Đồ án Đánh giá chất lượng nước Hồ Tây (Hà Nội) dựa vào sự phú dưỡng bằng mô hình toán học

lượng nước thải vào các ao hồ Hà Nội lên tới 300.000m3 - 400.000m3 trong đó nước thải công nghiệp khoảng 100.000 m3 - 130.000 m3, rác thải sinh hoạt 170.000 m3 - 200.000 m3 của gần 300 nhà máy, xí nghiệp, hơn 40 bệnh viện và khoảng 3 triệu dân. Hiện nay hầu hết các hồ Hà Nội đều nhận nước thải sinh hoạt, dịch vụ và sản xuất không qua xử lý và với một lượng nước thải lớn như vậy không được xử lý sơ bộ khi đổ vào hồ thì dù cho các hồ Hà Nội vốn có khả năng tự làm sạch cũng không thể tránh khỏi việc bị ô nhiễm [11]. Hồ Tây là một trong những hồ tự nhiên lớn nhất ở thủ đô Hà Nội. Và chỉ đến sau ngày hòa bình lập lại - năm 1954 - thì những nghiên cứu về hồ mới được đặc biệt chú ý. Theo Hoàng Dương Tùng (2003 - 2004), một đặc điểm quan trọng của chất lượng nước Hồ Tây là sự khác nhau giữa mùa khô và mùa mưa, đó là: - Ngoài pH, các yếu tố thủy lý hóa đều khác nhau theo mùa. - Tuy hàm lượng oxy hòa tan DO không chênh lệch nhau nhiều, nhưng mùa mưa tầng đáy đạt 2mg/l. - Vào mùa khô nước thải đổ vào trong hồ từ các cống có mức độ ô nhiễm hơn so với mùa mưa và có sự chênh lệch về hàm lượng một số yếu tố thủy, lý hóa giữa các khu vực của hồ [10]. Khi nghiên cứu về thành phần và số lượng các loài ĐVKXS ở Hồ Tây, Nguyễn Xuân Quýnh (1991) đã cho thấy rằng Hồ Tây có một khu hệ ĐVKXS gồm 52 loài, hơn hẳn các hồ khác về thành phần loài và trên cơ sở đó, tác giả cũng nhận xét về cơ sở thức ăn của cá Hồ Tây [6]. Khi nghiên cứu về thực trạng sông hồ Hà Nội, Đặng Thị Sy (1991) đã đưa ra một số dẫn liệu về đặc tính lý hóa của Hồ Tây và mức độ ô nhiễm của nó, bên cạnh đó tác giả cũng đưa ra một số nét về nghề cá với nước thải ở Hà Nội [7]. Qua các số liệu nghiên cứu từ những năm trước trở lại đây cho thấy [10]: - Về thực vật nổi: có xu hướng giảm thành phần loài và mật độ, trong đó thời kỳ từ 1997 đến nay có tốc độ giảm mạnh hơn so với các thời kỳ trước. Về cơ cấu thì tảo lục, tảo lam và tảo mắt chiếm ưu thế cho thấy Hồ Tây có khuynh hướng giàu chất dinh dưỡng. - Về động vật nổi: xu hướng là giảm dần về số loài cũng như mật độ, trong đó nhóm trùng bánh xe (Rotatoria) ngày càng chiếm ưu thế. Điều này chứng tỏ hồ Tây có ô nhiễm hữu cơ. - Động vật đáy: những năm trước còn thấy một số trai họ Unionidae như Cristaria plicata, Sinanodonta jourdyi, Oxynia jourdyi, nhưng nay còn lại là không nhiều. Số lượng động vật đáy cũng giảm mạnh. Theo kết quả nghiên cứu thì hàm lượng amoni (NH4+) có giá trị trong khoảng 0,078mg/l đến 0,4mg/l. Hàm lượng nitrat (NO3-) dao động trong khoảng từ 0,53mg/l đến 3,15mg/l. Hàm lượng photphat (PO43-) năm 1960 có giá trị khoảng 0,04mg/l, đến năm 2004 hàm lượng đã tăng tới xấp xỉ 0,8mg/l. Điều này chứng tỏ lượng Photphat tăng[10]. Theo kết quả tính toán được thì hiện nay tải lượng Photpho vào hồ hàng năm là 3,7-3,86g/m2/năm và cho đến năm 2010 nếu nước thải không được xử lý và giữ nguyên tình trạng hiện nay thì tải lượng Photpho vào hồ sẽ là 3,939g/m2/năm [9]. Tuy nhiên do không cải tạo đáy hồ nên một phần Photpho sẽ xâm nhập trở lại. Như vậy ta thấy rằng hàm lượng Phot pho trong Hồ Tây theo kết quả nghiên cứu trên là tương đối cao, đã hơi vượt quá giới hạn gây phú dưỡng (0,02mg/l) [5], làm cho thực vật phù du phát triển, giảm độ trong, độ tiêu thụ oxy ở lớp đáy tăng. Đây cũng chính là một trong những nguyên nhân gây nên sự nở hoa trong hồ. Qua phân tích ta thấy rằng việc đánh giá và dự báo chất lượng nước hồ là rất cần thiết và vô cùng quan trọng, để từ đó có thể góp phần quản lý hệ sinh thái hồ một cách có hiệu quả. Chương 2. Đối tượng và phương pháp nghiên cứu 2.1. Đối tượng Đối tượng nghiên cứu là Hồ Tây (Hà Nội). Hồ Tây là hồ tự nhiên có diện tích lớn nhất Hà Nội. Hồ Tây không chỉ là hồ có hệ động thực vật phong phú mà nó còn là nơi tập trung nhiều các di tích lịch sử, văn hóa truyền thống của Hà Nội. Xung quanh Hồ Tây có 64 di tích lịch sử, trong đó có 21 di tích đã được xếp hạng ví dụ như Đền Quán Thánh, Chùa Trấn Quốc, Đền Đồng Cổ, Phủ Tây Hồ . . . [10]. Từ lâu Hồ Tây đã gắn với các vườn đào, các vườn hoa và làng hoa. Trải qua hàng nghìn năm, môi trường khí hậu cảnh quan và các di tích lịch sử, văn hóa của Hồ Tây đã là một tài sản vô giá của thủ đô Hà Nội. Theo nghiên cứu thì Hồ Tây là hồ có nguồn gốc từ sông Hồng. Cũng như nhiều hồ khác bắt nguồn từ sông, Hồ Tây được hình thành và phát triển qua ba giai đoạn: hình thành (cách đây khoảng 3000-2500năm), phát triển (cách đây khoảng 2000-1000năm) và thoái hóa (từ nay trở đi). Trong giai đầu của sự hình thành, Hồ Tây còn là một khúc của sông Hồng. Sau đó, sông Hồng chuyển dòng lên phía Đông Bắc bỏ lại Hồ Tây cổ – một khúc sông của mình. Khoảng 1000 năm trước đây, người ta đã tiến hành đắp đê sông Hồng để bảo vệ Hà Nội và do đó đã đẩy Hồ Tây vào thế cô lập hoàn toàn với sông Hồng. Hồ Tây đã nhiều lần được đổi tên như: Dâm Đàm (sương mù), Lãng Bạc (bến sóng), Xác Cáo, Trâu Vàng . . . Năm 1573, để tránh tên húy vua Lê Thế Tôn (Duy Đàm), hồ được đổi tên là Tây Hồ, sau đó đổi thành Đoái Hồ và sau lại là Tây Hồ [9]. Mặc dù lưu vực hồ chưa có các khu công nghiệp trực tiếp đổ nước thải vào hồ, nhưng các nguồn phân tán từ đất nông nghiệp và khu dân cư cũng đang cung cấp cho hồ một nguồn muối Nitơ, Photpho đáng kể, Do đó, việc tính toán lượng dinh dưỡng xâm nhập vào hồ để đánh giá và dự báo chất lượng nước của hồ là một công việc quan trọng để có thể quản lý hiệu quả HST này. 2.2. Phương pháp nghiên cứu Để đánh giá chất lượng nước của Hồ Tây hiện nay, từ đó có thể đưa ra dự báo về chất lượng nước của hồ, chúng tôi đã sử dụng các phương pháp nghiên cứu sau đây: 2.2.1. Lấy mẫu Một số chỉ tiêu như DO, độ đục, pH . . . các mẫu nước được đo bằng các thiết bị đo nhanh bằng sensor ngay tại vị trí đo. Đối với các mẫu nước, mẫu vi sinh vật, mẫu bùn lắng đọng chúng tôi thực hiện các phép phân tích trong phòng thí nghiệm được lấy theo những mặt cắt và theo những địa điểm đại diện về phương diện địa hình của lòng hồ (dựa theo những đường đồng mức so với độ cao của mặt biển). Do yêu cầu của việc phân tích, một số mẫu được cố định trước khi đưa về phòng thí nghiệm. Để đảm bảo độ chính xác giữa các cuộc