Luận văn Đánh giá bốc thoát khí CO2 từ hệ thống sông Hồng dưới tác động của con người

2 vùng rừng ngập mặn Cần Giờ, vùng chịu tác động từ các hoạt động của con ngƣời từ thành phố Hồ Chí Minh cũng đƣợc các nhà khoa học trong và ngoài nƣớc hợp tác thực hiện [38]. Kết quả nghiên cứu cho thấy pCO2 tại bề mặt nƣớc – không khí trong dòng kênh rạch nhỏ thuộc vùng rừng ngập mặn Cần Giờ thay đổi trong khoảng 660 to 3000 µatm trong mùa khô và đạt 740 to 5000 µatm trong mùa mƣa. Tốc độ bốc thoát CO2 đạt 74 - 876 mmol/m 2/ngày.đêm khi tốc độ dòng chảy nhỏ 0,2 m/s. Nghiên cứu này nhấn mạnh ảnh hƣởng của vùng đô thị đến chuyển tải và bốc thoát CO2 trong vùng rừng ngập mặn đồng thời chỉ ra rằng các đánh giá trƣớc đây về bốc thoát CO2 tại hạ lƣu các hệ thống sông Đông Nam Á có thể có sai số lớn khi sử dụng hệ số k có giá trị thấp. 27 CHƢƠNG 2. NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. HÓA CHẤT, DỤNG CỤ VÀ THIẾT BỊ 2.1.1. Hóa chất Bảng 2.1: Bảng danh mục một số hóa chất sử dụng STT Hóa chất Trạng thái Xuất xứ 1 HCl 37% Lỏng Đức 2 H3PO4 85% Lỏng Đức 3 Aceton 90% Lỏng Đức 4 H2SO4 99,5% Lỏng Đức 5 Methyl da cam Rắn Đức 6 Na2CO3 Rắn Đức 7 C8H5KO4 Rắn Đức 8 K2Cr2O7 Rắn Đức 9 AgSO4 Rắn Đức 10 HgSO4 Rắn Đức 2.1.2. Dụng cụ và thiết bị  Dụng cụ Các dụng cụ cần thiết trong quá trình thực nghiệm: Cốc thủy tinh, ống đong, bình tam giác, bình định mức, pipet, ống falcon, bình nhựa PE, bình thủy tinh tối màu, đĩa petri, cuvet thạch anh, đầu Tip micropipet 1mL, micropipet. 28  Thiết bị Bảng 2.2: Bảng danh mục một số thiết bị sử dụng STT Thiết bị Xuất xứ 1 Máy phá mẫu COD B1-1200 Hãng Sibata, Nhật Bản 2 Cân phân tích Hãng Sartorius, Đức 3 Tủ sấy Trung Quốc 4 Lò nung Trung Quốc 5 Máy đo quang phổ UV-VIS V-630 Jasco, Nhật Bản 6 Máy ly tâm để bàn Z200A HERMLE, Đức 7 Bơm chân không có màng ngăn NVP-1000 EYELA, Nhật Bản 8 Máy đo nhanh một số chỉ tiêu hóa lý nƣớc WQC-22A TOA, Nhật Bản  Dụng cụ Các dụng cụ cần thiết trong quá trình thực nghiệm: Cốc thủy tinh, ống đong, bình tam giác, bình định mức, pipet, ống falcon, bình nhựa PE, bình thủy tinh tối màu, đĩa petri, cuvet thạch anh, đầu Tip micropipet 1mL, micropipet. 2.2. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.2.1. Thu thập số liệu + Phƣơng pháp thu thập số liệu: Thu thập các số liệu về khí tƣợng (lƣợng mƣa, độ ẩm, nhiệt độ không khí) và lƣu lƣợng nƣớc sông Hồng tại một số trạm thủy văn. Các thông tin về dân số, tình hình sử dụng đất, các hồ chứa trong lƣu vực từ các nghiên cứu trƣớc đây và số liệu công bố theo Tổng cục thống kê. 29 2.2.2. Lấy mẫu và đo đạc tại hiện trƣờng - Vị trí, thời gian lấy mẫu: Hình 2.1. Hệ thống sông Hồng và các vị trí lấy mẫu năm 2019 Các mẫu nƣớc mặt đƣợc lấy mỗi tháng 1 lần vào giữa tháng trong khoảng thời gian từ tháng 1/2019 - 12/2019 (Hình 2.1), gồm: trạm thuỷ văn Hòa Bình (sông Đà); trạm thuỷ văn Vụ Quang (sông Lô); trạm thuỷ văn Yên Bái (sông Thao); trạm thuỷ văn Sơn Tây và trạm thuỷ văn Hà Nội trên nhánh chính sông Hồng; tại 