2.5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.5.2. Phương pháp nghiên cứu
2.5.2.1. Khung định hướng nghiên cứu theo mục tiêu Yêu cầu chung:
- Phương pháp luận để triển khai hướng nghiên cứu chính của Luận án phải đi từ phạm trù tư duy lý luận đến cách thức giải quyết các vấn đề thực tiễn, từ đánh giá hiện trạng ô nhiễm đến dự báo diễn biến chất lượng nước và khả năng tiếp nhận nước thải,
54
kết hợp với việc đánh giá các hạn chế và tồn tại của mô hình quản lý hiện hữu, các đề xuất cụ thể đã có về nâng cấp mô hình quản lý hiện hữu, cũng như xác định các nhu cầu quản lý mới cần đáp ứng bổ sung, để đề xuất mô hình nâng cao hiệu quả quản lý chất lượng nước sông Sài Gòn phù hợp theo hướng khả thi và bền vững.
- Các luận cứ, nhận định đưa ra trong Luận án phải có cơ sở khoa học và phù hợp với bối cảnh và thực tiễn của vùng nghiên cứu.
- Các số liệu điều tra thực tế phải xác thực và đại diện cho vùng nghiên cứu.
- Các đánh giá dự báo phải khách quan, thống nhất và logic với nhau.
- Các đề xuất không vượt quá giới hạn phạm vi nghiên cứu đã đặt ra.
- Mô hình và các giải pháp quản lý đưa ra phải có tính khả thi và bền vững.
Hình 2.5: Khung định hướng nghiên cứu theo mục tiêu Mô hình quản lý chất lượng nước sông Sài Gòn
Đánh giá hiện trạng ô
nhiễm
Dự báo chất lượng nước và khả năng tiếp
nhận nước thải
Xây dựng các thành phần cấu thành của
mô hình quản lý
Quan trắc, đánh giá chất
lượng nước
Thu thập các yếu tố thuỷ văn, thuỷ lực, địa hình, sinh vật,…
Phân tích, đánh giá cơ
sở pháp lý, tồn tại và hạn chế của
mô hình hiện hữu Đánh giá, bổ sung
các yêu cầu quản lý mới từ thực tiễn
Điều tra, khảo sát, thu mẫu, thu thập số liệu
Kế hoạch nghiên cứu
Phạm vi, đối tượng khảo sát
Kế hoạch điều tra, khảo sát
Công tác chuẩn bị khảo sát
Thu thập, xử lý số liệu
55
Các hoạt động nghiên cứu của Luận án được đặt lồng ghép cùng quá trình triển khai thực hiện trong 4 năm (2008-2012) Đề tài Sở KH&CN TP.HCM “Nghiên cứu đề xuất các giải pháp tổng thể và khả thi bảo vệ nguồn nước sông Sài Gòn đảm bảo an toàn cấp nước cho thành phố” (giai đoạn 1,2) do Lâm Minh Triết chủ trì và nghiên cứu sinh đồng chủ trì (đề tài đã được nghiệm thu năm 2010, 2012).
Trong đó:
- Việc khảo sát, thu mẫu phân tích một số chỉ tiêu chất lượng nước sông thực hiện theo Thông tư số 10/2007/TT-BTNMT ngày 22/10/2007 của Bộ TN & MT V/v Hướng dẫn đảm bảo chất lượng và kiểm soát chất lượng trong quan trắc môi trường.
- Việc so sánh, đánh giá chỉ tiêu phân tích chất lượng nước sông thực hiện theo TCVN 5942-1995: Tiêu chuẩn chất lượng nước mặt, cột A (tuy nhiên hiện nay tiêu chuẩn này đã hết hiệu lực và thay thế bằng QCVN 08:2008/BTNMT).
- Việc nghiên cứu đánh giá, dự báo diễn biến chất lượng nước và khả năng tiếp nhận nước thải của sông Sài Gòn thực hiện theo QCVN 08:2008/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước mặt (cột A1, A2, B1) [68].
