HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM Khoa MÔI TRƯỜNG - - KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: ĐÁNH GIÁ DIỄN BIẾN CHẤT LƯỢNG MÔI TRƯỜNG NƯỚC SÔNG MÃ ĐOẠN CHẢY QUA THÀNH PHỐ THANH HÓA Người thực : BÙI THỊ THÙY Lớp : MTA Khố : 57 Ngành : KHOA HỌC MƠI TRƯỜNG Giáo viên hướng dẫn : TS TRỊNH QUANG HUY Hà Nội - 2016 i LỜI CẢM ƠN Trong quá trình thực hiện khóa luận tốt nghiệp, ngoài sự cố gắng của bản thân đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ, nhân dịp này xin bày tỏ lòng biết ơn với những sự giúp đỡ đó Tôi xin bày tỏ lịng kính trọng biết ơn sâu sắc tới thầy TS Trịnh Quang Huy TS Đỗ Thủy Nguyên, giảng viên môn Công nghệ Môi trường – trường Học viện nông nghiệp Việt Nam, người trực tiếp hướng dẫn tơi thực khóa luận tận tình truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm q báu cho tơi q trình học tập nghiên cứu Tôi xin chân thành cám ơn giúp đỡ nhiệt tình anh Trần Minh Hồng suốt q trình thực nghiên cứu Tơi xin bày tỏ lòng biết ơn tới anh, chị làm việc Chi cục bảo vệ môi trường - Sở Tài nguyên Mơi trường tỉnh Thanh Hóa tạo điều kiện giúp đỡ tơi q trình thực tập hồn thành khóa luận Cuối tơi xin bày tỏ cảm ơn sâu sắc tới bố mẹ, gia đình bạn bè động viên, giúp đỡ, tạo điều kiện cho tơi thực khóa luận Tơi xin chân thành cảm ơn ! Hà Nội, ngày 14 tháng 06 năm 2016 Sinh viên Bùi Thị Thùy i MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i MỤC LỤC .ii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT .v DANH MỤC BẢNG vi DANH MỤC HÌNH vii vii MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu nghiên cứu đề tài Yêu cầu nghiên cứu Chương TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan sông Mã 1.1.1 Vị trí địa lý lưu vực sơng Mã 1.1.2 Hệ thống sông Mã 1.1.3 Điều kiện môi trường tự nhiên lưu vực sông 1.1.4 Điều kiện kinh tế xã hội lưu vực sông 1.2 Các nguồn gây ô nhiễm ảnh hưởng tới thay đổi chất lượng nước sông Mã .12 1.2.1 Nước thải sinh hoạt 12 1.2.2 Nước thải công nghiệp 13 1.2.3 Nước thải sản xuất nông nghiệp 14 1.2.4 Nước thải y tế 15 1.3 Ứng dụng thống kê đa biến đánh giá chất lượng môi trường 15 1.3.1 Tổng hợp phương pháp thống kê đa biến đánh giá thông tin 15 ii 1.3.2 Ứng dụng phương pháp thống kê đa biến đánh giá chất lượng môi trường .19 Chương ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP 22 NGHIÊN CỨU .22 2.1 Đối tượng nghiên cứu 22 2.2 Phạm vi nghiên cứu .22 2.3 Nội dung nghiên cứu 22 2.3.1 Điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội vùng nghiên cứu 22 2.3.2 Các nguồn gây ô nhiễm nước sông Mã đoạn chảy qua Thành phố Thanh Hóa .22 2.3.3 Đánh giá diễn biến chất lượng nước sông Mã đoạn chảy qua Thành phố Thanh Hóa 22 2.3.4 Phân vùng chất lượng nước kỹ thuật thống kê đa biến 22 2.4 Phương pháp nghiên cứu 22 2.4.1 Phương pháp điều tra thu thập thông tin thứ cấp 22 2.4.2 Phương pháp ước tính nguồn thải 22 2.4.3 Phương pháp xử lý số liệu 26 2.4.4 Phương pháp thống kê đa biến 26 2.4.5 Phương pháp tính tốn số WQI 26 2.4.6 Phương pháp so sánh 26 Chương KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 28 3.1 Điều kiện tự