Đánh giá khả năng phát thải khí nhà kính và ứng dụng mô hình hồi quy xây dựng phương trình dự báo lượng phát thải khí co2 và ch4 trên hồ thủy điện sông bung 4 huyện nam giang

TR

Đ I H CăĐÀăN NG
NGăĐ I H C BÁCH KHOA
---------------------------------------

TR N TH THANH TRANG

ĐÁNHăGIÁăKH NĔNGăPHÁTăTH I KHÍ
NHÀ KÍNH VÀ ỨNG D NG MƠ HÌNH H I QUY
XÂY D NGăPH
NGăTRỊNHăD BÁOăL
NG
PHÁT TH I KHÍ CO2 VÀ CH4 TRÊN H TH Y
ĐI N SÔNG BUNG 4, HUY N NAM GIANG

LU NăVĔNăTH C S
K THU TăMỌIăTR
NG

ĐƠăN ng - 2019


TR

Đ I H CăĐÀăN NG
NGăĐ I H C BÁCH KHOA
---------------------------------------

TR N TH THANH TRANG

ĐÁNHăGIÁăKH NĔNGăPHÁTăTH I KHÍ
NHÀ KÍNH VÀ ỨNG D NG MƠ HÌNH H I QUY
XÂY D NGăPH
NGăTRỊNHăD BÁOăL
NG
PHÁT TH I KHÍ CO2 VÀ CH4 TRÊN H TH Y
ĐI N SÔNG BUNG 4, HUY N NAM GIANG
Chuyên ngành : K thu t môiătr
Mã s
: 60.52.03.20

ng

LU NăVĔNăTH C S
NG

ĐƠăN ng - 2019

I H NG D N KHOA H C:
TS.ăLÊăPH
CăC
NG


L IăCAMăĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu khoa h c đ c l p của riêng tôi
d i sự h ng d n của GVHD TS. Lê Ph c C ng. Các thơng tin trích d n trong
lu n văn đều đư đ ợc ch rõ nguồn gốc. Các số liệu sử dụng, k t qu nghiên cứu nêu
trong lu n văn do tơi tự tìm hiểu, phân tích m t cách trung thực, khách quan, phù hợp
v i thực tiễn đ a bàn nghiên cứu và ch a từng đ ợc ai công bố trong b t kỳ cơng trình

nào khác.
Học viên

Tr n Th Thanh Trang


M CL C

M̉ Đ U .............................................................................................................. 1
1. T́nh c p thi t của đề tài ......................................................................................1
2. Mục tiêu nghiên cứu ...........................................................................................1
3. N i dung nghiên cứu...........................................................................................2
4. Ý nghĩa của đề tài ...............................................................................................2

CH

NGă1. T̉NG QUAN ............................................................................... 4

1.1.ăC ăs̉ khoa ḥc ........................................................................................................4
1.1.1. Cơ s̉ ĺ lu n .................................................................................................4
1.1.2. Cơ s̉ thực tiễn ..............................................................................................9
1.2. L ch s̉ nghiên ću kh̉ nĕngă ph́t th̉i kh́ nhƠ ḱnh t̀ h̀ Th̉yă địn trên
Th́ gíi vƠ Vịt Nam .....................................................................................................9
1.2.1. L ch sử nghiên cứu kh năng ph́t th i kh́ nhà ḱnh từ hồ Thủy điện trên
Th gi i ............................................................................................................................9
1.2.2. L ch sử nghiên cứu kh năng ph́t th i kh́ nhà ḱnh từ hồ Thủy điện ̉ Việt
Nam ...............................................................................................................................11
1.3. Q trình hình thành khí nhà kính t̀ m tăl uăv c t nhiên ...........................11
1.3.1. Chu trình Cacbon trong m t l u vực tự nhiên ............................................11
1.3.2. Chu trình Cacbon trong m t hệ sinh thái thủy sinh ....................................12

1.4. Nh ng ýu t ̉nhăh ̉ng t́i kh̉ nĕngăph́tăth̉i khí nhà kính t̀ h̀ th̉yăđịn
.......................................................................................................................................15
1.4.1. Q trình cacbon hữu cơ vào hồ chứa ........................................................15
1.4.2. Ćc điều kiện d n đ n s n sinh các loại khí nhà kính ................................15
1.4.3. Quy trình nh h ̉ng đ n sự phân bố của khí nhà kính trong các hồ chứa 15

CH

NGă2. Đ IăT

NGăVÀăPH

NGăPHÁPăNGHIÊNăCỨU ............. 16

2.1.ăĐặcăđiểm khu v c nghiên ću .............................................................................16
2.1.1. Đặc điểm hồ chứa thủy điện sông Bung 4 ..................................................16
2.1.2. Điều kiện đ a hình .......................................................................................17
2.1.3. Điều kiện đ a ch t .......................................................................................17
2.1.4. Điều kiện khí h u, thủy văn ........................................................................19
2.1.5. Tài nguyên sinh v t và đa dạng sinh h c thủy sinh trên hệ thống sông Vu
Gia .................................................................................................................................20
2.1.6. Hiện trạng môi tr ng hồ thủy điện Sông Bung 4 .....................................21
2.2. Cách típ c n và gỉi quýt v năđ nghiên ću ..................................................23
2.3.ăĐ aăđiểm và th i gian nghiên ću .......................................................................24
2.3.1. Đ a điểm nghiên cứu ...................................................................................24
2.3.2. Th i gian nghiên cứu ..................................................................................25


2.4.ăĐ iăt ng và ph m vi nghiên ću .......................................................................25
2.4.1. Đối t ợng nghiên cứu .................................................................................25

2.4.2. Phạm vi nghiên cứu ....................................................................................26
2.5.ăPh ngăph́pănghiênăću .....................................................................................26
2.5.1. Ph ơng ph́p k thừa ..................................................................................26
2.5.2. Ph ơng ph́p tổng hợp và phân tích số liệu ................................................26
2.5.3. Ph ơng ph́p mơ hình hồi quy ....................................................................26
2.5.4. Ph ơng ph́p l y m u, b o qu n m u và ph ơng ph́p x́c đ nh ...............28
2.6. Th i gian l y m u .................................................................................................31

CH

NGă3.ăK T QU NGHIÊN CỨU VÀ TH O LU N ........................ 32

3.1.ăX́căđ nhăl ng khí CO2 và CH4 phát th̉i trên mặt h̀ ....................................32
3.1.1. K t qu đo kh́ CO2 .....................................................................................32
3.1.2. K t qu đo kh́ CH4 .....................................................................................33
3.2. M t s các ýu t ̉nhă h ̉ngă đ́n s hình thành khí CO2 và CH4 trong h̀
Th̉yăđịn Sông Bung 4 ...............................................................................................34
3.2.1. Mối quan hệ giữa CO2, CH4 và nhiệt đ n c hồ ......................................34
3.2.2. Mối quan hệ giữa CO2, CH4 v i DO ..........................................................35
3.2.3. Mối quan hệ giữa CO2, CH4 v i COD........................................................36
3.2.4. Mối quan hệ giữa CO2, CH4 v i đ kiềm ...................................................37
3.2.5. Mối quan hệ giữa CO2, CH4 v i tổng Nitơ .................................................39
3.2.6. Mối quan hệ giữa CO2, CH4 v i PO - .....................................................40
3.2.7. Mối quan hệ giữa CO2, CH4 v i pH ...........................................................41
3.2.8. Mối quan hệ giữa CO2, CH4 v i TDS ........................................................42
3.2.9. Mối quan hệ giữa CO2, CH4 v i đ d n điện .............................................43
3.3. Xây d ngăph ngătrìnhăd b́oăl ng phát th̉i khí CO2 và CH4 trên h̀ th̉y
địn Sơng Bung 4 .........................................................................................................44
3.3.1. Ph ơng trình dự báo kh năng ph́t th i khí CO2 .......................................44
3.3.2. Ph ơng trình dự báo kh năng ph́t th i khí CH4 .......................................46

