các công trình nghiên cứu khác
đã quan sát kết quả TLS đối với từng loại chất thải khác nhau khi thâm nhập vào
nguồn nƣớc sông [47,52]. Ifabiyi (2008) đã nghiên cứu quá trình TLS trên kênh IleIfe (Nigeria). Tác giả đã thu mẫu nƣớc tại 7 vị trí dọc theo kênh, phân tích sự thay
đổi hàm lƣợng các chất thải qua các điểm. Trong quá trình phân tích kết quả, tác giả
đã rút ra khả năng TLS của dòng kênh cũng nhƣ nguyên nhân thay đổi của hàm
lƣợng từng chất thải [47]. Seki và Ebara (1980) đã nghiên cứu quá trình TLS trên
sông Teshio, bang Hokkaido, Nhật Bản. ác tác giả đã phát hiện rằng các chất thải
đƣợc làm sạch ở mức độ khác nhau trong các lớp nƣớc khác nhau của dòng sông
trƣớc khi đổ ra biển [52]. Tại Nga, cũng có rất nhiều các công trình nghiên cứu về
sự TLS nƣớc do vi sinh vật. h ng hạn, Makushkin E.O. và Kosunov V.M. (2005)
đã nghiên cứu quá trình TLS nƣớc trong hệ thống sông Selenga và lƣu vực và vai
trò chuyển hóa của vi sinh vật đối với chất thải hữu cơ trƣớc khi dòng chảy của
sông đổ vào hồ Bai Kan [34]; Kryutchkova nghiên cứu vai trò của thực vật trong
TLS nƣớc [48]; Degermendzhi N. nghiên cứu vai trò của cả vi sinh vật và cả động
lực dòng sông trong TLS nƣớc [43]..v.v...

áng chú ý, trong công trình của Munoz

R. và nnk (1969) đã nêu ra bài toán từ phƣơng diện lý thuyết để tính toán hệ số thay
đổi độ thiếu hụt ôxy trong nƣớc do quá trình oxy hóa chất thải hữu cơ tại một con
sông của Nigeria. Tác giả đã xác định đƣợc các giá trị của hệ số từ thực nghiệm và
lý thuyết, sau đó đã tính đƣợc hệ số tƣơng quan giữa hệ số tính toán theo lý thuyết
và hệ số theo thực nghiệm [50]. Kết quả cho thấy các giá trị của hệ số thu đƣợc là
hợp lý và tƣơng tự kết quả của các tác giả khác trong khu vực.

8


1.2.3. Các nghiên cứu trong nƣớc
Trong hơn một thập kỷ qua, các nghiên cứu về mô hình chất lƣợng nƣớc tại
Việt Nam chủ yếu phát triển theo các hƣớng sau:
- Sử dụng mô hình chất lƣợng nƣớc đƣợc nƣớc ngoài chuyển giao hoặc từ
các nguồn khác nhau;
- Xây dựng mô hình tính toán lan truyền và chuyển hoá chất ô nhiễm cho
một đối tƣợng cụ thể trên cơ sở các dữ liệu đầu vào khảo sát và thu thập đƣợc.
Trong cả hai trƣờng hợp trên, mô hình chất lƣợng nƣớc chủ yếu tập trung
cho các con sông chính của Việt Nam nhƣ mô hình WQ97 mô phỏng sự thay đổi
BOD&DO trên hệ thống kênh Sài Gòn; sử dụng mô hình STRE M II xác định
ngƣỡng chịu tải ô nhiễm của dòng chảy sông Hồng; sử dụng mô hình Qual2E tính
toán sự lan truyền và phân bố các chất ô nhiễm từ các hoạt động phát triển trên lƣu
vực sông Thị Vải; sử dụng mô hình một chiều để tính toán thay đổi BOD trong hệ
thống kênh rạch Tp.H M; nghiên cứu mô phỏng sinh thái - chất lƣợng nƣớc phục
vụ hợp lý nguồn nƣớc sông, trên cơ sở mô hình Qual2E để mô phỏng chất lƣợng
nƣớc sông; ứng dụng mô hình chất lƣợng nƣớc W SP5 để đánh giá các điều kiện
thuỷ lực và tính toán khả năng lan truyền chất trên trục chính sông Nhuệ của

