Nghiên cứu đánh giá sức tải một số yếu tố môi trường (c, n, p) khu vực đầm phá tam giang cầu hai (tỉnh thừa thiên huế)

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng cá nhân tôi.
Các số liệu về kết quả nghiên cứu nêu trong luận án này là trung thực và chưa
từng được công bố bởi tác giả khác. Một số số liệu, tài liệu tham khảo từ đề
tài “Đánh giá sức tải môi trường vùng đầm phá Tam Giang – Cầu Hai và đề
xuất các giải pháp phát triển bền vững” và dự án “Điều tra tổng thể hiện trạng
và biến động đa dạng sinh học trong các hệ sinh thái ven biển Việt Nam”
thuộc nhiệm vụ số 8 (giai đoạn 2016-2020), đề án 47 đã được sự cho phép của
các chủ nhiệm đề tài, dự án.
Hà Nội, ngày 28 tháng 2 năm 2019

Thay mặt tập thể hướng dẫn

Tác giả

TS. Trịnh Thành

Cao Thị Thu Trang

i


LỜI CẢM ƠN
Trước tiên tôi xin trân trọng cảm ơn các thầy giáo, cô giáo Viện Khoa
học và Công nghệ Môi trường, Viện Đào tạo sau Đại học - Trường Đại học
Bách khoa Hà Nội đã tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp đỡ tôi trong suốt quá
trình học tập cũng như thực hiện công trình này.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS Trịnh Thành - Viện khoa
học và Công nghệ Môi trường, GS.TS Trần Đức Thạnh– Viện Tài nguyên và
Môi trường biển đã tận tình hướng dẫn, định hướng và tạo điều kiện tốt cho

tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và học tập.
Xin chân thành cảm ơn Ban Lãnh đạo Viện Tài nguyên và Môi trường
Biển đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình nghiên cứu.
Trong thời gian qua tôi cũng đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ, tạo
điều kiện của đồng nghiệp, sự giúp đỡ về tinh thần vật chất của gia đình và
người thân.
Xin trân trọng cảm ơn sự giúp đỡ quý báu đó.

Tác giả

Cao Thị Thu Trang

ii


MỤC LỤC
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ................................................................................. vi
DANH MỤC HÌNH ................................................................................................. vii
DANH MỤC BẢNG ................................................................................................. ix
1

MỞ ĐẦU ............................................................................................................. 1

2

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU VÀ KHU VỰC

NGHIÊN CỨU ........................................................................................................... 4
1.1. Tổng quan về sức tải môi trường ......................................................................... 4
1.1.1. Các khái niệm ................................................................................................... 4

1.1.2.Tình hình nghiên cứu ngoài nước ...................................................................... 8
1.1.3. Tình hình nghiên cứu trong nước ................................................................... 20
1.2. Tổng quan về tình hình nghiên cứu môi trường trong hệ đầm phá Tam Giang Cầu Hai ..................................................................................................................... 24
1.2.1. Khái quát về hệ đầm phá Tam Giang - Cầu Hai và các hoạt động kinh tế xã
hội ............................................................................................................................. 24
1.2.2. Các nghiên cứu về môi trường hệ đầm phá Tam Giang - Cầu Hai ................ 30
1.2.3. Môi trường và chất lượng nước hệ đầm phá Tam Giang - Cầu Hai............... 32
1.3. Sử dụng công cụ mô hình hóa trong nghiên cứu sức tải môi trường ................ 37
1.4. Tổng quan cuối chương và hướng nghiên cứu của luận án ............................... 41
CHƯƠNG II. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..................................................... 45
2.1.Khu vực nghiên cứu ........................................................................................... 45
2.2. Phương pháp nghiên cứu ................................................................................... 45
2.2.1. Phương pháp điều tra, khảo sát ...................................................................... 46
2.2.1.1. Kỹ thuật thu mẫu, bảo quản mẫu ................................................................. 47
2.2.1.2. Kỹ thuật đo đạc, phân tích mẫu trong phòng thí nghiệm ............................ 47
2.2.2. Phương pháp tính tải lượng thải ..................................................................... 48
2.2.2.1 Tính toán lượng thải phát sinh ...................................................................... 48
2.2.2.2. Ước tính tải lượng ô nhiễm đưa vào khu vực đầm phá Tam Giang - Cầu Hai51
2.2.3. Phương pháp mô hình hóa .............................................................................. 52

iii


2.2.3.1. Cơ sở lý thuyết của mô hình Delft -3D ....................................................... 52
2.2.3.2. Triển khai mô hình Delft 3D mô phỏng chất lượng nước hệ đầm phá Tam
Giang - Cầu Hai và tính toán sức tải môi trường ..................................................... 60
CHƯƠNG III. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ............................................................ 74
3.1. Tính toán lượng chất thải đưa vào đầm phá Tam Giang - Cầu Hai .................. 74
3.1.1. Tính toán lượng chất thải phát sinh từ các nguồn khu vực đầm phá Tam
Giang – Cầu Hai thời điểm năm 2011 và dự báo năm 2020, 2030 .......................... 74