4 trạm thủy văn trên các sông phân lƣu vùng cửa sông: trạm thuỷ văn Ba Lạt (trục chính sông Hồng); trạm thuỷ văn Trực Phƣơng (sông Ninh Cơ); trạm thuỷ văn Nam Định (sông Đào); trạm thuỷ văn Quyết Chiến (sông Trà Lý); trạm thủy văn Gián Khẩu (sông Đáy); và 2 vị trí trên sông nội đô: Nhuệ (sông Nhuệ) và Tô Lịch (sông Tô Lịch). Việc chọn lựa các vị trí lấy mẫu nhằm đánh giá sự khác biệt theo không gian, tại các nhánh sông chính bao gồm các nhánh sông hợp lƣu ở thƣợng nguồn, các nhánh sông phân lƣu ở hạ lƣu; các điểm trên trục chính sông Hồng. Một số điểm trên hệ thống sông đô thị (Hà Nội) đƣợc lựa chọn nhằm so sánh ảnh hƣởng của nƣớc thải đô thị tới hàm lƣợng chất hữu cơ trong nƣớc sông và tốc độ bốc thoát CO2 từ hệ thống sông đô thị so với sông Hồng.. 30 Tọa độ các điểm lấy mẫu đƣợc xác định bằng thiết bị định vị toàn cầu (GPS) và đƣợc trình bày trong bảng 2.3. Bảng 2.3. Vị trí lấy mẫu nƣớc sông Hồng năm 2019 STT Tên trạm thủy văn (tv)/tên mẫu, địa phƣơng Kinh độ Vĩ độ Kí hiệu mẫu 1 Trạm tv Yên Bái - Yên Bái 21o42’ 104o53’ YB 2 Trạm tv Vụ Quang - Phú Thọ 21o34’ 105o15’ VQ 3 Trạm tv Hòa Bình - Hòa Bình 20o49’ 105o19’ HB 4 Trạm tv Sơn Tây - Sơn Tây 21o09’ 105o52’ ST 5 Trạm tv Chƣơng Dƣơng - Hà Nội 21o02’ 105o51’ HN 6 Trạm tv Gián Khẩu - Gián Khẩu 20o19’ 105o55’ GK 7 Trạm tv Trực Phƣơng - Trực Phƣơng 20o19’ 106o18’ TP 8 Trạm tv Quyết Chiến - Quyết Chiến 21o30’ 106o15’ QC 9 Trạm tv Nam Định - Nam Định 20o25’ 106o10’ NĐ 10 Trạm tv Ba Lạt - Ba Lạt 20o19’ 106o31’ BL 11 Cầu Quang, Sông Tô Lịch - Hà Nội 20o457’ 105o49’ TL 12 Cầu Sắt, Sông Nhuệ - Hà Nội 20o56’ 105o48’ SN - Phương pháp lấy mẫu: Các mẫu nƣớc đƣợc lấy theo Tiêu chuẩn quốc gia (TCVN 6663-6: 2018 về Chất lƣợng nƣớc - Lấy mẫu - Phần 6: Hƣớng dẫn lấy mẫu ở sông và suối). 31 Mẫu nƣớc đƣợc lấy bằng thiết bị lấy mẫu chuyên dụng theo độ sâu, cách mặt nƣớc 30cm ở giữa dòng. Đối với sông Nhuệ và sông Tô Lịch, mẫu đƣợc lấy từ trên cầu; đối với các mẫu trên dòng chính sông Hồng, mẫu đƣợc lấy từ trên thuyền, ở giữa dòng. Thông tin mẫu đƣợc ghi trên nhãn của bình/chai đựng mẫu (ngày, giờ, vị trí, loại mẫu). Ví dụ: Kí hiệu mẫu: HN (tên mẫu); Ngày lấy mẫu: 15/1/2019; Loại mẫu: mẫu không lọc; Bảo quản mẫu: 4oC Hình 2.2. Một số hình ảnh lấy mẫu nƣớc tại hiện trƣờng 2.2.3. Phƣơng pháp xử lý, bảo quản và vận chuyển mẫu Phƣơng pháp xử lý và bảo quản mẫu theo Tiêu chuẩn quốc gia (TCVN 6663-6 : 2018 về Chất lƣợng nƣớc - Lấy mẫu - Phần 3: Hƣớng dẫn bảo quản và xử lý mẫu nƣớc sông, suối). Đối với một số chỉ tiêu (ví dụ Chl a), mẫu đƣợc lọc ngay tại hiện trƣờng, sau đó đƣợc bảo quản lạnh. Mẫu nƣớc đƣợc lọc qua giấy lọc Whatman GF/C để phân tích Chl a và giấy lọc GF/F để phân tích các chỉ tiêu khác. Khi chuyển về phòng thí nghiệm, mẫu đƣợc bảo quản đông lạnh khi chƣa đƣợc phân tích ngay. 32 2.2.4. Phƣơng pháp xác định các chỉ tiêu hóa lý tại hiện trƣờng Các chỉ tiêu hóa lý đƣợc đo bằng thiết bị đo nhanh chất lƣợng nƣớc WQC 22A (TOA, Nhật Bản) bao gồm: nhiệt độ nƣớc (oC), pH, và độ muối (ppt). 