khảo sát, thiết bị định vị tọa độ điểm đo theo hệ thống định vị tọa độ (GPS) cũng được sử dụng. 2.2.2. Phân tích Các phương pháp và thiết bị phân tích đều tuân theo các tiêu chuẩn chất lượng môi trường nước của Việt Nam và trên thế giới. Các giá trị DO, pH, độ đục được đo trên máy Greenspan SONDE SD300, các chỉ tiêu kim loại nặng được phân tích trên máy Quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS-6501. Việc đánh giá mẫu theo đúng tiêu chuẩn chất lượng nước Việt Nam hiện hành (TCVN 5592; 5593 – 1995; 5942 – 1995) và được thực hiện tại Viện Sinh thái & Tài nguyên Sinh vật. 2.2.3. Các phương pháp khác - Phương pháp kế thừa: áp dụng tất cả các kiến thức trong các lĩnh vực toán, lý, hóa, sinh, tin học . . . làm cơ sở lý luận trong quá trình nghiên cứu và thực hiện khóa luận. - Phân tích và tổng hợp các tài liệu về vị trí địa lý, điều kiện tự nhiên, xã hội của khu vực hồ, các dữ liệu quan trắc của hồ, và các số liệu về đa dạng sinh học, chất lượng môi trường nước của Hồ Tây. - Sử dụng mô hình Vollenweider để tìm giới hạn tiêu chuẩn cho phép hàm lượng muối Photpho xâm nhập vào Hồ Tây hàng năm. - Sử dụng mô hình kinh nghiệm và mô hình Jorgensen để tính toán lượng dinh dưỡng bổ sung vào Hồ Tây hàng năm từ vùng lưu vực. - Xác định hàm lượng Phôtpho tổng số trong hồ và so sánh với hàm lượng tiêu chuẩn cực đại cho phép để đánh giá hiện trạng dinh dưỡng của Hồ Tây. - Xem xét mối quan hệ giữa nồng độ Chllorophyl–a và nồng độ Photpho của Hồ Tây, thiết lập phương trình thể hiện mối tương quan này. - Xem xét sự thay đổi hàm lượng Photpho theo thời gian dựa vào phương pháp hồi quy, vẽ đồ thị sự thay đổi hàm lượng Photpho theo thời gian (năm). - Các phương pháp cơ bản khác như phân tích, thống kê, xử lý số liệu và ứng dụng tin học cũng được áp dụng trong khóa luận. Chương 3. Kết quả và thảo luận 3.1. Đặc điểm của hồ tây 3.1.1. Vị trí địa lý, điều kiện khí hậu, thủy văn, địa chất của Hồ Tây Hồ Tây nằm ở phía Tây Bắc Hà Nội, thuộc quận Tây Hồ. Phía Bắc giáp đê bao Yên Phụ-Tứ Liên; phía Nam giáp đường Thụy Khê; phía Đông giáp đường Thanh Niên; phía Tây giáp đường Lạc Long Quân. Xung quanh hồ có 6 phường của quận Tây Hồ là: Yên Phụ, Quảng An, Nhật Tân, Xuân La, Thụy Khê, Bưởi và một phường của quận Ba Đình là phường Quán Thánh. Bên cạnh Hồ Tây cách khoảng 30m còn có hồ Trúc Bạch với diện tích nhỏ hơn so với Hồ Tây và thông với Hồ Tây bởi hai cống. Hồ Tây với diện tích hơn 500ha gần như được chia làm 2 phần: phần từ cống Đõ sang bán đảo Quảng An (Phủ Tây Hồ) trở lên phía Bắc gọi là hồ trên; phần còn lại là hồ dưới. Xung quanh hồ có 12 cống chính đổ nước thải vào hồ. Ngoài ra còn có các hệ thống thoát nước thải vào hồ từ các hộ dân xung quanh. Các cống thải chủ yếu là cống Tàu Bay, Cây Si, Nhật Tân. Các cống khác là cống thoát nước của lưu vực hồ, cống thoát chủ yếu là cống Xuân La. Bảng 2. Nhiệt độ trung bình theo tháng tại Hà Nội (Nguồn:[12]) Tháng Nhiệt độ TB ( 0C ) Tháng Nhiệt độ TB (0C ) 1 16,37 7 28,99 2 16,90 8 28,42 3 19,96 9 27,32 4 23,79 10 24,72 5 27,32 11 21,21 6 28,87 12 17,93 Nhiệt độ nước Hồ Tây phụ thuộc vào nhiệt độ Hà Nội (bảng 2). Kết quả ở bảng 2 cho thấy nhiệt độ tại Hà Nội thấp nhất vào tháng 1 xấp xỉ 16,30C và cao nhất vào tháng 6, tháng 7 từ 280C đến 290C. Trong các tháng mùa mưa nhiệt độ trung bình năm từ 250C đến 290C. Các tháng mùa khô nhiệt độ biến thiên từ 160C-230C. Nhiệt độ không khí tại khu vực ven hồ nhìn chung thấp hơn các khu vực khác trong thành phố. Nhiệt độ của nước hồ cao hơn nhiệt độ không khí từ 10C-1,50C vào mùa đông và ít biến động hơn so với nhiệt độ không khí nên ở khu vực giữa hồ nhiệt độ không khí thường cao hơn các khu vực xung quanh hồ. Nhiệt độ của nước hồ nằm trong khoảng 170C-290C tùy theo tháng. Độ ẩm không khí trung bình tháng dao động từ 80%-89% và thay đổi theo mùa . Lượng mưa tại hồ biến đổi mạnh theo các mùa trong năm (bảng 3). Lượng mưa bắt đầu tăng từ tháng 5 cho đến hết tháng 10 (mùa mưa). Tháng 8 có lượng mưa cao nhất khoảng 309mm/tháng. Trong mùa khô, từ tháng 12 đến tháng 4 lượng mưa trung bình thấp. Thấp nhất là tháng 12 và tháng 1 với lưu lượng trung bình khoảng 18-19mm/tháng. Bảng 3. Lượng mưa trung bình theo tháng (Nguồn:[12]) Tháng Lượng mưa TB(mm) Tháng Lượng mưa TB(mm) 1 19 7 286 2 26 8 309 3 47 9 249 4 87 10 132 5 191 11 53 6 244 12 18 Tổng xạ đo đạc và tính toán của Hồ Tây có giá trị cực đại là 304,5cal/cm2/ngày (tháng 4) và giá trị cực tiểu là 137,2cal/cm2/ngày (tháng1). Chế độ bốc hơi nhìn chung phụ thuộc vào gió, nhiệt độ và bức xạ. Lượng bốc hơi trung bình qua các tháng là gần như nhau, nằm trong khoảng từ 51mm (tháng 3) đến 86 mm (tháng 6,7) [12]. Số liệu được trình bày ở bảng 4. Bảng 4. Lượng nước bốc hơi trung bình theo tháng (Nguồn:[12]) Tháng Bốc hơi TB(mm) Tháng Bốc hơi TB(mm) 1 63 7 86 2 53 8 73 3 51 9 74 4 59 10 85 5 84 11 79 6 86 12 74 Tốc độ gió và hướng gió thay đổi theo các vị trí quan trắc, số liệu được thể hiện ở bảng 5. Vào mùa đông thường có hướng gió là Bắc và Đông Bắc. Vào mùa hè thường có hướng gió Nam và Đông Nam. Tốc độ gió dao động từ 1,7-2,3m/s theo các tháng, mạnh hơn các khu vực xung quanh (bảng 5)[8]. Bảng 5. Tốc độ gió trung bình theo tháng (Nguồn: [8]) Tháng Tốc độ TB(m/s) Tháng Tốc độ TB(m/s) 1 2,1 7 2,0 2 2,3 8 1,7 3 2,2 9 1,6 4 2,3 10 1,7 5 2,3 11 1,8 6 2,0 12 1,8 Hồ Tây là một hồ tương đối nông. Vào mùa cạn, chỗ sâu nhất khoảng 2,3-2,5m và vào mùa mưa, chỗ sâu nhất khoảng 2,8-3m. Hồ Tây là hồ móng ngựa, nó có nguồn gốc từ sông Hồng trong quá trình dịch chuyển và đổi dòng lòng sông, vì vậy trầm tích của Hồ Tây là kết quả của quá trình kế thừa và phát triển dựa trên nền trầm tích của sông Hồng, gồm 2 hệ trầm tích phức tạp sông và hồ [10]. Do Hồ Tây là khúc uốn của sông Hồng cổ, vì vậy tầng trầm tích có 3 lớp: lớp trên cùng (0-0,2m) là trầm tích bột sét pha cát màu xám đen giàu xác rong tảo; lớp thứ hai (0,2-0,6m) là bột sét màu nâu, môi trường oxy hóa và lớp thứ ba (0,6-0,9m) là sét bột màu xám đen giàu xác rong tảo. 3.1.2. Điều kiện kinh tế-xã hội của khu vực xung quanh hồ Tây 3.1.2.1. Dân cư và đất đai Xung quanh Hồ Tây có 6 phường của Quận Tây Hồ và 1 phường của Quận Ba Đình với số dân 33.123 người sống giáp hồ. Diện