3.1.2. Tải lượng thải C, N, P đưa vào vùng đầm phá: năm 2011 và dự báo năm
2020, 2030 ................................................................................................................ 81
3.2. Hiệu chỉnh mô hình ........................................................................................... 83
3.2.1. Mô hình thủy động lực ................................................................................... 83
3.2.2. Mô hình chất lượng nước ............................................................................... 88
3.4. Mô phỏng chất lượng nước theo các kịch bản ................................................ 104
3.4.1. Các kịch bản mô phỏng ................................................................................ 104
3.4.2. Mô phỏng chất lượng nước đầm phá Tam Giang – Cầu Hai thời điểm năm
2011 – 2012 ............................................................................................................ 105
3.4.2.1. Nồng độ oxy hòa tan.................................................................................. 105
3.4.2.2. Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD5) ................................................................... 106
3.4.2.3. Nhu cầu oxy hóa học (COD) ..................................................................... 107
3.4.2.4. Nồng độ muối amoni (N-NH4++NH3) ....................................................... 108
3.4.2.5. Nồng độ muối nitrat (N-NO3-) ................................................................... 109
3.4.2.6. Nồng độ muối phosphat (P-PO43-) ............................................................. 110
3.4.3. Kịch bản thấp 2020 ....................................................................................... 111
3.4.4. Kịch bản cao 2020 ........................................................................................ 113
3.4.5. Kịch bản thấp 2030 ....................................................................................... 114
3.4.6. Kịch bản cao 2030 ........................................................................................ 116
3.4.7. Kịch bản đột xuất 2020................................................................................. 118
3.4.8. Kịch bản đột xuất 2030................................................................................. 121
3.5. Tính toán sức tải môi trường khu vực đầm phá Tam Giang – Cầu Hai đối với
các hợp chất của C, N và P ..................................................................................... 124
iv


3.5.1. Sức chịu tải môi trường trên cơ sở quy chuẩn Việt Nam (QCVN 10MT:2015/BTNMT và QCVN 08-MT:2015/BTNMT) ........................................... 124
3.5.2. Sức chịu tải tối đa hay kịch bản nguy hiểm.................................................. 127
3.5.3.Đề xuất mức sức tải môi trường phù hợp ...................................................... 130
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................ 133

TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 135

v


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
AAP
BOD
BTNMT
BVMT
COD
CSDL
DO
ĐDSH
GHCP
HCBVTV
HST
IMOLA

Phosphat hấp thụ (Adsorbed phosphate)
Nhu cầu oxy sinhhóa (Biochemical oxygen demand)
Bộ Tài nguyên Môi trường
Bảo vệ môi trường
Nhu cầu oxy hóa học (Chemical oxygen demand)
Cơ sở dữ liệu
Oxy hoàn tan (Dissolved oxygen)
Đa dạng sinh học
Giới hạn cho phép
Hóa chất bảo vệ thực vật
Hệ sinh thái

Quản lý tổng hợp các họat động của đầm phá (Integrated
Management of Lagoon Activities)
KCN
Khu công nghiệp
KLN
Kim loại nặng
KT-XH
Kinh tế- xã hội
NĐTHCP Nồng độ tới hạn cho phép
NSSC
Năng suất sơ cấp
NTTS
Nuôi trồng thủy sản
NOAA
Cơ quan Khí quyển và Đại dương Quốc gia (National Oceanic and
Atmospheric Administration)
PAH
Polycyclic aromatic hydrocarbons
PCB
Polychlorinated biphenyl
QCVN
Quy chuẩn Việt Nam
SOD
Nhu cầu oxy trầm tích (Sediment Oxygen Demand)
STMT
Sức tải môi trường
TG-CH
Tam Giang - Cầu Hai
TSS
Tổng chất rắn lơ lửng (Total Suspended Solid)

TTH
Thừa Thiên Huế
TMDL
Tổng tải lượng tối đa hàng ngày (Total Maximum Daily Load )
TN
Tổng nitơ
TP
Tổng phôt pho
TVN
Thực vật nổi
TVPD
Thực vật phù du
WHO
Tổ chức Y tế Thế giới (World Health Organization)
vi


DANH MỤC HÌNH
Hình 2.1. Phạm vi nghiên cứu: khu vực đầm phá TG - CH ..................................... 45
Hình 2.2. Sơ đồ nghiên cứu của luận án ................................................................... 46
Hình 2.3.Trường độ sâu của mô hình thủy động lực ................................................ 60
Hình 2.4.Hình thái và phạm vi lưới tính của mô hình .............................................. 62
Hình 2.5. Vị trí các điểm thải khu vực TG - CH phục vụ chạy mô hình ................. 65
Hình 3.1. Sai số giữa mô hình và quan trắc về vận tốc dòng chảy theo phương
ngang - U tại hệ đầm phá TG - CH - mùa mưa (RSE = 0,0046) .............................. 86
Hình 3.2. Sai số giữa mô hình và quan trắc về vận tốc dòng chảy theo phương thẳng
đứng -V tại hệ đầm phá TG - CH -mùa khô (RSE =0,0042) ................................... 86
Hình 3.3.Tính tương hợp giữa mô hình và quan trắc của dòng chảy theo phương U –
(R2= 0,696) ............................................................................................................... 87
Hình 3.4.Tính tương hợp giữa mô hình và quan trắc của dòng chảy theo phương V –