2.2.5. Phƣơng pháp phân tích mẫu trong phòng thí nghiệm 2.2.5.1. Xác định hàm lượng TSS và POC a. Phân tích mẫu Xác định hàm lƣợng TSS và POC: Các mẫu nƣớc sau khi lấy đƣợc lọc ngay bằng giấy lọc Whatman GF/F đƣợc bảo quản bằng đĩa petri có nắp kín ở 4 oC. Mẫu giấy lọc này tiếp tục đƣợc sấy ở nhiệt độ 105oC, trong 2 giờ để xác định hàm lƣợng tổng chất rắn không tan TSS. Sau đó, tiếp tục sấy mẫu giấy lọc lần 3 ở nhiệt độ 550oC, trong 4 giờ để định lƣợng chất hữu cơ. Khi đó, hàm lƣợng POC đƣợc tính theo hàm lƣợng chất hữu cơ (40%). Các phép đo đƣợc lặp lại 3 lần và lấy kết quả trung bình (khoảng tin cậy 90%). b. Tính toán kết quả Giấy lọc GF/F (Whatman) ở 105oC trong 2 giờ → m0 Thể tích mẫu lọc bằng giấy GF/F (đã sấy) → V0 Giấy GF/F sau lọc (đã sấy ở 105oC trong 2 giờ) → m1 → Hàm lƣợng TSS = Nung giấy lọc m1 ở 550 oC trong 4 giờ → m2 → % OM (Organic matters) = OM = . → Hàm lƣợng POC = OM x 40% (mg/L). 2.2.5.2. Xác định hàm lượng COD a. Nguyên tắc Trong môi trƣờng axit sunfuric đặc, với sự có mặt của xúc tác Ag2SO4 và HgSO4 thì khi đƣợc đun nóng, K2Cr2O7 oxi hóa các hợp chất hữu cơ, dung dịch chuyển từ màu vàng sang màu xanh (nếu có chất hữu cơ). Đo độ hấp thụ quang của dung dịch tại bƣớc sóng 600nm. 33 b. Xây dựng dãy chuẩn COD Pha dung dịch chuẩn C8H5KO4 (Potasium hydrogen phhtabolat) 500 mg/L: Cân 0,4251 g C8H5KO4 (đã sấy khô ở 105-120 oC trong 1h) pha vào bình định mức 1000 mL bằng nƣớc cất. Bảng 2.4. Nồng độ (mg/L) và thể tích (mL) các dung dịch chuẩn Nồng độ (mg/L) V (mL) hút dung dịch 0 0,0 5 0,25 10 0,5 20 1,0 50 2,5 100 4,0 2.2.5.3. Xác định Chlorophyll-a a. Thuốc thử: + HCl 0,3 M: hút 2,5 mL HCl đặc 37% pha trong bình 100 mL bằng nƣớc cất. + Aceton 90%. b. Phân tích mẫu + Lọc 500 mL nƣớc mẫu bằng giấy lọc Whatman GF/C. Lấy phần giấy lọc cho vào ống falcon sạch, có nắp kín. + Cho 10 mL aceton vào ống falcon chứa giấy lọc, nghiền nát giấy (trong bóng tối) sau đó để trong tủ lạnh qua đêm. Sau đó, lấy ống falcon chứa giấy lọc đã nghiền cho vào ly tâm 25 phút với tốc độ 3500 vòng/phút. Chiết lấy phần dịch cho vào cuvet thạch anh rồi đem đo quang ở bƣớc sóng λ = 665 nm và λ = 750 nm. + Sau đó, tiếp tục cho 40 µl HCl 0,3 M vào ống falcon chứa giấy lọc đã ly tâm, để 3 phút đem đo quang ở bƣớc sóng λ = 665 nm và λ = 750 nm. 34 c. Tính toán kết quả Kết quả hàm lƣợng Chl a trong mẫu nƣớc đƣợc tính theo phƣơng pháp của [39], theo công thức dƣới đây: Trƣớc khi axit hóa: A na 665 = (A na b665 – bc665) – (A na b750 – bc750) Sau khi bị axit hóa: A a 665 = (A a b665 – bc665) – (A b b750 – bc750) → Hàm lƣợng Chlorophyl-a (mg/l) = Trong đó: - V là thể tích mẫu đem lọc - v là thể tích mẫu cho vào cuvet 4 mL - l là khoảng cách quang học bằng 5 cm - A na 665 là độ hấp thụ quang của mẫu trƣớc khi axit hóa đo ở bƣớc sóng λ = 665 nm. - A na b750 là độ hấp thụ quang của mẫu trƣớc khi axit hóa đo ở bƣớc sóng λ = 750 nm. - A a 665 là độ hấp thụ quang của mẫu sau khi axit hóa đo ở bƣớc sóng