Đánh giá tình trạng phú dưỡng năm 2024

Cụm hồ khu đô thị Văn Quán bao gồm hai hồ điều hòa nằm trong khu đô thị mới Văn Quán (Hà Đông, Hà Nội) là hồ Văn Quán và hồ Than Thở. Nghiên cứu này nhằm xác định hiện trạng phú dưỡng của cụm hồ này và sự thay đổi theo không gian và thời gian của chỉ số dinh dưỡng nước hồ (trophic state index: TSI) dựa vào số liệu đo thực tế hàm lượng chlorophyll-a (Chla), hàm lượng photpho tổng số (TP) và độ trong của nước (SD) thu được từ 15 diểm trong 4 đợt khảo sát từ tháng 12/2020 đến tháng 6/2022. Kết quả cho thấy cả hai hồ đang ở mức siêu phú dưỡng (phì dưỡng) với giá trị TSI > 74 ở tất cả các thời điểm đo. Giá trị TSI có sự thay đổi nhẹ theo mùa, cụ thể cao trong mùa mưa (tháng 6) và thấp trong mùa khô (tháng 12). Theo không gian, giá trị TSI của hồ Văn Quán luôn cao hơn hồ Than Thở. Giá trị TSI thường cao hơn ở khu vực cửa các cống thoát nước ven đường 19/5 so các điểm đo khác. Mức phú dưỡng cao là nguyên nhân khiến cho hiện tượng tảo nở hoa xảy ra thường xuyên ở cụm hồ này.

Từ khóa: Hồ Văn Quán, TSI, phì dưỡng, ô nhiễm hữu cơ, tảo nở hoa.

Ngày nhận: 13/2/2023. Ngày sửa chữa: 23/2/2023. Ngày duyệt đăng: 28/2/2023.

Assessing lake eutrophication in Van Quan new residential area

Abstract:

The Van Quan urban lake cluster consists of two artificial lakes located in the new urban area of Van Quan (Ha Dong, Hanoi), which are Van Quan Lake and Than Tho Lake. This study aims to determine the trophic status of this lake cluster and the changes in the trophic state index (TSI) over space and time based on in situ datasets of Chlorophyll-a (Chla) concentration, total phosphorus (TP) concentration, and water transparency (SD) obtained from 15 sampling points during 4 surveys from December 2020 to June 2022. The results showed that both lakes were in a state of eutrophication with TSI values > 74 at all measurement times. TSI values varied slightly by season, with higher values in the rainy season (June) and lower values in the dry season (December). In terms of spatial distribution, the TSI value of Van Quan Lake was always higher than that of Than Tho Lake. TSI values were also generally higher at the entrances of drainage channels along the 19/5 street than at other sampling points. High eutrophication levels are the main cause of frequent occurrences of algal blooms in this lake cluster.

Key words: Lake Van Quan, TSI, Hypertrophic, Organic Pollution, Algae Bloom.

JEL Classifications: Q52, Q53.

1. Giới thiệu chung

Hồ đô thị cung cấp các chức năng quan trọng của hệ sinh thái đô thị, từ điều hòa nước mưa, giảm thiểu ngập úng, bảo tồn đa dạng sinh học, cho đến cung cấp sinh kế cho cộng đồng. Cũng như các hồ đô thị trên thế giới, các hồ đô thị ở Hà Nội hiện nay đang đứng trước nguy cơ suy thoái do đô thị hóa, biến đổi khí hậu, ô nhiễm… Trong đó, phú dưỡng hóa – một hiện tượng được đánh giá là một trong những mối đe dọa hàng đầu đến các hệ sinh thái thủy sinh và gây ra hàng loạt các vấn đề nghiêm trọng về chất lượng nước, đã được ghi nhận ở nhiều hồ nội thành Hà Nội. Biểu hiện của hiện tượng này ở các hồ nội thành Hà Nội là sự nở hoa của loài tảo độc microcystins, (Nguyen et al., 2015; Duong et al., 2014), sự suy giảm oxy trong các hồ Hà Nội (Hoang et al., 2020), hay hiện tượng cá chết hàng loạt vào mùa hè. Các hồ đô thị có xu hướng phú dưỡng hóa nhanh chóng hơn các hồ vùng ngoại ô do thường xuyên tiếp nhận một nguồn lớn các chất thải hữu cơ từ các khu đô thị đông đúc xung quanh hồ (Xiangcan, 2003). Chính vì vậy, tình trạng phú dưỡng trong các hồ đô thị cần phải được kiểm soát và giám sát chặt chẽ nhằm bảo vệ môi trường và hệ sinh thái.