3.4. Kiểmăđ nhăph ngătrình ......................................................................................47
3.4.1. Kiểm đ nh ph ơng trình dự báo phát th i khí CO2.....................................47
3.4.2. Kiểm đ nh ph ơng trình dự báo phát th i khí CH4.....................................48
3.5. M t s bịn pháp gỉm thiểu phát th̉i khí nhà kính (CO2 và CH4) cho h̀
th̉yăđịn Sơng Bung 4 ................................................................................................49
3.5.1. Trồng và b o vệ rừng đầu nguồn (h p phụ CO2 và CH4) ...........................49
3.5.2. Qu n lý, sử dụng hợp ĺ tài nguyên đ t l u vực hồ chứa Thủy điện Sông
Bung 4............................................................................................................................50

K T LU N VÀ KI N NGH .......................................................................... 53
DANH M C TÀI LI U THAM KH O
PH L C
QUY TăĐ NHăGIAOăĐ TÀI (B N SAO)


ĐÁNHăGIÁăKH NĔNGăPHÁTăTH I KHÍ
NHÀ KÍNH VÀ ỨNG D NG MƠ HÌNH H I QUY XÂY D NGăPH
NGă
TRÌNH D BÁOăL
NG PHÁT TH I KHÍ CO2 VÀ CH4 TRÊN H TH Y
ĐI N SÔNG BUNG 4, HUY N NAM GIANG
H c viên: Trần Th Thanh Trang
Chuyên ngành: Kỹ thu t môi tr ng
Mã số: 60.52.03.20
Khóa: 34 Tr ng Đại h c Bách khoa - ĐHĐN
Tóm tắt ậ Lu n văn trình bày các k t qu nghiên cứu phân t́ch l ợng phát th i
khí CO2, CH4 trên hồ thủy điện Sơng Bung 4, Nam Giang, Qu ng Nam và áp
dụng mô hình hồi quy & phần mềm Eview để xây dựng ph ơng trình dự báo
l ợng phát th i kh́ nhà ḱnh. L ợng phát th i CO2 và CH4 ứng v i diện tích
15,65 km2 lần l ợt nằm trong kho ng 164,17 ậ 286,55 t n/ngày và 3,60 ậ 5,95

t n/ngày ứng v i công su t ph́t điện 240 MW. K t qu xây dựng ph ơng trình
dự b́o l ợng phát th i có đ tin c y cao trong sự thể hiện mối liên hệ giữa các
ch tiêu của n c hồ thủy điện (nhiệt đ , DO, pH, COD, tổng N, tổng P, TDS, đ
kiềm, đ d n điện) v i sự phát th i khí CO2 (R2 = 0,95) và CH4 (R2 = 0,994).
Trên cơ s̉ k t qu nghiên cứu phân tích mối t ơng quan giữa CO2 và CH4 v i
ćc thơng số ch t l ợng n c, có thể đề xu t m t số biện pháp gi m thiểu khí nhà
kính từ hồ thuỷ điện Sơng Bung 4.
T̀ăkhóaăậ phân tích; khí nhà kính; hồ thủy điện; ph́t th i; Sông Bung 4
GREEN HOUSE GAS EMISSIONS ASSESSMENT AND APPLYING
REGRESSION MODEL IN ORDER TO BUILD THE EQUATION OF CO2
AND CH4 EMISSIONS ANALYSIS ON SONG BUNG 4 HYDROPOWER
RESEVOIR, NAM GIANG DISTRICT
Student: Trần Th Thanh Trang
Specialized: Enviromental engineer
Mã số: 60.52.03.20 Science: 34 Polytechnic University ậ ĐN University
Abstract ậ The project presents the study results of CO2 and CH4 emissions
analysis and applied the Eview software & regression model in order to build the
equation of greenhouse gas emission estimation on Song Bung 4 hydropower
resevoir, Nam Giang, Quang Nam. The CO2 and CH4 emissions in the area of
15.65 km2 are in the range of 164.17-286.55 tons/day and 3.60-5.95 tons/day,
respectively, with a capacity of 240 MW. The result of constructing with the
high-confidence estimation equation for the relationship between water
parameters (temperature, DO, pH, COD, total N, total P, TDS, alkalinity,
conductivity) with CO2 emissions (R2 = 0.95) and CH4 (R2 = 0.994). Based on the
results of the study on the correlation between CO2 and CH4 with water quality
parameters, some measures to mitigate greenhouse gas from Song Bung 4
hydropower reservoir may be proposed.
Key words ậ analysis; greenhouse gas; hydropower reservoir; emission; Song
Bung 4

DANHăM CăB NG
S hịu b̉ng
2.1.
2.2.
2.3.
2.4.
2.5.
2.6.
2.7.
2.8.
2.9.
2.10.
2.11.
2.12.
3.1.
3.2.
3.3.
3.4.
3.5.
3.6.
3.7.
3.8.
3.9.
3.10.
3.11.
3.12.
3.13.
3.14.
3.15.

3.16.
3.17.

Tên b̉ng
L ợng m a trung bình th́ng và l ợng m a trung bình năm
(mm) đo tại v tŕ đ p Sông Bung 4 (từ năm 2000 - 2005)
Mực n c đo đ ợc tại trạm Sơng Bung 4 (m a.s.l)
Dịng ch y trung bình năm tại đ p Sông Bung 4
Ch t l ợng khơng khí tại khu vực hồ thủy điện Sơng Bung 4
Ch t l ợng khơng khí tại khu vực hồ thủy điện Sơng Bung 4
[1]
V trí l y m u quan trắc ch t l ợng n c mặt
K t qu đo đạc, phân tích các m u n c mặt
Điều kiện l y m u quan trắc
Đ́nh gí mối liên hệ từ hệ số x́c đ nh [31]
Dữ liệu đầu vào mơ hình
Các thơng số n c mặt và ph ơng ph́p x́c đ nh
Th i gian l y m u
K t qu đo l ợng khí CO2 trên mặt hồ
K t qu đo l ợng khí CH4 trên mặt hồ
Mối quan hệ giữa CO2, CH4 v i nhiệt đ
Mối quan hệ giữa CO2, CH4 v i DO
Mối quan hệ giữa CO2, CH4 v i COD
Mối quan hệ giữa CO2, CH4 v i đ kiềm
Mối quan hệ giữa CO2, CH4 v i tổng Nitơ
Mối quan hệ giữa CO2, CH4 v i PO Mối quan hệ giữa CO2, CH4 v i pH
Mối quan hệ giữa CO2, CH4 v i TDS
Mối quan hệ giữa CO2, CH4 v i đ d n điện
Mối t ơng quan giữa CO2 v i m t số ch tiêu trong n c
Hệ số x́c đ nh giữa CO2 v i m t số ch tiêu trong n c

Mối t ơng quan giữa CH4 v i m t số ch tiêu trong n c
Hệ số x́c đ nh giữa CH4 v i m t số ch tiêu trong n c
Tỷ lệ ph́t th i kh́ CO2 từ hồ thủy điện Sông Bung 4
Tỷ lệ ph́t th i kh́ CH4 từ hồ thủy điện Sông Bung 4

Trang
19
20
20
22
22
22
23
25
27
27
28
31
32
33
34
35
36
37
39
40
41
42
43
44

45
46
47
47
48


DANHăM CăHỊNH V
S hịu
hình v
1.1.
1.2.
1.3.
1.4.
1.5.
1.6.
1.7.
2.1.
2.2.
2.3.
2.4.
2.5.
2.6.
2.7.
2.8.
2.9.
2.10.
3.1.
3.2.
3.3a.