(R2 = 0,690) .............................................................................................................. 87
Hình 3.5. Ảnh hưởng của các tham số đến các biến số trong hệ thống ................... 93
Hình 3.6. Sai số của DO giữa mô hình và quan trắc (g/m3) .................................... 95
Hình 3.7. Sai số của BOD giữa mô hình và quan trắc (g/m3) .................................. 95
Hình 3.8. Sai số của COD giữa mô hình và quan trắc (g/m3) .................................. 97
Hình 3.9. Sai số của N-NH4++NH3 giữa mô hình và quan trắc (g/m3)..................... 97
Hình 3.10. Sai số của N-NO3- giữa mô hình và quan trắc (g/m3)............................. 98
Hình 3.11. Sai số của P-PO43- giữa mô hình và quan trắc (g/m3)............................. 98
Hình 3.12.Trường tốc độ dòng chảy trong thời kỳ a) nước ròng-mùa mưa; b- nước
lớn-mùa mưa; c) nước ròng-mùa khô; d- nước lớn-mùa khô ................................. 101
Hình 3.13.Mô phỏng nồng độ oxy hòa tan trong nước hệ đầm phá TG-CH năm
2011 -2012 (a – triều xuống, mùa mưa; b – triều lên, mùa mưa; c – triều xuống, mùa
khô; d – triều lên mùa khô)..................................................................................... 106
Hình 3.14. Mô phỏng nhu cầu oxy sinh hóa trong nước hệ đầm phá TG-CH năm
2011 -2012 (a – triều xuống, mùa mưa; b – triều lên, mùa mưa; c – triều xuống, mùa
khô; d – triều lên mùa khô)..................................................................................... 107

vii


Hình 3.15.Mô phỏng nhu cầu oxy hóa học trong nước hệ đầm phá TG-CH năm
2011 -2012 (a – triều xuống, mùa mưa; b – triều lên, mùa mưa; c – triều xuống, mùa
khô; d – triều lên mùa khô)..................................................................................... 108
Hình 3.16. Mô phỏng nồng độ muối amoni trong nước hệ đầm phá TG-CH năm
2011 -2012 (a – triều xuống, mùa mưa; b – triều lên, mùa mưa; c – triều xuống, mùa
khô; d – triều lên mùa khô)..................................................................................... 109
Hình 3.17. Mô phỏng nồng độ muối nitrat trong nước hệ đầm phá TG-CH năm
2011 -2012 (a – triều xuống, mùa mưa; b – triều lên, mùa mưa; c – triều xuống, mùa
khô; d – triều lên mùa khô)..................................................................................... 110
Hình 3.18. Mô phỏng nồng độ muối phosphat trong nước hệ đầm phá TG-CH năm

2011 -2012 (a – triều xuống, mùa mưa; b – triều lên, mùa mưa; c – triều xuống, mùa
khô; d – triều lên mùa khô)..................................................................................... 111
Hình 3.19. Mô phỏng chất lượng nước hệ đầm phá TG-CH theo kịch bản thấp 2020
– thời điểm triều xuống, mùa mưa ......................................................................... 112
Hình 3.20. Mô phỏng chất lượng nước hệ đầm phá TG-CH theo kịch bản cao 2020
– thời điểm triều xuống, mùa mưa ......................................................................... 114
Hình 3.21. Mô phỏng chất lượng nước hệ đầm phá TG-CH theo kịch bản thấp 2030
– thời điểm triều xuống, mùa mưa ......................................................................... 116
Hình 3.22. Mô phỏng chất lượng nước hệ đầm phá TG-CH theo kịch bản cao 2030
– thời điểm triều xuống, mùa mưa ......................................................................... 118
Hình 3.23. Mô phỏng chất lượng nước hệ đầm phá TG-CH theo kịch bản đột xuất
2020 – thời điểm triều xuống, mùa mưa ................................................................ 120
Hình 3.24. Mô phỏng chất lượng nước hệ đầm phá TG-CH theo kịch bản đột xuất
2030 – thời điểm triều xuống, mùa mưa ................................................................ 123
Hình 3.25. Mô phỏng chất lượng nước hệ đầm phá TG-CH theo kịch bản đạt mức
sức tải trên cơ sở quy chuẩn Việt Nam – thời điểm triều xuống, mùa khô ............ 126
Hình 3.26. Mô phỏng chất lượng nước đầm phá TG-CH theo kịch bản đạt mức sức
tải tối đa – thời điểm triều xuống, mùa khô ........................................................... 128
Hình 3.27. Mô phỏng chất lượng nước hệ đầm phá TG-CH theo kịch bản đạt mức
sức tải đề xuất – thời điểm triều xuống, mùa khô .................................................. 131

viii


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Những đặc trưng dòng chảy của các sông đổ vào hệ đầm phá TG – CH 27
Bảng 1.2.Tốc độ dòng chảy (cm/s) trung bình và cực đại ở tầng mặt ..................... 28
Bảng 1.3. Đặc điểm môi trường nước hệ đầm phá TG – CH giai đoạn 2004 -2012 32
Bảng 1.4. Nồng độ oxy hòa tan và nhu cầu tiêu thụ ô xy trong nước hệ đầm phá TG
- CH giai đoạn 2004 - 2012 (mg/l) ........................................................................... 34

