tóm tắt luận án tiến sĩ Nghiên cứu phân vùng chất lượng nước vịnh Hạ Long, tỉnh Quảng Ninh và đề xuất giải pháp quản lý và sử dụng
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.33 MB, 27 trang )
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
_______________________
Nguyễn Thị Thế Nguyên
NGHIÊN CỨU PHÂN VÙNG CHẤT LƯỢNG NƯỚC
VỊNH HẠ LONG, TỈNH QUẢNG NINH
VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP QUẢN LÝ VÀ SỬ DỤNG
Chuyên ngành: Môi trường Đất và nước
Mã số: 62440303
(DỰ THẢO) TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG
Hà Nội - 2014
Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Khoa học Tự
nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội
Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Nguyễn Chu Hồi
PGS.TS. Đồng Kim Loan
Phản biện 1: …………………………….
…………………………….
Phản biện 2: …………………………….
…………………………….
Phản biện 3: …………………………….
…………………………….
Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng cấp Đại học Quốc gia
chấm luận án tiến sĩ họp tại . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
vào hồi giờ ngày tháng năm 20
Có thể tìm hiểu luận án tại:
- Thư viện Quốc gia Việt Nam
- Trung tâm Thông tin - Thư viện, Đại học Quốc gia Hà Nội
1
MỞ ĐẦU
1. Lý do lựa chọn đề tài
Vịnh Hạ Long đặc biệt nổi tiếng về cảnh đẹp thiên nhiên và các
giá trị di sản quý giá cần được bảo tồn. UNESCO (2013) đã ghi nhận
rằng, các giá trị thẩm mỹ của vịnh đang rủi ro bởi các nguồn thải
dinh dưỡng và chất thải rắn, các nguồn thải hữu cơ… Theo ADB
(2000), vịnh Hạ Long là ví dụ điển hình về hậu quả của quy hoạch
theo ngành. Trong khi đó, quản lý biển theo không gian là một
“phương thức” quản lý" mới đang dần được áp dụng tại các tỉnh ven
biển của Việt Nam, trong đó có Quảng Ninh. Phân vùng quản lý chất
lượng nước là một trong những hợp phần quan trọng của quá trình
quy hoạch và quản lý sử dụng không gian biển. Tuy nhiên đến nay
chưa có một nghiên cứu chuyên sâu về phân vùng chất lượng nước
vịnh Ha Long. Bên cạnh đó còn thiếu các nghiên cứu về công cụ
phân vùng chất lượng môi trường vịnh và quy hoạch sử dụng không gian
vịnh.
Chính vì thế, việc tiến hành đề tài luận án: “Nghiên cứu phân
vùng chất lượng nước vịnh Hạ Long, tỉnh Quảng Ninh và đề xuất
giải pháp quản lý và sử dụng” sẽ góp phần giải quyết các vấn đề còn bỏ
ngỏ nói trên.
2. Mục tiêu nghiên cứu
- Phân vùng được hiện trạng chất lượng nước vịnh Hạ Long theo
chỉ số chất lượng nước;
- Đề xuất được giải pháp quản lý sử dụng nước cho các phân
vùng chất lượng nước khác nhau trong vịnh Hạ Long.
2
3. Nội dung nghiên cứu
- Nội dung 1: Phân tích, đánh giá các áp lực đến môi trường
nước, hiện trạng diễn biến chất lượng nước vịnh.
- Nội dung 2: Nghiên cứu sự lan truyền chất trong nước vịnh Hạ Long.
- Nội dung 3: Nghiên cứu phát triển chỉ số chất lượng nước (WQI)
phù hợp với đặc điểm môi trường nước biển ven bờ và hiện trạng
chất lượng nước vịnh Hạ Long.
- Nội dung 4: Ứng dụng WQI đã xây dựng được và công cụ GIS
để phân vùng chất lượng nước vịnh Hạ Long.
- Nội dung 5: Đề xuất giải pháp quản lý và sử dụng hợp lý vịnh
Hạ Long.
4. Phạm vi địa lý và vấn đề nghiên cứu của luận án
* Phạm vi địa lý: Phạm vi nghiên cứu là vùng Di sản Thiên
nhiên Thế giới vịnh Hạ Long
* Phạm vi vấn đề nghiên cứu: Quá trình nghiên cứu sự lan
truyền chất trong vịnh chỉ giới hạn ở việc nghiên cứu sự dịch chuyển,
khuếch tán, phân tán vật chất theo dòng chảy tổng hợp.
5. Điểm mới của luận án
- Lần đầu tiên xác định được mức độ ảnh hưởng của các khu vực
nguồn thải bên trong và bên ngoài vịnh đến chất lượng nước vịnh Hạ
Long thông qua mô hình toán.
- Lần đầu tiên phát triển công thức WQI phục vụ việc đánh giá,
phân vùng chất lượng nước và quản lý vịnh Hạ Long. Luận án đã: (i)
Lựa chọn được các thông số chất lượng nước theo đặc điểm của
nước biển ven bờ và đặc trưng cho hiện trạng chất lượng nước vịnh;
(ii) Xây dựng các chỉ số phụ và giản đồ chỉ số phụ của các thông số
này dựa trên các tiêu chuẩn chất lượng nước nước biển ven bờ của
3
Việt Nam, của một số nước trên thế giới và các tài liệu về sinh thái
biển ven bờ; (3) Cải tiến công thức tích có trọng số của Mỹ khi tính
WQI, tạo điều kiện thuận lợi trong tính toán khi thiếu số liệu.
- Lần đầu tiên phân vùng hiện trạng chất lượng nước vịnh Hạ
Long theo chỉ số chất lượng nước.
6. Giá trị khoa học và thực tiễn của luận án
* Giá trị khoa học: Luận án đã đóng góp và làm sáng tỏ phương
pháp luận xây dựng và áp dụng chỉ số chất lượng nước biển để đánh
giá và phân vùng chất lượng nước biển ven bờ ở Việt Nam, trước hết
cho trường hợp nghiên cứu vịnh Hạ Long.