3.3b.
3.4a.
3.4b.
3.5a.
3.5b.
3.6a.
3.6b.
3.7a.
3.7b.
3.8a.
3.8b.

Tên hình v

Trang

Phân loại ćc v̀ng kh́ h u trên th gi i
Nguyên nhân gây ra hiệu ứng nhà ḱnh
Kh́ CO2 trong kh́ quyển tăng trong ćc năm
Kh́ CH4 trong kh́ quyển tăng trong ćc năm
Sơ đồ l ch sử nghiên cứu về khí nhà kính và kh năng
phát th i khí nhà kính từ hồ thủy điện
Chu trình khí nhà kính từ m t l u vực tự nhiên
Chu trình cacbon trong hệ sinh thái thủy sinh
V trí cơng trình thủy điện sơng Bung 4
Sơ đồ v trí hồ thủy điện sơng Bung 4
B n đồ đ t của l u vực sông Bung
Các trạm kh́ t ợng ậ thủy văn tại l u vực sông Vu Gia ậ
Thu Bồn
Sơ đồ ćc b c thực hiện

V trí l y m u để nghiên cứu
Khu vực hồ chứa (R1, R2, R3)
Sơ đồ nguyên lý l y m u khí CO2
Thi t k h p l y m u quan trắc khí CO2
Hình nh l y m u n c và khí trên hồ thủy điện Sơng
Bung 4
Đồ th l ợng khí CO2 sinh ra trên mặt hồ
Đồ th l ợng khí CH4 sinh ra trên mặt hồ
Mối t ơng quan giữa CO2 và nhiệt đ của n c
Mối t ơng quan giữa CH4 và nhiệt đ của n c
Mối t ơng quan giữa CO2 và DO
Mối t ơng quan giữa CH4 và DO
Mối t ơng quan giữa CO2 và COD
Mối t ơng quan giữa CH4 và COD
Mối t ơng quan giữa CO2 và đ kiềm
Mối t ơng quan giữa CH4 và đ kiềm
Mối t ơng quan giữa CO2 và tổng Nitơ
Mối t ơng quan giữa CH4 và Tổng Nitơ
Mối t ơng quan giữa CO2 và PO Mối t ơng quan giữa CH4 và PO -

4
5
6
6
10
12
13
16
17
18

19
24
24
26
28
29
31
32
33
35
35
36
36
37
37
38
38
39
39
40
40


S hịu
hình v
3.9a.
3.9b.
3.10a.
3.10b.
3.11a.

3.11b.
3.12.
3.13.
3.14.
3.15.

Tên hình v
Mối t ơng quan giữa CO2 và pH
Mối t ơng quan giữa CH4 và pH
Mối t ơng quan giữa CO2 và TDS
Mối t ơng quan giữa CH4 và TDS
Mối t ơng quan giữa CO2 và đ d n điện
Mối t ơng quan giữa CH4 và đ d n điện
K t qu chạy phần mềm Eview đối v i kh́ CO2
K t qu chạy phần mềm Eview đối v i kh́ CH4
Biểu đồ thể hiện giá tr CO2 thực nghiệm và dự b́o
Biểu đồ thể hiện giá tr CH4 thực nghiệm và dự b́o

Trang
41
41
42
42
43
43
45
46
48
49

1

M̉ Đ U

1. T́nh c p thít c̉a đ tƠi
Trong l ch sử đ a ch t tŕi đ t, bi n đổi khí h u đư x y ra nhiều lần v i những
th i kỳ lạnh và nóng kéo dài hàng vạn năm ậ còn đ ợc bi t đ n nh th i kỳ băng hà và
th i kỳ gian bang [7]. Trong các nguyên nhân gây ra hiện t ợng bi n đổi khí h u thì
ngun nhân chính có mức đ nh h ̉ng l n là do t́c đ ng của con ng i, mà biểu
hiện rõ nh t là sự nóng lên của bầu khí quyển hay hiệu ứng nhà kính do việc phát th i
khí nhà kính. Trong đó Việt Nam đư và đang ph i đ ơng đầu v i những biểu hiện
ngày càng gia tăng của hiện t ợng hiệu ứng nhà kính này. Hiệu ứng nhà ḱnh đ ợc
khám phá b̉i nhà khoa h c Joseph Fourier vào năm 1824, th́ nghiệm đầu tiên có thể
tin c y đ ợc là b̉i nhà khoa h c John Tyndall vào năm 1858 và b n b́o ćo đ nh
l ợng kỹ càng đ ợc thực hiện b̉i nhà khoa h c Svante Arrhenius vào năm 1986 [9].
Nguồn năng l ợng đ ợc tạo ra từ đốt nhiên liệu hóa thạch cung c p điện cho toàn
cầu kho ng 68% vào năm 2007, và là nguyên nhân chính th i ra khí th i nhà kính t i
bầu khí quyển ( c tính 40% [14]). So v i ngun liệu hóa thạch thì năng l ợng thủy
điện đ ợc xem nh nguồn năng l ợng tái tạo v i u điểm là ít khí th i nhà kính [15].
Tuy nhiên những nghiên cứu gần đây cho th y, những hồ thủy điện có kh năng s n
sinh khí Cacbon vào khí quyển, đặc biệt trong 20 năm đầu t́ch n c [16]. Điều này
chủ y u do l ợng sinh khối ng p lụt, l ợng hữu cơ trong đ t b xói mịn đ t liên tục đổ
vào hồ chứa tăng v ợt quá mức do quá trình xây dựng hồ tạo nên. Th i gian l u n c
trong hồ cao, k t hợp v i l ợng ch t dinh d ỡng cao, thu n lợi cho sự phân hủy hữu
cơ tạo khí CO2 và CH4 [17].
Nhà máy thủy điện Sơng Bung 4 là cơng trình thủy điện xây dựng trên dịng sơng
Bung tại v̀ng đ t xư Zuôih và xư Tà Pơơ, huyện Nam Giang, t nh Qu ng Nam. Cơng
trình Nhà máy Thủy điện Sơng Bung 4 gồm 2 tổ máy có tổng cơng su t 156 MW và
kh́nh thành vào năm 2015 [32]. Đ n nay, Nhà máy thủy điện thủy điện Sông Bung 4

đư đi vào hoạt đ ng đ ợc hơn ba năm, việc đ́nh gí kh năng ph́t th i khí nhà kính
và đ a ra ćc biện pháp gi m thiểu là r t cần thi t và là cơ s̉ để ứng dụng nghiên cứu
này cho đ nh h ng tính tốn phát th i khí nhà kính cho các Dự án Thủy điện lân c n
khác.
Nh n thức rõ tầm quan tr ng và tính c p thi t của v n đề trên, tôi thực hiện đề
tài: “Đánh giá kh năng phát th i khí nhà kính và ứng dụng mơ hình hồi quy xây
dựng phương trình dự báo lượng phát th i khí CO2 và CH4 trên hồ thủy điện sông
bung 4, huyện nam giang”.
2. M c tiêu nghiên ću
2.1. Mục tiêu tổng quát
Kiểm kê đ ợc l ợng khí nhà kính phát sinh từ hồ Thủy điện Sơng Bung 4, góp