Nguyễn Quang Trung (2000); nghiên cứu mô hình chất lƣợng nƣớc sông Hƣơng
theo các chất dễ phân huỷ… ác mô hình chất lƣợng nƣớc sông chủ yếu tập trung
mô phỏng quá trình chủ đạo trong sông là lan truyền chất ô nhiễm thông qua quá
trình pha loãng và xáo trộn. Ảnh hƣởng của quá trình sinh thái ít đƣợc đề cập hoặc
chỉ đề cập dƣới dạng hệ số ảnh hƣởng mà chƣa mô phỏng bản chất của quá trình.
ể tính toán lan truyền ô nhiễm môi trƣờng nƣớc trên các sông, hồ, thƣờng sử dụng
một số mô hình nhƣ: Qual2, SW T,

ORMIX, Modflow… Hiện nay, một số mô

hình nhƣ MIKE, SMS đang đƣợc nghiên cứu đƣa vào áp dụng tính toán chất lƣợng
nƣớc cho các sông.
Khi nghiên cứu về khả năng TLS nƣớc trong các thủy vực, các công trình
trong nƣớc tập trung theo các hƣớng nghiên cứu quá trình đồng hóa chất thải bằng

9


thực vật và động vật thủy sinh cũng nhƣ quá trình pha loãng xáo trộn bởi dòng chảy
trong sông nói riêng và các thủy vực khác nói chung. Nguyễn Kỳ Phùng và Nguyễn
Thị Bảy [18] đã nghiên cứu khả năng TLS nƣớc các con sông chính tại huyện ần
Giờ khi có nƣớc thải từ các hồ nuôi tôm. ác tác giả đã sử dụng mô hình thủy lực
và lan truyền chất ô nhiễm trong sông, đã tính toán cho các kịch bản hiện tại và kịch
bản phát triển trong tƣơng lai. Kết quả tính là thời gian TLS của sông sau khi bơm
nƣớc thải từ các hồ nuôi tôm. ác tác giả quan tâm chủ yếu đến quá trình TLS do
pha loãng giữa nƣớc sông và nƣớc thải.
ác công trình [1,16,20,33] tập trung nghiên cứu khả năng hấp thụ kim loại
nặng trong nƣớc thải của các loài thực vật thủy sinh nhƣ các loại b o, cỏ,…Về khả
năng hấp thụ kim loại nặng của các tế bào vi tảo đƣợc nghiên cứu trong các công
trình [34,35]. Khả năng của các loài cá về hấp thu kim loại nặng đƣợc nghiên cứu

trong [1,22]. Trên thế giới, theo giới thiệu trong [14] cũng đã có rất nhiều công trình
nghiên cứu sự hấp thụ các loại kim loại nặng nhƣ d, u, r, Pb, Zn của các loài
động thực vật thủy sinh [8,1]. Trong các công trình này đã xác định đƣợc khả năng
hấp thụ và đồng hóa một số hợp chất hữu cơ có trong nguồn thải của các loài động
thực vật thủy sinh. Nhƣ vậy nếu biết chính xác đƣợc sinh khối của từng loài động
thực vật thủy sinh hiện có trên khu vực sông đang nghiên cứu ta có thể tính đƣợc
lƣợng chất thải cụ thể bị đồng hóa trong một khoảng thời gian nhất định. Hiển nhiên
là trong nƣớc luôn xảy ra các phản ứng hóa học, hóa sinh trên cả các chất thải vô cơ
và hữu cơ nhờ hoạt động của các loài vi khẩn có trong nguồn nƣớc. ác quá trình
này biến đổi các chất thải từ dạng này sang dạng khác làm thay đổi tính chất hóa lý
trong nguồn nƣớc.
Ở Việt Nam quan sát thấy rất đa dạng các hệ sinh thái thủy vực (HSTTV),
trong mỗi hệ lại rất đa dạng loài. ó nhiều loài thủy sinh vật quý hiếm cần đƣợc bảo
vệ. Theo tác giả

ặng Huy Huỳnh, việc nghiên cứu đa dạng sinh học không tách

khỏi việc nghiên cứu các HST và diễn thế phát triển của hệ dƣới tác động tự nhiên
và con ngƣời. Tác giả cũng đã đề xuất phƣơng pháp đánh giá hiện trạng và dự báo
diễn biến đa dạng sinh học theo các bƣớc nhƣ sau: (1).

10

;


;
;

[11]. Trên thực tế, hầu hết các công

trình nghiên cứu diễn biến HSTTV trong thời gian qua chủ yếu tập trung cho mục
đích đánh giá mức độ ô nhiễm môi trƣờng thủy vực tại khu vực nghiên cứu. ác tác
giả Nguyễn Vũ Thanh và oàn ảnh [28] đã đề xuất ứng dụng phƣơng pháp nghiên
cứu đa dạng sinh học HSTTV vào quan trắc chất lƣợng môi trƣờng nƣớc. Nhóm tác
giả đã thiết lập danh mục các chỉ số đa dạng, chỉ số sinh học với các thang điểm
khác nhau ứng với các cấp ô nhiễm môi trƣờng nƣớc khác nhau. Từ số liệu điều tra
khảo sát sinh vật thủy sinh, tính các chỉ số, tra bảng ta có thể xác định đƣợc mức độ
ô nhiễm môi trƣờng thủy vực khu vực đang nghiên cứu.