2.5.2.2. Phương pháp nghiên cứu
Để thực hiện khung định hướng nghiên cứu và các nội dung nghiên cứu cụ thể, Luận án sử dụng các phương pháp nghiên cứu, phân tích và đánh giá chính sau:
1/- Thu thập, thống kê, tổng hợp và kế thừa tài liệu:
Bước triển khai đầu tiên của Luận án là thu thập, thống kê, tổng hợp và kế thừa các tài liệu, số liệu có liên quan đến vùng nghiên cứu nhằm:
- Phân tích, đánh giá về cơ sở pháp lý, ưu – nhược điểm của các mô hình quản lý LVS hiện hữu, các hướng nghiên cứu nâng cấp mô hình quản lý hiệu hữu đã được đề xuất và xem xét toàn diện các vấn đề có liên quan đến các thành phần nghiên cứu của mô hình quản lý LVS theo hướng triển khai mới của Luận án.
- Phân tích, đánh giá về vị trí địa lý, mạng lưới sông suối, ranh giới LVS và vùng nghiên cứu, các đặc điểm có liên quan (điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội, chất lượng nước tự nhiên, tình hình khai thác và sử dụng nguồn nước sông), các đặc điểm phân bố về tác nhân gây tác động và các nguồn thải, chất lượng nước thải, thực trạng diễn biến chất lượng nước sông và quá trình ô nhiễm nguồn nước sông.
- Phân tích, đánh giá về các số liệu điều tra, đánh giá tài nguyên nước, hệ thống sông, thuỷ văn, thuỷ lực, địa hình, sạt lở, xói lở, sinh vật, khả năng tự làm sạch, quan trắc chất lượng nước (số liệu quan trắc giai đoạn 2000 – 2008 của Sở Tài nguyên và Môi trường TP.HCM, số liệu quan trắc của Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Bình
56
Dương, kết quả nghiên cứu trong tài liệu [79],… tại vùng nghiên cứu; về hiện trạng công tác quản lý, khai thác, sử dụng và bảo vệ nguồn nước sông; các quy chuẩn nước mặt và nước thải áp dụng, các kết quả kiểm chứng mô hình hoá chất lượng nước sông đã có,…
Trong nhiều nội dung nêu trên, nghiên cứu sinh sử dụng phương pháp tiếp cận thu thập số liệu, tài liệu qua cơ quan quản lý nhà nước, cơ quan nghiên cứu khoa học, hoặc qua thư viện, tài liệu sách báo, các chuyên gia,…, trong đó nhiều nguồn thông tin chỉ cần tổng hợp, không cần xử lý thống kê (dữ liệu cấp 1). Đối với các nguồn số liệu cần xử lý, tổng hợp, phân tích và đánh giá, nghiên cứu sinh sử dụng phương pháp liệt kê, kiểm tra độ tin cậy của nguồn số liệu và xử lý định lượng số liệu bằng phương pháp thống kê, từ đó đưa ra phân tích, đánh giá số liệu theo mục tiêu nghiên cứu.
Ngoài ra, cũng sử dụng phương pháp phân tích hệ thống và tổ hợp hệ thống để phân tích và đánh giá đối với các nguồn tài liệu, số liệu thu thập về cơ sở pháp lý, các ưu và nhược điểm của mô hình hiện hữu, các giải pháp quản lý đã áp dụng,…
2/- Điều tra và khảo sát thực tế:
Phương pháp điều tra, khảo sát sử dụng chủ yếu cho các nghiên cứu về đánh giá hiện trạng ô nhiễm và dự báo chất lượng nước, khả năng tiếp nhận nước thải của sông Sài Gòn, qua các phương pháp điều tra, khảo sát hiện trường và phương pháp điều tra xã hội học thông qua gửi phiếu điều tra đến các cơ sở điều tra:
2.1- Phương pháp điều tra, khảo sát hiện trường được thực hiện bằng cách thu thập, thống kê, tổng hợp các tài liệu về vùng nghiên cứu, rồi lập kế hoạch chi tiết cho công tác điều tra, khảo sát hiện trường và tổ chức thực hiện thực tế:
- Chọn phạm vi, đối tượng khảo sát: Thông qua việc thu thập tài liệu và số liệu, các thông tin bản đồ số về vùng nghiên cứu, để chọn phạm vi khảo sát hiện trường, thu mẫu, kết hợp thu thập các thông số thuỷ văn, thuỷ lực, địa hình,… tại vùng nghiên cứu sao cho phù hợp với khả năng kinh phí và mục tiêu nghiên cứu:
+ Đối với nội dung thu mẫu và phân tích các chỉ tiêu chất lượng nước, Luận án chọn 02 đối tượng nghiên cứu là nguồn nước mặt trên sông Sài Gòn và nước thải xả ra từ các KCN/KCX hiện đang hoạt động trong vùng trung – hạ lưu sông Sài Gòn:
Thu mẫu, phân tích nước mặt trên sông Sài Gòn nhằm mục đích kiểm tra, giám sát một số chỉ tiêu chất lượng nước sông được chọn nghiên cứu cấp bách tại thời điểm khảo sát (tháng 5/2008). Mẫu được lấy ở tầng mặt, các chỉ tiêu chọn nghiên cứu gồm:
N-NH4+, COD, BOD5, SS, tổng Mn, Fe, … nhằm xác định hiện trạng chất lượng nước sông và các nguyên nhân gây ô nhiễm nước sông Sài Gòn do các nguồn thải. Số lượng
57
điểm và toạ độ vị trí quan trắc nước mặt như đưa ra trong Phụ lục. Phương pháp thu mẫu, vận chuyển, phân tích các chỉ tiêu áp dụng theo tiêu chuẩn Việt Nam và Thông tư số 10/2007/TT-BTNMT ngày 22/10/2007 của Bộ TN & MT. Các kết quả phân tích so sánh với TCVN 5942 - 1995: Tiêu chuẩn chất lượng nước mặt, cột A. Còn về tổng thể hiện trạng chất lượng nước sông Sài Gòn giai đoạn 2000-2008, nghiên cứu sinh thực hiện việc phân tích và đánh giá theo các nguồn số liệu đã thu thập, thống kê, tổng hợp và kế thừa.
Thu mẫu, phân tích chất lượng nước thải xả ra từ 15 KCN/KCX hiện hoạt động trên LVS ở TP.HCM và tỉnh Bình Dương (1 mẫu/1 KCN-KCX), nhằm mục đích kiểm tra, giám sát một số chỉ tiêu chất lượng nước thải được chọn để phân tích, tính toán tải lượng ô nhiễm từ các nguồn thải là các K/CCN, đánh giá hiệu quả xử lý nước thải trong lưu vực tại thời điểm khảo sát (tháng 12/2010). Các chỉ tiêu lựa chọn gồm: pH, BOD5, COD, SS, Tổng N, P, N-NH4+, tổng Mn, Fe, …. Nghiên cứu này nhằm các mục đích sau: (i) Đánh giá trình độ công nghệ xử lý nước thải hiện có của các KCN/KCX; (ii) Đánh giá mức độ tác động do nước thải công nghiệp sau xử lý đối với chất lượng nước sông; (iii) Làm rõ hơn về các nguồn tác động tiềm năng làm tăng lên hàm lượng Tổng Mn, Fe trong nước sông Sài Gòn.
Phương pháp thu mẫu, vận chuyển, phân tích các chỉ tiêu áp dụng theo tiêu chuẩn Việt Nam và Thông tư số 10/2007/TT-BTNMT ngày 22/10/2007 của Bộ TN&MT. Kết quả phân tích nước thải so sánh với TCVN 5945-1995: Tiêu chuẩn chất lượng nước thải công nghiệp, cột A, B (tiêu chuẩn này cũng đã hết hiệu lực và thay thế bằng QCVN 40:2011/BTNMT). Mặt khác, nghiên cứu sinh cũng thực hiện việc phân tích và đánh giá về tổng thể hiện trạng chất lượng nước thải công nghiệp xả thải trên LVS Sài Gòn theo các nguồn số liệu đã thu thập, thống kê, tổng hợp và kế thừa.
+ Đối với nội dung thu thập các số liệu thuỷ văn, thuỷ lực của đoạn sông Sài Gòn nghiên cứu, nghiên cứu sinh sử dụng phương pháp tiếp cận thu thập số liệu, tài liệu tại các trạm đo trên sông Sài Gòn trong quá trình khảo sát hiện trường.
- Thu thập và xử lý số liệu: Sử dụng phương pháp liệt kê, kiểm tra và xử lý định lượng số liệu bằng phương pháp thống kê, xây dựng đồ thị, biểu đồ so sánh (với sự hỗ trợ của phần mềm Excel), từ đó đưa ra các phân tích và đánh giá theo mục tiêu nghiên cứu. Phương pháp thống kê bảo đảm quy tắc toán học thống kê (tính liên tục, độ phủ dữ liệu, sai số và độ tương quan), trong đó sai số thống kê áp dụng cho các nguồn số liệu thuỷ văn, thuỷ lực là ≤ 6% theo quy định của ngành khí tượng và thuỷ văn.
2.2- Phương pháp điều tra xã hội học thông qua gửi phiếu điều tra đến các cơ sở điều tra, được thực hiện bằng cách lập mẫu phiếu điều tra với số lượng các thông tin
58
chọn điều tra, rồi lập danh sách, liên hệ trước và gửi phiếu điều tra tới 15 KCN/KCX hiện hoạt động trên LVS ở TP.HCM và tỉnh Bình Dương (1 mẫu phiếu/1 KCN-KCX).
Mẫu phiếu điều tra gồm khoảng 20 câu hỏi được sử dụng để điều tra thông tin về hiện trạng phát thải và công tác quản lý môi trường tại từng đơn vị điều tra (như: công tác quản lý nước thải, lưu lượng nước thải, số lượng trạm và công suất xử lý, vị trí xả thải, nguồn tiếp nhận nước thải, hiện trạng công nghệ xử lý nước thải, các tiêu chuẩn/quy chuẩn môi trường áp dụng và tiêu chuẩn xử lý thực tế đạt được,…).
Phương pháp xử lý số liệu thu thập được cũng tương tự như trên: liệt kê, kiểm tra và xử lý định lượng số liệu bằng phương pháp thống kê, xây dựng đồ thị, biểu đồ so sánh (với sự hỗ trợ của phần mềm Excel), từ đó đưa ra các phân tích và đánh giá theo mục tiêu nghiên cứu. Phương pháp điều tra xã hội học có độ tin cậy thấp hơn so với phương pháp điều tra, khảo sát hiện trường do phụ thuộc vào tính chủ quan và thái độ thiện chí của đơn vị cung cấp thông tin. Do đó, nguồn số liệu điều tra xã hội học thu thập được đưa qua kiểm tra, chọn lọc thông tin và so sánh kỹ lưỡng với các nguồn số liệu thu thập, tổng hợp và kế thừa khác (ví dụ: qua niên giám thống kê, các báo cáo đánh giá hiện trạng môi trường, các nhiệm vụ và đề tài nghiên cứu khoa học,…) nhằm nâng cao độ tin cậy của phương pháp này.
3/- Mô hình hóa chất lượng nước:
Phương pháp mô hình hoá sử dụng để dự báo diễn biến chất lượng nước và khả năng tiếp nhận nước thải của sông Sài Gòn, trong đó nghiên cứu sinh chọn giải pháp ứng dụng mô hình MIKE 11 cho mục đích này. Lý do của sự lựa chọn này gồm:
- Mô hình MIKE 11 đã được kiểm chứng tính năng kỹ thuật, các hệ số và điều kiện biên tính toán, tính phù hợp của mô hình trong nghiên cứu đánh giá về khả năng chịu tải và dự báo chất lượng nước sông Sài Gòn [65,80,88]. Kết quả kiểm chứng cho thấy mô hình MIKE 11 có những ưu điểm vượt trội về tính đa năng kỹ thuật và khả năng thích ứng với điều kiện thực tế của LVS Sài Gòn, cho phép hiệu chỉnh mô hình (các hệ số và điều kiện biên) phù hợp, đảm bảo độ chính xác và độ tin cậy yêu cầu.
- Tuy nhiên, để đánh giá và dự báo về khả năng chịu tải của sông, thì phải tính toán được tải lượng ô nhiễm của các nguồn xả thải vào sông Sài Gòn, trong khi trên thực tế chỉ tính được tải lượng ô nhiễm của một số nguồn và thường phải bỏ ra khỏi tính toán một số nguồn không thể ước tính tải lượng ô nhiễm. Điều này có thể gây sai số đáng kể cho môđun chất lượng nước (Ecolab). Do đó, ở đây phát triển hướng tiếp nhận công nghệ mới này cho nghiên cứu về khả năng tiếp nhận nước thải của sông.
- Mô hình MIKE 11 cho phép đánh giá khả năng tiếp nhận nước thải của nước sông Sài Gòn trên cơ sở tính toán tổng thể các quá trình diễn ra trong dòng chảy: quá
59
trình gia nhập dòng chảy; quá trình truyền tải chất; quá trình khoáng hoá của các chất ô nhiễm,…, với việc tính toán thử nghiệm và hiệu chỉnh các thông số thuỷ văn, thuỷ lực, các dữ liệu biên lỏng, các hệ số tự làm sạch,… của mô hình.