* Giá trị thực tiễn: Luận án hỗ trợ cho việc quản lý chất lượng
môi trường nước vịnh Hạ Long và bảo vệ Di sản Thiên nhiên Thế
giới cũng như các vũng, vịnh ven bờ khác của Việt Nam theo hướng
phát triển bền vững. Luận án làm cơ sở và cung cấp thông tin cho
công tác phân vùng khai thác, sử dụng không gian biển đang bước
đầu triển khai ở Quảng Ninh.
7. Bố cục của luận án
Chương 1: TỔNG QUAN
1.1. Tình hình nghiên cứu chất lượng nước vịnh Hạ Long
Trong khoảng 20 năm qua, hoạt động nghiên cứu liên quan đến
chất lượng nước và quản lý môi trường vịnh Hạ long đã được triển
khai mạnh mẽ. Tuy nhiên, một số vấn đề cần được nghiên cứu thêm
như sau:
- Các đánh giá về ô nhiễm vịnh chỉ dừng lại ở việc so sánh số
liệu thực đo với giá trị tiêu chuẩn và chỉ ra những khu vực ô nhiễm
cục bộ mà chưa phân vùng được chất lượng nước vịnh dựa theo chỉ
4
tiêu tổng hợp. Đặc biệt, còn thiếu các nghiên cứu phân vùng/quy
hoạch sử dụng không gian vịnh.
- Thiếu nghiên cứu về công cụ đánh giá, phân vùng chất lượng
nước một cách tổng quát tại từng thời điểm, từng khu vực cụ thể,
giúp cho các cơ quan chức năng có thể dựa vào đó đánh giá mức độ
ô nhiễm nước vịnh, tìm ra nguyên nhân và biện pháp quản lý chất
lượng nước cho phù hợp với từng mục đích sử dụng.
- Mức độ tác động của các khu vực nguồn thải đến chất lượng
nước vịnh Hạ Long mới chỉ đưa ra một cách định tính theo tổng
lượng thải của từng khu vực.
1.2. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng chỉ số chất lượng nước
WQI được sử dụng khá rộng rãi ở nhiều nước trên thế giới.
Trong các phương pháp tính WQI, phương pháp của Mỹ được đưa
vào nghiên cứu, cải tiến và ứng dụng nhiều nhất. Các nghiên cứu về
WQI cho nước biển trên thế giới không nhiều bằng nước mặt nhưng
các phương pháp tính và thông số tính khá đa dạng, phụ thuộc nhiều
vào đặc điểm khu vực nghiên cứu và mục đích sử dụng WQI.
Tại Việt Nam, Tổng cục Môi trường cũng đã ban hành Sổ tay
hướng dẫn tính toán WQI cho nước mặt. Đến nay vẫn chưa có công
trình nghiên cứu chuyên sâu về WQI dành riêng cho nước biển ven
bờ, mặc dù đã có một số nghiên cứu đánh giá chất lượng nước biển
ven bờ bằng WQI. Do vậy, cần có thêm các nghiên cứu xây dựng
WQI phục vụ công tác đánh giá, phân vùng chất lượng nước biển.
1.3. Sơ lược tình hình phân vùng chất lượng nước biển, quy
hoạch và quản lý không gian biển
5
Sau Hội thảo quốc tế đầu tiên liên quan đến Quy hoạch không
gian biển (QHKGB) do UNESCO tổ chức năm 2006, QHKGB đã
không ngừng phát triển và mở rộng [Nguyen Chu Hoi, 2012]. Khái
niệm QHKGB đang dần được áp dụng ở Việt Nam. Nhiệm vụ số 1
trong bước 5 của quy trình QHKGB là thu thập và lập bản đồ thông
tin về điều kiện sinh thái, môi trường và hải dương học. Các bản đồ
phân vùng chất lượng nước là một trong những hợp phần quan trọng
cho QHKGB. Đồng thời, các định hướng quản lý các phân vùng chất
lượng nước sẽ là một phần của sản phẩm QHKGB.
Theo các tài liệu mà NCS thu thập được, hiện tại, Mỹ là nước đi
đầu trong công tác đánh giá, phân vùng biển theo WQI cùng với các
chỉ số khác [US EPA, NOAA, 2012]. Phân vùng chất lượng nước
cũng được thực hiện tại công viên san hô biển ngoài khơi đông bắc
Úc. Bên cạnh đó, các nghiên cứu phân vùng hiện trạng chất lượng
nước cũng được thực hiện ở nhiều nước trên thế giới. Tại vịnh Hạ
Long cũng đã có một số đề tài, dự án liên quan đến phân vùng chất
lượng nước vịnh. Phương pháp phân vùng chất lượng nước trong các
đề tài này chủ yếu dựa vào số liệu quan trắc của từng thông số chất
lượng nước và phân tích các nguồn tác động đến chất lượng nước
vịnh. Từ đó áp dụng kỹ thuật vẽ đường đồng mức để phân vùng chất
lượng nước, vì thế chỉ đưa ra các định hướng quản lý chung cho
vịnh. Do vậy, việc nghiên cứu phân vùng chất lượng nước vịnh Hạ
Long dựa trên sự tổng hợp các thông số ô nhiễm đặc trưng của vùng,
từ đó đưa ra giải pháp sử dụng hợp lý vịnh Hạ Long là cần thiết.
Chương 2. PHẠM VI, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU
2.1. Phạm vi nghiên cứu
6
2.2. Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của luận án như sau: (i) Chất lượng nước
vịnh Hạ Long và các hoạt động kinh tế - xã hội ảnh hưởng đến chất
lượng nước vịnh; (ii) Các điều kiện tự nhiên của vịnh, bao gồm các
điều kiện khí tượng, thuỷ-hải văn, địa hình, địa chất và các vai trò của
vịnh Hạ Long, (iii) Các thể chế, chính sách quản lý và sử dụng vịnh
Hạ Long.