ỗ Thị Bích Lộc và nnk

(2005) đã nghiên cứu đánh giá độ đa dạng sinh học và diễn biến tài nguyên thủy
sinh vật ở lƣu vực sông Sài Gòn –

ồng Nai trên cơ sở số liệu điều tra khảo sát tại

các thời kỳ khác nhau, chủ yếu là số liệu trƣớc và sau thời kỳ công nghệp hóa của
những năm 1990-2003 [15]. Các tác giả đã so sánh và xác định mức độ biến đổi loài
và số lƣợng từng loài của các dạng thủy sinh vật (thực vật nổi, động vật nổi, động
vật đáy) tại lƣu vực đang nghiên cứu; ã phân tích kết quả tính toán chỉ số đa dạng
của thủy sinh vật tại từng con sông. ác tác giả đi đến kết luận rằng dƣới tác động
của các nguồn thải các khu hệ thủy sinh vật bị biến đổi mạnh cả về cấu trúc thành
phần loài, cấu trúc số lƣợng, loài phát triển ƣu thế và chỉ số đa dạng. Biểu hiện của
sự thay đổi là giảm số loài ƣu thế, giảm kích thƣớc sinh vật, số lƣợng của loài thích
nghi tăng vọt còn số lƣợng của loài không thích nghi thì suy giảm hoặc biến mất.
ũng các tác giả nêu trên đã nghiên đánh giá tác động của hoạt động kinh tế xã hội
đến đa dạng sinh học của thủy sinh vật sông Thị Vải. Dựa trên sự phân tích độ biến
thiên của chỉ số đa dạng, các tác giả đã nhận thấy nƣớc sông Thị Vải ngày càng bị ô
nhiễm, song mức độ ô nhiễm có khác nhau giữa nƣớc tầng bề mặt và nƣớc tầng đáy.

Tác giả Nguyễn Kiêm Sơn (2005) đã dùng các chỉ số tổ hợp sinh học (IBI)
và các chỉ số đa dạng sinh học α và H tính từ số liệu về thành phần loài cá tại các
thời điểm và địa điểm khác nhau để đánh giá mức độ ô nhiễm nƣớc sông Nhuệ và
sông Tô Lịch [37]. Giá trị các chỉ số nêu trên tƣơng ứng với mức độ ô nhiễm của
từng đoạn sông. ũng với phƣơng pháp nêu trên, chính tác giả này đã nghiên cứu

11


xác định mức độ ô nhiễm môi trƣờng tại khu hệ cá trong các thủy vực thuộc tỉnh
ao Bằng.[24]
ể đánh giá mức độ ô nhiễm môi trƣờng nƣớc sông ầu, các tác giả Nguyễn
Vũ Thanh và T. H. Thịnh (2005) đã sử dụng chỉ số sinh học SPT tính đƣợc trên cơ
sở số liệu quan trắc của 28 trạm trên lƣu vực sông [29]. ác chỉ số

SPT đƣợc tính

trên cơ sở sử dụng hệ thống điểm Việt Nam đã đƣợc sửa đổi, bổ sung. Phân tích kết
quả cho thấy một số loài côn trùng thủy sinh ƣa môi trƣờng sạch giảm h n nhƣng lại
quan trắc đƣợc các loại côn trùng ƣa môi trƣờng bẩn. Giá trị các chỉ số thu đƣợc cho
phép kết luận môi trƣờng nƣớc sông ầu thuộc loại ô nhiễm vừa đến ô nhiễm nặng.
Trong các công trình của Nguyễn Vũ Thanh, tác giả lại sử dụng các chỉ số đa dạng
sinh học H và chỉ số đa dạng loài