2

phần gi m thiểu kh năng ph́t th i khí nhà kính (CO2 và CH4) từ hồ thủy điện Sơng
Bung 4 vào q trình bi n đổi khí h u.
2.2. Mục tiêu cụ thể
2.2.1. Xác định được mối quan hệ giữa khí CO2, CH4 với các chỉ tiêu của nước
mặt hồ Thủy điện Sông Bung 4
- Kh o sát đ ợc khu vực nghiên cứu;
- Đ́nh gí đ ợc ch t l ợng n c mặt hồ Thủy điện Sông Bung 4 trong th i gian
nghiên cứu;
- X́c đ nh đ ợc l ợng khí CO2 và CH4 đo từ mặt hồ Thủy điện Sông Bung 4
trong th i gian nghiên cứu;
- Đ́nh gí đ ợc các y u tố nh h ̉ng t i kh năng ph́t th i khí CO2 và CH4 từ
hồ Thủy điện Sơng Bung 4.
2.2.2. Sử dụng mơ hình hồi quy và phần mềm Eview lập phương trình dự báo
lượng phát thải khí CO2 và CH4 trên hồ Thủy điện Sông Bung 4
- L p ph ơng trình dự báo kh năng ph́t th i khí CO2 cho hồ thủy điện Sơng

Bung 4;
- L p ph ơng trình dự báo kh năng ph́t th i khí CH4 cho hồ thủy điện Sơng
Bung 4;
- Đề xu t đ ợc m t số biện pháp nhằm mục đ́ch gi m thiểu phát th i khí nhà
kính CO2 và CH4 cho hồ thủy điện Sông Bung 4.
3. N i dung nghiên ću
- Đặc điểm khu vực nghiên cứu;
- X́c đ nh l ợng khí CO2 và CH4 đo đ ợc từ mặt hồ Thủy điện Sông Bung 4
trong th i gian nghiên cứu;
- M t số y u tố nh h ̉ng t i kh năng ph́t th i kh́ CO2 và CH4 từ hồ Thủy
điện Sông Bung 4;
- Xây dựng ph ơng trình dự b́o kh năng ph́t th i kh́ CO2 và CH4 từ hồ Thủy
điện Sông Bung 4;
- M t số biện ph́p gi m thiểu ph́t th i kh́ nhà ḱnh CO2 và CH4 cho hồ thủy
điện Sông Bung 4.
4.ăụănghĩaăc̉aăđ tƠi
4.1. Ý nghĩa khoa học
K t qu của đề tài là cơ s̉ khoa h c phục vụ cho cơng tác tính tốn dự báo phát
th i khí CO2 và CH4 từ hồ Thủy điện Sông Bung 4 cũng nh ćc hồ nằm trong khu
vực nhiệt đ i khác từ các thông số ch t l ợng n c cơ b n, từ đó đề ra m t số biện
pháp nhằm gi m thiểu phát th i khí CO2 và CH4 và đ nh h ng phát triển tại khu vực.
4.2. Ý nghĩa thực tiễn
Hiện tại, việc quan trắc ch t l ợng n c đ nh kỳ đ ợc thực hiện thu n lợi hơn
nhiều so v i quan trắc kh́ CO2 và CH4 sinh ra từ hồ thủy điện. Do v y k t qu đo ch t


3

l ợng n c đ nh kỳ thực hiện theo Lu t b o vệ Môi tr ng số 55/2014/QH13 năm
2014 tại ćc hồ thủy điện đ ợc sử dụng cùng v i các k t qu nghiên cứu của lu n văn

này để t́nh tón dự b́o l ợng kh́ CO2 và CH4 ph́t th i từ hồ chứa mà không cần ph i
trực ti p đo kh́ này ̉ hồ.
Lu n văn đư đề xu t ph ơng trình dự báo kh năng ph́t th i khí nhà CO2, CH4
cũng nh ćc gi i pháp b o vệ nguồn n c thủy điện Sông Bung 4 để làm cơ s̉ đ nh
h ng tính tốn phát th i khí CO2 và CH4 cho các hồ thủy điện khác.


4

CH
NGă1
T̉NG QUAN
1.1.ăC ăs̉ khoa ḥc
1.1.1. Cơ s̉ ĺ lụn
1.1.1.1. Ṃt số khái niệm
* Kh́ h u:
Kh́ h u là đ nh nghĩa phổ bi n về th i ti t trung bình trong kho ng th i gian dài.
Th i gian trung bình chủn để x́t là 30 năm, nh ng có thể t̀y theo mục đ́ch sử dụng.
Kh́ h u bao gồm ćc y u tố nhiệt đ , đ ̉m, l ợng m a, ́p su t kh́ quyển, ćc hiện
t ợng x y ra trong kh́ quyển và nhiều y u tố kh́ t ợng kh́c trong kho ng th i gian
dài ̉ m t v̀ng, miền x́c đ nh [33].

Hình 1.1. Phân lọi các v̀ng kh́ ḥu trên th́ gíi [33]
* Bínăđ̉i kh́ h u:
Bi n đổi kh́ h u là sự bi n đổi trạng th́i của hệ thống kh́ h u, có thể đ ợc nh n
bi t qua sự bi n đổi về trung bình và sự bi n đổi về ćc thu c t́nh của nó, đ ợc duy trì
trong m t kho ng th i gian đủ dài, điển hình là hàng th p kỷ hoặc dài hơn. Nói ćch
kh́c, n u coi trạng th́i cân bằng của hệ thống kh́ h u là điều kiện th i ti t trung bình
và những bi n đ ng của nó trong vài th p kỷ hoặc dài hơn, thì bi n đổi kh́ h u là sự
bi n đổi từ trạng th́i cân bằng này sang trạng th́i cân bằng kh́c của hệ thống kh́ h u

[14].
* Hịu ́ng nhƠ ḱnh:
Hiệu ứng nhà ḱnh, xu t ph́t từ effet de serre trong ti ng Ph́p, d̀ng để ch hiệu
ứng x y ra khi năng l ợng bức xạ của tia śng mặt tr i, xuyên qua ćc cửa sổ hoặc ḿi
nhà bằng ḱnh, đ ợc h p thụ và phân t́n tr̉ lại thành nhiệt l ợng cho bầu không gian
bên trong, d n đ n việc s ̉i m toàn b không gian bên trong chứ không ph i ch ̉


5

những ch̃ đ ợc chi u śng.
Ćc tia bức xạ sóng ngắn của mặt tr i xuyên qua bầu kh́ quyển đ n mặt đ t và
đ ợc ph n xạ lại thành ćc bức xạ nhiệt sóng dài. M t số phân tử trong bầu kh́ quyển,
trong đó tr c h t là đioxit cacbon và hơi n c, có thể h p thụ những bức xạ nhiệt này
và thơng qú đó giữ hơi m lại trong bầu kh́ quyển. Hàm l ợng của kh́ đioxit cacbon
vào kho ng 0,036 đư đủ để tăng nhiệt đ thêm kho ng 300C. N u khơng có hiệu ứng
nhà ḱnh tự nhiên này nhiệt đ Tŕi Đ t của ch́ng ta ch vào kho ng -150C [33].