tích đất sử dụng quanh hồ là 78,72ha, trong đó diện tích đất khu dân cư là 52,48ha [9]. Dân số vùng xung quanh Hồ Tây phân bố không đồng đều. Dân cư chủ yếu tập trung ở phía Nam và Đông Nam của hồ. Thành phần dân cư gồm 2 dạng: - Những dân cư sống chính thức quanh hồ với phần đông là những hộ gia đình sống lâu đời tạo thành các quần cư với các làng nghề rất nổi tiếng như Võng Thị (chài lưới), Nghi Tàm (tơ tằm, dệt lụa, trồng hoa), Bưởi (làm giấy), Thành Công (dệt vải). - Những dân cư tới thuê ở tại những khu vực cao ráo, có khí hậu tốt được xây dựng nhiều trong mấy năm qua ở quanh hồ, như Quảng An. . . Hồ Tây có diện tích đất nông nghiệp chiếm 26,24ha [9]. Diện tích đất nông nghiệp xung quanh Hồ Tây được sử dụng chủ yếu để trồng rau màu và đặc biệt là cây cảnh như đào, quất, các loại hoa ở Nhật Tân, Nghi Tàm. Hàng năm có một số lượng khá lớn phân hóa học và thuốc BVTV từ các hoạt động nông nghiệp đổ xuống hồ. Theo kết quả điều tra tình hình sử dụng thuốc BVTV ở đây cho thấy có nhiều loại thuốc diệt côn trùng được sử dụng như Monitor, Wofatox, Bassa, Pulichin . . . và các loại phân hóa học thường dùng là Urê, phân tổng hợp NPK chính vì vậy gây ảnh hưởng lớn đến chất lượng nước hồ. 3.1.2.2. Cơ sở hạ tầng Cơ sở hạ tầng của vùng xung quanh Hồ Tây không đồng đều và đang có biến đổi mạnh mẽ qua các năm [10]. - Khu vực phía Tây Nam Thuỵ Khê-Bưởi: đã có hệ thống cơ sở hạ tầng như điện, nước, thoát nước nhưng chưa đồng bộ, chưa đáp ứng nhu cầu của nhân dân, cống thoát nhỏ và tiêu thoát nước kém. Cống Tàu Bay và cống Đõ là cống thoát nước lớn nhất trong khu vực này. Các hộ sống sát hồ thường xả trực tiếp nước thải xuống hồ. - Khu vực Bưởi đang trong quá trình đô thị hóa, hệ thống thoát nước chưa đồng bộ không thông thoát thường xuyên nên hay gây úng ngập cục bộ vào những ngày mưa. Trong khu vực này có cống Trích Sài là lớn nhất, ngoài ra các hộ xung quanh đều xả nước thải thẳng xuống hồ. - Khu vực phía Tây Bắc thuộc địa phận Xuân La, Nhật Tân có hệ thống thoát nước vẫn chưa hoàn thiện. Hầu hết các hộ quanh hồ cũng xả trực tiếp nước thải xuống hồ nên ảnh hưởng nhiều đến chất lượng nước hồ. - Khu vực phía Đông có hệ thống cống rãnh của các cụm dân cư đều chảy trực tiếp ra hồ, các cống này thường do dân tự làm lấy nên chất lượng kém. Tại khu vực xung quanh Hồ Tây có rất nhiều dịch vụ nhà hàng, khách sạn hoạt động. Các nhà hàng xung quanh Hồ Tây hoạt động khá nhộn nhịp. Những nhà hàng này đương nhiên xả nước thải ra Hồ Tây mà không có một biện pháp xử lý sơ bộ nào. Hiện nay có một số khách sạn trong nước và quốc tế đang hoạt động trong khu vực xung quanh Hồ Tây. Ngoài ra còn có công viên nước Hồ Tây hoạt động tại phía Bắc của hồ. Những khách sạn và khu vực vui chơi này đều có hệ thống xử lý nước thải khá tốt. 3.2. Hiện trạng môi trường nước hồ Tây. 3.2.1. Vài nét về hệ động thực vật Hồ Tây Hồ Tây là một hệ sinh thái đất ngập nước đặc biệt với sự đa dạng về động vật, thực vật. - Thực vật thủy sinh Macrophyta: thực vật thủy sinh ở Hồ Tây trước đây có khoảng 18 loài phát triển mạnh ở vùng ven bờ. Những thực vật này có thể chia thành 3 nhóm sinh thái: nhóm trôi nổi tự do, nhóm sống trong nước, nhóm có lá nổi trên mặt nước. Trước đây hồ có những loài có hoa đẹp như hoa sen, hoa súng . . . đến nay đã giảm nhiều. Thành phần về loài của thực vật thủy sinh Macrophyta cũng đã bị giảm đi [9]. Theo một số tác giả thì nguyên nhân chủ yếu của việc các loài thực vật thủy sinh Macrophyta giảm có lẽ là do sự khai thác quá mức của con người và do tảo phát triển mạnh, làm cho mật độ tảo và vi khuẩn lớn, độ đục cao, vì vậy đã cản trở độ xuyên sâu của ánh sáng khiến cho các loài thực vật nhạy cảm với ánh sáng bị chết, dẫn đến số lượng của chúng giảm dần đi. - Thực vật nổi Phytoplankton: thực vật nổi có xu hướng giảm thành phần loài và mật độ. Về cơ cấu thì phát hiện được 17 loài vi khuẩn lam và 107 loài tảo thuộc 5 ngành. Trong đó ngành tảo lục có nhiều loài nhất là 55 loài, ngành tảo mắt có 28 loài, ngành tảo silic có 22 loài, hai ngành tảo giáp và tảo vàng mỗi ngành chỉ có 1 loài [9]. Tảo mắt chỉ thị cho những thủy vực giàu chất dinh dưỡng. Thành phần loài của ngành tảo mắt và vi khuẩn lam tăng so với trước đây nhưng thành phần loài của tảo lục, đặc biệt là tảo giáp lại giảm. Điều đó chứng tỏ chất lượng nước đã thay đổi theo chiều hướng giàu dinh dưỡng. Tuy nhiên về số lượng thành phần loài thì tảo lục vẫn chiếm ưu thế chứng tỏ Hồ Tây vẫn chưa bị ô nhiễm nặng . - Động vật nổi Zooplankton: động vật nổi ở Hồ Tây có 29 loài, 5 loài Giáp xác chân chèo (Copepoda), 12 loài Giáp xác râu ngành (Cladocera), 11 loài nhóm Rotatoria (trùng bánh xe) và 1 loài có vỏ (Ostracoda), trong đó nhóm Rotatoria chiếm ưu thế 66%, nhóm Copepoda 20%, nhóm Cladocera 11% và Ostracoda chiếm 3% [6]. Sự chiếm ưu thế của nhóm Rotatoria chứng tỏ Hồ Tây có ô nhiễm hữu cơ và được thể hiện ở hình 4. Hình 4. Tỷ lệ động vật nổi Zooplankton của Hồ Tây (Nguồn: [6]) - Động vật đáy Zoobenthos: động vật đáy ở Hồ Tây có 16 loài bao gồm lớp côn trùng có 1 loài, giun tơ có 3 loài, thân mềm chân bụng (Gastropoda) chiếm ưu thế với 7 loài, lớp thân mềm hai mảnh vỏ (Bivalvia) có 2 loài và lớp cá có 3 loài. Các kết quả nghiên cứu của nhiều tác giả cho thấy nhóm giun ít tơ và ấu trùng Chironomidae thường chỉ thị cho môi trường bị ô nhiễm hữu cơ, đồng thời động vật thân mềm, đặc biệt ốc họ Viviparidae lại chỉ thị cho môi trường nước sạch hơn. Trong cấu trúc số lượng, nhóm giun ít tơ và ấu trùng Chironomidae chiếm ưu thế về mật độ số lượng nhưng nhóm động vật thân mềm chiếm ưu thế về sinh khối.Về mùa khô mật độ trung bình động vật đáy Hồ Tây là 526con/m2, tương ứng sinh khối 83,85g/m3. Trong mùa mưa mật độ trung bình 482con/m2 trong đó nhóm ốc chiếm ưu thế trên 80% sinh khối chung. Số lượng động vật đáy, sinh vật lượng động vật đáy có xu hướng giảm [7]. - Khu hệ cá: khu hệ cá Hồ Tây có 36 loài thuộc 13 họ, trong đó họ cá chép Cyprinidae chiếm ưu thế với 22 loài (61%). Trong khu hệ cơ cấu đàn cá nuôi bao gồm các loài cá mè trắng, mè hoa, chép, trắm, trôi ấn Độ chiếm ưu thế. Các loài cá tự nhiên có xu hướng mất đi. Cá tự nhiên Hồ Tây chiếm 30,5% tổng số loài cá của hồ. Ngư giới của Hồ Tây có ảnh hưởng của