Bảng 1.5.Nồng độ một số chất dinh dưỡng khoáng (g/l) trong nước hệ đầm phá
TG - CH giai đoạn 2004 - 2012
Bảng 2.1. Đơn vị tải lượng ô nhiễm hàng năm từ nước thải sinh hoạt .................... 48
Bảng 2.2.Thành phần nước thải một số ngành công nghiệp điển hình .................... 49
Bảng 2.3. Hệ số phát thải đối với sản xuất sợi tổng hợp .......................................... 49
Bảng 2.4. Hệ số phát thải do chăn nuôi (kg/con/năm) ............................................. 50
Bảng 2.5. Hệ số phát thải từ nuôi thuỷ sản ............................................................... 50
Bảng 2.6. Hệ số phát thải ô nhiễm do rửa trôi đất (kg/km2/ngày mưa) .................. 51
Bảng 2.7. Những đặc trưng dòng chảy của các sông đổ vào hệ đầm phá TG – CH 61
Bảng 2.8. Điều kiện biên của mô hình thủy động lực .............................................. 63
Bảng 2.9. Mối liên hệ giữa N-(NH4++NH3) và N-NH3 tại pH = 8, nhiệt độ 30oC 71
Bảng 2.10. Mối liên hệ giữa N-(NH4++NH3) và N-NH3 tại pH = 9, nhiệt độ 30oC 72
Bảng 3.1.Tải lượng ô nhiễm phát sinh năm 2011 và dự báo cho năm 2020, 2030 từ
nguồn sinh hoạt của tỉnh Thừa Thiên - Huế (tấn/năm) ............................................ 75
Bảng 3.2.Tải lượng ô nhiễm phát sinh năm 2011 và dự báo cho năm 2020 và 2030
từ nguồn công nghiệp của tỉnh Thừa Thiên Huế (tấn/năm) ..................................... 77
Bảng 3.3.Tải lượng ô nhiễm phát sinh năm 2011 và dự báo cho năm 2020, 2030 từ
nguồn chăn nuôi của tỉnh Thừa Thiên Huế (tấn/năm) .............................................. 78
Bảng 3.4.Tải lượng ô nhiễm phát sinh năm 2011 và dự báo cho năm 2020, 2030 từ
nguồn nuôi trồng thủy sản của tỉnh Thừa Thiên Huế (tấn/năm) .............................. 79

ix


Bảng 3.5.Tải lượng ô nhiễm phát sinh năm 2011 và dự báo cho năm 2020 từ rửa trôi
đất của tỉnh Thừa Thiên Huế (tấn/năm) ................................................................... 80
Bảng 3.6. Tổng tải lượng ô nhiễm phát sinh năm 2011 và dự báo cho năm 2020,
2030 từ các nguồn của tỉnh Thừa Thiên Huế và khu vực TG - CH (tấn/năm) ......... 80
Bảng 3.7. Tổng tải lượng ô nhiễm đưa vào hệ đầm phá TG - CH năm 2011 và dự
báo cho năm 2020 và 2030 (tấn/năm) ...................................................................... 83

Bảng 3.8. Hiệu chỉnh thủy động lực: hế số nhám Manning (n) ............................... 84
Bảng 3.9. Các giá trị mặc định của hệ số nhớt và hệ số khuếch tán
trong mô hình thủy động lực ................................................................................... 85
Bảng 3.10. Kết quả hiệu chỉnh hệ số khuếch tán (DH) và độ nhớt theo phương ngang
(νH) ............................................................................................................................ 85
Bảng 3.11. Tóm tắt các thông tin thiết lập mô hình thủy động lực .......................... 88
Bảng 3.12. Điều kiện biên của mô hình chất lượng nước ........................................ 89
Bảng 3.13. Tổng hợp lượng chất thải từ các vị trí điểm thải đổ vào hệ đầm phá TGCH ............................................................................................................................. 90
Bảng 3.14. Kết quả quan trắc chất lượng nước hệ đầm phá TG - CH ngày 2526/11/2011 (mùa mưa) (g/m3) .................................................................................. 91
Bảng 3.15. Kết quả quan trắc chất lượng nước hệ đầm phá TG - CH ngày 1920/5/2012 (mùa khô) (g/m3) ..................................................................................... 91
Bảng 3.16. Mức độ ảnh hưởng của các biến số từ cao xuống thấp trong thủy vực . 92
Bảng 3.17. Sai số giữa mô hình và quan trắc hệ đầm phá TG-CH .......................... 96
Bảng 3.18. Các tham số chất lượng nước được hiệu chỉnh cho hệ đầm phá TG-CH99
Bảng 3.19. Sai số giữa mô hình và quan trắc qua kết quả so sánh chất lượng nước
tháng 4/2017 tại đầm Cầu Hai (đơn vị: mg/l) ......................................................... 100
Bảng 3.20.Lượng nước và tỷ lệ trao đổi nước qua một ngày đêm tại ba khu vực Tam
Giang - Thủy Tú - Cầu Hai..................................................................................... 103
Bảng 3.21. Tải lượng thải đưa vào hệ đầm phá TG-CH theo các kịch bản ........... 105
Bảng 3.22. Nồng độ một số thông số chất lượng nước hệ đầm phá TG – CH tại các
điểm quan trắc – kịch bản đột xuất 2020 (mg/l) ..................................................... 119

