Phần 3 Vật liệu và phương pháp nghiên cứu
3.3. Đối tượng nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu chính của đề tài này là các hộ chăn nuôi lợn. 3.4. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
- Điều kiện tự nhiên kinh tế xã hội tại huyện Yên Dũng - Đánh giá tình hình chăn ni lợn tại huyện n Dũng
- Đánh giá chất lượng môi trường chăn nuôi tại huyện Yên Dũng
- Phân tích sự phân bố khơng gian và mơ phỏng dịng phát tán chất thải bằng phần mềm ArcGIS 10.3.
- Kiểm chứng mơ hình với số liệu thu thập tại địa bàn nghiên cứu
- Đề xuất các giải pháp giảm thiểu ô nhiễm môi trường từ các cơ sở chăn ni lợn thơng quan phân tích kịch bản chạy từ mơ hình máy tính.
3.5. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.5.1. Nguồn số liệu cho mơ hình 3.5.1. Nguồn số liệu cho mơ hình
Nguồn số liệu sử dụng cho đầu vào của mơ hình bao gồm:
- Đặc điểm hộ chăn nuôi lợn (đặc điểm sinh kế hộ chăn nuôi, số lượng lợn thịt, lợn nái của hộ, biện pháp xử lý chất thải chăn nuôi): Số liệu này được thu thập bằng phương pháp phỏng vấn nông hộ, năm 2017.
- Thống kê về số lượng lợn và số hộ chăn ni cho tất cả các xã trên tồn huyện: Số liệu này lấy từ bộ cơ sở dữ liệu điều tra của Phòng NN&PTNT huyện Yên Dũng, năm 2017.
- Điều kiện địa hình: Mơ hình số độ cao DEM (ALOS PALSAR-2). - Vị trí các hộ chăn nuôi (điểm xả thải): Giải đoán ảnh SENTINEL-2, chụp ngày 3/6/2017.
- Hệ số phát thải: Sử dụng số liệu kiểm tốn mơi trường thực hiện tại Bắc Giang với 2 thông số cơ bản là COD và BOD5 (Bảng 3.1).
- Hiệu suất xử lý bằng bể biogas tại địa phương: COD = 81%; BOD5 = 86% (Phạm et al., 2017).
Bảng 3.1. Tải lượng chất thải phát sinh từ hoạt động chăn nuôi lợn tại tỉnh Bắc Giang
Loại lợn Nước thải
(m3/năm) COD (kg/năm)
BOD5 (kg/năm) Nái (con) 6.35 7,18 5,56 Thịt (con) 7.01 8,66 5,28 Nguồn: Phạm et al. (2017). 3.5.2. Phương pháp phỏng vấn nông hộ
Điều tra hộ chăn nuôi bằng bảng hỏi với nội dung về sinh kế của hộ chăn nuôi lợn (DFID, 2001). Trong đó, thơng tin được sắp xếp theo các nguồn vốn sinh kế, thực trạng chăn nuôi và thực trạng xử lý chất thải. Số mẫu điều tra là 90 hộ, lựa chọn ngẫu nhiên trên 3 xã điển hình (xem Hình 3.1). Số liệu sau đó được tổng hợp, phân tích bằng phần mềm thống kê SPSS để xác định các tham số (bao gồm giá trị trung bình, độ lệnh chuẩn, hệ số tương quan) đưa vào mơ hình máy tính mơ phỏng cho tồn huyện.
3.5.3 Phương pháp mơ hình hóa và phân tích khơng gian
Mơ hình được xây dựng trên phần mềm ArcGIS 10.3 theo tiếp cận phân tích khơng gian thủy văn (Spatial analysis of hydrology) để phân chia bề mặt địa hình thành các vùng gom nước (basin). Tải lượng chất thải được xác định thông qua mức phát thải của các hộ chăn nuôi lợn nằm trong ranh giới của vùng gom nước. Phương pháp này được áp dụng ở nhiều nơi trên thế giới (Kellogg, 2000; Jha et al., 2010; Thanapongtharm et al., 2016; Deng et al., 2017). Chi tiết về
phương pháp như sau:
Lập bản đồ phân bố các nguồn thải (hộ chăn nuôi):
Bản đồ che phủ đất, trong đó có phân lớp khu dân cư được xây dựng dựa vào giải đoán ảnh vệ tinh. Vì số liệu điều tra của phòng NN&PTNT (2017) khơng có tọa độ gắn với từng hộ nên tơi sử dụng thuật tốn ngẫu nhiên để định vị các hộ chăn ni lợn trong khu dân cư (Hình 3.2). Mỗi hộ chăn ni sau đó được gán thuộc tính (số lượng lợn thịt, nái) dựa vào thống kê mô tả với các giá trị trung bình và độ lệch chuẩn.