sông Hồng, hầu hết các loài có ở hồ đều có thể thấy ở sông Hồng, 27 loài chiếm 75% [13]. Một số loài có thể khẳng định chắc chắn là di nhập từ sông Hồng vào như cá Lành canh, cá Chạch sông . . . . những loài cá này đã thích ứng với điều kiện sinh thái ở Hồ Tây. Sự phân bố các loài cá tự nhiên có những nét đặc trưng theo từng điều kiện sinh thái thích ứng. Có 3 nhóm cá thích ứng sinh thái chính: nhóm cá tầng đáy hồ như cá bò phân bố ở những nơi nước sâu, địa hình phức tạp; nhóm cá tầng đáy và giữa thường là các loài cá diếc, cá dầu; nhóm cá tầng mặt thường là các loài cá ăn thực vật như cá mè, cá mương. Đến mùa sinh sản, nhiều loài cá tập trung thành đàn và sinh hoạt chủ yếu ở tầng mặt như cá diếc . . . song hầu hết các loài cá hồ Tây khó sinh hoạt thành đàn vì hồ luôn bị khuấy động. Chỉ ở những khu vực tương đối yên tĩnh, đáy hồ tương đối bằng phẳng như chùa Trấn Quốc đôi khi còn gặp đàn cá mè, cá trôi. Trong khu hệ cá Hồ Tây có một số loài thuộc sách đỏ như cá Vền, cá Trắm đen . . . Có một số loài mới mô tả như cá bống, cá dầu . . . Cá là nguồn lợi thủy sản to lớn của Hồ Tây, ngoài ra một số sinh vật khác như ốc, trai . . . cũng là nguồn thủy sản có sản lượng cao. Tại Hồ Tây, Công ty khai thác Hồ Tây đã tiến hành nuôi trồng và đánh bắt thủy sản với sản lượng cá bình quân hàng năm khoảng 550 tấn [9]. Ngoài ra các cá nhân cũng thường xuyên đánh bắt ốc, trai . . . , tuy nhiên việc khai thác và đánh bắt thủy sản của các cá nhân ở đây chưa được tổ chức và quản lý tốt. 3.2.2. Chất lượng môi trường nước Hồ Tây Các chỉ tiêu lý hóa và chỉ tiêu vi sinh được tiến hành khảo sát lấy mẫu tại 6 điểm trên hồ Tây, đó là: bến nhà thuyền Hồ Tây (HT1), cống Xuân La (HT2), cống Đõ (HT3), giữa hồ dưới (HT4), giữa hồ trên (HT5), và công viên nước Hồ Tây (HT6)[11]. Các kết quả ở bảng 7 và bảng 8 cho thấy các chỉ tiêu lý-hóa của nước mặt Hồ Tây tương đối ổn định ở các điểm đo, hàm lượng DO, COD, BOD5, hàm lượng các kim loại nặng như Cd, Cr, Zn, Fe, Cu, Pb, Hg . . . cũng như hàm lượng Phenol, H2S, Asen, cặn lơ lửng, dầu khoáng đều dưới mức giới hạn cho phép trừ duy nhất hàm lượng Nitơrit (NO2-) là tương đối cao hơn so với tiêu chuẩn cho phép ở cột B theo tiêu chuẩn chất lượng nước mặt TCVN 5942-1995. Tại một số điểm đo gần như cống Xuân La (HT2), cống Đõ (HT3) chất lượng nước vẫn được đảm bảo theo yêu cầu ở cột B theo tiêu chuẩn chất lượng nước mặt TCVN 5942-1995. Kết quả ở bảng 7 cũng cho thấy pH dao động trong khoảng từ 6,8 đến 8,2 hơi chuyển dịch về phía kiềm tính. Kết quả các chỉ tiêu lý hóa và chỉ tiêu vi sinh của Hồ Tây được thể hiện ở bảng 7, bảng 8 và hình 5. Bảng 6. Tiêu chuẩn chất lượng nước mặt (TVVN 5942-1995) (Nguồn:[11]) Giá trị giới hạn cho phép của các thông số và nồng độ các chất ô nhiễm trong nước mặt. Thông số Đơn vị Giá trị giới hạn A B pH mg/l 6 – 8,5 5,5 - 9 BOD5 (200C) mg/l < 4 < 25 COD mg/l < 10 < 35 DO (oxy hòa tan) mg/l ³ 6 ³ 2 Chất rắn lơ lửng mg/l 20 80 Asen mg/l 0,05 0,1 Bari mg/l 1 4 Cadimi mg/l 0,01 0,02 Chì mg/l 0,05 0,1 Crom (VI) mg/l 0,05 0,05 Crom (III) mg/l 0,1 1 Đồng mg/l 0,1 1 Kẽm mg/l 1 2 Mangan mg/l 0,1 0,8 Niken mg/l 0,1 1 Sắt mg/l 1 2 Thủy ngân mg/l 0,001 0,002 Thiếc mg/l 1 2 Amôniắc (tính theo N) mg/l 0,05 1 Florua mg/l 1 1,5 Nitrat (tính theo N) mg/l 10 15 Nitrit (tính theo N) mg/l 0,01 0,05 Phenol (tổng số) mg/l 0,001 0,02 Dầu mỡ mg/l 0 0,3 Chất tẩy rửa mg/l 0,5 0,5 Coliform MPN/100ml 5000 10000 Chất BVTV (trừ DDT) mg/l 0,15 0,15 DDT mg/l 0,01 0,01 Tổng hoạt độ phóng xạ a Bq/l 0,1 0,1 Tổng hoạt độ phóng xạ b Bq/l 1 1 Bảng 7. Một số chỉ tiêu lý hóa của nước Hồ Tây (Nguồn: [11]) Chỉ tiêu phân tích HT1 HT2 HT3 HT4 HT5 HT6 TB Độ pH 7,9 7,3 6,8 8,2 8,2 8,1 7,75 DO (mg/l) 6,1 5,9 5,6 6,3 6,7 6,0 6,1 COD (mg/l) 19,2 20,0 18,4 26,4` 21,6 21,6 21,2 BOD5 (mg/l) 9,5 9,2 9,0 12,7 11,6 10,8 10,47 Độ đục (NTU) 44,2 53,5 65,7 20,7 23,0 30,3 39,57 NaCl (mg/l) 142,2 141,7 136,8 172,1 171,6 143,1 151,3 Phenol (mg/l) 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 H2S (mg/l) 0,04 0,02 0,01 0,06 0,05 0,043 0,037 NH4+ (mg/l) 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 NO2- (mg/l) 0,18 0,09 0,06 0,53 0,48 0,30 0,27 Cặn lơ lửng(mg/l) 19,01 22,85 24,85 14,24 18,46 19,08 19,75 Dầu khoáng(mg/l) 0,12 0,12 0,15 0,08 0,1 0,12 0,115 Hình 5. Chỉ tiêu Coliform và Feacal coliform môi trường nước Hồ Tây[11] Kết quả ở hình 5 cho thấy nhìn chung các chỉ số vi sinh của nước mặt Hồ Tây không cao, hàm lượng coliform dao động từ 0 đến 180MNP/100ml. Nơi có chỉ số coliform cao nhất là HT1 (180,120MNP/100ml tương ứng) thuộc về điểm ở Bến thuyền Hồ Tây. So sánh với tiêu chuẩn chất lượng nước mặt Việt Nam TCVN 5942 - 1995 (cột B) về chỉ số coliform (10000MNP/100ml) cho thấy nước mặt Hồ Tây đáp ứng được các yêu cầu của TCVN. Bảng 8. Hàm lượng kim loại nặng trong nước mặt Hồ Tây (Nguồn: [11]) Điểm đo HT1 HT2 HT3 HT4 HT5 HT6 TB Zn (mg/l) 3,3 3,7 8,7 1,0 1,9 2,3 3,5 Cr (mg/l) 2,5 2,8 3,2 1,2 2,0 2,2 2,3 Cd (mg/l) 0,9 0,6 0,9 0,4 0,4 0,7 0,55 Hg (mg/l) 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 As (mg/l) 1,1 1,1 1,2 1,1 1,1 1,1 1,12 Fe (mg/l) 0,7 0,8 0,8 0,2 0,4 0,5 0,57 Cu (mg/l) 45,6 51,2 68,6 15,6 24,0 36,9 36,7 Pb (mg/l) 17,5 27,4 31,9 10,0 12,7 15,7 21,37 Có thể nói rằng Hồ Tây hiện nay tuy đã được quan tâm nhiều hơn về việc bảo vệ môi trường, nhưng vẫn ở trong trạng thái ô nhiễm nhẹ. Đây chính là yếu tố quyết định vấn đề cần phải theo dõi liên tục, đánh giá và dự báo chất lượng nước cẩn thận để đưa ra các biện pháp bảo vệ nguồn tài nguyên quí giá này. 3. 3. Đánh giá tình trạng dinh dưỡng của Hồ Tây bằng thông số hóa học (Photpho) 3.3.1. Xác định tải lượng Photpho cực đại cho phép (Mô hình Vollenweider) Mô hình Vollenweider là mô hình đơn giản, cho phép đánh giá khả năng gây phú dưỡng của muối Photpho. Khi biết các thông số như tốc độ nước chảy qua hồ, lượng nước chảy vào hồ, độ sâu, diện tích của hồ . . . dựa vào mô hình Vollenweider có thể xác định được tải lượng Photpho cực đại cho phép xâm nhập vào hồ hàng năm qua công thức: M = 10-9 Le. A Trong đó: M : Tải lượng Photpho cực đại cho phép (tấn/năm). A : Diện tích hồ (m2). Z : Độ sâu trung bình của hồ (m). Q : Lượng nước vào hồ hàng năm (m3/năm). q = Q/A: Tốc độ nước chảy qua hồ. Le : Tải lượng Photpho cho phép đối với mỗi m2 diện tích hồ (mg/m2. năm). và Le được xác định bởi công thức: Le = 10. q + (1 + Z/q ) Nếu lượng Photpho đổ vào hồ vượt quá giá trị cực đại cho phép (tức là vượt quá giá trị M) thì hồ sẽ ở trong tình trạng phú dưỡng. Với Hồ Tây các thông số vào mùa khô và mùa mưa như sau: + Mùa khô: A = 5150000m2 ; Z = 2m ; Q = 6701400m3/năm . Thay vào công thức chúng tôi tính được M = 786kg/năm (Phụ lục 1). + Mùa mưa: A = 5370000m2 ; Z = 2,5m ; Q = 13749696 m3/năm . Tương tự chúng tôi cũng tính được M = 1482kg/năm (Phụ lục 1). 