x


Bảng 3.23. Nồng độ một số thông số chất lượng nước hệ đầm phá TG – CH tại các
điểm quan trắc – kịch bản đột xuất 2030 (mg/l) ..................................................... 122
Bảng 3.24. Giá trị giới hạn trong QCVN đối với một số thông số chất lượng nước
để bảo vệ đời sống động vật thủy sinh ................................................................... 125
Bảng 3.25. Sức tải môi trường hệ đầm phá TG - CH đối với các hợp chất của C, N
và P – trên cơ sở ngưỡng là các quy chuẩn Việt Nam ........................................... 126

Bảng 3.26. Nồng độ các thông số chất lượng nước tại các điểm quan trắc hệ đầm
phá TG-CH - kịch bản sức tải theo QCVN (mg/l) ................................................. 127
Bảng 3.27. Giá trị ngưỡng của các chất ô nhiễm trong kịch bản sức tải tối đa ...... 127
Bảng 3.28. Nồng độ các thông số chất lượng nước tại các điểm quan trắc vùng TGCH - kịch bản sức tải tối đa (mg/l) ........................................................................ 129
Bảng 3. 29. Sức tải môi trường đầm phá Tam Giang – Cầu Hai đối với các hợp chất
của C, N và P – kịch bản sức tải tối đa ................................................................... 129
Bảng 3. 30. Đề xuất giá trị giới hạn đối với một số thông số chất lượng nước để bảo
vệ đời sống động vật thủy sinh ............................................................................... 130
Bảng 3. 31. Đề xuất sức tải môi trường hệ đầm phá TG - CH đối với các hợp chất
của C, N và P .......................................................................................................... 131

xi


1

MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài
Hệ đầm phá Tam Giang - Cầu Hai (thuộc tỉnh Thừa Thiên Huế) là đầm phá lớn
nhất ở ven bờ Việt Nam với gần 1000 loài động vật, thực vật thủy sinh có giá trị kinh
tế [1]. Các hoạt động kinh tế - xã hội vùng đầm phá đang diễn ra hết sức sôi động bao
gồm nông nghiệp, nghề cá và khai thác biển, giao thông - cảng, du lịch – dịch vụ v.v..
Hệ đầm phá là nơi tiếp nhận các nguồn thải ven bờ không những của các huyện giáp
ranh mà còn cả của các khu vực miền núi. Khả năng suy thoái chất lượng môi trường,
cạn kiệt nguồn giống sẽ xảy ra nếu không có những biện pháp quản lý hệ thống đầm
phá. Mỗi một hệ thống tự nhiên có một khả năng chịu tải nhất định. Vượt quá ngưỡng
đó, hệ thống sẽ bị thay đổi kéo theo sự thay đổi chức năng của hệ thống. Trong khi đó,
các hoạt động phát triển kinh tế - xã hội ven bờ đã dẫn đến tải lượng hữu cơ và dinh
dưỡng đưa vào hệ đầm phá không ngừng gia tăng mà không có biện pháp bảo vệ hoặc

cảnh báo. Trước sức ép phát triển kinh tế của khu vực, nghiên cứu sinh đã chọn đề tài
“Nghiên cứu đánh giá sức tải một số yếu tố môi trường (C, N, P) khu vực đầm phá
Tam Giang - Cầu Hai (tỉnh Thừa Thiên Huế)” làm luận án nghiên cứu của mình.
Do các nguồn thải đưa vào hệ đầm phá Tam Giang - Cầu Hai (TG – CH) chủ
yếu là các chất thải sinh hoạt từ dân cư, khách du lịch, chăn nuôi và nuôi trồng thủy
sản (NTTS) trong vùng nên các yếu tố môi trường được chọn để đánh giá sức chịu tải
là các chất hữu cơ (BOD5, COD), các chất dinh dưỡng (amoni, phosphat, nitrat, nitrit,
T-N, P-P). Đây là các hợp chất có mặt thường xuyên trong nước thải sinh hoạt, chăn
nuôi và NTTS.
Sức tải môi trường là một hướng tiếp cận có tính phòng ngừa trong đó khả
năng chịu tải môi trường của mỗi hệ thống tự nhiên là hữu hạn. Khi các chất ô nhiễm
đi vào các thủy vực ven bờ, chúng sẽ tham gia vào các quá trình tự làm sạch tự nhiên
bao gồm hóa học, lý học và sinh học [2]. Nếu lượng chất ô nhiễm đi vào thủy vực lớn
hơn khả năng tự làm sạch tự nhiên của nó, thủy vực sẽ bị thay đổi về cấu trúc và chức
năng, thậm chí mất khả năng tự phục hồi. Nghiên cứu sức tải môi trường có một số
hướng tiếp cận và được áp dụng trong một số lĩnh vực như trong NTTS, đánh giá sức
1