2.3. Phương pháp tiếp cận
Trong quá trình giải quyết vấn đề nghiên cứu đặt ra, luận án sử
dụng cách tiếp cận hệ thống và tiếp cận quản lý biển theo không gian.
2.4. Các phương pháp nghiên cứu
2.4.1. Phương pháp mô hình toán
Trong nghiên cứu này, modul Delft3D-Flow được sử dụng để
mô phỏng sự lan truyền chất trong nước. Sự di chuyển của các chất
được mô phỏng bằng phương trình “bình lưu và phân tán” (advection
- dispersion equation) như sau:
x x y y z z
C C C C
D u C D u C D u C S kC
t x x y y z z
(2.4)
(a) (b) (c)
Trong đó
u
x,y,z
= Vận tốc theo ba hướng x, y, z
D
x,y,z
= Hệ số phân tán theo ba hướng x, y, z
S = Lượng vào và lượng mất đi trong một đơn vị diện tích
k = Hệ số phân hủy chất
C = Nồng độ của chất
Khi một chất được đưa vào nước, chúng sẽ chịu sự tác động của
dòng chảy. Sự tác động của dòng chảy theo các phương khác nhau
đến vật chất tồn tại trong nước thể hiện ở các hợp phần (a), (b), (c)
7
trong phương trình 2.4. Sự tác động này là giống nhau đối với tất cả
các vật chất trong nước. Do vậy, khi nghiên cứu ảnh hưởng của chế
độ thủy động lực đến sự lan truyền vật chất trong nước, không nhất
thiết phải mô phỏng cho tất cả các chất.
2.4.2. Phương pháp xây dựng chỉ số chất lượng nước
Phương pháp xây dựng chỉ số chất lượng nước (WQI) mô tả
trong sơ đồ sau đây:
Hình 2.3. Sơ đồ tổng quát xây dựng chỉ số chất lượng nước
2.4.3. Phương pháp nội suy không gian
Phương pháp nội suy được sử dụng nhằm tạo ra bản đồ phân
vùng chất lượng nước cho toàn bộ vùng vịnh Hạ Long từ kết quả tính
WQI. Phần mềm hỗ trợ cho quá trình nội suy trong luận án là
Mapinfo Vertical Mapper. Quá trình thử nghiệm từng kĩ thuật nội
suy với số liệu thực tế tại vịnh Hạ Long cho thấy kĩ thuật
Triangulation with smoothing cho kết quả nội suy hợp lý nhất.
2.4.4. Phương pháp phân vùng chất lượng nước theo WQI
Vùng vịnh Hạ Long sẽ được phân ra thành các tiểu vùng chất
lượng nước từ rất xấu đến rất tốt theo thang phân loại WQI đã xây
dựng cho vịnh Hạ Long và được quy định bằng các màu khác nhau.
C
1
, w
1
C
2
, w
2
…
C
n
, w
n
q
1
, w
1
q
2
, w
2
…
q
n
, w
n
WQI = f(q
1
, w
1;
q
2
, w
2; …
q
n
, w
n
)
8
Phần mềm hỗ trợ cho việc lập các sơ đồ phân vùng chất lượng nước
là Mapinfo Professional 11.
2.4.5. Phương pháp điều tra, khảo sát chất lượng nước và phân
tích trong phòng thí nghiệm
Trong quá trình thực hiện luận án, 10 đợt điều tra thực địa và hai
đợt khảo sát, lấy mẫu và phân tích chất lượng nước vào tháng 4/2013
và tháng 8/2013.
Chương 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
3.1. Một số vấn đề về chất lượng nước vịnh Hạ Long
Tổng hợp các nguồn tác động đến chất lượng nước vịnh Hạ
Long được trình bày trong Bảng 3.3.
Trong tương lai, nguồn thải từ hoạt động dân sinh và đô thị hóa,
từ hoạt động du lịch, dịch vụ, từ hoạt động tàu thuyền trên vịnh vẫn
là một áp lực rất lớn đến chất lượng nước khu vực nghiên cứu. Các
nguồn thải từ hoạt động công nghiệp, đổ thải và hoạt động liên quan
đến đáy biển, lấn biển và xây dựng hạ tầng kỹ thuật, làng chài và
nuôi trồng hải sản trên vịnh, hoạt động của bến, cảng biển sẽ không
tăng hơn so với giai đoạn hiện nay.
Một số đặc điểm về chất lượng nước vịnh Hạ Long như sau:
- Chất lượng nước vùng lõi vịnh Hạ Long còn tốt xong có xu
hướng suy giảm tại các khu vực làng chài nổi. Chất lượng nước vùng
đệm bị ô nhiễm tại các bến cảng, khu vực sau chợ Hạ Long 1, khu
vực nhà bè cột 5, kể cả các bãi tắm.
- Các vấn đề chất lượng nước cần quan tâm là ô nhiễm chất dinh
dưỡng, chất hữu cơ, dầu, chất rắn lơ lửng, chlorophyll a. Các thông
số ô nhiễm chủ yếu là NH
4
+
, PO
4
3-
, dầu mỡ, TSS, COD. Giá trị của
các thông số này có xu hướng tăng lên theo thời gian.
9
- Nhìn chung, giá trị của các thông số chất lượng nước trong
mùa mưa cao hơn mùa khô, trong thời gian nước ròng lớn hơn trong
thời gian nước lớn và không có sự khác nhau nhiều giữa tầng mặt và
tầng đáy.