3.3.2. Tính toán nguồn Nitơ và Photpho xâm nhập vào hồ hàng năm 3.3.2.1. Tính toán lượng dinh dưỡng theo mô hình kinh nghiệm Do lưu vực Hồ Tây không có các khu công nghiệp nên lượng Nitơ và Photpho xâm nhập vào hồ hiện nay đều thuộc dạng nguồn phân tán. Nguồn phân tán là nguồn thải vào hồ qua các quá trình rửa trôi, xói mòn do mưa và do sử dụng nước trên vùng lưu vực vào hồ không theo một hệ thống cống rãnh cố định nào. Đối với sự phú dưỡng của hồ vai trò chính thuộc về nguồn phân tán. Các nguồn thải dinh dưỡng theo con đường phân tán gồm: + Lượng dinh dưỡng từ vùng lưu vực liên quan đến loại đất, phương thức sử dụng và mức độ thâm canh đất đai (nếu là đất nông nghiệp). + Lượng dinh dưỡng từ khí quyển thông qua lượng mưa, trực tiếp rơi vào hồ Lượng dinh dưỡng này liên quan đến tổng lượng mưa và diện tích bề mặt hồ. + Lượng dinh dưỡng thải ra từ lượng cư dân, lượng gia súc, gia cầm sống xung quanh hồ. + Lượng dinh dưỡng từ trầm tích đáy quay trở lại hồ qua quá trình khoáng hóa các dinh dưỡng dạng hạt, dạng keo tụ. Để đánh giá lượng dinh dưỡng phân tán từ vùng lưu vực bên ngoài vào hồ, người ta thường dùng phương pháp gián tiếp thông qua các hệ số xuất dinh dưỡng còn gọi là lượng dinh dưỡng của một đơn vị diện tích trong một đơn vị thời gian (kg/ha.năm). Khi đó có thể dựa vào mô hình kinh nghiệm (empirical watershed model) để xác định lượng dinh dưỡng xâm nhập vào hồ hàng năm. Mô hình kinh nghiệm được sử dụng để tính toán lượng dinh dưỡng phân tán từ vùng lưu vực có dạng sau: A = a0 + a1X1 + a2X2 + a3X3 + a4X4 +. . . + amXm Trong đó: A: Tổng lượng dinh dưỡng hàng năm (kg/năm) đến hồ từ vùng lưu vực. X1; X2; X3; X4 . . .Xm: Diện tích (ha) của các loại hình đất và phương thức sử dụng đất kiểu 1, 2, 3 ,4 . . . m. a0, a1, a2, a3, a4. . . am: Các hệ số xuất dinh dưỡng (kg/ha/năm) của từng kiểu đất 1, 2, 3, 4 . . . m. Trong điều kiện hiện nay, chỉ có thể đánh giá được một số lượng dinh dưỡng phân tán từ vùng lưu vực và từ khí quyển trên cơ sở các hệ số xuất của tiêu chuẩn kỹ thuật của OECD (Organization for Economic Cooperation and Development). Tính toán nguồn Nitơ, Photpho từ các loại hình đất sử dụng Bảng 9. Hệ số xuất dinh dưỡng (kg/ha.năm) từ các loại hình đất khác nhau trên vùng lưu vực ( theo Loehr, 1974). Đất sử dụng Nitơ tổng số (kg/ha.năm) Photpho tổng số (kg/ha.năm) Đất rừng 0,007-0,88 1,0-6,3 Đất không sử dụng 0,050-0,25 0,5-6,0 Đất nông nghiệp 0,060-2,90 2,1-79,6 Đồng cỏ 0,050-0,60 3,2-14,0 Đất khu dân cư 0,770-2,20 5,0-7,3 Hồ Tây có diện tích đất sử dụng quanh hồ là 78,72ha, trong đó đất nông nghiệp là 26,24ha và dân cư chiếm 52,48ha. Căn cứ vào hệ số xuất dinh dưỡng ở bảng 10, chúng tôi tính được lượng Nitơ và Photpho từ nguồn này cung cấp cho hồ. Bảng 10. Nguồn N, P từ các loại hình sử dụng đất vào Hồ Tây hàng năm Đất sử dụng Diện tích (ha) Nitơ Photpho Hệ số xuất N (kg/ha.năm) Lượng N (kg/ha.năm) Hệ số xuất P (kg/ha.năm) Lượng P (kg/ha.năm) Nông nghiệp 26,24 0,06 - 2,9 1,58 - 76,1 2,1 - 79,6 55,1- 2088,7 Dân cư 52,48 0,77 - 2,2 40,4 - 115,5 5 - 7,3 262,4 - 383,1 Tổng cộng (N1, P1) 41,98-191,6 317,5-2471,8 Cụ thể là: N1 = 41,98 - 191,6kg/năm. P1 = 317,5 - 2471,8kg/năm. Tính toán nguồn Nitơ, Photpho từ khí quyển Căn cứ vào hệ số xuất dinh dưỡng ở bảng 11, đối với Hồ Tây diện tích mặt hồ vào mùa khô là 515ha, và mùa mưa là 537ha, hệ số xuất dinh dưỡng Nitơ là 0,12-0,97kg/ha.năm; hệ số xuất Photpho là 10,5- 38kg/ha.năm , Hồ Tây chỉ có vùng nông nghiệp nên chúng tôi tính được nguồn dinh dưỡng bổ sung từ khí quyển là: N2 = 61,8 - 499,6kg/ha.năm (mùa khô) và 64,44 - 520,89kg/ha.năm (mùa mưa). P2 =5407,5-19570kg/ha.năm (mùa khô) và 5638,5-20406kg/ha.năm (mùa mưa). Bảng 11. Hệ số xuất dinh dưỡng (kg/ha.năm) từ khí quyển đến hồ theo loại hình đất sử dụng ưu thế trên vùng lưu vực (theo Loehr, 1974). Vùng Nitơ tổng số (kg/ha.năm) Photpho tổng số (kg/ha.năm) Vùng có rừng (cây gỗ) 0,07-0,54 0,99-11,3 Vùng nông nghiệp 0,12-0,97 10,5-38,0 Khu công nghiệp 0,26-3,70 4,70-25,0 Tính toán nguồn Nitơ, Photpho liên quan đến dân cư Bảng 12. Hệ số xuất dinh dưỡng từ khu dân cư vùng lưu vực vào hồ (Theo tiêu chuẩn kỹ thuật OECD, 1982) Đơn vị tương đương BOD5 Nitơ tổng số Photpho tổng số 1cư dân không có hệ thống xử lý chất thải 1,0 1,0 1,0 0,7 1 cư dân có hố xí tự hoại 1 đơn vị gia súc, gia cầm (= 1 trâu, bò, ngựa hoặc 6 lợn, 14 cừu hoặc 150 ngỗng, vịt) 0,7 0,8 12,0 0,8 5,0 1 đơn vị ứng với 54gr BOD5, 13gr Nitơ và 2 gr Photpho. Để tính toán nguồn Nitơ, Photpho thải vảo hồ liên quan đến dân cư chúng tôi sử dụng hệ số xuất dinh dưỡng ở bảng 12. Theo mô hình kinh nghiệm, với mỗi một cư dân có hố xí tự hoại thì hệ số xuất Nitơ là 0,8 và hệ số xuất Photpho cũng là 0,8 (1 đơn vị sẽ ứng với 0,013kg Nitơ và 0,002kg Photpho). Theo kết quả điều tra ở tài liệu của Hoàng Dương Tùng thì số dân sống giáp xung quanh Hồ Tây là 33.123 người [9], với giả thiết là tất cả số dân sống xung quanh giáp Hồ Tây đều có hố xí tự hoại, chúng tôi tính được lượng Nitơ, Photpho mà nguồn này cung cấp cho hồ hàng năm: N3 = 0,8 x 0,013 x 33123 = 344,5kg/năm. P3 = 0,8 x 0,002 x 33123 = 53kg/năm. Tính toán nguồn Nitơ, Photpho liên quan đến gia súc, gia cầm Trên cơ sở sử dụng hệ số xuất dinh dưỡng ở bảng 12 và các số lượng gia súc, gia cầm được chăn nuôi xung quanh Hồ Tây như sau: 67 con bò; 6060 con lợn và 9150 con vịt, chúng tôi xác định được lượng Nitơ, Photpho nguồn này đổ vào hồ hàng năm: N4 = 12 x 0,013 x (67 + 6060/6 + 9150/150) = 177,53kg/năm P4 = 5 x 0,002 x (67 + 6060/6 + 9150/150) = 11,38kg/năm Tổng lượng dinh dưỡng (Nitơ, Photpho) theo nguồn phân tán đổ vào hồ hàng năm chính là tổng của