tải du lịch, quản lý nguồn thải, quản lý hệ sinh thái. Hướng tiếp cận của luận án tập
trung vào nghiên cứu, quản lý nguồn thải, góp phần bảo vệ chất lượng môi trường
nước và hệ sinh thái. Hiểu và đánh giá đúng sức chịu tải môi trường có ý nghĩa quan
trọng trong việc đưa ra các chính sách phát triển kinh tế - xã hội và bảo vệ môi trường.
2. Mục tiêu của luận án
- Đánh giá được sức chịu tải của một số yếu tố môi trường (C, N, P) trong hệ
đầm phá TG - CH làm cơ sở cho quản lý, phát triển bền vững hệ đầm phá.
3. Nội dung nghiên cứu
- Phân tích, đánh giá và dự báo tải lượng ô nhiễm từ các nguồn đưa vào hệ đầm
phá.
- Mô phỏng lan truyền các chất ô nhiễm trong hệ đầm phá TG - CH theo các

kịch bản cơ sở (năm 2011 – 2012) và kịch bản 2020, 2030, kịch bản đột xuất.
- Nghiên cứu, tính toán sức tải hệ đầm phá TG - CH đối với các chất hữu cơ và
chất dinh dưỡng theo các ngưỡng của quy chuẩn Việt Nam, ngưỡng sức tải tối đa và
ngưỡng gây bất lợi đối với sinh vật thủy sinh.
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: các hợp chất C, N, P trong nước hệ đầm phá TG - CH;
các nguồn thải đưa vào hệ thống đầm phá.
- Phạm vi không gian: không gian nghiên cứu là hệ đầm phá TG – CH và các
vùng xung quanh đưa các chất ô nhiễm vào đầm phá.
- Phạm vi thời gian: mùa mưa (tháng 11) và mùa khô (tháng 5) của các năm
2011, 2012, 2016; dự báo cho các năm 2020, 2030
5. Phương pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu tổng quan, hồi cứu tài liệu: Thu thập các tài liệu đã công bố trên
thế giới và trong nước về sức tải môi trường; các tài liệu về đặc điểm tự nhiên, kinh
tế- xã hội, chất lượng môi trường hệ đầm phá TG – CH.
- Điều tra, khảo sát và thực nghiệm ngoài hiện trường: đo đạc dòng chảy, thu
và phân tích mẫu chất lượng nước tại hệ đầm phá TG – CH.
- Mô hình hóa: mô phỏng chế độ thủy động lực và sự lan truyền chất ô nhiễm
trong hệ đầm phá sử dụng phần mềm Delft – 3D.
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
2


- Hệ thống hóa được phương pháp đánh giá sức chịu tải môi trường cho một
thủy vực ven bờ Việt Nam.
- Góp phần xác định sức tải môi trường các yếu tố BOD5, COD, N-NH4+, NNO3- và P-PO43- cho hệ đầm phá Tam Giang – Cầu Hai, có thể sử dụng làm nguồn
tham khảo cho công tác quản lý môi trường.
7. Những kết quả khoa học đạt được và đóng góp mới của luận án
- Đã xác định nguồn thải và ước tính lượng thải các chất ô nhiễm C, N, P từ các
hoạt động kinh tế - xã hội đưa vào hệ đầm phá TG-CH.

- Đã hiệu chỉnh mô hình chất lượng nước hệ đầm phá TG-CH và mô phỏng
chất lượng nước theo các kịch bản phát triển đến năm 2020 và 2030.
- Đã tính được sức tải môi trường cho hệ đầm phá TG-CH theo các ngưỡng của
QCVN và theo khả năng tự làm sạch (đồng hóa) của đầm phá.