Bảng 3.3. Tổng hợp các nguồn tác động đến chất lượng nước vịnh
Hạ Long
TT Nguồn tác
động
Khu vực nguồn
thải
Chất ô nhiễm chủ yếu
1 Các hoạt động
kinh tế - xã hội
từ đất liền
1.1 Dân sinh và đô
thị hóa
Hạ Long, Cẩm
Phả, Hoành Bồ,
Yên Hưng
Chất dinh dưỡng, chất hữu
cơ, chất rắn lơ lửng,
coliform
1.2 Du lịch, dịch vụ Hạ Long, Cát Bà Chất dinh dưỡng, chất hữu
cơ, chất rắn lơ lửng,
coliform.
1.3 Công nghiệp Cẩm Phả, Hạ
Long, Hoành Bồ
Chất rắn lơ lửng, kim loại
nặng, chất dinh dưỡng, chất
hữu cơ
1.4 Bến cảng Hạ Long, Cẩm Phả Dầu, kim loại nặng
1.5 Lấn biển Hạ Long, Cẩm Phả Chất rắn lơ lửng
2 Hoạt động tàu
thuyền
Trên vịnh Dầu, chất rắn lơ lửng, chất
dinh dưỡng, chất hữu cơ
3 Hoạt động đổ
thải và hoạt
động liên quan
đến đáy biển
Hạ Long, Cẩm Phả Chất rắn lơ lửng, kim loại
nặng, độc tố
4 Làng chài và
nuôi trồng hải
sản trên vịnh
Trên vịnh Chất dinh dưỡng, chất hữu
cơ, chất rắn lơ lửng,
coliform
Trên cơ sở đánh giá các nguyên nhân gây tác động, hiện trạng
chất lượng môi trường nước biển ven bờ giai đoạn 2002-2013, một
số nhận định mang tính dự báo về chất lượng nước khu vực nghiên
cứu trong thời gian tới như sau:
10
- Giá trị của các thông số hóa lý như nhiệt độ, pH, độ mặn và
nồng độ các kim loại nặng trong nước biển không có sự biến động
lớn và nằm trong GHCP của quy chuẩn QCVN 10:2008/BTNMT.
- Hàm lượng chất rắn lơ lửng, chất hữu cơ, chất dinh dưỡng, dầu
mỡ khu vực ven bờ có xu hướng tăng lên, vượt quá GHCP của quy
chuẩn QCVN 10:2008/BTNMT và ảnh hưởng trực tiếp chất lượng
nước vùng lõi vịnh.
3.2. Nghiên cứu sự lan truyền chất trong nước vịnh Hạ Long
3.2.1. Thiết lập và hiệu chỉnh mô hình thủy động lực
3.2.1.1. Các số liệu cơ bản cho mô hình thủy động lực
* Số liệu địa hình: Địa hình ở vùng biển sâu được nội suy từ số
liệu địa hình đáy biển toàn cầu ETOPO2. Khu vực ven bờ là số liệu
đo đạc địa hình đáy do Trung tâm trắc địa bản đồ biển thực hiện năm
2004, Viện Địa lý thực hiện năm 2009.
* Số liệu dùng cho các biên và hiệu chỉnh, kiểm định mô hình:
- Biên phía sông là mực nước tại trạm thủy văn Do Nghi, Cửa
Cấm, Quang Phục, bỏ qua các sông thuộc thành phố Hạ Long do lưu
lượng các sông này khá nhỏ, kể các trong mùa lũ.
- Biên phía biển là các hằng số điều hòa của 10 sóng: Q1,O1, P1,
K1, M2, S2, K2, N2, MF, MM được lấy từ số liệu triều toàn cầu.
Biên phía biển được tạo ra từ phần mềm chuyên dụng Delft-Almighty.
- Số liệu dùng để hiệu chỉnh, kiểm định mô hình là mực nước đo
đạc tại trạm hải văn Hòn Dáu (Số liệu của Trung tâm Hải văn) và số
liệu dự tính triều tại Hồng Gai, Cát Bà, Cửa Ông.
* Số liệu gió: được triết xuất từ dữ liệu toàn cầu Wavewatch III
(NOAA) cho các thời đoạn tính toán.
11
* Số liệu nhiệt độ và độ mặn: được tham khảo từ kết quả khảo
sát của Trần Đức Thạnh và nnk (2007) và kết quả quan trắc của Sở
TN&MT Quảng Ninh (2006, 2007).
3.2.1.2. Xây dựng mô hình thủy động lực
Miền tính toán, vị trí các biên được trình bày trên Hình 3.18.
Hình 3.18. Vị trí các biên thủy lực và điều kiện địa hình toàn miền tính
3.2.1.3. Kết quả hiệu chỉnh và kiểm định mô hình thủy động lực
Hệ số Nash giữa giá trị tính toán và thực đo của hai giai đoạn
mô phỏng hiệu chỉnh và kiểm định mô hình tương ứng là 82.3% và
90.1%.
3.2.2. Thiết lập và hiệu chỉnh mô hình lan truyền chất
Mô hình lan truyền chất trong nước vịnh Hạ Long được xây
dựng trên nền và các kết quả của mô hình thủy động lực học. Vì vậy,
phạm vi không gian, lưới tính và vị trí các biên của mô hình lan
truyền chất chính là phạm vi, lưới tính và các biên của mô hình thủy
động lực khu vực vịnh Hạ Long. Quá trình nghiên cứu sự di chuyển,
khuếch tán, phân tán vật chất theo dòng chảy đối với từng vị trí
nguồn thải khác nhau trong vịnh Hạ Long được thực hiện với thông
12
số đại diện là tổng nitơ (TN). Vị trí các điểm thải và điều kiện biên
được minh họa trên Hình 3.24.
Hình 3.24. Vị trí các điểm nguồn thải và điểm quan trắc
Các trường hợp mô phỏng: Mục đích của phần này là tìm ra
được mức độ ảnh hưởng của từng khu vực nguồn thải khác nhau đến
chất lượng nước vịnh Hạ Long. Do vậy, các khu vực thải được chia
thành các nhóm như sau: Nhóm nguồn thải từ đất liền và nhóm
nguồn thải trên biển. Quá trình mô phỏng mức độ tác động của từng
khu vực thải sẽ được thực hiện với giá trị giả định TN tại khu vực đó
l mg/L. Các khu vực thải khác sẽ có giá trị TN bằng 0 mg/L.