tính toán đƣợc trên cơ sở số liệu điều tra khảo

sát về quần xã tuyến trùng (giun tròn) trên sông Nhuệ và sông

áy. Qua phân tích

nghiên cứu sự biến đổi các chỉ số đa dạng sinh học các tác giả xác định đƣợc mức
độ ô nhiễm môi trƣờng khu vực nghiên cứu.[26,27]
Xem xét các công trình nghiên cứu nêu trên thấy rằng các tác giả đều nghiên
cứu cấp độ ô nhiễm môi trƣờng thủy vực trên cơ sở phân tích quá trình biến đổi
theo thời gian và không gian của các chỉ số đa dạng sinh học, đa dạng loài thủy sinh
vật tại khu vực nghiên cứu. Môi trƣờng càng ô nhiễm dẫn đến việc các giá trị của
chỉ số đa dạng sinh học càng giảm. Xem xét sự biến thiên về số lƣợng loài, số lƣợng
cá thể và kích thƣớc của từng loài các nhà khoa học có thể kết luận đƣợc sự thay đổi
về cấu trúc của HSTTV đang nghiên cứu. Với việc xem xét cả trên thực vật nổi,
động vật nổi, động vật đáy, ta có thể biết đƣợc sự thay đổi cấu trúc HST trong các
tầng nƣớc cụ thể và của cả HSTTV tại khu vực nghiên cứu. Sản phẩm của các công
trình nghiên cứu trên là những tài liệu tổng hợp có giá trị tham khảo để thực hiện
nhiệm vụ. Tuy nhiên, các công trình nêu trên mới chỉ tập trung vào việc giải quyết
các vấn đề môi trƣờng và kiểm soát ở mức độ nhất định các nguy cơ môi trƣờng và
mang tính riêng lẻ. Bên cạnh đó, tính gắn kết và hỗ trợ lẫn nhau giữa các dự án,
nhiệm vụ hiện có vẫn chƣa đƣợc thể hiện một cách rõ nét.

12


1.3. PHƢƠNG PHÁP LUẬN ÁNH GIÁ NGƢỠNG HỊ TẢI NƢỚ SÔNG
1.3.1. Nƣớc sông và các quá trình trong sông
Sông ngòi là sản phẩm của khí hậu có dòng nƣớc chảy tự nhiên. Hệ thống
sông ngòi đƣợc hình thành dƣới tác động bào mòn của dòng chảy do nƣớc mƣa
hoặc tuyết tan cung cấp. Nƣớc mƣa rơi xuống đất, một phần bị tổn thất do bốc hơi,
đọng vào các chỗ trũng và ngấm xuống đất, một phần dƣới tác dụng của trọng lực
chảy dọc theo sƣờn dốc tập trung tạo thành các lạch nƣớc rồi sau đó tạo thành các
khe suối hợp lƣu với nhau tạo thành mạng lƣới sông ngòi. Nƣớc sông là nguồn nƣớc
ngọt tự nhiên và đóng một vai trò quan trọng trong hệ cân bằng nƣớc tự nhiên, gắn
bó chặt chẽ đối với đời sống và các hoạt động sinh kế của con ngƣời.

ặc điểm thành phần của nƣớc sông là rất phức tạp và phụ thuộc vào đặc
điểm tự nhiên (địa chất, khí hậu) và hệ thống thủy văn của khu vực con sông chảy
qua. Bảng 1.1 trình bày thành phần hóa học trung bình của một số thành phần trong
nƣớc sông tự nhiên.[4]
Bảng 1.1. Thành phần hóa học trung bình của nƣớc sông
Thành phần
CO3-2
SO4-2
ClSiO2
NO3-

trọng lƣợng
35,2
12,4
5,7
11,7
0,9

Thành phần
Ca+2
Mg+2
Na+
K+
(FeAl2)O3

trọng lƣợng
20,4
3,4
5,8
2,1

2,7

Sự biến đổi của chất s ẵ n c ó trong nƣớc sông hay các chất ô nhiễm sau khi
đƣợc xả thải vào sông phụ thuộc vào nhiều qu á tr ìn h n hƣ : hoá sinh học (sự
phân huỷ, kết hợp các chất khác, lắng đọng xuống thành trầm tích), vật lý, (sự
chuyển trạng thái, sự hấp thụ, tích tụ đông đặc), thuỷ động lực (truyền tải và
phân tán trong quá trình khuếch tán rối).
1.3.1.1. Vai trò của oxy và các quá trình hóa học trong sông
Oxy có mặt trong nƣớc một mặt là do hòa tan từ oxy không khí, một mặt đƣợc
sinh ra từ các phản ứng tổng hợp quang hóa của tảo và các thực vật sông trong
nƣớc. Sự hòa tan oxy trong nƣớc phụ thuộc vào nhiệt độ, áp xuất khí quyển, dòng