Hình 1.2. Nguyên nhân gây ra hiệu ứng nh̀ ḱnh [14]
* Kh́ nhƠ ḱnh:
Kh́ nhà ḱnh là những kh́ có kh năng h p thụ ćc bức xạ sóng dài (hồng ngoại)
đ ợc ph n xạ từ bề mặt Tŕi Đ t khi đ ợc chi u śng bằng ́nh śng mặt tr i, sau đó
phân t́n nhiệt lại cho Tŕi Đ t, gây nên hiệu ứng nhà ḱnh. Ćc khí nhà ḱnh chủ y u
bao gồm: hơi n c, CO2, CH4, N2O, O3 và ćc kh́ CFC [33].
Bảng 1.1. T̉ lệ phần trăm các kh́ gây hiệu ́ng nh̀ ḱnh [33]
Kh́
Hơi n c
CO2
CH4
O3

Công th́c
H 2O
CO2
CH4
O3

T̉ ḷ đóng góp (%)
36 ậ 72
9 ậ 26
4ậ9
3ậ7

1.1.1.2. Dĩn bín kh́ CO2 v̀ CH4 trong kh́ quyển nhiều năm
a. Dĩn bín kh́ CO2 trong kh́ quyển nhiều năm
Nồng đ CO2 trong kh́ quyển ổn đ nh hợp ĺ (th ng là 278 ppm) tr c khi
cơng nghiệp hóa. Kể từ đầu th kỷ 20, nồng đ CO2 đư tăng kho ng 40%, lên đ n


6

390% (Hình 1.2). Tốc đ tăng tr ̉ng của carbon dioxide trong kh́ quyển ̉ mức trung
bình kho ng 1,68 ppm m̃i năm. Trong vòng 31 năm (1979 ậ 2010), trung bình
kho ng 1,43 ppm/năm tr c năm 1995 và 1,94 ppm m̃i năm sau đó. Carbon dioxide
sinh ra trong giai đoạn tiền công nghiệp đư làm tăng m t l ợng bức xạ 1,66 ± 0,17
W/m2. L ợng kh́ th i trong qú khứ của ćc loại nhiên liệu hóa thạch và s n xu t xi
măng đư đóng góp kho ng ba phần t của ćc bức xạ hiện tại, phần còn lại do những
thay đổi sử dụng đ t [15].

Hình 1.3. Kh́ CO2 trong kh́ quỷn tăng trong các năm [14]

b. Dĩn bín kh́ CH4 trong kh́ quyển nhiều năm
Giống nh CO2, nồng đ kh́ CH4 trong khí quyển ổn đ nh hợp ĺ tr c khi cơng
nghiệp hóa (th ng là 700 ppb). Kể từ khi cơng nghiệp hóa, nồng đ CH4 trong kh́
quyển đư tăng hơn 150% (~ 1790 ppm trong năm 2009) (Hình 1.3).

Hình 1.4. Kh́ CH4 trong kh́ quỷn tăng trong các năm [15]
Tỷ lệ gia tăng của kh́ CH4 gi m từ năm 1983 t i năm 1999, đạt đ n gần ng ỡng
ổn đ nh nguyên nhân là do sự suy gi m nền kinh t Liên Bang Xô Vi t đư gi m việc sử


7

dụng nhiên liệu hóa thạch. Từ năm 1999 đ n 2006, nồng đ CH4 trong kh́ quyển ổn
đ nh, gần nh không thay đổi [15].
Tuy nhiên sự ổn đ nh này tồn tại không dài, đ n năm 2007 l ợng kh́ CH4 trên
toàn cầu đư bắt đầu tăng tr̉ lại. Nguyên nhân là do nhiệt đ ̉ ph́a Bắc Cực tăng làm
cho ćc khối băng dần tan và gi i phóng kh́ CH4; nguyên nhân nữa là ̉ ćc v̀ng nhiệt
đ i có l ợng m a tăng trong ćc năm 2007 và 2008 [21]. L ợng kh́ CH4 tăng đư gây
ra m t bức xạ kho ng 0,48 ± 0,05 W/m2.
1.1.1.3. Ṃt số thông số thể hiện ḿc đ̣ ô nhĩm môi trừng nước
Để đ́nh gí ch t l ợng n c cũng nh mức đ gây ô nhiễm n c, có thể dựa vào
m t số ch tiêu cơ b n và quy đ nh của từng ch tiêu đó tuân theo Lu t B o Vệ môi
tr ng của m t quốc gia hoặc m t tiêu chủn quốc t quy đ nh cho từng loại n c sử
dụng cho ćc mục đ́ch kh́c nhau. Có nhiều thông số để d́nh gí ch t l ợng n c tự
nhiên nh : đ pH, đ cứng, nồng đ oxy hòa tan, nồng đ sắt, nồng đ mangan, kim
loại nặng, đ đục, màu …
Về mặt hóa lý:
+ Màu: N c có màu là do các ch t b̉n trong n c gây nên. Màu sắc của n c
nh h ̉ng đ n ch t l ợng khi sử dụng, nh h ̉ng đ n ch t l ợng của s n ph̉m. Khi
n c chứa nhiều ch t lơ lửng, các loại t o, các ch t hữu cơ, ćc vi sinh v t sống ̉ các

tầng sâu và tầng đ́y, nơi thi u ánh sáng mặt tr i làm cho hoạt đ ng kém.
+ Ð đục: N c sạch tự nhiên không chứa các ch t rắn lơ lửng nên trong suốt,
không màu. Khi chứa các hạt sét mùn, vi sinh v t, hạt bụi, các ch t k t tủa thì n c tr̉
nên đục. N c đục ngăn c n quá trình chi u sáng mặt tr i xuống đ́y thủy vực.
+ Nhiệt đ : Nhiệt đ n c tự nhiên phụ thu c vào điều kiện của khu vực hay môi
tr ng khu vực.
+ Tổng ch t rắn hòa tan TDS: là tổng số ćc ion mang điện tích, bao gồm khống
ch t, muối hoặc kim loại tồn tại trong m t khối luợng n c nh t đ nh, th ng đ ợc
biểu th bằng hàm số mg/l hoặc ppm (parts per million). Ng i ta th ng dùng ch số
TDS để làm cơ s̉ ban đầu x́c đ nh mức đ sạch của nguồn nu c. Ch t rắn hòa tan
nh h ̉ng b̉i dòng ch y tự nhiên, l ợng n c th i do hoạt đ ng sinh hoạt s n xu t
của con ngu i đổ vào nguồn nu c.
+ Ð d n diện: Ð d n diện liên quan đ n sự hiện diện của các muối kim loại
nh NaCl, KCl, Na2SO4, KNO3 trong nu c. Khi n c có đ d n điện cao th ng liên
quan đ n t́nh đ c hại của các ion tan trong nu c.
+ Ð pH: Ð pH của n c là m t trong các ch tiêu cần kiểm tra đối v i ch t
l ợng nu c c p. Giá tr pH đối v i n c tinh khi t pH = 7, n c có tính axit pH < 7,
n c có tính kiềm pH >7. Ð pH có nh h ̉ng l n đ n ćc điều kiện vi sinh v t sống
du i nu c, ć th ng không sống đ ợc khi pH < 4 hoặc pH > 10, sự thay đổi pH có
liên quan đ n sự hiện diện của hóa ch t, axit, hoặc kiềm, có sự phân hủy các ch t hữu
−
cơ, sự hòa tan của m t số anion SO42-, hoặc
.