3.2.3. Kết quả mô phỏng sơ bộ chế độ thủy động lực
Các kết quả tính toán mô phỏng trường dòng chảy khu vực vịnh
Hạ Long cho thấy tính chất dòng chảy giữa mùa khô và mùa mưa
không có sự khác biệt nhiều do lưu lượng nước từ sông chảy vào
vịnh Hạ Long không lớn và do có nhiều đảo chắn phía ngoài nên ảnh
hưởng của gió khá nhỏ. Chính vì vậy, dòng chảy ở đây hoàn toàn lệ
13
thuộc sự lên, xuống của thủy triều. Trong pha triều lên, dòng triều từ
phía đông nam Cát Bà chia làm hai nhánh: một nhánh đi quặt hướng
tây bắc vào vịnh Hạ Long, vịnh Cửa Lục và xuống phía nam đảo
Tuần Châu; một nhánh đi lên phía đông bắc vào vịnh Bái Tử Long.
Trong pha triều xuống, dòng nước từ phía nam đảo Tuần Châu và
vịnh Cửa Lục, vịnh Hạ Long chảy theo hướng đông – đông nam,
dòng nước từ phía Cửa Ông và vịnh Bái Tử Long chảy theo hướng
tây – tây nam sau đó kết hợp với nhau đi xuống đông nam đảo Cát Bà
.
3.2.4. Kết quả mô phỏng lan truyền chất
Vùng lõi vịnh Hạ Long chịu tác động mạnh từ các nguồn thải
ven bờ thành phố Hạ Long, Cửa Lục và vịnh Lan Hạ - Cửa Vạn.
Điều này thể hiện rõ trong sự gia tăng giá trị TN tại vùng lõi vịnh
dưới tác động của các nguồn thải này luôn cao hơn các khu vực thải
khác (Bảng 3.6). Nguyên nhân của hiện tượng này là do dòng chảy
tại ven bờ Hồng Gai, Cửa Lục, khu vực vịnh Lan Hạ và Cửa Vạn có
hướng bắc nam, tây bắc hoặc tây nam và có xu hướng đẩy chất ô
nhiễm vào vịnh. Đây cũng là những khu vực có thải lượng thải phát
sinh lớn nhất (Bảng 3.7).
Các nguồn thải tại khu vực Yên Hưng và Cẩm Phả chỉ ảnh
hưởng đến vùng đệm và ít ảnh hưởng đến vùng lõi vịnh. Khu vực
huyện Yên Hưng mặc dù có lượng chất hữu cơ và dinh dưỡng phát
sinh tương đối lớn nhưng đóng góp vào vịnh Hạ Long khá nhỏ do địa
hình khu vực này khá nông và sự trao đổi nước ở khu vực này với
vịnh Hạ Long khá nhỏ. Khu vực Cẩm Phả cũng có tải lượng thải lớn
nhưng do kiểu dòng chảy tại đây theo hướng đông bắc – tây nam làm
cho chất ô nhiễm lan truyền ven bờ là chủ yếu. Các hoạt động dân
sinh và du lịch tại khu vực Cát Bà không ảnh hưởng đến chất lượng
nước của vịnh Hạ Long.
14
3.3. Thiết lập chỉ số chất lượng nước cho vịnh Hạ Long
3.3.1. Mục đích xây dựng chỉ số chất lượng cho vịnh Hạ Long
3.3.2. Phân tích và lựa chọn thông số tính toán WQI
3.3.2.1. Cơ sở lựa chọn thông số
- Các tiêu chí lựa chọn thông số tính WQI của Ott W.R. (1978),
Dunnette D.A. (1979) và Tebbutt (2002).
- Các chỉ thị đánh giá tình trạng chất lượng nước biển ven bờ
Việt Nam.
- Các thông số quan trắc đặc trưng của vùng biển ven bờ và chỉ
số chất lượng nước cho vùng biển ven bờ của các nước trên thế giới.
- Hiện trạng chất lượng nước, các nguồn thải và yêu cầu bảo tồn vịnh.
3.3.2.2. Lựa chọn thông số tính chỉ số chất lượng nước cho vịnh Hạ Long
- Nhóm hàm lượng ôxy hòa tan trong nước và nhu cầu ôxy: các
thông số được lựa chọn là DO, COD, dầu mỡ và TOC.
- Nhóm phú dưỡng: các thông số được lựa chọn là TN, TP và
chlorophyll a (hoặc NH
4
+
, NO
3
-
, PO
4
3-
và chlorophyll a).
- Nhóm tác động đến sức khỏe: các thông số được lựa chọn là
tổng coliform hoặc feacal coliform, DO, dầu mỡ.
- Nhóm đặc tính vật lý: nhóm này không phản ánh mức độ suy
giảm chất lượng nước tại khu vực ven biển và có thể bỏ qua.
3.3.3. Xác định trọng số của thông số tính WQI
Trọng số được xác định dựa vào: Mức độ tác động của các thông
số đối với sự tồn tại, phát triển các hệ thủy sinh ven biển và hiện
trạng, diễn biến chất lượng nước vịnh Hạ Long.