λ = 665 nm. - A a b750 là độ hấp thụ quang của mẫu sau khi axit hóa đo ở bƣớc sóng λ = 750 nm. 2.3.5.4 Xác định hàm lượng bicacbonat HCO3 - a. Nguyên tắc Lƣợng axit chuẩn để trung hòa bazơ trong nƣớc dùng để xác định độ kiềm. Các chất đó bao gồm : HCO3 - , CO3 2- , OH - , SiO3 2- , PO4 3- , NH3 và một số chất hữu cơ khác, trong đó HCO3 - , CO3 2- , OH - chiếm lƣợng nhiều nhất trong tổng độ kiềm. Nƣớc có pH > 4,5 có thể chứa HCO3 -, nƣớc sẽ có màu vàng với chỉ thị là methyl cam. Do đó chuẩn độ axit xác định hàm lƣợng HCO3 -,với điểm dừng chỉ thị methyl cam (pH = 4,5) 35 b. Hóa chất Methyl da cam 0,1 % : hòa tan 0,1 g methyl da cam trong 100ml nƣớc cất, bảo quản trong chai thủy tinh, tránh ánh nắng trực tiếp HCl 0,01M : hòa tan 0,9 ml HCl đặc trong 100ml nƣớc cất  bảo quản trong chai thủy tinh không màu, bền lâu Na2CO3 0,0025M : sấy khô Na2CO3 ở 180 0C trong 2 giờ. Cân chính xác 0,13250g Na2CO3 trong 100ml nƣớc cất  định mức đến vạch 50ml, bảo quản trong chai thủy tinh, bền lâu c. Cách tiến hành * Chuẩn lại nồng độ HCl 0,01M 10ml HCl 0,01M + 2-3 giọt methyl da cam  chuẩn độ bằng dung dịch Na2CO3. Điểm tƣơng đƣơng là dung dịch có màu da cam Error! Bookmark not defined. Trong đó: CNa2CO3: nồng độ dung dịch Na2CO3 VNa2CO3: thể tích dung dịch chuẩn Na2CO3 0,0025M V: thể tích dung dịch HCl 0,01M đem chuẩn độ Dùng bình tam giác 100ml để phân tích. 30ml mẫu + 2÷3 giọt methyl da cam → chuẩn độ bằng dung dịch HCl 0,01M → dung dịch chuyển từ màu vàng sang màu da cam. Trong đó: CHCl: nồng độ dung dịch HCl dùng để chuẩn độ VHCl: thể tích dung dịch chuẩn độ HCl tiêu tốn V: thể tích mẫu đem phân tích 36 2.2.6. Phƣơng pháp tính toán pCO2 và tốc độ bốc thoát CO2 Tính toán tốc độ bốc thoát khí CO2 (fCO2) thông qua áp suất riêng phần pCO2 đƣợc dựa trên giá trị đo đạc thực tế của một số chỉ tiêu nhƣ pH, HCO3 - tại các vị trí khác nhau trên hệ thống sông Hồng quan trắc năm 2019. Áp suất riêng phần pCO2 đƣợc tính dựa trên giá trị pH và hàm lƣợng HCO3 - đo đạc tại hiện trƣờng nhờ vào phần mềm CO2-SYS . Một số hằng số đƣợc áp dụng trong quá trình tính toán bao gồm: pH Scale – Total scale (mol/kg-SW); CO2 Constants – K1, K2 from Roy, et al., 1993; KSO4 Source – Dickson, 1990; KF Source – Perez and Fraga, 1987; Total Boron Source – Lee et al., 2010.[40,41,42, 43]. Kết quả tính toán pCO2 có đơn vị là µatm, sau đó đƣợc chuyển đổi thành đơn vị ppm, dựa theo công thức sau: 1 ppm = (39/385)*9.8692*10 -6 atm Phƣơng pháp tính áp suất riêng phần pCO2 nhờ vào phần mềm CO2- SYS là phƣơng pháp đơn giản, dễ thực hiện, ít tốn kém nên đã và đang đƣợc sử dụng trong rất nhiều nghiên cứu trên thế giới [30, 33]. Tuy nhiên, giá trị pCO2 tính toán phụ thuộc lớn vào các giá trị đo đạc pH và độ kiềm, đồng thời phụ thuộc vào sự lựa chọn các hằng số trong quá trình tính toán nhƣ đề cập ở trên. Bên cạnh phƣơng pháp xác định pCO2 dựa vào phần mềm CO2-SYS, các giá trị pCO2 trong các hệ thủy văn có thể đƣợc đo trực tiếp nhờ các thiết bị đo đạc tại