13


chảy, vị trí và địa hình của sông. Oxy không tham gia phản ứng với nƣớc, tuy nhiên
oxy có thể tham gia vào các quá trình sau:
Ôxy hóa các chất hữu cơ bằng các vi sinh vật:
Vi sinh vật
(CH2O) + O2

CO2 + H2O

Ôxy hóa các hợp chất ni tơ bằng các vi sinh vật, ví dụ:
NH4+ + 2O2

2H+ + NO3- + H2O

Vi sinh vật

Ôxy hóa các chất hóa học khác, ví dụ:
4Fe+2 + O2 + 10H2O
2SO3-2 + O2

4Fe(OH)3(r) + 8H+
2SO4-2

Nhƣ vậy, việc tham gia các phản ứng hóa học khử các chất ô nhiễm hữu cơ
của lƣợng ôxy thƣờng xuyên có trong nƣớc sông đóng vai trò quan trọng trong quá
trình cân bằng hệ sinh thái nƣớc, đặc biệt trong quá trình TLS chất ô nhiễm trong
nƣớc sông.
Ngoài ra, nƣớc sông tự nhiên tồn tại nhiều chất có khả năng tham gia tạo phức
nhƣ sự dƣ thừa

l trong nƣớc dẫn tới sự hình thành một số phức chất của

hợp chất nhƣ Na5P3O10, EDT , NT

l, các

có trong nƣớc thải thải vào hệ thống nƣớc có

khả năng tạo phức với các ion kim loại nhƣ: Mg +2, Ca+2, Mn+2, Fe+2, Fe+3, Zn+2,
Co+2, Ni+2… ác phức kim loại có ảnh hƣởng lớn tới thế ôxy hóa khử, cân bằng hòa
tan, cân bằng sinh học trong nƣớc. Bên cạnh đó, trong nƣớc còn có mặt tất cả các
chất khí có trong khí quyển do kết quả của các quá trình khuếch tán, hòa tan và đối
lƣu.

ộ hòa tan của các chất khí phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ, áp suất môi trƣờng,

nồng độ muối, chiều sâu của lớp nƣớc và mức độ ô nhiễm. Trong số các chất khí thì
khí ôxy và O2 có ý nghĩa lớn nhất cho quá trình hô hấp và quang hợp của các loại
sinh vật sống dƣới nƣớc.
1.3.1.2. Các quá trình thủy động lực học trong sông
Do sông là dòng chảy liên tục nên trong sông luôn diễn ra các quá trình thủy
động lực học nhƣ truyền tải, khuếch tán và phân tán các chất trong sông, hay quá

14


trình xáo trộn, pha loãng giữa dòng nƣớc thải với nƣớc sông và đóng một vai trò
quan trọng trong quá trình phân hủy, đồng hóa các hợp chất ô nhiễm nhằm đảm bảo
duy trì hệ sinh thái nƣớc sông luôn ổn định. Một số các quá trình tiêu biểu nhƣ:
-

Quá trình truyền tải (advection): là chuyển động học dọc theo phƣơng dòng
chảy hay chuyển động tịnh tiến: là sự vận chuyển vật chất dạng hòa tan hay
dạng hạt mịn do sự di chuyển của khối lƣu chất với vận tốc bằng vận tốc dòng
chảy;

-

Quá trình khếch tán (diffusion): là quá trình lan tỏa không phải truyền tải, do
sự di chuyển chất hòa tan nhằm phản ứng lại sự thay đổi nồng độ. iều này có
thể diễn ra ở mức độ phân tử do sự chuyển động Brow gây nên do những
chuyển động ngẫu nhiên của phân từ hòa tan, hoặc ở mức độ vĩ mô do các
xoay rối, và sự dịch chuyển vận tốc

-

Quá trình phân tán (dispersion): huyển động ngẫu nhiên gây ra do các đƣờng
dòng chảy khác nhau hay do các vận tốc khác nhau trong trƣờng.

Hình 1.1. Sơ đồ mô phỏng các quá trình nhiệt động lực học trong nƣớc sông

15


Có nhiều mô hình đƣợc xây dựng và sử dụng nhằm mô phỏng các quá trình
nhiệt động lực học trong sông, và đã có nhiều công trình nghiên cứu trong và ngoài
nƣớc xem xét những ứng dụng này [10,18,43]. Các kết quả chạy kiểm nghiệm hay
ứng dụng trên một số thủy vực là khá khả quan, đều cho thấy các quá trình xáo trộn,
khuếch tán trong sông làm cho chất thải đƣợc pha loãng với nƣớc sông, sau một
khoảng thời gian và khoảng cách nhất định giữa điểm xả thải và khu vực hạ lƣu
dòng chảy nồng độ chất thải đƣợc giảm xuống đáng kể.
1.3.1.3. Vai trò hệ động thực vật thủy sinh trong sông
Sinh vật thủy sinh đóng một vai trò rất quan trọng trong quá trình vận động
của các con sông.

