ĐÁNH GIÁ BỐC THOÁT KHÍ CO2 TỪ HỆ THỐNG SÔNG HỒNG DƢỚI TÁC ĐỘNG CỦA CON NGƢỜI LUẬN VĂN THẠC SĨ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - Hoàng Thị Thu Hà ĐÁNH GIÁ BỐC THỐT KHÍ CO2 TỪ HỆ THỐNG SÔNG HỒNG DƢỚI TÁC ĐỘNG CỦA CON NGƢỜI Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trƣờng Mã số: 8520320 LUẬN VĂN THẠC SĨ CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT MÔI TRƢỜNG CÁN BỘ HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Lê Thị Phƣơng Quỳnh Hà Nội - 2020 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan Những nội dung luận văn thực dƣới hƣớng dẫn PGS.TS Lê Thị Phƣơng Quỳnh Mọi tham khảo dùng luận văn đƣợc tơi trích dẫn nguồn gốc rõ ràng Các kết nghiên cứu luận văn trung thực chƣa đƣợc công bố cơng trình Hà Nội, ngày tháng năm 2020 Học viên Hoàng Thị Thu Hà ii LỜI CẢM ƠN Luận văn Thạc sĩ khoa học - Chuyên ngành Kỹ thuật Mơi trƣờng với đề tài “Đánh giá bốc khí CO2 từ hệ thống sơng Hồng tác động người’’ đƣợc thực phịng thí nghiệm Hóa Mơi Trƣờng - Viện Hóa học Hợp chất thiên nhiên - Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam, với hỗ trợ kinh phí từ đề tài NAFOSTED 105.08-2018.317 dƣới hƣớng dẫn PGS.TS Lê Thị Phƣơng Quỳnh Trong suốt trình thực luận văn, từ nhận đề tài kết thúc thực nghiệm, em nhận đƣợc quan tâm, động viên, hỗ trợ từ cô hƣớng dẫn Bằng tất kính trọng, lịng biết ơn, em xin phép đƣợc gửi tới PGS.TS Lê Thị Phƣơng Quỳnh lời cảm ơn chân thành Em xin đƣợc bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Ban lãnh đạo Viện Hóa học Hợp chất thiên nhiên - Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam cho phép tạo điều kiện thuận lợi cho em đƣợc hoàn thành tốt luận văn Em xin đƣợc gửi lời cảm ơn thầy cô giáo Khoa Môi trƣờng - Viện Công nghệ Môi trƣờng - Học viện Khoa học Công nghệ Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam, giảng dạy, truyền đạt kiến thức, tạo điều kiện sở vật chất hƣớng dẫn em hồn thành chƣơng trình học tập thực luận văn Em chân thành cảm ơn tới tồn thể anh chị phịng Hóa mơi trƣờng tận tình giúp đỡ, bảo truyền đạt cho em kiến thức kinh nghiệm quý báu suốt thời gian thực luận văn Dù cộng sự, không làm việc, nhƣng gia đình ln bên, động viên, tạo điều kiện thuận lợi tinh thần vật chất cho em đƣợc nghiên cứu khoa học Em xin bày tỏ lịng biết ơn vơ hạn, chân thành tới cha mẹ, gia đình cho em niềm tin, chỗ dựa vững đƣờng làm khoa học cho em! Hà Nội, ngày tháng năm 2020 Học viên iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT Kí hiệu viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt Nhu cầu ôxy sinh hóa Biochemical oxygen demand Hóa chất Bảo vệ thực vật Pesticides CCN Cụm Công nghiệp Industrial clusters Chl-a Chlorophyll a Chlorophyll a COD Nhu cầu ơxy hóa học Chemical oxygen demand DOC Cacbon hữu hòa tan Dissolved organic carbon ĐBSH Đồng Bằng sông Hồng Red River delta ĐNB Đông Nam Bộ South East of Vietnam GDP Tổng sản phẩm nội địa Gross Domestic Product KCN Khu Công nghiệp Industrial area KTTĐ Kinh tế trọng điểm Key economics OM Chất hữu Organic matter POC Cacbon hữu không tan Particulate organic carbon TSS Tổng chất rắn lơ lửng Total suspended solids Xử lý nƣớc thải Wastewater treatment BOD BVTV XLNT iv MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Mục đích nghiên cứu Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Nội dung nghiên cứu Ý nghĩa khoa học ý nghĩa thực tiễn đề tài CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 TỔNG QUAN VỀ SÔNG HỒNG 1.1.1 Giới thiệu chung lƣu vực sông Hồng 1.1.1.1 Vị trí địa lý, địa hình, địa chất thổ nhƣỡng 1.1.1.2 Đặc điểm khí hậu 12 1.1.1.3 Đặc điểm thủy văn hệ thống hồ chứa 13 1.1.1.4 Điều kiện kinh tế, xã hội, dân số 15 1.1.2 Các nguồn thải ảnh hƣởng đến chất lƣợng nƣớc sông Hồng 18 1.1.2.1 Nguồn nƣớc thải sinh hoạt 18 1.1.2.2 Nguồn thải từ hoạt động sản xuất công, nông nghiệp 20 1.1.2.3 Các nguồn thải khác 20 1.1.3 Các nguồn phát thải khí CO2 22 1.2 MỘT SỐ CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN ĐẾN TỐC ĐỘ BỐC THỐT KHÍ CO2 TỪ HỆ THỐNG SÔNG TRÊN THẾ GIỚI 24 1.2.1 Một số nghiên cứu giới 24 1.2.2 Cơng trình nghiên cứu Việt Nam 25 CHƢƠNG NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 27 2.1 HÓA CHẤT, DỤNG CỤ VÀ THIẾT BỊ 27 2.1.1 Hóa chất 27 2.1.2 Dụng cụ thiết bị 27 2.2 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 28 2.2.1 Thu thập số liệu 28 2.2.2 Lấy mẫu đo đạc trƣờng 29 2.2.3 Phƣơng pháp xử lý, bảo quản vận chuyển mẫu 31 2.2.4 Phƣơng pháp xác định tiêu hóa lý trƣờng 32 2.2.5 Phƣơng pháp phân tích mẫu phịng thí nghiệm 32 2.2.5.1 Xác định hàm lƣợng TSS POC 32 2.2.5.2 Xác định hàm lƣợng COD 32 2.2.5.3 Xác định Chlorophyll-a 33 2.2.6 Phƣơng pháp tính tốn pCO2 tốc độ bốc thoát CO2 36 2.2.7 Các phƣơng pháp xử lý kết 38 CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 39 3.1 KẾT QUẢ HÓA LÝ 39 3.1.1 Hàm lƣợng bicarbonate HCO3- pH nƣớc hệ thống sông Hồng 39 3.1.2 Hàm lƣợng chất hữu hệ thống nƣớc sông Hồng giai đoạn 42 3.1.3 Một số thông số khác 46 3.2 BỐC THỐT KHÍ CO2 TRONG HỆ THỐNG NƢỚC SƠNG HỒNG GIAI ĐOẠN HIỆN NAY (2019) 49 3.2.1 Áp suất riêng phần CO2 (pCO2) bề mặt nƣớc sông Hồng từ thƣợng nguồn đến hạ lƣu 49 3.2.2 Tốc độ bốc CO2 (fCO2) từ bề mặt nƣớc sơng Hồng vào khí 53 3.3 ẢNH HƢỞNG CỦA CÁC HOẠT ĐỘNG CỦA CON NGƢỜI TỚI BỐC THỐT KHÍ CO2 TỪ HỆ THỐNG SƠNG HỒNG 57 3.3.1 Ảnh hƣởng xây dựng vận hành hồ chứa 60 3.3.2 Ảnh hƣởng thay đổi sử dụng đất 61 3.3.3 Ảnh hƣởng gia tăng dân số 62 3.4 ẢNH HƢỞNG CỦA MỘT SỐ YẾU TỐ KHÁC TỚI BỐC THỐT KHÍ CO2 TỪ HỆ THỐNG SÔNG HỒNG 63 3.4.1 Các điều kiện tự nhiên 63 3.4.2 Các yếu tố môi trƣờng 66 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO 69 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Loại đất lƣu vực sơng Hồng - Thái Bình 11 Bảng 1.2 Một số thơng số hồ chứa lớn đƣợc xây dựng hệ thống sông Hồng địa phận Việt Nam [7] 14 Bảng 1.3 Tỷ lệ phần trăm ngành cơng nghiệp lƣu vực 18 sơng Hồng 18 Bảng 2.1: Bảng danh mục số hóa chất sử dụng 27 Bảng 2.2: Bảng danh mục số thiết bị sử dụng 28 Bảng 2.3 Vị trí lấy mẫu nƣớc sơng Hồng năm 2019 30 Bảng 2.4 Nồng độ (mg/L) thể tích (mL) dung dịch chuẩn 33 Bảng 3.1 Giá trị trung bình (lớn – nhỏ nhất) pH hàm lƣợng bicarbonate HCO3- mẫu nƣớc sông Hồng năm 2019 39 Bảng 3.2 Giá trị trung bình (lớn – nhỏ nhất) hàm lƣợng cacbon hữu (POC COD) mẫu nƣớc sông Hồng năm 2019 43 Bảng 3.3 Giá trị trung bình (lớn – nhỏ nhất) Chlorophyll-a, nhiệt độ nƣớc, độ muối cát bùn lơ lửng mẫu nƣớc sông Hồng năm 2019 46 Bảng 3.4 Giá trị áp suất riêng phần CO2 (pCO2) (ppm) bề mặt nƣớc sông Hồng từ thƣợng nguồn đến hạ lƣu 12 vị trí quan trắc năm 2019 49 Bảng 3.6: Mối tƣơng quan thông số môi trƣờng, chất lƣợng nƣớc pCO2/fCO2 , phần mềm thống kê R version [39] 58 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Lƣu vực sơng Hồng với nhánh sơng Hình 1.2 Đập thủy điện Lai Châu đập thủy điện Sơn La 15 Hình 1.3 Mật độ dân số lƣu vực sông Hồng 16 Hình 1.4 Một số hình ảnh trồng rau vùng đồng sông Hồng 17 Hình 1.5 Hình ảnh rác thải sơng Hồng 19 Hình 2.1 Hệ thống sơng Hồng vị trí lấy mẫu năm 2019 29 Hình 2.2 Một số hình ảnh lấy mẫu nƣớc trƣờng 31 Hình 2.3 Màn hình tính giá trị pCO2 vị trí trạm Vụ Quang thuộc sơng Hồng 37 Hình 3.1 Giá trị trung bình pH HCO3- 12 điểm quan trắc hệ thống sông Hồng năm 2019 41 Hình 3.2 Giá trị POC trung bình theo mùa khơ mùa mƣa 2019 44 Hình 3.3 Giá trị COD trung bình theo mùa khơ mùa mƣa 2019 45 Hình 3.4 pCO2 trung bình (ppm) trạm 50 Hình 3.5 Biến đối giá trị pCO2 (ppm) theo tháng vị trí quan trắc năm 2019 51 Hình 3.6 Giá trị pCO2 (ppm) theo trung bình năm trrung bình mùa mƣa khơ trạm quan trắc sông Hồng năm 2019 52 Hình 3.7: Biến đổi giá trị fCO2 (mmol/m2/ngày) theo tháng quan trắc vị trí năm 2019 55 Hình 3.8 : Giá trị trung bình tốc độ bốc fCO2 trạm trạm quan trắc năm 2019 sông Hồng 56 Hình 3.9 : Giá trị trung bình fCO2 vào mùa mƣa mùa khơ vị trí quan trắc năm 2019 56 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Trong tính tốn chu trình cacbon tồn cầu, phát thải CO2 vào khí chuyển tải cacbon từ hệ thống sông đổ biển, ảnh hƣởng tới biến đổi khí hậu tồn cầu đóng vai trị quan trọng Gần đây, nghiên cứu tốc độ bốc khí CO2 cacbon đổ biển từ dịng sơng Châu Á đƣợc nhiều nhà khoa học giới đặc biệt quan tâm Theo nghiên cứu trƣớc đây, dịng sơng Châu Á chiếm khoảng 50% tổng tải lƣợng chất rắn lơ lửng (TSS) từ hệ thống sông toàn giới [1] Tuy nhiên, thay đổi TSS lƣu lƣợng nƣớc sông thập kỷ gần đƣợc quan sát rõ rệt nhiều sông Châu Á việc xây dựng vận hành hồ chứa [2, 3] Suy giảm lƣợng lớn TSS hệ thống sông dẫn tới giảm lƣợng khí chứa cacbon phát thải từ sơng vào khơng khí, giảm tải lƣợng cacbon đổ biển có mối liên hệ chặt chẽ TSS cacbon hữu không tan nƣớc sông Kết nghiên cứu Wang cs., [4] cho thấy giảm hàm lƣợng TSS kéo theo làm giảm cacbon hữu gắn kết nƣớc sơng Yangtze theo hàm lƣợng tốc độ bốc thoát CO suy giảm rõ rệt, thấp 1/3 so với năm 1960s Nhƣ vậy, cần có tính tốn xác tải lƣợng TSS, cacbon chuyển tải biển, với tốc độ bốc thoát cacbon từ hệ thống sơng lớn châu Á để hồn thiện tính tốn chu trình cacbon tồn cầu Sơng Hồng (Việt Nam) ví dụ điển hình sơng Đơng Nam Á, có thay đổi mạnh mẽ lƣu lƣợng nƣớc, cát bùn lơ lửng chất lƣợng nƣớc sông thập kỷ qua thay đổi điều kiện tự nhiên tác động ngƣời lƣu vực [5] Vùng thƣợng lƣu sông Hồng, hoạt động ngƣời nhƣ thay đổi trạng sử dụng đất, có nạn phá rừng, xây dựng hồ chứa có tác động đáng kể đến lƣu lƣợng nƣớc cát bùn lơ lửng tồn hệ thống sơng Vùng đồng sơng Hồng, nơi diễn nhiều hoạt động chăn nuôi, canh tác, phát triển cơng nghiệp thị hóa với gia tăng dân số…, có tác động lớn tới chất lƣợng nƣớc mặt Đã có nhiều nghiên cứu thay đổi cát bùn lơ lửng cho pCO2 fCO2 nƣớc bề mặt vùng biển lớn Bắc Thái Bình Dƣơng, Biển Đông Lƣợng mƣa ảnh hƣởng đến hàm lƣợng cacbon bốc cacbon từ hệ thống sơng, đặc biệt vùng khí hậu nhiệt đới [27] Gia tăng lƣợng mƣa làm gia tăng xói mịn rửa trôi lƣu vực, dẫn đến gia tăng cacbon đổ vào hệ thống sông Nghiên cứu sông Longchuan [72] sông Xijiang [77] cho thấy giá trị pCO2 tăng đáng kể lƣợng mƣa lƣu lƣợng nƣớc sơng tăng q trình rửa trơi/xói mịn diễn mạnh mẽ lƣu vực Kết nghiên cứu sông Godavari Indonesia cho thấy pCO tăng cao (lên tới 30.000 ppm) mùa mƣa lũ, giá trị thấp (