các nguồn thải liên quan đến loại hình đất, nguồn thải từ khí quyển, nguồn thải liên quan đến dân cư và nguồn thải liên quan đến gia súc, gia cầm. Lượng Nitơ , Photpho vào hồ hàng năm trong mùa khô là: N = N1 + N2 + N3 + N4 = 625,8 - 1213,2kg/năm. P = P1 + P2 + P3 + P4 = 5789,4 - 22106,2kg/năm. Và mùa mưa là: N = N1 + N2 + N3 + N4 = 628,5 - 1234,5kg/năm. P = P1 + P2 + P3 + P4 = 6020,4 - 22942,2kg/năm. 3.3.2.2.Tính toán lượng dinh dưỡng theo mô hình Jorgensen Để đánh giá sự phú dưỡng của Hồ Tây (Hà Nội) một cách tốt nhất, cũng như để có thể so sánh các phương pháp đánh giá khác nhau, chúng tôi sử dụng thêm mô hình phú dưỡng của Jorgensen. Thực tế thì mô hình này có chung nguyên tắc tính toán với mô hình kinh nghiệm, nhưng sự khác biệt quan trọng nhất giữa hai mô hình này là ở giá trị của các hệ số xuất dinh dưỡng. Theo mô hình Jorgensen, có 3 nguồn bổ sung dinh dưỡng cho hồ: nguồn dinh dưỡng liên quan đến tình hình sử dụng đất (N1,; P1,), nguồn liên quan đến lượng mưa (N2,; P2,), nguồn liên quan đến dân cư (N3,; P3,). Chúng tôi sẽ lần lượt tính toán lượng dinh dưỡng Hồ Tây nhận được từ các nguồn này. Tính toán nguồn Nitơ, Photpho liên quan đến tình hình sử dụng đất Bảng 13. Hệ số xuất dinh dưỡng theo mô hình Jorgensen Đất sử dụng Diện tích (ha) Nitơ Photpho Hệ số xuất N (kg/ha. năm) Lượng N (kg/ha.năm) Hệ số xuất P (kg/ha.năm) Lượng P (kg/ha.năm) Nông nghiệp 26,24 5,000-12,000 131,2-314,88 0,22-1,0 5,77-26,24 Khác với mô hình kinh nghiệm, trong mô hình của Jorgensen, ảnh hưởng của dân cư đến hồ được đánh giá hoàn toàn bằng hệ số xuất của mỗi người, nghĩa là không sử dụng hệ số xuất cho đất khu dân cư. Các loại hình đất sử dụng ở Hồ Tây chỉ là đất nông nghiệp và dân cư, và như vậy, trong mô hình Jorgensen đối với Hồ Tây thì nguồn Nitơ, Photpho liên quan đến tình hình sử dụng đất chỉ được thể hiện qua loại đất nông nghiệp. Căn cứ vào hệ số xuất Nitơ và Photpho ở bảng 13, diện tích đất nông nghiệp là 26,24ha, chúng tôi tính được nguồn này cung cấp cho Hồ Tây hàng năm với kết quả là: Lượng Photpho: 26,24 x 0,22 = 5,77kg/năm. 26,24 x 1 = 26,24kg/năm. P1, = 5,77 – 26,24kg/năm. Lượng Nitơ: 26,24 x 5 = 131,2kg/năm 26,24 x 12 = 314,88kg/năm N1, = 131,2 – 314,88kg/năm. Tính toán nguồn Nitơ, Photpho liên quan đến lượng mưa Lượng dinh dưỡng (Nitơ, Photpho) mà nguồn nước mưa cung cấp cho hồ được xác định bởi công thức: IPP = P . CPP . A INP = P. CNP . A Trong đó: P : tổng lượng mưa trung bình hàng năm. CPP : hàm lượng Photpho trong nước mưa. CNP : hàm lượng Nitơ trong nước mưa. A : diện tích mặt hồ. INP : lượng Nitơ cung cấp cho hồ từ nước mưa. IPP : lượng Photpho cung cấp cho hồ từ nước mưa. Bảng 14. Hàm lượng Photpho (CPP), Nitơ (CNP) trong nước mưa CPP (mg/l) CNP (mg/l) 0,025 – 0,1 0,3 – 1,6 Lượng mưa trung bình hàng năm tại Hồ Tây vào mùa khô là41,7 mm và vào mùa mưa là235,2mm ; diện tích mặt hồ vào mùa khô là 515ha và vào mùa mưa là 537ha. Từ đó, dựa vào bảng 14 và theo công thức trên, chúng tôi tính được lượng dinh dưỡng mà nguồn nước mưa cung cấp cho Hồ Tây là: + Mùa khô: Lượng Photpho đổ vào hồ là: 515 x 41,7 x 0,025 = 536,89 kg/ha.năm. 515 x 41,7 x 0,1 = 2147,55kg/ha.năm. P2, = 536,89 – 2147,55kg/ha.năm. Lượng Nitơ đổ vào hồ là: 515 x 41,7 x 0,3 = 6442,65kg/ha.năm. 515 x 41,7 x 1,6 = 34360,8kg/ha.năm. N2, = 6442,65 – 34360,8kg/ha.năm. + Mùa mưa: Lượng Photpho đổ vào hồ là: 537 x 235,2 x 0,025 = 3157,56kg/ha.năm. 537 x 265,2 x 0,1 = 12630,24kg/ha.năm. P2, = 3157,56 – 12630,24kg/ha.năm. Lượng Nitơ đổ vào hồ là: 537 x 235,2 x 0,3 = 37890,72kg/ha.năm. 537 x 235,2 x 1,6 = 202083,84kg/ha.năm. N2, = 37890,72 – 202083,84kg/ha.năm. Tính toán nguồn Nitơ, Photpho liên quan đến dân cư (nguồn nhân tạo) Theo Jorgensen, tính toán nguồn dinh dưỡng nhân tạo bổ sung cho hồ là một công việc quan trọng và cần phải được tiến hành cẩn thận. Để tính toán được nguồn dinh dưỡng nay cần lưu ý: + Lượng dinh dưỡng mà mỗi người thải ra trong một năm là 3 – 3,8kg Nitơ và là 0,8 – 1,8kg Photpho. + Các biện pháp xử lý cơ học sẽ loại bỏ 10% –15% lượng dinh dưỡng. + Các biện pháp xử lý sinh học sẽ loại bỏ 10% – 15% lượng dinh dưỡng. + Sự kết tủa hóa học sẽ loại bỏ 85% lượng Photpho của nguồn này. + Nền đáy của hồ có thể ảnh hưởng đến lượng dinh dưỡng còn lại trong hồ. Vì chưa có biện pháp xử lý nước thải sinh hoạt (cả cơ học và sinh học) ở Hồ Tây nên các tính toán ở đây chỉ có thể đề cập tới ảnh hưởng của sự kết tủa hóa học. Tác động của cấu tạo nền đáy cũng bỏ qua vì để tính đến tác động này đòi hỏi phải có những nghiên cứu rất chi tiết về địa chất. Như vậy dựa vào lượng dinh dưỡng mà mồi người thải ra trong một năm là 3 – 3,8kg N và 0,8 – 1,8kg P nhưng lượng Photpho đổ vào hồ sẽ chỉ còn là 15% (vì 85% lượng P từ nguồn này đã bị ảnh hưởng của sự lắng đọng) và dân số quanh khu vực Hồ Tây là 33.123người, chúng tôi đã tính được lượng dinh dưỡng mà dân cư cung cấp cho hồ là: Lượng Nitơ: 3 x 33123 = 99369kg/năm. 3,8 x 33123 = 125867,4kg/năm. N3, = 99369 – 125867,4kg/năm. Lượng Photpho: 0,8 x 33123 x 15% = 3974,76kg/năm. 1,8 x 33123 x 15% = 8943,2kg/năm. P3, = 3974,76 – 8943,2kg/năm. Từ 3 nguồn dinh dưỡng trên, chúng tôi tính được tổng lượng dinh dưỡng đổ vào hồ hàng năm bằng cách cộng gộp lượng dinh dưỡng của cả 3 nguồn, kết quả cụ thể là: + Mùa khô: P = P1, + P2, + P3, = 4517,42 – 11116,99kg/năm. + Mùa mưa: P = P1, + P2, + P3, = 7138,09 – 21599,68kg/năm. 3.3.3 Xác định hàm lượng Photpho tổng số Từ kết quả tính toán lượng Photpho tổng số xâm nhập vào hồ hàng năm (mục 3.3.2) ta có thể tính hàm lượng Photpho tổng số theo công thức: TP = (Lp/qs)/(1+ tw ) Trong đó: TP : Hàm lượng Photpho tổng số trung bình (mg/l). Lp = J/A : Lượng Photpho theo diện tích hàng năm (mg/m2/năm). J : Tổng lượng Photpho vào hồ hàng năm (mg/năm). A : Diện tích mặt hồ (m2). qs = Z/tw : Lượng nước dao động hàng năm (m/năm). tw = V/Q : Thời gian tồn lưu nước (năm). Z : Độ sâu trung bình (m). V : Thể tích hồ (m3). Q : Lượng nước vào hồ (m3/năm). Vào mùa khô các thông số của Hồ Tây có giá trị như sau: J = 5789 - 22106kg/năm; Z = 2m; V = 10300000m3; Q = 6701400m3/năm. Vào mùa mưa các thông số có các giá trị sau: J = 6020 - 22942kg/năm; Z =2,5m;V = 13425000m3; Q = 13749696m3/năm. Từ tổng lượng P đổ vào hồ theo mô hình kinh nghiệm (mục 3.2.2.1), thay vào công thức chúng tôi tính được kết quả là: + Mùa khô: TP = 0,4 - 1,4mg/l. + Mùa mưa: TP = 0,2 - 0,8mg/l (Phụ lục 2). Từ tổng lượng P đổ vào hồ theo mô hình Jorgensen (mục 3.2.2.2), thay vào công thức chúng tôi tính được kết quả là: + Mùa khô: TP = 0,3 - 1,2mg/l. + Mùa mưa: TP = 0,2 - 0,7mg/l (Phụ lục 3). 