- Khác với các mô hình [5,27,32,50] có mức độ tính toán hạn chế (độ mặn, DO, BOD5), thì MIKE 11 có 6 mức độ tính toán với các thông số quan trọng, như: BOD5 phân hủy, BOD5 lơ lửng, BOD5 tại đáy sông, DO, N-NH4+, N-NO3-, photpho và coliform, nên có thể lựa chọn mức độ tính toán theo mục tiêu nghiên cứu. Đối với nước sông Sài Gòn thì thực trạng ô nhiễm do chất dinh dưỡng và chất hữu cơ là đáng lo ngại, nên Luận án chỉ chọn nghiên cứu chủ yếu cho các thông số: DO, N-NH4+và BOD5.
- Ngoài ra, MIKE 11 là phần mềm mạnh, có tốc độ tính toán nhanh, tiết kiệm thời gian và chi phí, cũng như có một số ưu thế tiện dụng khác.
Nhược điểm chính của mô hình MIKE 11 là đòi hỏi nhiều nguồn số liệu và dữ liệu đầu vào, mà nhiều khi khó đáp ứng ở các LVS còn ít được nghiên cứu. MIKE 11 đã được giới thiệu kỹ trong các công trình nghiên cứu [40,49,57]. Đó là mô hình thuỷ động học một chiều do Viện DHI (Đan Mạch) thiết kế, với 03 môđun mô phỏng:
môđun thủy động lực (HD), mô đun lan truyền chất (AD) và môđun chất lượng nước (WQ), dựa trên hệ phương trình Saint - Venant, phương trình khuyếch tán - lan truyền chất ô nhiễm trong sông và các phương trình vi phân mô phỏng quá trình tương tác sinh - hóa lý giữa các chất ô nhiễm trong môi trường nước. Trong đó:
Phạm vi tính toán của mô hình được giới hạn ở đoạn sông từ chân đập hồ Dầu Tiếng đến trạm Phú An, với mạng lưới dòng chảy tính toán như trên hình 2.5.
Hình 2.6: Sơ đồ mạng lưới dòng chảy tính toán của mô hình chất lượng nước
60
Đoạn sông này đáp ứng các tiêu chí đánh giá chất lượng nước như sau:
+ Bao quát được các tác động từ các nguồn thải công nghiệp, sinh hoạt, nông nghiệp, dịch vụ, du lịch, giao thông thuỷ,… đối với chất lượng nước sông, từ đập Dầu Tiếng về phía hạ lưu qua số liệu quan trắc tại các trạm đầu nguồn, cuối nguồn và các nhánh mé tả - hữu đổ vào dòng chính sông (như: Kênh Tân Hóa Lò Gốm, Kênh Tham Lương – Bến Cát, Rạch Vĩnh Bình,…);
+ Đáp ứng mục tiêu đảm bảo an toàn cấp nước tại nhà máy nước Tân Hiệp;
+ Có số liệu quan trắc thủy văn, thuỷ lực và chất lượng nước phong phú;
+ Có điều kiện biên chất lượng nước xác định trên cơ sở các số liệu quan trắc;
+ Có các hệ số tự làm sạch của nước sông đã được nghiên cứu và xác định;
+ Có thời gian mô phỏng kiểm chứng và hiệu chỉnh mô hình chắc chắn là mùa kiệt (từ tháng 1 đến tháng 4 năm 2010).
Các biên thuỷ lực: sử dụng kết quả tính toán mô hình thủy lực của toàn bộ mạng lưới thủy văn hạ lưu hệ thống sông Đồng Nai (hình 2.6) cho các biên Thị Tính, Rạch Tra, Vĩnh Bình, Gò Dưa, Rạch Chiếc, Tham Lương – Bến Cát, Nhiêu Lộc – Thị Nghè và Phú An, trong đó biên Phú An, Thủ Dầu Một được kiểm định bằng số liệu của trạm đo thủy văn. Biên thượng lưu hồ Dầu Tiếng sử dụng số liệu đo đạc thực tế;
Hình 2.7: Sơ đồ mô hình tính toán thuỷ lực của vùng hạ lưu sông Đồng Nai