Hình 3.2. Sơ đồ phương pháp lập bản đồ sự phân bố hộ chăn ni lợn
Phân tích dịng chảy:
Thực hiện trên phần mềm ArcGIS 10.3 với trình tự các bước chạy được trình bày tóm tắt trong Hình 3.3 Dữ liệu chính sử dụng để phân tích dịng chảy là mơ hình số độ cao DEM và các điểm phát thải (hộ ni lợn).
Ảnh SENTINEL-2
Tách lớp Giải đốn
(Object based Image Segmentation)
Bản đồ sử dụng/che phủ
Ảnh Google độ
phân giải cao Số liệu thống kê chăn nuôi
Hiệu chỉnh và gán lớp
Bản đồ khu dân cư theo xã
Bản đồ hành chính
Tổng hợp thống kê
Tạo điểm ngẫu nhiên và gán thuộc tính Số hộ ni lợn Số lượng các loại lợn v.v. theo xã Bản đồ phân bố Hộ chăn ni
Hình 3.3. Mơ hình phân tích dịng chảy
Ước lượng chất ơ nhiễm tích lũy:
Lượng chất thải được tính theo số lượng vật ni và hệ số phát thải. Tải lượng ơ nhiễm được tính dựa vào tổng lượng chất thải, hệ số các loại hình xử lý và hiệu suất xử lý (Hình 3.4). Trên địa bàn nghiên cứu chất thải chủ yếu được xử lý qua bể biogas. Tỷ lệ số hộ áp dụng biện pháp xử lý biogas tại các hộ gia đình được ước tính dựa trên phân tích hồi quy logic đa biến (Cramer, 2003; McFadden, 1974) sử dụng số liệu phỏng vấn nông hộ. Giả thuyết để tính tốn tham số này là quyết định sử dụng bể biogas của các hộ gia đình có tương quan với điều kiện sinh kế và số lượng vật nuôi. Phương pháp này được lựa chọn theo đề xuất của Brown (2006) vì mục nó phù hợp cho mục đích phân tích liên quan đến quyết định sản xuất. Mơ hình số độ cao DEM (PALSAR-2) Tính hướng dịng (Flow Direction) Hướng dịng chảy (Direction) Lọc nhiễu
(Fill) đã được lọc DEM
Xác định lưu vực (Watershed Basin Calculation) Lưu vực (Watershed Basin) Gộp dòng chảy (Flow Accumulation) Các dòng chảy Xác định cấp dòng (Stream Order) Cấp dòng chảy Điểm xả thải (Hộ ni lợn) TỪ MƠ HÌNH PHÂN BỐ HỘ CHĂN NUÔI Xác định tiểu vùng chứa (Sub-Drainage basin delineation)
Tiểu lưu vực - gom nước thải (Sub-Dranaige Basin)
Hình 3.4. Mơ hình phân tích dịng chảy
Kiểm chứng mơ hình:
Mơ hình được kiểm chứng bằng cách so sánh quy luật phân tán chất thải tính trên phần mềm ArcGIS so với số liệu quan trắc thực tế. Do số liệu quan trắc có đơn vị đo là nồng độ (mg/l), khác so với kết quả mơ hình có đơn vị là tải lượng (kg/ha/năm) thuật tốn kiểm chứng khơng thể so sánh giá trị một cách trực tiếp (Kleijnen, 1999). Vì vậy, chúng tơi lựa chọn phương pháp kiểm chứng thống kê Bayesian (BIC) mà các chuyên gia về mơ hình hóa (Rebba et al., 2006;
Kleijnen et al., 1998; Kingdom and Prins, 2016) đã đề xuất.