nhiên, kinh tế- xã hội thành phố Thanh Hóa 28 3.1.1 Điều kiện tự nhiên .28 3.1.2 Điều kiện kinh tế- xã hội .31 3.2 Nguồn gây ô nhiễm nước sông Mã đoạn chảy qua Tp Thanh Hóa 35 3.2.1 Nguồn thải sinh hoạt 35 3.2.2 Nguồn thải công nghiệp 38 iii 3.2.3 Nguồn thải nông nghiệp 40 3.2.4 Nguồn thải y tế 43 3.3 Đánh giá diễn biến chất lượng nước sông Mã đoạn chảy qua Thành phố Thanh Hóa 46 3.4 Phân vùng chất lượng nước kỹ thuật thống kê đa biến 53 3.4.1 Phân nhóm vị trí lấy mẫu phương pháp phân tích cụm CA 54 3.4.2 Mức độ giải thích cho biến đổi chất lượng nước thông số theo FA/PCA 55 3.4.3 Giải thích kết phân vùng chất lượng nước kỹ thuật thống kê đa biến 57 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .59 Kết luận 59 Kiến Nghị 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO .61 PHỤ LỤC 64 iv DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT BOD Nhu cầu oxy sinh hóa (Biochemistry Oxygen Demand) CA Phân tích cụm (Cluster Analysis) CCN Cụm công nghiệp COD Nhu cầu oxy hóa học (Chemistry Oxygen Demand) CTR Chất thải rắn DO Hàm lượng xi hịa tan nước FA/PCA phân tích yếu tố/phân tích thành phần KCN Khu cơng nghiệp PCA Phân tích thành phần chính(Principal Components Analysis) QCVN Quy chuẩn Việt Nam TSS Tổng chất rắn lơ lửng WHO Tổ chức y tế giới v DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Cơ cấu kinh tế (%) lưu vực sông Mã năm 2005 10 Bảng 1.2: Lượng tiêu thụ phân hóa chất bảo vệ thực vật 14 đất nông nghiệp 14 Bảng 2.1: Hệ số phát thải nước thải sinh hoạt theo WHO năm 1993 .24 Bảng 2.2 : Định mức tải lượng ô nhiễm trồng trọt theo WHO 24 Bảng 2.3: Định mức tải lượng ô nhiễm chăn nuôi theo WHO 25 Bảng 3.1: Sự biến đổi diện tích đất theo năm 31 Bảng 3.2: Giá trị sản xuất công nghiệp theo giá hành 32 Bảng 3.3: Lưu lượng tải lượng ô nhiễm trung bình ngày qua năm tính theo WHO 36 Bảng 3.4: Lượng nước thải chất lượng nước thải ngành công nghiệp chế biến năm 2015của tỉnh .39 Bảng 3.5: Tải lượng ô nhiễm trồng trọt theo WHO 41 Bảng 3.6: Số lượng vật ni Thành phố Thanh Hóa qua năm 42 Bảng 3.7: Lưu lượng tải lượng ô nhiễm chăn ni qua năm Tp Thanh Hóa .42 Bảng 3.8: Lượng nước thải y tế bệnh viện lớn thành phố .44 Bảng 3.9: Vị trí lấy mẫu nguồn tác động vị trí lấy mẫu 45 Bảng 3.10 Tổng hợp thông tin thông số thành phần 56 vi DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Vị trí lưu vực sơng Mã lãnh thổ Việt Nam Hình 1.2: Phân vùng sinh thái dựa đặc điểm thủy văn - sinh thái môi trường 20 Hình 3.1 Vị trí Thành phố Thanh Hóa tỉnh Thanh Hóa .28 Hình 3.2: Bản đồ điểm lấy mẫu sơng Mã 45 Hình 3.3: Diễn biến chất lượng nước sông Mã đoạn chảy qua Tp Thanh Hóa năm 2011- 2015 .47 Hình 3.4: Biến động hàm lượng BOD5 COD sông Mã 48 Hình 3.5: Biến động hàm lượng Amoni Photphat sơng Mã 49 Hình 3.6: Biến động hàm lượng Asen, Clo, Chì Coliform sơng Mã 50 Hình 3.7: Biến động hàm lượng DO TSS sơng Mã 51 Hình 3.8: Biến động pH, độ đục, hàm lượng Sắt, dầu mỡ sơng Mã 53 Hình 3.9 Biểu đồ dendrogram cho điểm lấy mẫu 54 Hình 3.10: Biểu đồ PCA 57 vii MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Tài nguyên nước thành phần chủ yếu