húng tồn tại trong sông, cùng tƣơng tác lẫn nhau, cùng tƣơng

tác với môi trƣờng nƣớc sông và cùng tạo nên trạng thái cân bằng của hệ sinh thái
sông. Bên cạnh đó, môi trƣờng nƣớc sông là nơi trú ngụ và tìm kiếm các chất cần
thiết cho sự tồn tại của mỗi một cơ thể sống, nơi đó diễn ra các quá trình trao đổi
chất cơ bản nhằm duy trì nhịp độ các hoạt động sống của cá thể. Và các mối tƣơng
tác đó đƣợc thể hiện qua các chuỗi thức ăn, lƣới thức ăn.
Trong môi trƣờng nƣớc, một số sinh vật có khả năng tự tổng hợp các chất từ
các thành phần khoáng chất.

ó là các sinh vật tự dƣỡng, chúng thu nhận những

năng lƣợng cần thiết từ môi trƣờng ngoài nhƣ năng lƣợng ánh sáng hoặc năng lƣợng
hoá học để tổng hợp các chất cần thiết cho sinh trƣởng và phát triển và tạo nên năng
lƣợng dự trữ. Ngƣợc lại, các sinh vật dị dƣỡng không tự tổng hợp đƣợc các yếu tố
cần thiết cho sự phát triển của nó, chúng lấy các chất dinh dƣỡng có sẵn trong môi
trƣờng, qua quá trình oxy hoá tạo thành các hợp chất đơn giản hơn mà cơ thể có thể
sử dụng đƣợc.

ác quá trình đồng hóa và dị hóa diễn ra trong cơ thể sinh vật, sự

chuyển hóa các chất trong môi trƣờng tạo nên một chu trình khép kín, hay gọi là
vòng tuần hoàn vật chất. Trong môi trƣờng tồn tại rất nhiều các vòng tuần hoàn vật
chất và chúng đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo trạng thái cân bằng vật
chất trong môi trƣờng. Ngoài ra, có nhiều loài thủy sinh vật sử dụng các chất hữu
cơ, vô cơ tồn tại trong nƣớc để tạo ra sinh khối sinh học và khi thủy sinh vật đƣa
các chất này từ môi trƣờng nƣớc vào trong cơ thể của chúng cũng đồng nghĩa với

16


việc làm giảm bớt các chất gây ô nhiễm hay chính cơ thể thủy sinh vật đã tự đồng
hóa các chất ô nhiễm này làm cho nƣớc sạch hơn, thƣờng các loài có khả năng ăn
các chất ô nhiễm sống đƣợc ở môi trƣờng nƣớc bị nhiễm bẩn là cao.
Nhƣ vậy, khả năng tự làm sạch của nguồn nƣớc dựa vào hệ sinh thái thủy
sinh là một quá trình khá phức tạp, có sự giao thoa giữa hai quá trình trong sông với
hệ sinh thái thủy sinh tồn tại trong nó. Khảo sát sự phân bố đa dạng sinh học trên
lƣu vực sông Nhuệ cho thấy thủy sinh vật trên lƣu vực là khá đa dạng, có nhiều loài
có khả năng thích nghi trong môi trƣờng nƣớc bị nhiễm bẩn và đặc biệt góp phần
tham gia vào quá trình trao đổi chất trong sông.
Việc sử dụng hiệu quả thực vật thủy sinh trong việc giảm thiểu mức độ ô