hiện trƣờng (ví dụ máy đo khí CO2 Licor 820, Licor, USA) thông qua các hệ thống buồng nổi hoặc hệ cột nhồi. Đây là phƣơng pháp có độ chính xác cao, tuy nhiên, phƣơng pháp này đòi hỏi phải có hệ thiết bị đo đạc. 37 Hình 2.3. Màn hình tính giá trị pCO2 tại vị trí trạm Vụ Quang thuộc sông Hồng Tốc độ bốc thoát CO2 (fCO2) đƣợc tính theo công thức của các tác giả [44], cụ thể nhƣ sau: FEqui = k600 *  * (pCO2 water – pCO2 air) (CT1) Trong đó: F: tốc độ bốc thoát CO2 từ mặt nƣớc, đơn vị mmol/m 2/ngày.đêm; k600: hằng số tốc độ truyền khí CO2 (cm/h) và đƣợc tính theo công thức của [19], dựa trên tốc độ dòng nƣớc (v, m/s), độ dốc (S), độ sâu cột nƣớc (D, m) và lƣu lƣợng nƣớc sông (Q, m3/s): k600 = 4725 ± 445 x (V x S) 0,86 ± 0,016 x Q -0,14 ± 0,012 x D 0,66 ± 0,029 : hệ số hòa tan CO2 tại một nhiệt độ và độ muối nhất định và đƣợc các tác giả đƣa ra trong tài liệu [45], (mol/L/atm). 38 2.2.7. Các phƣơng pháp xử lý kết quả Các giá trị trung bình, độ lệch chuẩn và đồ thị biểu diễn biến thiên các giá trị pCO2 và fCO2 trong năm 2019 tại 12 trạm quan trắc trên sông Hồng đƣợc xử lý trên phần mềm Microsoft Office Excel 2013. Đánh giá sự thay đổi về mặt không gian và thời gian về pCO2 và fCO2 tại các vị trí quan trắc trên hệ thống sông Hồng sử dụng phép phân tích thống kê t-test. Để phát hiện mối tƣơng quan giữa các thông số môi trƣờng, chất lƣợng nƣớc và pCO2/fCO2, phần mềm thống kê R version 3.3.2 [46], đƣợc áp dụng để tính toán các hệ số tƣơng quan Pearson. Các mối liên quan giữa một số thông số môi trƣờng đƣợc xem xét dựa trên giá trị hệ số Pearson. 39 CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. KẾT QUẢ HÓA LÝ 3.1.1. Hàm lƣợng bicarbonate HCO3 - và pH trong nƣớc hệ thống sông Hồng Kết quả quan trắc hàng tháng năm 2019 về pH và HCO3 - tại 12 vị trí trên hệ thống sông Hồng đƣợc trình bày trong bảng 3.1. Kết quả cho thấy pH tại các vị trí lấy mẫu dao động trong khoảng từ 6,7 – 7,7 và giá trị trung bình pH tại 12 điểm quan trắc dao động từ 6,9 đến 7,4 nƣớc thuộc loại trung tính – kiềm. Bảng 3.1. Giá trị trung bình (lớn nhất – nhỏ nhất) của pH và hàm lƣợng bicarbonate HCO3 - trong mẫu nƣớc sông Hồng năm 2019 Tên mẫu pH Hàm lƣợng HCO3 - , mg/L Yên Bái (YB) 7,3 (7,5-6,9) 106,5 (130,2-87,3) Vụ Quang (VQ) 7,4 (7,6 - 7,0) 121,2 (135,5-103,1) Hòa Bình (HB) 7,1 (7,2-6,9) 102,8 (112,0-91,2) Sơn tây (ST) 7,2 (7,4-7,0) 102,7 (114,4-95,2) Hà Nội (HN) 7,3 (7,5-6,9) 112,9 (136,5-101,1) Trực Phƣơng 7,3 107,9 40 Tên mẫu pH Hàm lƣợng HCO3 - , mg/L (TP) (7,5-6,9) (119,1-101,1) Quyết Chiến (QC) 7,3 (7,5-7,0) 108,2 (120,0-100,2) Nam Định (NĐ) 7,4 (7,7-7,2) 114,7 (119,1-107,1) Ba Lạt (BL) 7,2 (7,5-6,9) 111,2 (128,9-96,2) Gián Khẩu (GK) 7,3 (7,4-7,0) 132,2 (142,8-120,0) Tô Lịch (TL) 6,9 (7,2-6,7) 365,7 (423,9-205,6) Nhuệ (SN) 7,0 (7,3-6,8) 307,5 (421,7-156,7) Theo các nghiên cứu trƣớc đây, khi pH của nƣớc sông nhỏ hơn 6,3, các ion carbonat chuyển sang dạng CO2 hòa tan; khi pH lớn hơn 10,3, dạng tồn tại chủ yếu là CO3 2-; trong