môi trường sống, định thành công chiến lược, quy hoạch, kế hoạch phát triển kinh tế - xã hội, bảo đảm quốc phòng, an ninh quốc gia Hiện nguồn tài nguyên thiên nhiên quý quan trọng phải đối mặt với nguy ô nhiễm cạn kiệt Nhu cầu phát triển kinh tế nhanh với mục tiêu lợi nhuận cao, người cố tình bỏ qua tác động đến môi trường cách trực tiếp gián tiếp Nguy thiếu nước, đặc biệt nước nước hiểm họa lớn tồn vong người tồn sống trái đất Do người cần phải nhanh chóng có biện pháp bảo vệ sử dụng hợp lý nguồn tài nguyên nước Thành phố Thanh Hóa thị tỉnh lị tỉnh Thanh Hóa, trung tâm hành chính, trị, kinh tế, văn hóa, khoa học kỹ thuật tỉnh Thanh Hóa, trung tâm kinh tế, dịch vụ, chăm sóc sức khỏe, giáo dục đào tạo, thể dục thể thao vùng phía Nam Bắc Bộ Bắc Trung Bộ Thanh Hóa thị chuyển tiếp vùng kinh tế trọng điểm Bắc Bộ với vùng Bắc Trung Bộ, đầu mối giao lưu tỉnh với nước, có vị trí quan trọng an ninh, quốc phịng; thị phát triển dịch vụ đa ngành, đa lĩnh vực, phát triển công nghiệp cơng nghệ cao Ngày 29/4/2014, Thành phố Thanh Hóa trở thành thị loại I, theo nghị Chính phủ Thành phố Thanh Hóa thành phố cơng nghiệp nằm hai bên bờ sông Mã Tại nước thải phát sinh từ hoạt động công, nông nghiệp nước thải sinh hoạt hầu hết thải trực tiếp hay gián tiếp vào sông Mã Theo đánh giá nhà chun mơn thành phố Thanh Hóa khu vực có mức độ ảnh hưởng quan trọng đến chất lượng nước sông Mã, đặc biệt đoạn sông Mã chảy qua thành phố Chính vậy, việc xem xét, đánh giá chất lượng nước sông Mã, xác định nguồn ô nhiễm dự báo mức độ ảnh hưởng hoạt động kinh tế xã hội Thành phố Thanh Hóa đến mơi trường nước quan trọng Đó lí em chọn đề tài: “Đánh giá diễn biến chất lượng môi trường nước sông Mã đoạn chảy qua Thành phố Thanh Hóa” nhằm làm tiền đề cho việc xem xét, giải vấn đề môi trường làm sở để đề biện pháp cải thiện chất lượng nước, đáp ứng nhu cầu cấp nước cho thành phố Mục tiêu nghiên cứu đề tài - Đánh giá được diễn biến chất lượng nước sông Mã đoạn chảy qua địa bàn Thành phố Thanh Hóa - Xác định được ngun nhân gây nhiễm môi trường nước sông phân vùng chất lượng môi trường nước sông Yêu cầu nghiên cứu - Đánh giá trạng môi trường nước sông Mã đoạn chảy qua địa bàn Tp Thanh Hóa - Số liệu thu phản ánh trung thực, khách quan - Kết phân tích thơng số trạng chất lượng nước mặt sông Mã, so sánh với QCVN 08/2008/BTNMT - Những kiến nghị đưa phải có tính khả thi với điều kiện địa phương 3,09 – 3,45 mg/l kênh Thành Hưng sông Thống Nhất chịu tác động trực tiếp nguồn thải từ KCN Lễ Môn Hàm lượng TSS tất điểm quan trắc vượt ngưỡng cho phép QCVN 08:2008 cột B1 (Hình3.7), cụ thể: ngã ba bãi bồi vượt 1,3 – 3,6 lần, cầu Hàm Rồng 1,2 – 3,4 lần, cầu Hoàng Long vượt 1,3 – 3,8 lần, cảng Lễ Môn vượt 2,4 – lần, cầu Nguyệt Viên vượt 1,7 – 3,8 lần, kênh Thành Hưng vượt 1,3 lần, sông Thống Nhất vượt 1,1 lần Tại điểm ngã ba bãi bồi, cảng Lễ Môn cầu Nguyệt Viên có khoảng biến động lớn (ngã ba bãi bồi từ 65 – 182 mg/l, cảng Lễ Môn từ 119 – 399 mg/l, cầu Nguyệt Viên từ 87 – 188 mg/l) Kênh Thành Hưng sơng Thống Nhất có hàm lượng TSS thấp điểm quan trắc, bắt đầu có dấu hiệu bị nhiễm có khoảng