8

+ Ð axit hoặc đ kiềm: Ð axit của n c trong tự nhiên là do CO hoặc các axit
vô cơ gây ra, CO có thể có trong n c do h p thụ từ khơng khí hoặc do q trình sinh
h c chuyển hóa thành các ch t hữu cơ trong n c tạo thành CO2 và n c, các axit vơ

cơ th ng có nhiều trong n c ngầm, khi ch y qua các vùng mỏ hoặc l p khống có
chứa các hợp ch t của l u huỳnh nh MeS, FeS2. Ð kiềm cao trong n c có nh
h ̉ng t i sự sống của các vi sinh v t trong n c, là nguyên nhân gây nên đ cứng
trong n c. Trong kiểm sốt ơ nhiễm n c thì đ kiềm là ch tiêu cần bi t để tính tốn
cho q trình trung hịa hoặc làm mềm n c hoặc các dung d ch đệm trung hịa axit
sinh ra trong qú trình đơng tụ.
+ Nồng đ oxy hòa tan trong n c: Oxy hòa tan trong n c là l ợng oxy từ
khơng khí có thể hòa tan vào trong n c s tham gia vào qú trình trao đổi ch t, duy
trì năng l ợng cho quá trình phát triển, sinh s n và tái s n xu t cho các sinh v t sống
d i n c. Khi nồng đ DO quá th p hoặc quá cao, các loài sinh v t n c thi u oxy s
gi m hoạt đ ng hoặc ch t. Do v y DO là ch số quan tr ng để đ́nh gí sự ô nhiễm
n c của thủy vực. Khi ch số DO th p có nghĩa là n c có nhiều ch t hữu cơ, nhu cầu
oxy hóa tăng, nên tiêu thụ nhiều oxy trong n c. Khi ch số DO cao chứng tỏ n c có
nhiều rong t o tham gia vào quá trình quang hợp, gi i phóng oxy, ch số DO r t quan
tr ng để duy trì điều kiện hi u kh́ và là cơ s̉ để x́c đ nh nhu cầu oxy hóa h c (BOD).
+ Nhu cầu oxy sinh hóa: Nhu cầu oxy sinh hóa là l ợng oxy cần thi t để sinh v t
tiêu thụ trong quá trình oxy hóa các ch t hữu cơ hịa tan dễ phân hủy trong n c (đặc
biệt là n c th i).
Hợp ch t hữu cơ + O2

Vi khủn

CO2 + H2O

Oxy sử dụng trong q trình này là oxy hịa tan trong nu c: Ch số BOD là thông
số quan tr ng để đ́nh gí mức đ ô nhiễm của n c do các ch t hữu cơ có thể b vi
sinh v t phân hủy trong điều kiện hi u khí, ch số BOD ch ra l ợng oxy mà vi khủn
tiêu thụ trong ph n ứng oxy hóa các ch t hữu cơ trong nu c ô nhiễm, ch số BOD càng
cao chứng tỏ l ợng ch t hữu cơ có kh năng phân hủy sinh h c ơ nhiễm trong n c
càng l n.

+ Nhu cầu oxy hóa h c: Là l ợng oxy cần thi t cho quá trình oxy hóa các ch t
hữu hịa tan dễ phân hủy và khó phân hủy có trong n c thành CO2 và H2O. COD biểu
th l ợng ch t hữu cơ có thể oxy hóa bằng hóa h c. Trong thực t COD đ ợc đặc tr ng
cho mức đ các ch t hữu cơ trong n c ô nhiễm (kể c ch t hữu cơ dễ phân hủy và
khó phân hủy sinh h c).
+ Tác nhân hóa h c: Tác nhân hóa h c gây ơ nhiễm n c bao gồm các kim loại
−
−
−
nặng, các anion
,
,
, thuốc b o vệ thực v t. Các kim loại nặng trong
n c nh Hg, Cd, Pb, As, Sb, Cr, Cu, Zn, Mn v i nồng đ l n làm cho nu c b ô
nhiễm, các kim loại nặng không tham gia hoặc ít tham gia vào q trình sinh hóa,


9

th ng t́ch lũy lại cơ thể sinh v t, vì v y chúng là các ch t đ c đối v i vi sinh v t, kim
loại nặng có mặt trong n c từ nhiều nguồn nh n c th i công nghiệp, sinh hoạt từ
giao thông, y t , cơng nghiệp, khai thác khống s n, m t số nguyên tố r t đ c đối v i
−
−
−
sinh v t, kể c nồng đ th p nh Hg, Cd, As. Các ch t
,
,
, các nguyên
tố N, P, S ̉ nồng đ th p là các ch t dinh d ỡng đối v i t o và các vi sinh v t sống

d i n c, nh ng ̉ nồng đ cao các ch t này gây phú duỡng hoặc bi n đổi sinh hóa
trong cơ thể sinh v t và ng i.
1.1.2. Cơ s̉ thực tiễn
Nguồn năng l ợng tạo ra từ đốt nhiên liệu hóa thạch cung c p điện cho toàn cầu
kho ng 68% vào năm 2007 và là nguyên nhân ch́nh th i ra kh́ nhà ḱnh t i bầu kh́
quyển ( c t́nh kho ng 40%) [14]. Cuối th kỷ 19 xu t hiện xu h ng trên toàn th
gi i thay th ćc cơng nghệ năng l ợng dựa trên nhiên liệu hóa thạch là công nghệ dựa
trên ćc nguồn tài nguyên t́i tạo. Thủy điện đ ợc coi là năng l ợng sạch, công nghệ
th hệ ậ nổi b t trong số ćc công nghệ năng l ợng t́i tạo tạo vào năm 2013 tạo ra
16,3% năng l ợng điện trên th gi i và 75,1% tổng số năng l ợng điện từ nguồn tài
nguyên t́i tạo [18]. Tuy nghiên những nghiên cứu gần đây cho th y, hồ chứa thủy
điện có kh năng s n sinh kh́ nhà ḱnh vào kh́ quyển, đặc biệt là trong 20 năm đầu
t́ch n c. Nguồn ph́t sinh kh́ nhà ḱnh từ hồ chứa thủy điện là do phân hủy th m
thực v t ng p n c và ćc ch t hữu cơ trong đ t. Hơn nữa, ćc v̀ng n c đ́y và trầm
t́ch của ćc hồ th ng thi u oxy, đặc biệt ̉ ćc v̀ng nhiệt đ i, là nguyên nhân ph́t
sinh trực ti p kh́ CH4 vào kh́ quyển [16]. Th i gian l u n c trong hồ th ng lâu hơn
so v i ćc sông, k t hợp v i l ợng ch t dinh d ỡng cao thu n lợi cho sự phân hủy hữu
cơ tạo ra kh́ nhà ḱnh [17]. Dữ liệu đ ợc công bố từ 85 hồ thủy điện kh́c nhau v i
phân bố toàn cầu nằm giữa 680 N và 250 S, t t c ćc hồ chứa đều ph́t sinh kh́ CH4 và
CO2 đ n không kh́ [16].
1.2. L ch s̉ nghiên ću kh̉ nĕngă ph́t th̉i kh́ nhƠ ḱnh t̀ h̀ Th̉yă địn
trên Th́ gíi vƠ Vịt Nam
1.2.1. Ḷch s̉ nghiên cứu kh năng phát th i kh́ nh̀ ḱnh t̀ hồ Thủy điện
trên Th́ gíi
Ćc nghiên cứu về ph́t th i kh́ nhà ḱnh từ ćc hồ Thủy điện bắt đầu từ năm
1994 [22] và t́nh đ n năm 2011 có ́t nh t 85 b́o ćo nghiên cứu t p trung về kh́ nhà
ḱnh từ hồ thủy điện. Ćc nghiên cứu đư ch ra rằng hồ chứa nằm ̉ khu vực nhiệt đ i
có l ợng ph́t th i kh́ nhà ḱnh cao hơn so v i v̀ng ôn đ i [19] và ćc hồ ̉ khu vực
nhiệt đ i có l ợng ph́t th o kh́ CO2 và CH4 so v i ćc hồ chứa ̉ ćc v̀ng kh́c [20].
Gần đây có sự nghiên cứu các hồ chứa ̉ Trung Quốc, các quốc gia v i công su t lắp

đặt l n trên th gi i đư tr̉ thành tr ng tâm của các cu c điều tra, nghiên cứu [23, 24,
25, 26].