3.3.4. Xây dựng các chỉ số phụ và giản đồ chỉ số phụ
Chỉ số phụ (q
i
) được xác định dựa theo QCVN 10:2008/
BTNMT, tiêu chuẩn chất lượng nước biển của ASEAN, Indonexia,
15
Philippin, Thái Lan, Australia, Nhật, Trung Quốc và một số yêu
cầu chất lượng nước cho các hệ sinh thái biển như cỏ biển, san hô
Bảng 3.10. Bảng quy định các giá trị chỉ số phụ qi tương ứng với
nồng độ Ci
i q
i
Giá trị nồng độ C
i
ứng với từng thông số
COD
TOC
%DO
BH
Dầu TN TP
(mgO/L)
(mgC/L) (mg/L) (mgN/L) (mgP/L)
1 100
≤ 3
≤ 1.2 100 0 ≤ 0.25 ≤ 0.02
2 67
4
1.6 65 hoặc 140 0.1 0.35 0.05
3 34
25
10 40 0.2 0.75 0.5
4 1
> 50
> 20 20 > 0.3 > 1.5 > 1
i q
i
PO
4
3-
-P NH
4
+
-N Chla T. Coli
F. Coli
(F.Coli/100mL)
TSS
(mg/L) (mg/L) (µg/L) (MPN/100mL) (mg/L)
1 100 ≤0.015 ≤ 0.1 ≤ 1.4 ≤500 ≤100 ≤ 20
2 67 0.045 0.3 2 1000 - 50
3 34 0.08 0.5 10 - 500 -
4 1 > 0.5 > 1 > 20 >2000 >1000 >100
Giá trị chỉ số phụ của thông số i (q’) tại một nồng độ bất kỳ C’
được tính bằng cách tra trên giản đồ chỉ số phụ (Hình 3.36) hoặc theo
công thức sau:
1
q' C'
1 1
1
q q
i
i
C q
i i
C C
i
i
Trong đó:
C
i
: Nồng độ của thông số quan trắc được quy định trong Bảng
3.10 tương ứng với mức i
C
i+1
: Nồng độ của thông số quan trắc được quy định trong Bảng
3.10 tương ứng với mức i+1
q’ : Chỉ số phụ tương ứng với nồng độ C’
q
i
: Chỉ số phụ ở mức i trong Bảng 3.10 tương ứng với giá trị C
i
16
q
i+1
: Chỉ số phụ ở mức i+1 trong Bảng 3.10 tương ứng với giá trị C
i+1
C
’
: Nồng độ của thông số quan trắc được đưa vào tính toán
3.3.5. Lựa chọn phương pháp tổng hợp các chỉ số phụ
Bốn phương pháp tổng hợp chỉ số phụ sau đây được lựa chọn để
xem xét tính ảo, tính che khuất, độ nhạy và tính chất dễ tính toán.
- Dạng tổng có trọng số :
n
ii
qw
1
- Dạng tích có trọng số :
n
w
i
i
q
1
- Dạng bình phương điều hòa có trọng số :
n
i
i
wi
q
1
2
1
- Dạng Solway có trọng số :
2
1
100
1
n
ii
qw
Luận án lựa chọn dạng tích có trọng số để xây dựng WQI cho
vịnh Hạ Long.
3.3.6. Công thức tính WQI cho vịnh Hạ Long
Để khắc phục điểm hạn chế của công thức
( )
1
w
n
i
q
i
trong trường
hợp thiếu số liệu, luận án đề xuất cải tiến công thức tích có trọng số
và công thức tính chỉ số chất lượng nước cho vịnh như sau:
WQI
HL
=
n
1/ w
i
1
( )
1
wn
i
q
i
(3.1)
Trong đó : - q
i :
chỉ số phụ của thông số thứ i
- w
i:
trọng số của thông số thứ i
- n: số lượng các thông số tính
Khi có đủ các thông số tính WQI
HL
, giá trị
n
w
i
1
trong công thức
3.1 sẽ bằng 1 và công thức 3.1 như sau
17
WQI
HL
=
9
( )
1
w
i
q
i
(3.2)
= (q
DO
0.07
*q
COD
0.11
*q
TOC
0.08
* q
Dầu
0.17
*q
F.Coli
0.07
*q
TSS
0.17
* q
TN
0.11
* q
TP
0.11
* q
Chla
0.11
)
3.3.7. Xây dựng thang phân loại WQI
Bảng 3.16. Bảng phân loại chất lượng nước và khả năng sử dụng
T
T
WQI
HL
Chất lượng
nước
Khả năng sử dụng nguồn nước
1 97 - 100 Rất tốt Có thể sử dụng cho tất cả mục đích sử dụng nước.
2 92 - 96 Tốt*
Có thể sử dụng cho tất cả mục đích sử dụng nước,
ngoại trừ bảo tồn thủy sinh hay nuôi trồng một số
loài hải sản đặc biệt
3 70-91 Trung bình
Hoạt động du lịch, giải trí, thể thao không tiếp xúc
trực tiếp với nước, giao thông thủy, cảng biển.
4 50 - 69 Xấu
Giao thông thủy, cảng biển hoặc một số mục đích
sử dụng khác không yêu cầu về chất lượng nước
quá cao
5 1- 49 Rất xấu Chỉ có thể sử dụng cho giao thông thủy, cảng biển
Ghi chú: Chất lượng nước là tốt khi q
i min
≥ 67 hoặc WQI = 92-96 và q
i min
≥ 67
3.3.8. Kiểm nghiệm công thức tính WQI cho vịnh Hạ Long
Công thức WQI
HL
xây dựng ở trên được kiểm nghiệm mức độ
chính xác khi đánh giá chất lượng nước với các số liệu giả định. Các
số liệu giả định bao gồm 91 chuỗi số liệu. Quá trình kiểm nghiệm với
số liệu giả định cho thấy, công thức tính WQI
HL
cho kết quả tương
đối hợp lý.
3.3.9. Đánh giá chung công thức tính chỉ số chất lượng nước cho
vịnh Hạ Long
Quá trình xây dựng công thức tính WQI
HL
được đánh giá theo
15 tiêu chí của Mỹ đã đưa ra [U.S. EPA, 1978]. Kết quả đánh giá cho
thấy, quá trình xây dựng công thức tính WQI cho vịnh Hạ Long đã
bám sát 12/15 tiêu chí đánh giá WQI của Mỹ.