khoảng 6,3 < pH < 10,3, dạng tồn tại chủ yếu là HCO3 -. Nhƣ vậy, với pH trung bình đạt 6,9 – 7,4, cacbon vô cơ trong nƣớc sông Hồng tại tất cả các vị trí quan trắc sẽ tồn tại chủ yếu dƣới dạng HCO3 - và điều này cũng đã đƣợc quan sát thấy trong nghiên cứu trƣớc đây của chúng tôi [47]. Kết quả quan trắc trong nghiên cứu này cho thấy hàm lƣợng HCO3 - tại 12 vị trí lấy mẫu dao động trong khoảng rất rộng, từ 87,3 mg/L đến 423,9 mg/L, trung bình đạt 149,5 ± 89,4 mg/L cho toàn bộ hệ thống sông Hồng. Các 41 giá trị HCO3 - nhỏ nhất luôn quan trắc đƣợc tại vị trí Hòa Bình trên sông Đà, dao động trong khoảng 91,2 - 112,0 mg/L, trung bình đạt 102,8 ± 7,0 mg/L. Các giá trị HCO3 - lớn nhất quan trắc thấy tại điểm trên sông đô thị Tô Lịch với giá trị dao động trong khoảng 205,6 - 423,9 mg/L, trung bình đạt 365,7 ± 67,1 mg/L. Kết quả biểu diễn đồng thời giá trị trung bình pH và HCO3 - tại 12 vị trí quan trắc (Hình 3.1) cho thấy có sự khác biệt rõ rệt giữa các sông đô thị Tô Lịch và Nhuệ với các sông nhánh và sông phân lƣu của sông Hồng. Cụ thể là hàm lƣợng HCO3 - của các con sông nội đô Tô Lịch và Nhuệ (trong khoảng 156,7 - 423,9 mg/L) cao hơn từ 1,8 lần đến 3,0 lần so với các sông nhánh chính sông Hồng vùng thƣợng nguồn Lô – Đà – Thao (trong khoảng từ dƣới 87 mg/L đến 142 mg/L. Hình 3.1. Giá trị trung bình pH và HCO3 - tại 12 điểm quan trắc trên hệ thống sông Hồng năm 2019 42 Điểm lấy mẫu Ba Lạt tại cửa sông Hồng, HCO3 - dao động trong khoảng 96,2 đến 128,9 mg/L, trung bình đạt 111,2 ± 9,9 mg/L, nằm riêng biệt so với các điểm khác. Các điểm lấy mẫu tại các nhánh phân lƣu vùng hạ lƣu sông Hồng nhƣ Quyết Chiến, Trực Phƣơng, và trục chính sông Hồng tại Hà Nội có sự tƣơng đồng về giá trị HCO3 - và pH. 3.1.2. Hàm lƣợng các chất hữu cơ trong hệ thống nƣớc sông Hồng trong giai đoạn hiện nay Cacbon hữu cơ trong nƣớc sông phụ thuộc vào các nguồn cung cấp ngoại sinh (allochthonous) trong lƣu vực sông và nguồn nội sinh (autochthonous) trong hệ thống sông. Giá trị COD trong các hệ thống sông trên thế giới thƣờng biến đổi trong khoảng rất rộng, có giá trị thấp đối với các sông ít chịu tác động của con ngƣời và giá trị cao thƣờng gặp đối với các sông nhận nƣớc thải không xử lý, đặc biệt là các hệ thống sông đô thị. Cacbon hữu cơ không tan (POC) là một phần quan trọng của chu kỳ cacbon đại dƣơng và đóng vai trò quan trọng trong hệ thống khí hậu toàn cầu. Cacbon hữu cơ không tan (POC) trong nƣớc sông phụ thuộc vào các nguồn cung cấp ngoại sinh (allochthonous) trong lƣu vực sông và nguồn nội sinh (autochthonous) trong hệ thống sông. Nguồn ngoại sinh cung cấp POC gồm các mảnh vụn thực vật hay rác thải và các chất humic hấp thụ trên bề mặt khoáng chất, trong khi nguồn nội sinh cung cấp POC gồm các sinh vật tự dƣỡng (thực vật phù du, tảo bám, rêu,) của các quần xã thực vật [48]. Hàm lƣợng cacbon hữu cơ (POC và COD) trung bình của 12 tháng quan trắc trong năm 2019 tại các vị trí nghiên cứu trên hệ thống sông Hồng đƣợc thể hiện cụ thể trong bảng 3.2. 