10

Hình 1.5. Sơ đồ ḷch s̉ nghiên cứu về khí nhà kính và kh năng phát th i khí nhà
kính t̀ hồ thủy điện [8]


11

1.2.2. Ḷch s̉ nghiên cứu kh năng phát th i kh́ nh̀ ḱnh t̀ hồ Thủy điện ̉
Việt Nam
M t số nghiên cứu điển hình nh đ́nh gí nhanh kh năng ph́t th i H2S và khí
nhà kính do hồ thủy điện Luangprabang [5], Kiểm kê khí nhà kính khu vực nông
nghiệp năm 1994 [4], Đ́nh gí kh năng ph́t th i khí nhà kính của hồ thủy điện Sơn
La [8].
1.3. Q trình hình thành khí nhà kính t̀ m tăl uăv c t nhiên
1.3.1. Chu trình Cacbon trong một lưu vực tự nhiên
M t l u vực tự nhiên đ ợc mơ t trong Hình 1.6, nguồn cacbon cung c p cho sự
quang hợp là khí CO2 trong khí quyển. Trong quá trình quang hợp cây xanh h p thụ
khí CO2 tổng hợp nên các hợp ch t hữu cơ tạo nên sinh khối thực v t (các hidrat
cacbon, ch t béo, ch t đạm, axit nucleic…). M t phần của sinh khối hữu cơ trực ti p
hình thành ch t hữu cơ đ t thông qua các chu trình x y ra ̉ vùng quyển rễ hoặc l u trữ
trong cơ thể sinh v t sống cho đ n khi nó ch t đi và b phân hủy. Cacbon có thể gi i
phóng từ đ t d i dạng CO2 thơng qua q trình hơ h p. Đ t cũng là m t nơi sinh ra
CH4 (g i là q trình Mêtan hóa trong điều kiện y m khí). CH4 có thể b oxy hóa b̉i
các vi khủn Mêtan hóa và khu ch tán từ đ t vào mơi tr ng khơng khí. Đối v i
những v̀ng đ t ̉ v trí cao thì q trình hình thành CH4 ít x y ra. Trong đ t ng p n c,

điều kiện khử chi m u th và quá trình hình thành CH4 và gi i phóng nhiều hơn so
v i đ t ̉ điều kiện thống khí.
Cacbon vơ cơ và cacbon hữu cơ đ ợc chuyển đổi trong hệ thống l u vực (sông,
hồ và đ t ng p n c) bề mặt và d i bề mặt dịng ch y (Hình 1.6). CO2 và cacbon vơ
cơ hịa tan hoặc cung c p cho q trình hơ h p thực v t thủy sinh. CH4 b oxy hóa
trong đ t và n c hoặc gi i phóng ra ngồi khí quyển. Phần khơng thót ra đ ợc l u
lại trong l u vực hoặc thốt ra khí quyển d i hạ l u [16].


12

Hình 1.6. Chu trình khí nhà kính t̀ một lưu vực tự nhiên
(Nguồn: UNESCO/IHA, 2008)
1.3.2. Chu trình Cacbon trong một hệ sinh thái thủy sinh
Chu trình cacbon trong hệ sinh thái thủy sinh đ ợc mơ t trong Hình 1.7. Khối
hữu cơ của hệ sinh thái thủy sinh bao gồm các sinh v t d d ỡng, tự d ỡng còn sống
hay đư ch t đi và tổng hợp từ các hệ sinh th́i môi tr ng xung quanh. L ợng ch t hữu
cơ phụ thu c vào hàm l ợng các ch t dinh d ỡng có trong n c. Quá trình quang hợp
d i n c phụ thu c vào đ đục và hàm l ợng các ch t dinh d ỡng (Nitơ, Phốt pho,
Silic) tạo sinh khối (trong đó kho ng 40 - 50% là cacbon) và gi i phóng O2. Cacbon
đ ợc đồng hóa từ CO2 trong hợp ch t hữu cơ đ ợc g i là cacbon hữu cơ. Sinh v t tự
d ỡng chủ y u là t o và thực v t phù du. Trong hệ sinh thái thủy sinh, sinh v t tự
d ỡng sử dụng CO2 hịa tan, đó là ćc hợp ch t vô cơ của cacbon cụ thể (HCO3-/CO32-).
Nồng đ các hợp ch t của cacbon trong l u vực sơng có thể tăng cao do nh h ̉ng tác
đ ng nhân tạo.


13

Hình 1.7. Chu trình cacbon trong hệ sinh thái thủy sinh

Các hợp ch t hữu cơ m t phần tồn tại trong sinh khối, sinh v t sống, môi tr ng
n c và m t phần đ ợc tích tụ trong trầm tích. Trong q trình phân hủy các hợp ch t
hữu cơ (hay g i là Oxy hóa hợp ch t hữu cơ) gi i phóng khí CO2 và CH4 và m t số
loại khí khác [19].
1.3.3. Sự hình th̀nh kh́ Mê tan trong môi trường thủy sinh ým khí
Kh́ Mêtan đ ợc hình thành trong điều kiện y m khí, nó là k t qu hoạt đ ng của
nhóm vi sinh v t có tên là Achaea và đ ợc g i là q trình Mêtan hóa. Q trình
Mêtan hóa hình thành khi các hợp ch t hữu cơ trong trầm tích b phân hủy b̉i các vi
sinh v t kỵ kh́ trong điều kiện khơng có khí oxy. Sự mêtan hóa diễn ra đa dạng trong
ćc mơi tr ng sống kỵ khí ví dụ nh n c biển, n c ng t, đầm lầy, đ t ng p n c.
Q trình Mêtan hóa có thể đ ợc phân làm 4 giai đoạn:
+ Giai đoạn 1: Giai đoạn thủy phân d i tác dụng của các loại men khác nhau do
nhiều loại vi sinh v t ti t ra (vi khủn Closdium, bipiclobacterium, bacillus gram âm
không sinh bào tử, staphy loccus), các ch t hữu cơ phức tạp nh hydratcacbon, protein,
lipit dễ dàng b phân hủy thành các ch t hữu cơ đơn gi n, dễ bay hơi nh etanol, ćc
axit b́o nh axit axetic, axit butyric, axit propionic, axit lactic… và ćc khi CO2, H2
và NH3.
+ Giai đoạn 2: Giai đoạn axit hóa là giai đoạn lên men hay giai đoạn đầu của quá
trình bán phân hủy nh các vi khủn Acetogenic bacteria (vi khủn tổng hợp axetat),
chuyển hóa các hydrater carbon và các s n ph̉m của giai đoạn 1 nh Albumozpepit,
Glyxerin và các axit béo thành các axit có phân tử l ợng th p hơn nh C2H5COOH,


14

C3H7COOH2, CH3COOH, m t ít khí hydro và khí CO2 …
+ Giai đoạn 3: (Giai đoạn Axetat hóa) Các vi khủn tạo Mêtan ch a thể sử dụng
đ ợc các s n ph̉m của ćc giai đoạn tr c (1 và 2) để tạo thành Mêtan nên ph i phân
gi i ti p tục để tạo thành các phân tử đơn gi n nhỏ hơn nữa (trừ axit acetic), nh các vi
khủn Axetat hóa. S n ph̉m của q trình phân gi i này gồm axit acetic, H2, CO2.