nhiễm nguồn nƣớc là một minh chứng điển hình thể hiện vai trò của sinh vật thủy
sinh trong quá trình tự làm sạch của sông. Hiệu quả xứ lý ô nhiễm của một số loài
thực vật thủy sinh và tảo đã đƣợc kiểm chứng trong các nghiên cứu thí nghiệm hay
áp dụng thực tiễn cũng đã chỉ ra đƣợc tiềm năng của chúng trong xử lý nguồn nƣớc
bị ô nhiễm. Các nghiên cứu cũng mô phỏng đƣợc quá trình vận chuyển ôxi từ không
khí vào trong nƣớc nhờ bộ rễ, cho phép hình thành nhóm sinh vật hiếu khí quanh bộ
rễ của thực vật thủy sinh và các vi sinh vật hiếu khí đó là rất thích hợp cho việc
phân giải sinh học các hợp chất hữu cơ phức tạp thành các chất đơn giản và sản
phẩm của quá trình này sẽ đƣợc thực vật sử dụng cho quá trình sinh trƣởng và phát
triển. Hơn thế, sự kết hợp giữa thực vật thủy sinh và các vi sinh vật có thể đạt hiệu
quả xử lý cao hơn khi chúng hoạt động riêng lẻ.
Một yếu tố quan trọng khác trong việc đánh giá khả năng tự làm sạch của
môi trƣờng nƣớc là vai trò của tảo và vi sinh vật. Vi tảo là những cơ thể tự dƣỡng có
kích thƣớc hiển vi nhƣng trong một thời gian ngắn có thể tạo ra một sinh khối lớn,
giàu hoạt chất sinh học hoặc có khả năng cố định nitơ khí quyển. Trong nƣớc, vi tảo
là sinh vật đầu tiên tạo ra năng suất sơ cấp, đồng thời tham gia vào quá trình làm
sạch nƣớc, do đó việc sử dụng vi tảo để làm sạch nƣớc đã đƣợc nhiều ngƣời chú ý.
Lê Xuân Tuấn và cộng sự, 2008 nghiên cứu khả năng làm giảm hàm lƣợng nitơ và
phôtpho trong môi trƣờng nƣớc của hai loài vi tảo (Platymonas sp và

17


Nanochloropsis oculata) trong điều kiện phòng thí nghiệm cho thấy cả 2 loài tảo
đều có khả năng làm sạch nƣớc tốt. Tảo Platymonas sp làm giảm hàm lƣợng PO43đến 82,01 ; NO3- đạt 33,78

đến

75,78 . Tảo Nanochloropsis oculata làm giảm hàm lƣợng PO43- đạt 30

đến

đạt 27,42

đến 76,42 ; NH4+ đạt 29

52,08%; NH4+ đạt 37
H2S

đến 78,67 ; NO3- đạt 42,16

đến 61,26%.

CO2
CH4

O2

O2
Chất ô
nhiễm

Chất lơ
lửng

DO
CH4
Sinh vật

SO42-

CO2
Lắng
đọng

-

NO3

Kết tủa
tạo
phức

Hình 1.2. Sơ đồ mô phỏng chuyển hoá chất ô nhiễm trong môi trƣờng nƣớc

1.3.2. Cơ sở phƣơng pháp đánh giá ngƣỡng chịu tải
Hệ sinh thái sông là tổng hợp các quá trình sinh – lý – hóa học phức tạp,
chúng đồng thời diễn ra trong môi trƣờng nƣớc sông, cùng tƣơng tác lẫn nhau nhằm
duy trì trạng thái cân bằng của hệ sinh thái sông đó. Tuy nhiên, các quá trình này
luôn có xu thế thay đổi theo không gian (địa hình, địa chất, dòng chảy…) và thời
gian và chính vì thế trạng thái cân bằng là không bền vững. Nhƣ vậy, hệ sinh thái
sông là rất nhạy cảm, rất dễ thay đổi khi có một yếu tố nào đó trong nó thay đổi hay
bị tác động bởi một yếu tố lạ từ môi trƣờng bên ngoài vào. Tuy nhiên, hệ sinh thái
sông có khả năng tự điều chỉnh để trở về trạng thái cân bằng ban đầu hoặc thiết lập
một trạng thái cân bằng mới để thích nghi với sự thay đổi đó. Nhƣng khả năng này

18


là giới hạn, khi sự thay đổi hay tác động là lớn, vƣợt quá giới hạn chịu đựng thì