Cụm hồ khu đô thị Văn Quán là hai hồ nước tự nhiên, có nhiều giá trị và chức năng quan trọng như điều tiết nước mặt giảm ngập lụt, cung cấp cảnh quan đẹp và điều hòa vi khí hậu cho khu đô thị. Tuy nhiên, trong những năm gần đây, hồ thường xuyên xảy ra hiện trạng tảo nở hoa gây mùi hôi thối, ảnh hưởng đến môi trường sống của khu vực xung quanh hồ (Lê Bảo, 2016; Vũ Lê, 2017; Trần Hòa, 2019). Do đó, việc đánh giá hiện trạng phú dưỡng nước hồ và sự thay đổi của mức độ phú dưỡng theo không gian và thời gian là vô cùng cần thiết nhằm có giải pháp hiệu quả xử lý ô nhiễm nước hồ.

Trên thế giới có nhiều phương pháp để đánh giá mức độ phú dưỡng nước hồ, trong đó sử dụng TSI theo phương pháp của Carlson (1977) thường được sử dụng nhiều hơn cả do các thông số để tính toán TSI theo phương pháp này như Chla, TP và SD tương đối dễ xác định. Thêm vào đó, giá trị TSI là giá trị số (thay đổi từ 0 đến 100) nên khi tính toán và mô hình hóa giá trị này theo không gian và thời gian tạo thuận tiện cho việc so sánh và phát hiện các nguồn ô nhiễm (Prasad & Siddaraju, 2012).

Nghiên cứu này nhằm đánh giá hiện trạng phú dưỡng của cụm hồ khu đô thị Văn Quán thông qua kết quả đo Chla, TP và SD từ 15 điểm đo tại cụm hồ trong 4 đợt khảo sát từ tháng 12/2020 cho đến tháng 06/2022. Sự phân bố trong không gian của giá trị TSI tính toán được từ kết quả đo đã được mô hình hóa để làm nổi bật hiện trạng và mức độ phú dưỡng của nước hồ.

2. Phương pháp nghiên cứu

2.1. Phương pháp đo đạc và xác định các thông số

Hình 1. Vị trí các điểm lấy mẫu tại cụm hồ khu đô thị Văn Quán

Tổng số 60 kết quả đo từ 15 điểm khảo sát tại cụm hồ khu đô thị Văn Quán (Hình 1) vào 4 đợt khảo sát đã được thu thập. Các đợt khảo sát này được diễn ra vào ngày 09/12/2020, 15/06/2021, 19/12/2021 và 18/06/2022 đại diện cho bốn thời điểm vào mùa khô và mùa mưa. Tại mỗi điểm khảo sát, độ trong của nước (SD) được đo bằng đĩa Secchi chuẩn (Model 58-B10) có đường kính 20 cm của hang Wildco (Hoa Kỳ) theo phương pháp của Lind (1979). Mẫu nước được thu thập trên mặt nước (0-30 cm) và đưa về phân tích ngay trong ngày để xác định Chla và TP theo phương pháp đo phổ theo TCVN 6662: 2000 và TCVN 6202: 2008 bằng máy quang phổ tử ngoại khả kiến UV-VIS Hach DR6000 (Hoa Kỳ).

2.2. Phương pháp đánh giá mức độ phú dưỡng

Giá trị TSI được xác định là giá trị trung bình cộng của các chỉ số đơn tính toán từ Chla (TSIChla), SD (TSISD) và TP (TSITP) theo các công thức được đơn giản hóa bởi Carlson & Simpson (1996) như sau:

Trong đó: đơn vị của Chla là µg/L, SD là m, TP là µg/L và TSIChla, TSISD, TSITP là các đại lượng không thứ nguyên.

Dựa vào giá trị TSI, trạng thái phú dưỡng của hồ được chia thành 4 mức: 1) nghèo dinh dưỡng (oligotrophy, TSI < 30); 2) dinh dưỡng trung bình (mesotrophy, TSI = 30 đến 50); 3) phú dưỡng (eutrophy, TSI = 50 đến 70); 4) siêu phú dưỡng (hypereutrophy, TSI > 70).