Hệ số BIC được sử dụng để đánh giá mức độ chấp nhận của mơ hình so với giá trị quan trắc thực tế và được tính như sau (Schwarz, 1978).
BIC = ln (n)k – 2ln(L^) Trong đó:
- L^: giá trị cực đại của hàm “likelohood”
HỘ CHĂN NUÔI Số lượng đàn lợn Sinh kế hộ chăn nuôi Dự báo khả năng áp dụng Biogas theo hệ số hồi quy logic
Xác suất hộ áp dụng Biogas Hệ số hiệu quả xử lý COD=81% BOD=86% Hệ số phát thải + Lợn thịt + Lợn nái Tải lượng từ hộ chăn nuôi thải ra môi trường Tải lượng trước xử lý TỪ MƠ HÌNH PHÂN TÍCH DỊNG CHẢY (Vị trí các tiểu lưu vực)
Liên kết không gian và tổng hợp thống kê (Spatial join) TỪ MƠ HÌNH PHÂN BỐ HỘ (Vị trí các hộ chăn ni)
Tải lượng ơ nhiễm trên từng tiểu lưu vực
- n: số điểm quan trắc
- k: số lượng tham số trong mơ hình
Hệ số này được tính tốn một cách tự động trong phần mềm SPSS 16.0. Kết quả tính từ mơ hình có thể đánh giá một cách trực quan thơng qua đồ thị thể hiện vị trí của giá trị tính tốn có nằm trong vùng tin cậy (95%) hay không.
PHẦN 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
4.1. ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN, KINH TẾ XÃ HỘI HUYỆN YÊN DŨNG 4.1.1. Điều kiện tự nhiên 4.1.1. Điều kiện tự nhiên
4.1.1.1. Vị trí địa lý
Yên Dũng là một huyện trung du miền núi nằm ở phía Đơng Nam của tỉnh Bắc Giang, cách trung tâm tỉnh lỵ Bắc Giang khoảng 15 km, cách Thủ đơ Hà Nội 65 km. Với vị trí nằm liền kề với khu tam giác kinh tế phía Bắc và gần các trung tâm đô thị lớn như Hà Nội, Hải Phòng, Hạ Long, Thái Nguyên, Thành phố Bắc Giang, Thành phố Bắc Ninh, huyện Yên Dũng có lợi thế quan trọng trong giao lưu kinh tế, văn hoá với trung tâm này. Ranh giới hành chính của huyện xác định như sau:
Phía Đơng Bắc giáp huyện Lục Nam- Bắc Giang và tỉnh Hải Dương. Phía Bắc giáp huyện Lạng Giang và thành phố Bắc Giang.
Phía Tây giáp huyện Việt Yên, tỉnh Bắc Giang. Phía Nam giáp tỉnh Bắc Ninh.
Trên địa bàn huyện có đường quốc lộ 1A cũ và mới chạy qua cùng với hệ thống giao thông đường thuỷ và đường sắt khá thuận lợi, có cơ hội giao lưu với thị trường bên ngoài, là tiền đề cho sự phát triển kinh tế - xã hội trong những năm tới.
Yên Dũng là một huyện nằm ở tiểu vùng miền núi và trung du của tỉnh Bắc Giang được bao bọc bởi 3 con sông là sông Cầu, sông Thương và sông Lục Nam. Huyện bao gồm 19 xã và 2 thị trấn. Phía Bắc giáp thành phố Bắc Giang, huyện Lạng Giang; phía Đơng giáp huyện Lục Nam; phía Nam giáp với huyện Quế Võ (Bắc Ninh), huyện Chí Linh (Hải Dương); phía Tây giáp với huyện Việt Yên. Dân số của huyện tính đến tháng 12 năm 2016 là 133.809 người. Mật độ dân số là 698 người/km2. Trung tâm huyện là thị trấn Neo.
4.1.1.2. Địa hình
Địa hình của huyện Yên Dũng chia thành 02 vùng rõ rệt: Vùng đồi núi và vùng đồng bằng.Theo kết quả phân cấp độ dốc, đất đai của huyện được chia ra như sau: Đất có độ dốc dưới 30 có diện tích trên 15.784,37 ha, chiếm trên 82,90%
tổng diện tích tự nhiên; Đất có độ dốc từ 30 - 80 có diện tích 707,30 ha, chiếm tỷ lệ 3,70%; Đất có độ dốc từ 80 - 150 có diện tích 947,96 ha, chiếm tỷ lệ 5,00%; Đất có độ dốc trên 150 có diện tích 1.598,14 ha, chiếm tỷ lệ 8,40%.