trạng thái cân bằng của hệ sinh thái sông sẽ bị phá vỡ.
ể lấy lại trạng thái cân bằng ban đầu, theo thời gian, qua nhiều biến đổi lý
học, hóa học và sinh học xảy ra trong nguồn nƣớc, các chất ô nhiễm do nƣớc thải
mang vào đƣợc giảm dần. Hay còn gọi là khả năng tự làm sạch (TLS) của nguồn
nƣớc sông. Nhƣ vậy, khả năng TLS của sông là khả năng loại bỏ, giảm thiểu các
chất ô nhiễm thông qua các quá trình biến đổi vật lý, hóa học, sinh học xảy ra trong
dòng lòng sông và là cơ sở đánh giá năng lực môi trƣờng (GESAMP, 1986) hay sức
tải của môi trƣờng nƣớc (Luật BVMT, 2005). Khả năng TLS các chất ô nhiễm của
sông phụ thuộc vào nhiều yếu tố bao gồm đặc điểm, hình thái của dòng sông; chế
độ thủy văn, đặc điểm khí hậu trong lƣu vực (diện tích bề mặt, độ nông sâu, cacbon
lớp trầm tích, vận tốc dòng chảy, nhiệt độ, độ pH, độ mặn, hàm lƣợng các chất lơ
lửng, thành phần hóa sinh trong sông…).
Nhƣ vậy, với mỗi dòng sông khác nhau sẽ đƣợc đặc trƣng bởi khả năng TLS,
sức chịu tải khác nhau và tƣơng ứng một lƣợng chất ô nhiễm tối đa nƣớc sông có
thể tiếp nhận mà vẫn đáp ứng đƣợc các yêu cầu về chất lƣợng môi trƣờng nƣớc
sông đó, hay còn gọi là ngƣỡng chịu tải của môi trƣờng nƣớc sông.
Dựa vào phƣơng pháp luận xác định ngƣỡng chịu tải của môi trƣờng nƣớc
sông, Bộ tài nguyên và môi trƣờng (BTN&MT) đã bƣớc đầu xây dựng phƣơng pháp
đánh giá ngƣỡng chịu tải môi trƣờng nƣớc sông thông qua tính toán khả năng tiếp
nhận chất thải của nguồn nƣớc bằng áp dụng phƣơng pháp bảo toàn khối lƣợng
thông qua ban hành thông tƣ số 02/2009/TT-BTNMT ngày 19/03/2009, quy định
đánh giá khả năng tiếp nhận nƣớc thải của các thủy vực. Phƣơng pháp đƣợc mô
phỏng dựa trên phƣơng trình sau:
Khả năng tiếp nhận
của nguồn nƣớc đối
với chất ô nhiễm

Tải lƣợng ô nhiễm
tối đa của chất ô
nhiễm

–

Phƣơng trình (2.1) có thể đƣợc viết lại nhƣ sau:

19

Tải lƣợng ô nhiễm sẵn
có trong nguồn nƣớc
của chất ô nhiễm

(1.1)


Ec = ( Cmax - Co ) x ( V + v )

(1.2)

Trong đó: Ec – là khả năng tiếp nhận của môi trƣờng nƣớc sông đối với chất
ô nhiễm;
V – là thể tích nƣớc của thủy vực (khúc sông)
Co – là nồng độ chất ô nhiễm tại thời điểm ban đầu;
Cmax – tải lƣợng tối đa theo tiêu chuẩn, quy chuẩn Việt Nam đối với
mục đích sử dụng nƣớc của thủy vực (khúc sông).
d =

v
- là tỉ lệ giữa lƣợng thể tích nƣớc trao đổi với các thủy vực
V

khác (v) và thể tích nƣớc của lƣu vực đang nghiên cứu (V).
Thể tích nƣớc trao đổi (v) là lƣợng nƣớc chảy vào (dòng vào - DV) khúc
sông đang nghiên cứu trong khoảng thời gian tính toán lƣợng chất ô nhiễm – năng
lực môi trƣờng (thƣờng là một ngày đêm). Quy chuẩn của Việt Nam tƣơng ứng với
mục đích sử dụng nƣớc từ thủy vực đang nghiên cứu. Khi nghiên cứu tính toán tải
lƣợng chất ô nhiễm đối với dòng sông, do mục đích sử dụng nƣớc đối với từng đoạn
sông có thể khác nhau nên nồng độ tối đa

max

cũng khác nhau.

Hay có thể biểu diễn dƣới dạng phƣơng trình tƣơng đƣơng nhƣ sau:
Ec = ( Cmax - Co ) x ( V + v )

(1.3)

Ta có thể thấy rằng, năng lực môi trƣờng của khúc sông đang nghiên cứu
bằng tích của phần chênh lệch giữa nồng độ tối đa

max

và nồng độ ban đầu

o

của

chất ô nhiễm và tổng thể tích nƣớc lƣu vực và thể tích nƣớc bổ sung từ thƣợng lƣu
đổ về trong một đơn vị thời gian nghiên cứu.

ó chính là lƣợng chất ô nhiễm đƣợc

bổ sung thêm vào để nồng độ ô nhiễm tăng từ giá trị ban đầu (

o)

đến giá trị tối đa

(Cmax) có thể chấp nhận đƣợc theo quy chuẩn môi trƣờng Việt Nam. Nhƣ vậy, năng
lực môi trƣờng cao khi độ chênh lệch nồng độ và thể tích thủy vực càng lớn và
ngƣợc lại.
Từ đó xây dựng phƣơng trình tính toán nhƣ sau:

20