3.3.4. Đánh giá tình trạng phú dưỡng của hồ Tây theo thông số Photpho Theo thông số Photpho có 2 cách để đánh giá sự phú dưỡng. Một là: so sánh tổng lượng Photpho đổ vào hồ hàng năm với tiêu chuẩn cho phép đã xác định ở mô hình Vollenweider. Hai là: dùng thước đo phú dưỡng cho nồng độ Photpho trong hồ. Chúng tôi sử dụng đồng thời cả 2 phương pháp trên. 3.3.4.1. Đánh giá sự phú dưỡng bằng tổng lượng Photpho đổ vào hồ hàng năm Căn cứ vào bảng 15, chúng ta nhận thấy rằng lượng Photpho đổ vào Hồ Tây theo mô hình kinh nghiệm và mô hình Jorgensen đều vượt quá giá trị M, là tiêu chuẩn cho phép (giá trị M = lượng Photpho cực đại cho phép đổ vào hồ hàng năm), như vậy hồ đã bị phú dưỡng. Bảng 15. Lượng Photpho cho phép và lượng Photpho đổ vào hồ tính theo mô hình kinh nghiệm Photpho Mùa Lượng P cho phép tính theo mô hình Volenweider (M). Lượng Photpho đổ vào hồ hàng năm tính theo mô hình của Jorgensen. Lượng Photpho đổ vào hồ hàng năm tính theo mô hình kinh nghiệm. Mùa khô 786kg/năm 4517,42 -11116,99kg/năm 5789,4 - 22106,2kg/năm Mùa mưa 1482kg/năm 7138,09 -21599,68kg/năm 6020,4 - 22942,2kg/năm 3.3.4.2. Đánh giá sự phú dưỡng bằng nồng độ Photpho trong hồ Theo kết quả tính toán bằng mô hình kinh nghiệm, nồng độ muối Photpho vào mùa khô là 0,4 - 1,4mg/l và vào mùa mưa là 0,2 - 0,8mg/l, còn theo mô hình Jorgensen thì nồng độ muối Photpho vào mùa khô là 0,3 –1,2mg/l và vào mùa mưa là 0,2 – 0,7mg/l (mục 3.3.3). Căn cứ vào thước đo sự phú dưỡng (hình 3), khoảng giá trị nồng độ Photpho vào mùa khô và mùa mưa của Hồ Tây đều ở trạng thái dinh dưỡng giàu và quá giàu, tuy nhiên vào mùa mưa hiện tượng phú dưỡng có thể giảm đi khi mà lượng nước của hồ đủ lớn để làm loãng nồng độ muối Photpho còn vào mùa khô, các nguồn phân tán vẫn bổ sung vào hồ trong khi lượng nước trong hồ cạn hơn nên hiện tượng phú dưỡng sẽ xảy ra trầm trọng hơn. 3.3.5. Quan hệ giữa nồng độ Photpho và hàm lượng Chlorophyl-a Photpho và Nitơ là các yếu tố chính gây nên tình trạng phú dưỡng (eutrophication) của hồ, trong đó Photpho giữ vai trò quan trọng hơn. Trong điều kiện nhiệt đới, nhiệt độ nước và bức xạ mặt trời cao, yếu tố này càng có tính chất quyết định với tình trạng phú dưỡng của hồ. Trong nước tự nhiên, do Photpho thường lắng đọng, trầm tích nên tỷ lệ tổng N : tổng P thường khoảng 20 (dư thừa N). Tỷ lệ N : P yêu cầu để hình thành sinh khối tảo là 7,2. Vì vậy khi tỷ lệ N : P trong nước hồ lớn hơn 10, Photpho là yếu tố giới hạn, quyết định quá trình phú dưỡng trong nước hồ. Quá trình phú dưỡng làm cho tảo phát triển, nước có mùi (nồng độ chl-a tăng lên), độ màu lớn, độ đục tăng đồng nghĩa với độ trong giảm và tốc độ hấp thụ oxy ở đáy hồ sẽ tăng [1]. Bảng 16. Các chỉ tiêu tổng P và hàm lượng Chllorophyl-a trong nước Hồ Tây tại khu vực nhà thuyền từ 1994 đến 2000 [1]. STT Thời gian quan trắc Tổng P (mg/l) Chllorophyl-a (mg/l) 1 1998 (TB) 0,4 155 2 Quý 1/1999 0,29 137,5 3 Quý 2/1999 0,31 143,7 4 Quý 3/1999 0,31 143 5 Quý 4/1999 0,32 146,5 6 Quý 1/2000 0,31 143,5 7 Quý 2/2000 0,33 150 8 Quý 3/2000 0,32 146 9 Quý 4/2000 0,32 146,5 10 Quý 1/2001 0,33 152 11 Quý 2/2001 0,35 156 12 Quý 3/2001 0,36 159,5 13 Quý 4/2001 0,34 153 14 Quý 1/2002 0,31 143,5 15 Quý 2/2002 0,34 152 16 Quý 3/2002 0,34 153 17 Quý 4/2002 0,35 156 18 Quý 1/2003 0,36 159,5 19 Quý 2/2003 0,37 162,3 20 Quý 3/2003 0,32 146,5 21 Quý 4/2003 0,38 165 22 Quý 1/2004 0,37 162,5 23 Quý 2/2004 0,38 162,5 24 Quý 3/2004 0,40 171,5 25 Quý 4/2004 0,40 170 Để tìm được mối liên quan giữa nồng độ P và sinh khối tảo (thông qua hàm lượng chl-a), chúng tôi tiến hành phép hồi qui đơn giản dựa vào số liệu trong bảng 16 ở trên. Tiến hành phép hồi quy tìm mối quan hệ giữa nồng độ P tổng số và hàm lượng chl-a ở hồ Tây, chúng tôi tìm thấy phương trình có dạng lũy thừa như sau: y = axb Trong đó: Biến độc lập x là nồng độ Photpho tổng số (mg/l). Biến phụ thuộc y là hàm lượng chl-a (mg/l). Đây là một phương trình phi tuyến, vì vậy ta sẽ biến đổi đưa về dạng tuyến tính bằng cách đặt ẩn phụ để việc tìm các hệ số a và b đơn giản hơn. Logarit hóa 2 vế ta được: lgy = lga + blgx Đặt: lgy = Y lga = A lgx = X Lúc này từ một phương trình phi tuyến sẽ trở thành một phương trình hồi quy tuyến tính một lớp có dạng: Y = A + bX Sử dụng công cụ Tools/ Tools Data Analysis/ Regression trong chương trình Microsoft Excel, từ các số liệu ở bảng 16, chúng tôi tính được các hệ số a và b của phương trình. Cụ thể là: b = 0,61 A = 2,47 Mà A = lga Nên a = 10A = 102,47 = 295,1 Và lúc này phương trình hồi quy thể hiện mối tương quan giữa nồng độ Photpho tổng số và hàm lượng chl-a sẽ là: y = 295,1x 0,61 với hệ số tương quan R = 0,974 thể hiện mối tương quan giữa nồng độ P với hàm lượng chl-a là rất chặt. Hệ số a và b đều có độ tin cậy thống kê cao (Phụ lục 4). Thay các hệ số đã tìm được là: A = 2,47 và b = 0,61 và lúc này phương trình tuyến tính 1 lớp sẽ trở thành: Y = 2,47 + 0,61X (*) Với: Y = lgy; A = lga; X = lgx Sau khi xử lý các số liệu thô, thay các giá trị của tổng P đã được logarit hóa (giá trị X) vào phương trình (*) ta sẽ được bảng số liệu sau: Bảng 17. Tổng P và nồng độ chl-a được logarit hóa theo lý thuyết. Số TT mẫu Tổng P (giá trị x) lgx (giá trị X) lgy (giá trị Y) 1 0,32 -0,494850022 2,16866 2 0,33 -0,481486060 2,17659 3 0,34 -0,468521083 2,18452 4 0,35 -0,455931956 2,19245 5 0,36 -0,443697499 2,19977 6 0,37 -0,431798276 2, 20709 7 0,38 -0,420216403 2, 21380 Hình 6. Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa hàm lượng chl-a và nồng độ P tổng số theo lý thuyết dưới dạng logarit hóa . Coi các giá trị của lgx (giá trị X) tương ứng với số thứ tự của các mẫu từ 1 đến 7 (bảng 17), chúng tôi dựng được đồ thị thể hiện mối tương quan giữa nồng độ Photpho và hàm lượng chl-a theo lý thuyết biểu diễn dưới dạng logarit như hình 6 ở trên. Theo tính toán của mô hình kinh nghiệm (mục 3.3.3) thì nồng độ P tổng số của Hồ Tây vào mùa khô là 0,4-1,4mg/l và mùa mưa là 0,2-0,8mg/l. Thay các giá trị này vào phương trình hồi quy trên chúng tôi tính được hàm lượng chl-a là 168,7-362,3mg/l vào mùa khô và 110,6-257,5mg/l vào mùa mưa. Căn cứ tính toán nồng độ P của Hồ Tây theo mô hình Jorgensen (mục 3.3.3) vào mùa khô là 0,3-1,2mg/l và vào mùa mưa là 0,2-0,7mg/l, tương tự, thay các giá trị này vào phương trình hồi quy chúng tôi tính được hàm lượng chl-a là 141,6-329,83mg/l vào mùa khô và 110,6-237,4mg/l vào mùa mưa. Dựa vào thước đo sự phú dưỡng (hình 3), khoảng giá trị hàm lượng chl-a vào mùa khô cũng như mùa mưa của Hồ Tây - theo cả mô hình kinh nghiệm và mô hình Jorgensen - đều ở trạng thái dinh dưỡng giàu và quá giàu, như vậy hồ đã bị phú dưỡng. Vào mùa mưa hiện tượng phú dưỡng có thể giảm đi còn vào mùa khô, tình trạng phú dưỡng trầm trọng hơn. 3.3.6. Sự thay đổi nồng độ Photpho theo các năm Để biết được xu thế và tốc độ tăng, giảm của nồng độ P trong Hồ Tây theo thời gian (năm) ra sao, dựa vào số liệu ở bảng 17, chúng tôi tiến hành phép hồi quy để tìm phương trình mô tả mối quan hệ giữa nồng độ P tổng số của Hồ Tây theo thời gian (năm) trong giai đoạn gần đây. Kết quả cho thấy phương trình hồi quy là một đa thức bậc ba có dạng: Y = aX3 + bX2 + cX + d Trong đó: biến độc lập X là thời gian (t) (là trục hoành của đồ thị ở hình 7). và biến phụ thuộc Y là nồng độ P tổng số (P) (là trục tung của đồ thị ở hình 7). Bảng 18. Số liệu tổng P của Hồ Tây theo các năm [1] Năm Tổng Photpho TB (mg/l) 1996 0,4000 1997 0,3075 1998 0,3200 1999 0,3450 2000 0,3350 2001 0,3575 2002 0,3875 2003 0,6250 2004 0,8000 Hình 7. Sự thay đổi của nồng độ P trong nước Hồ Tây theo các năm Sử dụng công cụ Tools/ Tools Data Analysis/ Regression trong chương trình Microsoft Excel, từ dữ liệu ở bảng 18, chúng tôi tính được các hệ số a, b, c và d của phương trình (Phụ lục 5). Cụ thể là: a = 0,002 b = -0,007 c = - 0,193 d = 0,377 Và lúc này phương trình thể hiện mối quan hệ giữa nồng độ P tổng số và thời gian (năm) sẽ là: Y = 0,002X3 - 0,007X2 - 0,193X + 0,377 với hệ số tương quan R = 0,989 thể hiện mối tương quan này là rất chặt. Bảng 19. Số liệu tổng P thực nghiệm và lý thuyết theo thời gian (năm). Năm Thời gian (t) P lý thuyết (P) P thực nghiệm (P) 1996 1 0,376916 0,4000 1997 2 0,352679 0,3075 1998 3 0,326579 0,3200 1999 4 0,310499 0,3450 2000 5 0,316679 0,3350 2001 6 0,357119 0,3575 2002 7 0,443879 0,3875 2003 8 0,589019 0,6250 2004 9 0,804599 0,8000 Dựa vào phương trình hồi quy bậc 3 tìm được, chúng tôi tính được tổng nồng độ P lý thuyết. Căn cứ vào các số liệu nồng độ P thực nghiệm và nồng độ P lý thuyết được thể hiện ở trong bảng 19, chúng tôi dã dựng được đồ thị thể hiện sự thay đổi nồng độ Photpho tổng số của Hồ Tây (Hà Nội) theo năm trong thời gian là những năm gần đây (hình 7). Qua đồ thị biểu diễn sự thay đổi nồng độ P của Hồ Tây theo các năm (hình 7), chúng tôi nhận thấy rằng nồng độ P của hồ có xu thế tăng lên, đặc biệt là trong những năm gần đây, tốc độ này tăng rất nhanh, hiện đang ở mức báo động. Đây chính là nguyên nhân chủ yếu gây ra sự phú dưỡng của Hồ Tây,vì vậy cần phải có biện pháp thích hợp để sớm khắc phục tình trạng này. 3.4. Một vài nhận xét về phương pháp đánh giá sự phú dưỡng của hồ tây (Hà Nội) bằng mô hình toán học Mô hình kinh nghiệm và mô hình Jorgensen là hai mô hình đơn giản, dễ áp dụng để đánh giá tình trạng phú dưỡng của các hồ khi biết các thông số, nó có thể áp dụng cho một hồ bất kỳ chỉ cần thay đổi các giá trị thông số khi đưa vào mô hình nghiên cứu. Đây là một trong những mô hình kinh điển để đánh giá lượng dinh dưỡng mà các nguồn khác nhau cung cấp cho hồ. Bên cạnh đó, qua mối tương quan về lượng dinh dưỡng mà các nguồn khác nhau bổ sung cho hồ, có thể phân loại được mức độ gây phú dưỡng của chúng và xác định rõ các nguồn bổ sung dinh dưỡng quan trọng cho hồ. Đó là cơ sở khoa học để quản lý hệ sinh thái hồ một cách hiệu quả. Các mô hình này cũng đã được nhiều tác giả sử dụng cho việc tính toán lượng dinh dưỡng xâm nhập vào hồ tại các nước nhiệt đới châu Phi, Đông Nam á và Trung Mỹ [3]. Tuy vậy, việc sử dụng các mô hình này để đánh giá sự phú dưỡng của Hồ Tây trong đề tài còn gặp rất nhiều khó khăn khách quan. Thứ nhất, các nguồn ở lưu vực không hẳn đã hoàn toàn cung cấp cho hồ, nó có thể bị phân tán theo các hướng khác, vì ngoài hồ ra còn có những vùng trũng khác cũng là nơi có thể tích tụ dinh dưỡng. Ngoài ra, trong mô hình kinh nghiệm, tác động của dân cư đã được tính tới hai lần, một lần theo lượng Photpho mà mỗi người cung cấp cho hồ, một lần theo ảnh hưởng của đất khu dân cư đến hồ. Hơn nữa ta cũng thấy rằng các thông số đầu vào của nguồn dinh dưỡng phân tán vào hồ có thể chưa đầy đủ vì chưa tính được lượng dinh dưỡng từ trầm tích đáy quay trở lại hồ qua quá trình khoáng hóa, đồng thời cũng chưa có những đánh giá cụ thể về sự mất mát dinh dưỡng sau khi chúng đã xâm nhập vào hồ, chẳng hạn như khả năng bị tiêu thụ bởi thủy sinh vật làm giảm nồng độ Nitơ, Photpho trong hồ. Bên cạnh đó, ta cũng thấy rằng trong các mô hình kinh nghiệm cũng như mô hình Jorgensen, mặc dù hệ số xuất dinh dưỡng đã được xác định, nhưng khoảng giá trị của chúng là khá lớn, gây khó khăn trong việc định lượng nguồn dinh dưỡng xâm nhập vào hồ, khó có thể xác định được một giá trị cụ thể. Theo kết quả phân tích hóa học, nồng độ Photpho trong Hồ Tây có giá trị trung bình là 0,8mg/l. Như vậy có thể thấy, mặc dù giá trị này phù hợp với nồng độ Photpho của hồ vào mùa mưa theo mô hình kinh nghiệm (0,2-0,8mg/l) và theo mô hình Jorgensen (0,2 – 0,7mg/l) nhưng vì khoảng giá trị này quá rộng, ta khó có thể đánh giá được một giá trị cụ thể thật sự chính xác về tình trạng dinh dưỡng của hồ. Sở dĩ có sự chênh lệch lớn giữa giá trị cực tiểu và cực đại của hệ số xuất dinh dưỡng là vì các hệ số xuất này được xây dựng chung, đồng nhất cho tất cả các dạng hồ, với các kiểu lưu vực khác nhau. Hướng giải quyết lâu dài của vấn đề này là ta có thể thực hiện những nghiên cứu riêng về Hồ Tây một cách đồng bộ để xác định hệ số xuất dinh dưỡng đặc trưng của hồ, từ đó dựa vào các mô hình để xây dựng một mô hình riêng cho Hồ Tây, đảm bảo độ tin cậy cao hơn.