18
3.3. Phân vùng chất lượng nước vịnh Hạ Long
3.4.1. Mục đích phân vùng chất lượng nước
3.4.2. Cơ sở phân vùng chất lượng nước vịnh Hạ Long
Cơ sở chính để phân vùng chất lượng nước vịnh Hạ Long là kết
quả tính WQI theo công thức đã được xây dựng cho vịnh Hạ Long.
Các số liệu tính toán là số liệu đo đạc của nghiên cứu sinh trong mùa
khô (tháng 4/2013) và mùa mưa (tháng 8/2013). Tại những khu vực
không có số liệu thực đo, luận án còn sử dụng thêm số liệu từ kết quả
của một số nghiên cứu khác.
3.4.3. Kết quả phân vùng chất lượng nước vịnh Hạ Long
Hình 3.38. Sơ đồ phân vùng chất lượng nước vịnh Hạ Long theo
WQI mùa khô (tháng 4/2013)
Chất lượng nước
Ký hiệu màu
Rất tốt
Tốt
Trung bình
Xấu
Rất xấu
SƠ ĐỒ PHÂN VÙNG CHẤT LƯỢNG NƯỚC VỊNH HẠ LONG THEO WQI
THÁNG 4/2013
19
Hình 3.39. Sơ đồ phân vùng chất lượng nước vịnh Hạ Long theo
WQI mùa mưa (tháng 8/2013)
3.5. Đề xuất giải pháp quản lý và sử dụng vịnh Hạ Long
3.5.1. Cơ sở đề xuất giải pháp quản lý và sử dụng vịnh Hạ Long
3.5.2. Đề xuất mục tiêu bảo vệ chất lượng nước vịnh Hạ Long
Bảng 3.22. Đặc điểm CLN hiện tại và mục tiêu quản lý, bảo vệ
CLN vịnh Hạ Long
TT Phân vùng
vịnh
WQI
hiện tại
CLN
hiện tại
Mục tiêu
WQI
Mục tiêu
CLN
Ghi chú
1 Vùng lõi 84 – 100
Tốt đến
rất tốt
97 - 100 Rất tốt
2 Vùng đệm 14 – 85
Rất xấu
đến tốt
92 – 100
Tốt đến
rất tốt
Trừ bến cảng, bến
chợ cho phép CLN
ở mức trung bình
(WQI = 70 - 91).
3
Vùng phụ
cận (vịnh
Cửa Lục)
36 - 84
Rất xấu
đến trung
binh
70 - 96
Trung
bình đến
tốt
SƠ ĐỒ PHÂN VÙNG CHẤT LƯỢNG NƯỚC VỊNH HẠ LONG THEO WQI
THÁNG 8/2013
Chất lượng nước
Ký hiệu màu
Rất tốt
Tốt
Trung bình
Xấu
Rất xấu
20
Hình 3.40. Đề xuất các hoạt động sử dụng vịnh Hạ Long theo chất
lượng nước và mức độ của các hoạt động này
Số
TT
Các hoạt động sử dụng nước
Vùng CLN
tốt đến rất
tốt
Vùng CLN
xấu đến
trung bình
Vùng CLN
rất xấu
1 Bảo tồn, bảo vệ và phục hồi hệ sinh thái √ √ √
2 Du lịch sinh thái, du lịch văn hóa, di sản √ √ x
3 Thể thao, giải trí dưới nước √ x x
4 Thể thao, giải trí không tiếp xúc với nước √ hc x
5 Khử mặn để làm nước cấp sinh hoạt √ x x
6 Nuôi trồng hải sản hc x x
7 Đánh bắt hải sản hc x x
8 Cư trú trên vịnh hc x x
9 Giao thông thủy hc hc hc
10 Bến tầu, cảng nhỏ x hc hc
11 Nghiên cứu, đào tạo, giáo dục √ √ √
12
Các hoạt động ít tác động khác (cứu hộ,
cứu nạn, quan trắc chất lượng môi
trường, bảo vệ môi trường, quay phim,
chụp ảnh …)
√ √ √
Ghi chú :
- Các hoạt động trên phải được thực hiện theo đúng quy định hiện hành và
không được phép thực hiện tại những khu vực bảo tồn tuyệt đối của vịnh
Hạ Long.
- √ : Hoạt động sử dụng nước thích hợp tại vùng nước đó do chất lượng
nước đảm bảo hoặc hoạt động phát triển ít có nguy cơ ảnh hưởng đến
chất lượng nước.
- x : Hoạt động sử dụng nước không thích hợp tại vùng nước đó do chất
lượng nước không đảm bảo hoặc hoạt động phát triển ảnh hưởng xấu đến
chất lượng nước.
- hc : Hoạt động sử dụng nước hạn chế thực hiện tại vùng nước đó do chất
lượng nước không đảm bảo hoặc hoạt động phát triển có nguy cơ ảnh
hưởng đến chất lượng nước.
21
3.5.3. Đề xuất định hướng quản lý và các hoạt động sử dụng nước
vịnh Hạ Long
Đề xuất các hoạt động sử dụng vịnh Hạ Long theo chất lượng
nước và mức độ của các hoạt động này được trình bày trong Hình 3.36.
3.5.4. Đề xuất một số giải pháp quản lý CLN vịnh Hạ Long
3.5.4.1. Xây dựng quy hoạch không gian biển và điều chỉnh các quy
hoạch hiện có
- Xây dựng, triển khai thực hiện QHKGB vịnh Hạ Long và xác
định chế độ pháp lý cho từng đơn vị phân vùng không gian biển. Kết
quả luận án có thể là một trong những nền tảng quan trọng cho việc
xây dựng QHKGB vịnh Hạ Long.