3


2

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU VÀ KHU VỰC
NGHIÊN CỨU

1.1. Tổng quan về sức tải môi trường
1.1.1. Các khái niệm
Sức tải môi trường (STMT) là một hướng nghiên cứu của khoa học môi trường,
mới được phát triển trong hơn ba thập kỷ gần đây. Bắt đầu từ cuối những năm 1980,
Nhóm các chuyên gia về khoa học ô nhiễm biển (GESAMP) [3] đã tìm hiểu về khái
niệm, cách tiếp cận liên quan đến STMT. Sau này, với việc phát triển của các công cụ
mô hình hóa, hướng nghiên cứu này đã được áp dụng tại một số lĩnh vực như trong
nuôi trồng thủy sản, du lịch, kiểm soát nguồn thải v.v.. Đặc biệt, trong khoảng 15 năm
trở lại đây, dưới sức ép của các quy hoạch phát triển và sự suy thoái của tài nguyên và
môi trường, hướng nghiên cứu STMT được phát triển và áp dụng khá rộng rãi. Vấn đề
đặt ra là cần làm rõ các khái niệm, hiểu đúng bản chất của STMT và có phương pháp
tính toán đúng đắn để có thể áp dụng vào trong thực tiễn quản lý nguồn thải và bảo vệ
môi trường.
Ngoài khái niệm về STMT, các khái niệm về khả năng tự làm sạch và cân bằng
chất ô nhiễm trong thủy vực cũng có mối liên quan chặt chẽ với nhau, bổ sung cho
nhau.
Khả năng tự làm sạch của thủy vực: Các chất ô nhiễm khi đi vào các thủy vực

tự nhiên như sông, hồ và biển sẽ bị biến mất dần dần theo thời gian. Việc loại bỏ các
chất ô nhiễm từ các thủy vực mà không có bất kỳ can thiệp nào của con người được
gọi là quá trình tự làm sạch, hoặc sự làm sạch tự nhiên [4]. Cơ chế của quá trình tự
làm sạch tự nhiên có thể chia làm 3 nhóm: vật lý, hóa học và sinh học [2]. Quá trình
vật lý đóng góp vào việc loại bỏ chất ô nhiễm từ thủy vực tự nhiên bao gồm pha
loãng/trộn lẫn bằng các dòng chảy, khuyếch tán chất ô nhiễm trong nước và kết
tủa/lắng đọng chất ô nhiễm xuống trầm tích đáy. Sự bay hơi của các chất ô nhiễm dễ
bay hơi vào bầu khí quyển cũng làm giảm chất ô nhiễm trong nước. Quá trình hóa học
liên quan đến việc loại bỏ các chất ô nhiễm khỏi vực nước là sự oxi hóa bởi các chất ô
xi hóa như ozon và oxy, sự oxi hóa bởi tia tử ngoại; quá trình khử và sự trung hòa.
4


Quá trình sinh học bao gồm sự thoái hóa/chuyển đổi các chất ô nhiễm hữu cơ bởi vi
khuẩn dưới các điều kiện hiếu khí hoặc yếm khí, cũng như sự tham gia của các vi
khuẩn trong quá trình nitrat hóa và phản nitrat hóa tương ứng. Quá trình sinh học giữ
một vai trò quan trọng trong cơ chế làm sạch nước ở các thủy vực tự nhiên. Việc loại
bỏ chất ô nhiễm khỏi thủy vực bằng phương pháp sinh học thường được gọi là “tự làm
sạch đúng nghĩa” và sự tự làm sạch tổng số “lý, hóa, sinh” được gọi là “tự làm sạch
biểu kiến”.
Cân bằng chất ô nhiễm trong thủy vực: Nghiên cứu về cân bằng các chất ô
nhiễm cung cấp cơ sở để dự báo động thái ô nhiễm của các vùng nước biển và đại
dương theo những giá trị cho trước về phát thải các chất ô nhiễm, xây dựng những
khuyến cáo về chế độ phát thải tối ưu và xác định các mức chịu tải cho phép tới hạn
hay dung lượng dung hòa của biển với các chất ô nhiễm.
Theo A.M. Vlađimirov trong cuốn “Bảo vệ Môi trường” [5], về định tính, cân
bằng các chất ô nhiễm đối với biển nói chung có thể biểu diễn bằng sơ đồ sau:
∆C = C vào – C ra
Ở đây ∆C là gia lượng nồng độ chất ô nhiễm sau thời gian t, C vào là phát thải
chất ô nhiễm vào thủy vực (bao gồm phát thải từ bờ, phát thải do sông mang ra, phát

thải trực tiếp từ biển như tàu, giàn khoan v.v; lượng chất tới trong quá trình trao đổi
nước, lượng chất xâm nhập từ khí quyển vào nước) và C ra là lượng chất ô nhiễm ra
khỏi thủy vực trong thời gian t (bao gồm lượng chất đi do trao đổi nước, lượng chất đi
từ biển vào không khí, lượng chất bị phân hủy hóa học, sinh hóa và lượng chất lắng
đọng vào bùn đáy). Sự bảo tồn trạng thái bình thường của môi trường biển đòi hỏi
phải thỏa mãn những điều kiện hạn chế:
0< C ≤ NĐTHCP

và

∆C < 0

trong đó NĐTHCP là nồng độ tới hạn cho phép của các chất ô nhiễm.
Sức tải môi trường:
Với quan điểm tiếp cận phòng ngừa ô nhiễm, năm 1986, UNESCO đã công bố
báo cáo của Nhóm các chuyên gia về khoa học ô nhiễm biển (GESAMP), theo đó, sức
tải môi trường (Environmental carrying capacity hay Environmental capacity) được
định nghĩa "là một tài sản của môi trường và được xác định như khả năng chứa đựng
các hoạt động hay là tốc độ các hoạt động (ví dụ thể tích chất thải trên một đơn vị
5