Phần lãnh thổ có địa hình phức tạp nhất là dãy núi Nham Biền chạy cắt ngang địa bàn huyện, qua các xã Nội Hoàng, Yên Lư, Tiền Phong, Nham Sơn, Tân Liễu, Cảnh Thuỵ, Tiến Dũng và thị trấn Neo. Đỉnh cao nhất của dãy Nham Biền có độ cao là 254 m so với mặt nước biển. Phần lớn diện tích canh tác của huyện n Dũng nằm ở địa hình vàn, thích hợp cho sản xuất nơng nghiệp, như gieo trồng các loại cây lương thực, cây cơng nghiệp ngắn ngày. Với địa hình đa dạng đã tạo điều kiện thuận lợi để huyện có thể phát triển nơng - lâm nghiệp theo hướng đa dạng hóa với nhiều loại cây trồng, vật ni có giá trị sản phẩm cao. 4.1.1.3. Khí hậu
Yên Dũng nằm trong vùng chịu khí hậu nhiệt đới gió mùa với 2 mùa rõ rệt. Mùa hè từ tháng 4 đến tháng 9 khí hậu thường nóng, ẩm, mưa nhiều. Mùa đơng từ tháng 10 đến tháng 3 năm sau khí hậu thường khơ hanh có kèm theo mưa phùn làm ảnh hưởng đến sản xuất và đời sống của nhân dân.
Nhiệt độ: Nhiệt độ trung bình hàng năm của huyện là 23,30C, nhiệt độ trung bình tháng cao nhất là 28,8oC (tháng 7), nhiệt độ trung bình tháng thấp nhất là 16,40C (tháng 1). Biên độ dao động nhiệt giữa tháng cao nhất và tháng thấp nhất là 12,00C. Nhiệt độ cao tuyệt đối ghi nhận được ở vùng này là 41,20C, nhiệt độ thấp tuyệt đối là 3,30C.
Lượng mưa: Lượng mưa trung bình hàng năm là 1.553 mm, năm cao nhất đạt tới 2.358 mm. Mưa tập trung chủ yếu vào các tháng 6,7,8,9 là nguyên nhân gây ra ngập lụt. Tháng 8 có lượng mưa trung bình cao nhất tới 297 mm, cá biệt có năm lên tới 756 mm; tháng 12 có lượng mưa thấp nhất (16 mm), cá biệt có những năm vào tháng 11, 12 hồn tồn khơng mưa. Độ ẩm: Độ ẩm khơng khí trung bình hàng năm là 82%, cao nhất là 85%, thấp nhất là 77%. Bức xạ nhiệt: Số giờ nắng trung bình hàng năm là 1.722 giờ, thuộc loại tương đối cao, thích hợp để canh tác 3 vụ trong năm.
Với đặc điểm khí hậu như trên, cho phép trên địa bàn huyện có thể phát triển nền nơng nghiệp đa dạng với các cây trồng, vật nuôi nhiệt đới, tuy nhiên cần lựa chọn hệ thống cây trồng hợp lý để tránh tình trạng úng ngập trong mùa mưa ở các vùng trũng ven sơng và tình trạng khơ hạn trong mùa khô ở vùng đồi núi.
4.1.1.4. Thủy văn
Huyện Yên Dũng được bao bọc bởi: Sông Cầu chạy dọc ranh giới giữa huyện Yên Dũng và huyện Quế Võ, tỉnh Bắc Ninh, với tổng chiều dài 25 km; Sông Thương chạy cắt ngang lãnh thổ huyện theo chiều từ Tây Bắc xuống Đơng Nam có chiều dài 34 km; Sông Lục Nam chạy dọc ranh giới của huyện Yên Dũng với huyện Lục Nam, có chiều dài 6,7 km.