biến động hẹp qua năm (kênh Thành Hưng từ 45,8 – 63,1 mg/l, sông Thống Nhất từ 42,8 – 56,7 mg/l) 52 Hình 3.8: Biến động pH, độ đục, hàm lượng Sắt, dầu mỡ sông Mã Giá trị pH tất điểm quan trắc sông Mã nằm giới hạn cho phép QCVN 08:2008 cột B1 có khoảng biến động nhỏ qua năm, giá trị pH tất điểm dao động từ 6,83 – Hàm lượng dầu mỡ tất điểm quan trắc sông Mã vượt QCVN 08:2008 cột B1 (cụ thể: ngã ba bãi bồi vượt 1,3 lần, cầu Hàm Rồng vượt 1,4 lần, cầu Hoàng Long vượt 1,2 – 1,8 lần, cầu Nguyệt Viên vượt 1,3 – 2,1 lần, kênh Thành Hưng vượt 1,2 – 3,8 lần, sông Thống Nhất vượt 2,7 – 3,5 có khoảng biến động hẹp Đặc biệt điểm quan trắc cảng Lễ Môn hàm lượng cao hẳn điểm khác vượt 3,8 – 6,2 lần có khoảng biến động từ 0,38 – 0,615 mg/l, khu vực chịu ảnh hưởng nước thải sinh hoạt 3.4 Phân vùng chất lượng nước kỹ thuật thống kê đa biến 53 Trong nghiên cứu sử dụng đồng thời phép thống kê đa biến: phương pháp phân tích cụm (CA) phương pháp phân tích thành phần (FA/PCA) Phương pháp CA giúp phân nhóm vị trí quan trắc dựa tương đồng giá trị thông số thành phần, nói cách khác nhóm điểm có tính chất tương tự lại (có thể giải thích chịu nguồn áp lực gần không gian) Phương pháp FA/PCA giúp nhận diện thơng số làm thay đổi chất lượng nhằm giải thích cho nguồn gốc tác động dẫn tới thay đổi 3.4.1 Phân nhóm vị trí lấy mẫu phương pháp phân tích cụm CA Bằng phương pháp phân tích cụm CA với số liệu năm, ta xếp điểm lấy mẫu thành nhóm dựa tương đồng giá trị thơng số thành phần Hình 3.9 Biểu đồ dendrogram cho điểm lấy mẫu Kết phân nhóm chất lượng nước kỹ thuật CA (Hình3.9) chất lượng nước sông Mã đoạn chảy qua thành phố Thanh Hóa phân thành nhóm với đặc trưng sau: • Nhóm 1: đặc trưng chất lượng nước ô nhiễm nhẹ theo WQI bao gồm vị trí lấy mẫu: Ngã ba bãi bồi, cầu Hàm Rồng, cầu Hoàng Long, cầu Nguyệt Viên cảng Lễ Mơn • Nhóm 2: đặc trưng chất lượng nước mức trung bình theo WQI gồm vị trí lấy mẫu kênh Thành Hưng sông Thống Nhất 54 3.4.2 Mức độ giải thích cho biến đổi chất lượng nước thông số theo FA/PCA Bằng phương pháp phân tích yếu tố/phân tích thành phần (FA/PCA) ta có kết xác định thơng số làm thay đổi chất lượng nước sông Mã giai đoạn 2011 – 2015 FA/PCA áp dụng để so sánh tính chất đặc trưng chất lượng nước điểm lấy mẫu Theo kết thống kê trình bày Bảng3.10 PCA số liệu bao gồm thành phần có giá trị eigenvalues > giải thích cho 66,4 % tổng biến động chất lượng nước số liệu Thành phần PC1 giải thích cho 33,7% độ biến động tương quan với BOD5, COD, Asen, Photphat (>0,3) Thành phần giải thích cho 22,3% độ biến động tương quan dương với Fe, Clo, TSS, dầu mỡ (>0,3) Thành phần giải thích cho 10,4% độ biến động tương quan với Coliform, Clo dầu mỡ (>0,3) Đối với thơng số có giá trị tương quan thấp thành phần lựa chọn Chì ( 1, nhiên có hai thành phần PC1 PC2 giải thích nhiều cho biến động chất lượng nước (56 %) Do ta lựa chọn hai thành phần để biểu thị cho biến đổi thông số với giá trị tương quan khác chất lượng nước sông Mã Hình 3.10: Biểu đồ PCA 3.4.3 Giải thích kết phân vùng chất lượng nước kỹ thuật thống kê đa biến Như trình bày trên, chất lượng nước sơng