2.3. Phương pháp phân tích thống kê và lập sơ đồ

Để hiểu được sự thay đổi của giá trị TSI và hiện trạng phú dưỡng nước hồ theo không gian, phương pháp mô hình hóa “thin-plate spline” (De Boor, 1978) với hàm Kernel đa thức bậc ba (Cressie, 1993) được lựa chọn để thành lập sơ đồ phân bố TSI tại các thời điểm đo. Với hệ số xác định (R2) giữa giá trị đo đạc thực tế và giá trị ước tính từ phép nội suy đều lớn hơn 0,80 (lần lượt là 0,98, 0,88, 0,81 và 0,91) cho bộ dữ liệu các ngày 09/12/2020, 15/06/2021, 19/12/2021 và 18/06/2022 và sai số toàn phương trung bình của các phép nội suy đều xấp xỉ 1 (lần lượt là 1,16, 0,70, 0,85, 0,96) cho thấy phương pháp nội suy này phù hợp để mô hình hóa sự phân bố không gian của giá trị TSI trong nước cụm hồ nghiên cứu.

Sơ đồ phân bố giá trị TSI cuối cùng được thành lập sử dụng công cụ phân tích địa thống kê trong phần mềm ArcGIS 10.5. Ngoài ra, các phân tích thống kê cơ bản như xác định giá trị lớn nhất (GTLN), giá trị nhỏ nhất (GTNN) giá trị trung bình (GTTB), hệ số tương quan (r) và biểu đồ hộp của dữ liệu thu được từ các đợt khảo sát cũng được thực hiện sử dụng phần mềm IBM SPSS 26.

3. Kết quả và thảo luận

3.1. Hiện trạng phú dưỡng nước hồ

Kết quả Chla, SD, TP và TSI thu được trong nước cụm hồ khu đô thị Văn Quán của bốn đợt khảo sát được thể hiện trong Hình 2. Theo đó, Chla trong nước hồ dao động từ 86,68 µg/L (vào tháng 12/2020) đến 736,6 µg/L (vào tháng 06/2022), trung bình đạt 141,5 µg/L vào ngày 09/12/2020; 397 µg/L vào ngày 15/06/2021; 239,6 µg/L vào ngày 19/12/2021 và 536,1 µg/L vào ngày 18/06/2022 (Hình 2A). Kết quả này cho thấy mật độ tảo trong nước hồ rất cao và có sự dao động giữa mùa mưa (tháng 6) và mùa khô (tháng 12). Vào tháng 6, hàm lượng tảo tại các điểm đo đều cao hơn mức 155 µg/L – mức mà ở đó tảo dễ tạo thành các váng (algal scum) nổi trên mặt hồ như mô tả của Carlson & Simpson (1996). Đây chính là nguyên nhân dẫn đến hiện tượng tảo nở hoa gây ô nhiễm môi trường hay xảy ra tại hồ vào mùa hè những năm gần đây. Tương tự như Chla, TP cũng tồn tại trong nước hồ ở mức khác cao, động từ 129,91 µg/L (tháng 12/2020) đến 556,2 µg/L (tháng 06/2022) (Hình 2B). Vào mùa mưa, TP có xu hướng cao hơn mức 192 µg/L cho thấy nguồn dinh dưỡng chảy vào hồ theo nước mưa là rất cao. Kết quả đo đạc SD của nước hồ cũng tương đối phù hợp với kết quả xác định Chla và TP, nước hồ có độ trong thấp, dao động từ 0,38 m đến 0,07 m, trong hơn vào mùa khô và đục hơn vào mùa mưa (Hình 2C). Kết quả tính toán TSI từ bốn đợt khảo sát cho thấy giá trị TSI trong nước cụm hồ nghiên cứu luôn lớn hơn 70 (Hình 2D), ứng với trạng thái siêu phú dưỡng (còn gọi là phì dưỡng). Ngoại trừ giá trị TSI thu được vào tháng 12/2020, giá trị TSI trong ba đợt đo gần đây đều lớn hơn 80, thể hiện trạng thái siêu phú dưỡng rất cao của nước hồ - mức dễ dàng xảy ra hiện tượng tảo nở hoa và tạo váng trên mặt hồ. Tương quan giữa ba thông số Chla, TP và SD rất cao (r = 0,88 và 0,81; Hình 2E), cho thấy mức độ dinh dưỡng cao, mật độ tảo lớn chính là nguyên nhân gây suy giảm độ trong của nước hồ. Kết quả này một lần nữa khẳng định ảnh hưởng của chất dinh dưỡng và mật độ tảo đến độ trong của nước hồ đô thị có mức độ phú dưỡng cao như các hồ ở Hà Nội (Vinh và cs., 2022). Vào mùa mưa, khi hồ tiếp nhận được nguồn dinh dưỡng tăng cao, mật độ tảo trong hồ tăng lên dẫn đến suy giảm độ trong của nước và làm tăng mức độ phú dưỡng của hồ.