Chế độ thủy văn của các con sông phụ thuộc chủ yếu vào chế độ mưa và khả năng điều tiết của lưu vực. Chế độ thuỷ văn được chia theo hai mùa rõ rệt: Dòng chảy mùa lũ thường từ tháng 6 đến tháng 9, lượng nước trên các sông trong mùa lũ thường chiếm khoảng 75 - 85% tổng lượng dòng chảy trong năm, tuy nhiên phân bố không đều giữa các tháng, lưu lượng lớn nhất thường xuất hiện vào tháng 7; Dòng chảy mùa kiệt từ tháng 10 năm trước đến tháng 4 năm sau, lượng nước trên sông chỉ chiếm 15 - 25% tổng lượng nước trong năm, tháng có lưu lượng nhỏ nhất trong năm thường xảy ra vào các tháng 1, 2, 3 và tùy từng sông. Ngồi ra, trên địa bàn huyện cịn có hệ thống các hồ, đầm đóng vai trị điều hịa dòng chảy, cung cấp nguồn nước cho sản xuất và sinh hoạt của người dân.
4.1.1.5. Các nguồn tài nguyên
a. Tài nguyên đất
Theo kết quả điều tra khảo sát của viện quy hoạch và thiết kế nơng nghiệp trên diện tích 19.093,04 ha, đất đai của huyện Yên Dũng được chia thành 5 nhóm đất với 12 loại đất chính, được thể hiện tại Bảng 4.1:
Bảng 4.1. Những loại đất chính trên địa bàn huyện Yên Dũng năm 2016
STT Tên nhóm đất Diện tích (ha) Tỷ lệ (%)
1 Đất phù sa 14.172,76 74,23
2 Đất bạc màu 1.132,22 5,93
3 Đất đỏ vàng 3.505,48 18,36
4 Đất thung lũng do sản phẩm dốc tụ 101,19 0,53
5 Đất xói mịn 181,38 0,95
Nguồn: Chi cục Thống kê huyện Yên Dũng (2017) Nhìn chung, đất đai huyện Yên Dũng khá đa dạng, hàm lượng các chất dinh dưỡng từ trung bình đến nghèo. Các nhóm đất phù sa, bạc màu, dốc tụ, thích hợp
trồng các loại cây ngắn ngày như lúa, ngô, rau đậu, khoai tây, lạc... Nhóm đất đỏ vàng ở khu vực chân đồi, tầng dầy đất thích hợp trồng một số loại cây ăn quả như vải, na, hồng và một số loại cây lâm nghiệp.
b. Tài nguyên nước
- Nguồn nước mặt: Sông Thương, sông Cầu và sông Lục Nam là nguồn cung cấp nước chủ yếu cho sản xuất của huyện, tổng chiều dài trên phần lãnh thổ huyện Yên Dũng là 65,7 km, trữ lượng nước rất dồi dào. Ngoài ra, toàn huyện còn khoảng 780 ha ao, hồ, đầm các loại với trữ lượng nước khá lớn, phục vụ trực tiếp cho các nhu cầu sản xuất tại chỗ.
- Nguồn nước ngầm: Hiện tại chưa có nguồn tài liệu điều tra khảo sát về trữ lượng nước ngầm trên toàn huyện, nhưng theo kết quả khảo sát sơ bộ thì mực nước ngầm ở vào khoảng 15-25 m, chất lượng khá tốt, có thể khai thác để sử dụng trong sinh hoạt và sản xuất.
c. Tài nguyên rừng
Huyện Yên Dũng có trên 1.700 ha rừng sản xuất và gần 300 ha rừng phòng hộ. Rừng chủ yếu là rừng mới trồng theo chương trình 327 của Chính Phủ. Diện tích đất trống có thể phát triển trồng rừng cịn ít. Do vậy cần có những biện pháp bảo vệ và chăm sóc nguồn tài nguyên rừng hiện có, khai thác hiệu quả, hợp lý, đảm bảo môi trường bền vững.
d. Tài nguyên khoáng sản
Dọc theo sông Cầu và sơng Thương có khống sét chất lượng khá tốt là nguyên liệu sản xuất gạch ngói, gốm sứ. Nhờ vậy mà ở các xã ven bờ hai dịng sơng này nghề sản xuất vật liệu xây dựng rất phát triển, tiêu biểu nhất là xã Yên