CH3CH2OH (ethanol) + H2O ➔ CH3COO- + H+ + 2H2
CH3CH2COO- (propionic) + 3H2O ➔ CH3COO- + HCO3- + H+ + 3H2
CH3(CH2)2COO- (butyric) + H2O ➔ 2CH3COO- + H+ + 2H2
Giai đoạn này, nh các vi khủn Axetat hóa phân gi i các s n ph̉m của giai đoạn
tr c tạo nhiều s n ph̉m H2 và nó đ ợc vi khủn Mêtan sử dụng cùng v i CO2 để
hình thành Mêtan, bắt đầu giai đoạn phân hủy.
+ Giai đoạn 4: hình thành kh́ Mêtan. Đây là giai đoạn cuối cùng của quá trình
phân gi i kỵ khí tạo thành h̃n hợp s n ph̉m, trong đó kh́ Mêtan chi m thành phần
l n.
Q trình hình thành khí Mêtan bằng 3 con đ ng:
1- Nh vi khủn Hydrogenotrophic methanogen sử dụng co ch t là hydro và
CO2:
CO2 + 4H2 ➔ CH4 + 2H2O
2- Nh vi khủn Acetotrophic methanogen chuyển hóa axetat thành CH4 và CO2,
Acetotrophic methanogen chuyển hóa axetat thành mêtan và CO2. Kho ng 70% l ợng
mêtan sinh ra bằng con đ ng này.
CH3COOH ➔ CO2 + CH4
4CO + 2H2O ➔ CH4 + 3CO2
3- Nh vi khủn Methylotrophic methanogen phân gi i cơ ch t chứa nhóm
metyl:
CH3OH + H2 ➔ CH4 + 2H2O
4(CH3)3-N + 6H2O ➔ 9CH4 + 3CO2 + 4NH3
Nghiên cứu của Louis và c ng sự (2005) cho th y khí CH4 sinh ra tốt nh t ̉
nhiệt đ 25 ậ 300C; đ pH là m t y u tố kiểm sốt các hoạt đ ng khí CH4 v i giá tr tối
u kho ng 6 - 8 [9].
* Khí CH4 hình thành t̀ tr m tích
Khi các b t khí CH4 đ ợc hình thành trong trầm tích, có nhiều y u tố mơi tru ng
có thể giúp chúng thốt ra khỏi lực hút của trầm tích. Khi b t khí thốt khỏi trầm tích,
chuyển đ ng của ch́ng đ ợc kiểm soát b̉i ćc cơ ch v t lý. Y u tố có t́c đ ng l n
nh t là gi m áp lực n c nh thủy triều ̉ các vùng ven biển (Martens và Val Klump,

1980) hoặc gi m mực n c trong hồ chứa (Ostrovsky, 2003). Trong q trình thốt ra
khỏi trầm tích, CH4 ít x y ra sự t ơng t́c hoặc oxi hóa khi đi lên c̀ng c t n c.
Năm 2010 Algar và Boudreau đư đề xu t m t cơ ch có thể gi m áp lực thủy
tĩnh trong m t thủy vực, v tŕ có đ sâu nơi mà hạn ch sự hình thành b t khí CH4 s


15

cho phép b t kh́ v ợt qua áp lực trầm tích và chuyển đ ng đi lên. Kh năng gi i
phóng kh́ đ ợc nghiên cứu là có mối quan hệ v i gi m áp su t không khí (Mattson và
Likens, 1990). Tóm lại kh thốt khí CH4 khỏi trầm tích phụ thu c vào áp su t khí
quyển, v n tốc dịng ch y, hay thủy triều (Casper và c ng sự, 2000), nhiệt đ tăng làm
đ tan CH4 gi m (Chanton và Martens, 1989), phụ thu c vào tốc đ gió [28].
1.4. Nh ng ýu t ̉nhăh ̉ng t́i kh̉ nĕngăph́tăth̉i khí nhà kính t̀ h̀ th̉y
địn
1.4.1. Quá trình cacbon hữu cơ v̀o hồ chứa
Ðầu vào các ch t cacbon hữu cơ qua n c ngầm, suối, kênh d n, sông (phụ thu c
vào tốc đ dòng ch y của khu vực).
Tốc đ tăng tr ̉ng của thực v t thủy sinh vi mô, sinh v t bám quanh rễ du i
n c và thực v t phù du trong hay trên mặt n c ̉ ćc l u vực n c rút xung quanh
hồ chứa, phụ thu c vào việc cung c p dinh duỡng và ánh sáng.
Sự xâm nh p của cacbon hữu cơ từ các nguồn th i của các nhà máy của khu công
nghiệp, cụm công nghiệp, làng nghề nh n c th i s n xu t, rác th i, đ t th i xuống
luu vực.
Sự xâm nh p của rác th i, ch t th i sinh hoạt, chăn ni.
Xói mòn đ t ̉ vùng b hồ chứa (tăng l ợng cacbon hữu cơ xuống hồ).
1.4.2. Các điều kiện dẫn đ́n s n sinh các lọi kh́ nh̀ ḱnh
Sự phân hủy cacbon hữu cơ b ng p lụt và các loại khác của cacbon hữu cơ vào
l u vực tùy thu c vào các sinh v t thủy sinh, nhiệt đ , oxy hòa tan, các ch t dinh
duỡng, sự oxy hóa cacbon hịa tan khi có ánh sáng, sự mêtan hóa và q trình Nitrat

hóa và khử Nitrat.
1.4.3. Quy trình nh hửng đ́n sự phân bố của kh́ nh̀ ḱnh trong các hồ
chứa
Xáo tr n n c trong hồ;
Ŕt qua đ p tràn, tuabin ph́t điện;
Q trình oxy hóa CH4 trong n c hoặc trầm tích, tùy thu c vào sự phân tầng v t
lý, oxy hòa tan, ức ch b̉i ánh sáng, mức đ dinh d ỡng và nhiệt đ ;
Các y u tố v t lý tầng n c mặt để thực v t thủy sinh sinh tr ̉ng và phát triển
(tiêu thụ CO2), phụ thu c chủ y u vào ́nh śng và l ợng dinh d ỡng có sẵn.


16

Đ IăT

CH
NGă2
NGăVÀăPH
NGăPHÁPăNGHIÊNăCỨU

2.1.ăĐặcăđiểm khu v c nghiên ću
2.1.1. Đặc đỉm hồ chứa thủy điện sông Bung 4
Dự án thủy điện Sông Bung 4 nằm ̉ ph́a th ợng nguồn sông Vu Gia thu c
huyện Nam Giang, t nh Qu ng Nam, thu c miền Trung Việt Nam. Sông ch y xuôi ra
biển và gặp biển tại Đà Nẵng. Dự án gồm có đ p, hồ chứa và nhà máy thủy điện 156
MW. L u vực của dự án r ng 1477 km2. Phía nam của l u vực là m t phần của khu
b o tồn thiên nhiên Sông Thanh, m t phần của khu b o tồn này b trực ti p nh h ̉ng
b̉i hồ chứa. Dự án nằm trong hành lang b o tồn sinh h c đ ợc xác nh n b̉i H i ngh
th ợng đ nh ćc n c tiểu vùng sông Mê Kông m̉ r ng năm 2005 [27].

Hình 2.1. Ṿ trí cơng trình thủy điện sông Bung 4 [27]
Hồ thủy điện đ ợc thi t l p v i mực n c dâng bình th ng 222,5 m; mực n
ch t 195 m; dung tích hồ chứa 510,8 triệu m3; diện t́ch l u vực 15,65 km2 [27].

c