43 Bảng 3.2. Giá trị trung bình (lớn nhất – nhỏ nhất) của hàm lƣợng cacbon hữu cơ (POC và COD) trong mẫu nƣớc sông Hồng năm 2019 Tên mẫu POC, mgC/L COD, mg/L Yên Bái (YB) 2,5 (4,6 - 1,0) 21,5 (35,6-10,8) Vụ Quang (VQ) 1,45 (2,0 - 1,0) 18,3 (38,2-8,2) Hòa Bình (HB) 1,3 (1,8 – 0,9) 12,3 (27,3- 3,1) Sơn Tây (ST) 1,8 (3,2 - 1,1) 19,0 (34,7-6,5) Hà Nội (HN) 1,8 (2,3 - 0,9) 16,4 (37,4-6,9) Trực Phƣơng (TP) 1,4 (2,0 - 0,8) 18,2 61,1-7,8) Quyết Chiến (QC) 1,5 (2,2 - 0,7) 24,1 (90,6 - 5,1) Nam Định (NĐ) 1,5 (2,9 - 1,1) 23,9 (72,5-11,9) Ba Lạt (BL) 2,0 (2,4 - 1,4) 68,0 (208,6-19,1) Gián Khẩu (GK) 2,1 (2,8 - 1,5) 30,9 (65,9-17,4) Tô Lịch (TL) 4,4 (8,2 - 3,2) 76,2 (98,4-47,8) Nhuệ (SN) 3,6 (5,2 - 2,5) 57,1 (84,4-42,8) 44 * Hàm lượng POC Hàm lƣợng POC trong các hệ thống sông trên thế giới có giá trị trong khoảng rộng từ 1 - 30 mgC/L, trung bình đạt 5 mgC/L [49]. Kết quả phân tích hàm lƣợng POC trong giai đoạn từ tháng 1 - 12/2019 của hệ thống sông Hồng cho thấy giá trị POC trung bình tại các vị trí quan trắc dao động trong khoảng từ 1,3 ± 0,3 mgC/L đến 4,4 ± 1,3 mgC/L, trung bình toàn hệ thống đạt 2,2 ± 1,1 mgC/L. Giữa các vị trí quan trắc, hàm lƣợng POC có sự khác biệt. Tại vị trí sông đô thị Tô Lịch có giá trị POC cao nhất trung bình đạt 4,4 ± 1,3 mgC/L trong khi trạm Hòa Bình trên sông Đà, nơi có các hồ chứa lớn nhƣ Hòa Bình và Sơn La, hàm lƣợng POC đạt giá trị thấp nhất, trung bình đạt 1,3 ± 0,3 mgC/L. Hình 3.2. Giá trị POC trung bình theo mùa khô và mùa mƣa 2019 Hình 3.2 cho thấy hầu hết các giá trị POC cao đƣợc ghi nhận vào thời điểm mùa mƣa (từ tháng 5 đến tháng 10) và các giá trị nhỏ nhất quan trắc thấy trong mùa khô tại các trạm trên sông Hồng. Điều này cũng đã đƣợc quan sát thấy ở nhiều hệ thống sông trên thế giới nhƣ sông Yangtze, Changjiang, Luodingjiang, nhận thấy sự ảnh hƣởng của quá trình xói mòn, rửa trôi cacbon hữu cơ từ đất trong lƣu vực [50]. Khi lƣợng nƣớc mƣa trong lƣu vực 45 tăng (làm gia tăng lƣu lƣợng nƣớc sông) kéo theo lƣợng đất đá bị rửa trôi dẫn đến hàm lƣợng cacbon hữu cơ bị rửa trôi gia tăng, dẫn đến làm tăng hàm lƣợng POC trong nƣớc sông. * Hàm lượng COD Kết quả phân tích hàm lƣợng COD trong giai đoạn từ tháng 1 - 12/2019 cho thấy giá trị COD trung bình dao động trong khoảng từ 12,3 mg/L đến 76,2 mg/L, trung bình toàn hệ thống đạt 28,9 mg/L. Tại vị trí sông đô thị Tô Lịch có giá trị trung bình COD cao nhất (88,6 ± 10,1mg/L) vào mùa khô, trạm Hòa Bình có giá trị trung bình COD thấp nhất (6,9 ± 4,7 mg/L) vào mùa khô. Trạm Hòa Bình trên sông Đà, nơi có mật độ dân số thấp và đất rừng chiếm chủ yếu trong lƣu vực. Hình 3.3. Giá trị COD trung bình theo mùa khô và mùa mƣa 2019 46 3.1.3. Một số thông số khác Hàm lƣợng Chlorophyll-a, nhiệt độ nƣớc, độ muối và cát bùn lơ lửng trung bình của 12 tháng quan trắc trong năm 2019 tại các vị trí nghiên cứu đƣợc thể hiện cụ thể trong bảng 3.3. Bảng 3.3. Giá trị trung bình (lớn nhất – nhỏ nhất) của Chlorophyll-a, nhiệt độ nƣớc, độ muối và cát bùn lơ lửng trong mẫu nƣớc sông Hồng năm 2019 Tên mẫu Hàm lƣợng Chl-a, (µgChl- a/L) Nhiệt độ nƣớc, oC Độ muối, ppt TSS, mg/L Yên Bái (YB) 0,5 (1,8 – 0,1) 25,4 (29,8-20,2) 0,11 (0,13-0,08) 120,9 (448-25) Vụ Quang (VQ) 0,3 (0,7 – 0,1) 25,3 (29,7-20,6) 0,11 (0,12-0,08) 15,3 (28,0-7,2) Hòa Bình (HB) 0,2 (0,37 – 0,08) 25,6 (29,8-20,5) 0,09 (0,10- 0,08) 6,5 (23,2-1,0) Sơn tây (ST) 0,6 (2,0 – 0,2) 25,7 (30,0 – 21,8) 0,09 (0,11-0,08) 51,6 (199,3-8,6) Hà Nội (HN) 0,76 3,68 – 0,2) 25,5 29,4 – 20,6) 0,10 (0,20-0,10) 48,6 (186,3-12,8) Trực Phƣơng (TP) 0,7 (3,1 - 0,2) 28,3 (32,7-21,8) 0,10 (0,14-0,09) 20,4 (40,8-7,8) Quyết Chiến (QC) 1,9 7,1 - 0,1) 28,5 (34,1-20,8) 0,11 0,15-0,10) 19,1 (41,8-6,2) 47 Tên mẫu Hàm lƣợng Chl-a, (µgChl- a/L) Nhiệt độ nƣớc, oC Độ muối, ppt TSS, mg/L Nam Định (NĐ) 0,4 (1,0 – 0,06) 25,9 (29,8-21,6) 0,11 (0,21-0,09) 33,3 (194,3-3,8) Ba Lạt (BL) 0,8 (2,6 – 0,2) 26,1 (30,3-20,9) 1,84 (2,89-0,12) 29,6 (75,7-99,4) Gián Khẩu (GK) 1,8 (5,8 – 0,2) 27,9 (33,3-18,5) 0,18 (0,22-0,10) 34,6 (54,3-17,6) Tô Lịch (TL) 0,6 (1,6 – 0,1) 27,08 (31,6-22,0) 0,46 (0,5-0,35) 58,2 (182-24,3) Nhuệ (SN) 1,0 3,7 – 0,2) 27,5 (32,4-21,1) 0,38 (0,48-0,29) 52,3 (205-27) Hàm lƣợng Chlorophyll-a (Chl-a) Chlorophyll-a (Chl-a) trong nƣớc sông là thông số biểu thị sinh khối thực vật phù du. Mặt khác, hàm lƣợng cacbon trong nƣớc sông thƣờng có nguồn gốc từ sinh khối thực vật phù du hoặc từ quá trình rửa trôi, xói mòn trong lƣu vực. Vì vậy, Chl-a cũng có vai trò quan trọng đối với cacbon hữu cơ trong hệ thống sông. Kết quả nghiên cứu hàm lƣợng Chl-a trong nƣớc hệ thống sông Hồng giai đoạn 1-12/2019 cho thấy sinh khối thực vật phù du có sự biến động tại các trạm từ 0,06 – 7,1 µgChl-a/L, với giá trị cao nhất ở trạm Quyết Chiến (7,1 µgChl-a/L). Giá trị trung bình của hàm lƣợng Chl-a cũng đạt cao nhất tại trạm Quyết Chiến (1,9 ± 2,2 µgChl-a/L) và giá trị thấp nhất tại trạm Hòa Bình (0,2 ± 0,1 µgChl-a/L) nơi có lƣu lƣợng nƣớc lớn nhất. Nhƣ vậy, giá trị trrung bình hàm lƣợng Chl-a của hệ thống sông Hồng ở mức thấp (0,786 ± 0,5 µgChl-a/L). 48 Nhiệt độ nƣớc Bảng 3.3 cho thấy nhiệt độ nƣớc tại tất cả các vị trí quan trắc trong năm 2019 dao động từ 18,5 đến 34,1oC và giá trị trung bình mùa mƣa (29,2oC)cao hơn so với giá trị trung bình mùa khô (23,9oC) tại tất cả các trạm quan trắc. Trong mùa mƣa, nhiệt độ nƣớc trung bình cao nhất đƣợc ghi nhận tại các trạm Quyết Chiến (31,7oC) và thấp nhất tại trạm Yên Bái (28,1oC). Tuy nhiên, trong vào mùa khô thì nhiệt độ cao nhất là trạm Trực Phƣơng 25,7oC và thấp nhất là trạm Vụ Quang 22,3oC. Độ muối Độ muối của nƣớc sông tại tất cả các vị trí quan trắc trong năm 2019 dao động từ 0,08 ppt đến 2,89 ppt, giá trị trung bình mùa mƣa (0,17 ppt) thấp hơn trung bình mùa khô (0,44 ppt) cho tất cả các trạm. Có thể thấy, càng về vùng hạ lƣu, độ muối có sự tăng lên rõ rệt, và cao nhất ghi nhận tại vị trí Ba Lạt, nơi chịu ảnh hƣởng thủy triều rõ nét. Chất rắn lơ lửng Hàm lƣợng chất rắn