Hình 2. Biến thiên và mối quan hệ của các thông số chất lượng nước của cụm hồ khu đô thị Văn Quán trong các đợt khảo sát: A) Hàm lượng chlorophyll-a; B) hàm lượng photpho tổng số; C) độ trong của nước; D) chỉ số dinh dưỡng – TSI; và E) mối quan hệ giữa các thông số

3.2. Sự thay đổi theo mùa và không gian của TSI

Phân bố của giá trị TSI trong không gian tại bốn thời điểm khảo sát được thể hiện ở Hình 3. Theo đó, có thể nhận thấy có sự không đồng nhất giữa giá trị TSI trong quy mô một hồ. Ở hồ Than Thở, khu vực phía đông bắc của hồ luôn luôn có mức độ phú dưỡng thấp hơn các vùng còn lại do khu vực này không có cống thoát nước nào đổ vào hồ. Phần hồ Than Thở tiếp giáp với đường 19/5 nối giữa hai hồ hiện có hai cống thoát nước, một ở góc phía tây nam của hồ và một nằm giữa đoạn đường nối hai hồ. Ở khu vực xung quanh hai cửa cống này, giá trị TSI luôn cao hơn giá trị TSI của các điểm đo khác còn lại, cho thấy nước từ hai cửa cống này đang góp phần làm gia tăng mức độ phú dưỡng của nước hồ. Ở hồ Văn Quán, vùng nước phía góc đông nam hồ, nơi tiếp giáp với công viên cây xanh có giá trị TSI cũng luôn thấp hơn các vùng nước khác trong hồ. Hiện tại ở hồ này có các cống thoát nước nằm ở góc phía đông bắc hồ và giữa bờ phía tây của hồ, tại khu vực nhà thuyền. Đây cũng là những khu vực mà giá trị TSI luôn cao hơn giá trị TSI trung bình của hồ. Vào mùa mưa, giá trị TSI cao hơn 80 che phủ khắp toàn bộ mặt hồ, cho thấy hiện tượng tảo nở hoa tạo váng trên mặt nước rất dễ xảy ra tại đây. Các khu vực có giá trị TSI > 90 thường tập trung dọc theo đường 19/5 nối giữa hai hồ, tương ứng với các hình ảnh ghi nhận thực tế về hiện tượng tảo nở hoa, gây váng và bốc mùi tại hồ. Giá trị TSI của nước hồ tháng 6/2021 cao hơn giá trị ghi nhận tháng 6/2020, tương tự xu hướng này cũng bắt gặp tại tháng 12/2022 so với tháng 12/2021, cho thấy giá trị TSI đang có xu hướng tăng dần. Mặc dù hiện nay đã có các đảo cỏ và vòi phun nước tại hồ hoạt động vào mùa mưa, tuy nhiên, nếu không có giải pháp giảm thiểu và xử lý triệt để ô nhiễm, hiện tượng tảo nở hoa tại hồ sẽ diễn ra thường xuyên hơn, gây mất mỹ quan khu đô thị và ảnh hưởng đến môi trường sống của khu dân cư xung quanh hồ.

Hình 3. Phân bố giá trị TSI trong nước Hồ Văn Quán và Hồ Than Thở trong 4 đợt khảo sát thực địa

4. Kết luận

Kết quả đánh giá hiện trạng phú dưỡng nước cụm hồ của khu đô thị Văn Quán dựa vào dữ liệu đo đạc thực tế các thông số Chla, SD và TP của nước cho thấy cụm hồ đang ở trạng thái siêu phú dưỡng (còn gọi là phì dưỡng) và rất nhạy cảm với hiện tượng tảo nở hoa gây ô nhiễm nước và ảnh hưởng đến môi trường sống khu đô thị. Giá trị TSI trong nước hồ trong hơn hai năm qua (tháng 12/2020 đến tháng 6 năm 2022) đều lớn hơn 70 - mức siêu phú dưỡng và có sự gia tăng nhẹ theo thời gian. Theo không gian, mức độ phú dưỡng nước hồ ở khu vực ven đường 19/5 nối giữa hai hồ - nơi có các cống thoát nước đổ vào, cao hơn các mức độ phú dưỡng của các khu vực khác. Theo mùa, mức độ phú dưỡng nước hồ vào mùa mưa cao hơn mùa khô do tiếp nhận nguồn dinh dưỡng nhiều hơn từ các cống thoát nước mưa ven hồ. Với mức phú dưỡng của hồ hiện nay, cần có giải pháp khẩn cấp để xử lý ô nhiễm bởi các giải pháp hiện có như sử dụng đảo cỏ và vòi phun nước không phát huy được hiệu quả cao. Cần thu gom và xử lý triệt để nguồn nước thải vào hồ và có biện pháp kỹ thuật hiệu quả hơn để hiện tượng tảo nở hoa gây ảnh hưởng đến sinh thái và môi trường không xảy ra.