- Trên cơ sở QHKGB vịnh Hạ Long, cần có những điều chỉnh
hợp lý các khu vực quản lý hiện tại của BQL vinh, đồng thời điều
chỉnh các quy hoạch ngành hiện có.
3.5.4.2. Đẩy mạnh quản lý tổng hợp vùng bờ cho vịnh Hạ Long
Tiếp cận quản lý tổng hợp vùng bờ và quản lý biển theo không
gian được coi là phương pháp quản lý hiệu quả nhất đối với vùng
biển sử dụng đa mục tiêu như vịnh Hạ Long. Công tác quản lý di sản
cần phải được đánh giá định kỳ theo bộ công cụ EoH (Endancing our
Heritage) của UNESCO và IUCN (2007).
3.5.4.3. Tăng cường kiểm soát và quản lý các nguồn thải gây ô
nhiễm vịnh
Trước mắt, nếu hạn chế về kinh phí và nhân lực, có thể tập trung
các biện pháp quản lý tại các khu vực nguồn thải Hồng Gai – Bãi
Cháy, vịnh Cửa Lục, Cửa Vạn – Lan Hạ. Các khu vực thải khác như
Tuần Châu, Yên Hưng, Cẩm Phả có thể giải quyết sau.
3.5.4.4. Đẩy mạnh công tác nghiên cứu và quan trắc môi trường vịnh
22
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Kết luận
1. Diễn biến chất lượng nước khu vực nghiên cứu
Thông qua việc tổng quan tài liệu và đo đạc chất lượng nước
luận án đã xác định được những vấn đề cốt lõi về chất lượng nước
vịnh Hạ Long. Đó là các vấn đề về ô nhiễm chất rắn lơ lửng, chất
dinh dưỡng, chất hữu cơ và dầu mỡ. Giá trị các thông số chất lượng
nước liên quan đến các loại ô nhiễm này có xu hướng tăng lên theo
thời gian. Trong tương lai, vấn đề ô nhiễm chất rắn lơ lửng, chất dinh
dưỡng, chất hữu cơ và dầu tại khu vực ven bờ vẫn có xu hướng tăng
và vượt quá giới hạn cho phép của quy chuẩn QCVN
10:2008/BTNMT, ảnh hưởng trực tiếp chất lượng nước vùng lõi vịnh.
2. Mức độ tác động của các khu vực nguồn thải đến chất lượng
nước vịnh
Luận án đã làm sáng tỏ các nguồn tác động đến chất lượng nước
vịnh Hạ Long, đặc biệt đã xác định được mức động ảnh hưởng của
các khu vực nguồn thải bên trong và bên ngoài vịnh thông qua tính
toán mô. Kết quả tính toán mô phỏng cho thấy vùng lõi vịnh Hạ
Long chịu tác động mạnh từ các nguồn thải ven bờ thành phố Hạ
Long và hoạt động tàu thuyền, nuôi trồng hải sản lồng bè trên vịnh.
Các nguồn thải tại khu vực Yên Hưng, Cẩm Phả, Cát Bà ảnh hưởng chủ
yếu đến vùng đệm và không tác động nhiều đến vùng lõi vịnh Hạ Long.
3.
Xây dựng và tính toán chỉ số chất lượng nước cho vịnh Hạ
Long
Luận án đã đóng góp và làm sáng tỏ phương pháp luận xây dựng
chỉ số chất lượng nước biển, phục vụ việc đánh giá và phân vùng các
vũng, vịnh ven biển thông qua việc phát triển một công thức tính chỉ
23
số chất lượng nước cho vịnh Hạ Long. Công thức có dạng như sau:
WQI
HL
=
n
i
1
1/ w
1
( )
i
n
w
i
q
. Chín thông số tính WQI
HL
đã được lựa chọn
được theo đặc điểm của nước biển ven bờ và các đặc trưng môi
trường vịnh Hạ Long. Các thông số tính bao gồm %DO
BH
(với trọng
số 0,07), COD (0,11), TOC (0,08), dầu và mỡ (0,17) tổng coliform
hoặc feacal coliform (0,07), TSS (0,17), TN (0,11), TP (0,11) và
chlorophyll a (0,11). Các chỉ số phụ được xây dựng dựa trên QCVN
10:2008/MONRE, các tiêu chuẩn chất lượng nước biển ven bờ của
ASEAN, Australia, Nhật,…và các yêu cầu chất lượng nước cho các
hệ sinh thái biển. Thang phân loại chất lượng nước theo WQI gồm 5
mức: rất tốt (97-100), tốt (q
i min
≥ 67 hoặc WQI = 92-96 và q
i min
≥
67), trung bình (70-91), xấu (50-69), rất xấu (1-49). Quá trình tính
toán bằng công thức đã được cải tiến và xây dựng ở trên vẫn được
tiến hành như bình thường khi thiếu số liệu.
4. Phân vùng chất lượng nước vịnh Hạ Long
Luận án đã đóng góp cho phương pháp luận áp dụng chỉ số chất
lượng nước biển để đánh giá và phân vùng chất lượng nước biển ven
bờ ở Việt Nam, trước hết cho trường hợp nghiên cứu vịnh Hạ Long.
Dựa vào WQI
HL
đã xây dựng được và công cụ GIS, luận án đã phân
vùng vịnh Hạ Long thành các phân khu chất lượng nước. Các phân
khu chất lượng nước tốt đến rất tốt chủ yếu nằm ở vùng lõi vịnh và
phần đệm phía biển. Các phân khu chất lượng nước trung bình, xấu
và rất xấu nằm ở vùng phụ cận và vùng đệm phía đất liền. Điều này
cho thấy chất lượng nước vịnh Hạ Long hiện đang chịu áp lực lớn từ
các nguồn thải ven biển. Kết quả phân vùng cũng cho thấy một số
hoạt động sử dụng nước vịnh Hạ Long hiện đang diễn ra trong điều kiện
không đảm bảo.