Mã phân thành nhóm (Hình 3.9) Đặc điểm nhóm giải thích cụ thể kết hợp đồng thời kỹ thuật CA FA/PCA sau: - Nhóm 1: bao gồm điểm: ngã ba bãi bồi, cầu Hàm Rồng, cầu Hoàng Long, cầu Nguyệt Viên, cảng Lễ Môn Thông số TSS, Fe, DO, pH Coliform biểu thị cho chất lượng nước điểm thuộc nhóm (Hình 3.10), đặc biệt hàm lượng TSS Fe cao hẳn so với nhóm cịn lại 57 Xét mặt áp lực điểm Ngã ba bãi bồi, cầu Hàm Rồng, cầu Hoàng Long, cầu Nguyệt Viên cảng Lễ Môn nằm tuyến lấy mẫu Các điểm chịu ảnh hưởng từ nguồn nước thải sinh hoạt thành phố - Nhóm 2: bao gồm điểm: kênh Thành Hưng sơng Thống Nhất Giải thích cho biến động chất lượng nước nhóm có tham gia thông số NH4+, PO43-, Pb, BOD5 (Hình 3.10) Chất lượng nước điểm có giá trị amoni, photphat chất hữu với đặc trưng thông số BOD cao hẳn so với nhóm Kênh Thành Hưng sơng Thống Nhất chịu ảnh hưởng trực tiếp nước thải KCN Lễ Mơn Từ kết phân tích nhóm CA phân tích thành phần FA/PCA đưa số gợi ý việc thay đổi chương trình quan trắc sơng Mã đoạn chảy qua thành phố Thanh Hóa sau: - Chất lượng nước nhóm theo CA có tương đồng ta xem xét loại bỏ bớt điểm quan trắc nhằm giảm kích thước mẫu Cụ thể, điểm quan trắc Ngã ba bãi bồi, cầu Hàm Rồng, cầu Hoàng Long, cầu Nguyệt Viên cảng Lễ Mơn (nhóm 1) loại bỏ bớt vị trí cầu Hàm Rồng cầu Hoàng Long gần tính chất Nhóm bao gồm kênh Thành Hưng sông Thống Nhất chịu ảnh hưởng từ nguồn thải từ KCN Lễ Mơn loại bỏ vị trí - Thơng số NH4+ Pb có giá trị tương quan thấp (< 0,3 thành phần PC1, PC2, PC3) nên xem xét loại bỏ thơng số khỏi chương trình quan trắc mà chất lượng nước giải thích đầy đủ sử dụng hai thành phần PC1 PC2 58 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Từ kết nghiên cứu, phân tích đánh giá diễn biến chất lượng môi trường nước sông Mã đoạn chảy qua địa bàn thành phố Thanh Hóa em rút số kết luận sau: - Thành phố Thanh Hóa trung tâm kinh tế, văn hóa, trị tỉnh Thanh Hóa, thành phố công nghiệp nằm hai bên bờ sông Mã.Thành phố Thanh Hóa có số kinh tế tốt vùng Bắc Trung Bộ - Các áp lực gây ảnh hưởng đến chất lượng nước sông Mã bao gồm có nước thải sinh hoạt, nước thải sản xuất nơng nghiệp nước thải cơng nghiệp Theo ước tính, tổng lưu lượng nước thải sinh hoạt 16.568,9 m 3/ngày- đêm, nước thải sản xuất nông nghiệp 14.535 m3/ngày - Đánh giá diễn biến chất lượng nước theo không gian thời gian số liệu quan trắc định kỳ năm 2011 - 2015, theo biến động chất lượng nước theo khơng gian biến động điểm nhận thải nguồn thải sinh hoạt, biến động mạnh điểm nhận thải nước thải công nghiệp kênh Thành Hưng sông Thống Nhất Biến động chất lượng nước theo thời gian chất lượng nước năm 2014, 2015 xấu so với năm trước - Qua phân vùng chất lượng nước kỹ thuật thống kê đa biến, ta nhóm điểm lấy mẫu có chất lượng tương đồng với thành cụm: ô nhiễm nhẹ chất lượng nước trung bình Trong cụm 1có thể loại bỏ bớt vị trí cầu Hàm Rồng cầu Hồng Long gần tính chất Trong cụm 2, kênh Thành Hưng sông Thống Nhất chịu ảnh hưởng từ nguồn thải từ KCN Lễ Mơn loại bỏ trong chương trình quan trắc định kỳ tiếp sau Bên cạnh đó, kết thống kê FA (phân tích thành phần) vài tiêu có tương quan Chì Amoni (