Lời cảm ơn

Nghiên cứu này được tài trợ bởi Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội trong đề tài mã số TN.21.15.

Nguyễn Thiên Phương Thảo1, Nguyễn Thùy Linh1,*, Đặng Trung Tú2, Chúc Huyền Anh3, Nguyễn Thị Thu Hà1, Phạm Quang Vinh4

1 Khoa Địa chất, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội

2Viện Chiến lược, Chính sách tài nguyên và môi trường

3Khoa Các khoa học liên ngành, Đại học Quốc gia Hà Nội

4Viện Địa lý, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam

(Nguồn: Bài đăng trên Tạp chí Môi trường, số 3/2023)

Tài liệu tham khảo

1. Carlson, R. (1977). A trophic state index for lakes. Limnology and Oceanography 22, 361 - 369.

2. Carlson, R.E. and Simpson, J. (1996) A Coordinator’s Guide to Volunteer Lake Monitoring Methods. North American Lake Management Society, 96 p.

3. Cressie, N. A. (1993). Statistics for spatial data. John Willy and Sons. Inc., New York, 800.

4. De Boor, C., (1978). A practical guide to splines (Vol. 27, p. 325). New York: springer-verlag.

5. Duong, T. T., Jähnichen, S., Le, T. P. Q., Ho, C. T., Hoang, T. K., Nguyen, T. K., ... & Dang, D. K. (2014). The occurrence of cyanobacteria and microcystins in the Hoan Kiem Lake and the Nui Coc reservoir (North Vietnam). Environmental Earth Sciences, 71(5), 2419-2427.

6. Hoang, T. H. T., Nguyen, V. D., Van, A. D., & Nguyen, H. T. (2020). Decision tree techniques to assess the role of daily DO variation in classifying shallow eutrophicated lakes in Hanoi, Vietnam. Water Quality Research Journal, 55(1), 67-78.

7. Lê Bảo (25/10/2016). Hà Nội: Tảo chết xanh hồ Văn Quán, người dân "nín thở" vì mùi hôi. Soha. https://soha.vn/ha-noi-tao-chet-xanh-ho-van-quan-nguoi-dan-nin-tho-vi-mui-hoi-20161025161536251rf20161025161536251.htm.

8. Lind, O. T. (1979). Handbook of common methods in limnology. The CV Mosley Company.

9. Nguyen, T. H. H., Pham, T. B. D., Dang, T. L., Nguyen, N. T., Nguyen, D. T., Pham, T. M., & Tran, D. K. (2015). Microalgae as indicators of eutrophication in Hoan Kiem lake, Hanoi, Vietnam. Journal of Biotechnology, 13(2), 355-365.

10. Prasad, D., & Siddaraju, G. (2012). Carlson’s Trophic State Index for the assessment of trophic status of two Lakes in Mandya district. Adv Appl Sci Res, 3(5), 2992-2996.

11. TCVN 6202:2008 (ISO 6878: 2004) về Chất lượng nước - Xác định phospho - Phương pháp đo phổ dùng amoni molipdat.

12. TCVN 6662:2000 (ISO 10260:1992) về Chất lượng nước - Đo thông số sinh hóa - Phương pháp đo phổ xác định nồng độ Clorophyl-a.

13. Trần Hòa (22/07/2019). Hà Nội: Hồ Văn Quán liên tục bốc mùi. Khoa học & Đời sống. https://khoahocdoisong.vn/ha-noi-ho-van-quan-lien-tuc-boc-mui-post91408.html.

14. Vinh, P. Q., Ha, N. T. T., Thao, N. T. P., Linh, N. T., Oanh, L. T., Phuong, L. T., & Huyen, N. T. T. (2022). Monitoring the trophic state of shallow urban lakes using Landsat 8/OLI data: a case study of lakes in Hanoi (Vietnam). Frontiers of Earth Science, 1-16.

15. Vũ Lê (21/8/2017). Hồ Văn Quán: Từ điểm nhấn biến thành điểm ô nhiễm. Kinh tế đô thị. https://kinhtedothi.vn/ho-van-quan-tu-diem-nhan-bien-thanh-diem-o-nhiem.html.

16. Xiangcan, J. 2003. Analysis of eutrophication state and trend for lakes in China. J. Limnol., 62(1s), 60-66.