thời gian, số lượng chất thải nạo vét trên một đơn vị thời gian, số lượng các muối
khoáng được chiết trên một đơn vị thời gian) mà không có các tác động bất lợi" [3].
STMT sẽ biến đổi theo đặc trưng khu vực, loại và lượng thải, các hoạt động hoặc các
nguồn tài nguyên, các tiện ích bị ảnh hưởng. Theo định nghĩa này, cần phải làm rõ
ngưỡng nào của môi trường thì có các tác động bất lợi.
Trong cuộc hội thảo diễn ra từ ngày 12 -15/5/2002 tại Malaysia về “Xác định
sức tải môi trường khu vực biển và ven bờ: tiến trình, sự bắt buộc và lựa chọn tương
lai”, một loạt các khái niệm và cách hiểu về STMT được đưa ra. Đây là một sự tổng

hợp toàn diện các kết quả nghiên cứu về STMT cho tới thời điểm đó. Về phía nuôi
trồng loài hai mảnh vỏ, STMT được định nghĩa là ”trữ lượng tối đa của một hệ sinh
thái cụ thể với mức sản xuất tối đa mà không có các ảnh hưởng bất lợi đến tốc độ tăng
trưởng’’ [6]. Định nghĩa này khá hẹp do chỉ tập trung vào các loài hai mảnh vỏ trong
NTTS. Mục đích là tối đa sức sản xuất và tối ưu sự kết hợp các loài và đóng góp vào
việc giảm thiểu các tác động môi trường do việc nuôi trồng. Cũng liên quan đến nuôi
trồng loài hai mảnh vỏ, khả năng tải đã được điều chỉnh thành bốn loại [7]: 1) Khả
năng tải vật lý - "tổng diện tích các trang trại biển có thể được chứa đựng trong không
gian vật lý sẵn có"; 2) Khả năng tải sản xuất - "mật độ thả của loài hai mảnh vỏ sao
cho thu hoạch đạt tối đa "; 3) Khả năng tải sinh thái - "mật độ thả giống hoặc mật độ
trang trại mà tại đó gây ra các tác động sinh thái không thể chấp nhận được"; 4) Khả
năng tải xã hội - "mức phát triển nông trại mà tại đó gây ra các tác động xã hội không
thể chấp nhận."
Do hệ sinh thái có nhiều chức năng nên nhu cầu quản lý bền vững càng ngày
càng gia tăng. Vì vậy, một định nghĩa chung về sức tải ở mức hệ sinh thái có thể là
“một sự thay đổi mà một quá trình phải chịu trong một hệ sinh thái cụ thể mà không
có sự thay đổi về cấu trúc và chức năng của nó quá các giới hạn cho phép” [8]. Tương
tự như vậy, “khả năng tải” đề cập đến mức sản xuất (quy mô sản xuất hoặc mật độ
nuôi trồng) mà không gây ra “tác động bất lợi đến môi trường rộng hơn” [9]. Ngắn
gọn hơn, khả năng tải (CC – Carrying Capacity), tức là mật độ thả giống mà tại đó sức
khỏe hệ sinh thái không bị tổn hại [10].
Ken Furuya (2003) [11], đề cập rằng STMT có thể được định nghĩa theo nhiều
cách bởi vì các thủy vực ven bờ có các chức năng khác nhau. Hiểu biết về chu kỳ vật
6


chất trong tự nhiên và các HST sẽ cho ta những kiến thức quan trọng trọng việc định
nghĩa STMT. Định nghĩa của Furuya về STMT khá đơn giản, là sức sản xuất tối đa
hoặc trữ lượng tối đa với tác động môi trường ít nhất. Khái niệm STMT này cũng khá
hẹp như các khái niệm của Pedro Duarte (2003) [6] chỉ tập trung vào 1 số loài trong

HST, trong khi ngoài NTTS, thủy vực còn chịu tác động của nhiều hoạt động khác.
Chang Hee- Lee, (2003) [12] tiếp cận STMT qua việc tính toán tổng lượng thải
tối đa thải ra hồ Shihwa để điều chỉnh và xử lý nguồn phát thải sao cho chất lượng
nước trong hồ đạt đến mức có thể sử dụng cho công nghiệp và tưới tiêu. Công trình
này được thực hiện dựa vào ý tưởng tổng tải lượng ô nhiễm từ các lưu vực và các
nguồn nội tại cần phải được kiểm soát trong năng lực đồng hóa của nguồn nước tiếp
nhận. Hệ thống này đã được thực hiện ở Nhật Bản và Mỹ dưới dạng “Hệ thống kiểm
soát tổng tải lượng ô nhiễm phạm vi rộng” và “tổng tải lượng tối đa hàng ngày”
(TMDL), tương ứng.
Trong vòng 10 năm trở lại đây, khái niệm “sức tải môi trường nước” (water
environmental carrying capacity) được nghiên cứu khá nhiều, mang ý nghĩa rộng hơn
và có nhiều cách hiểu. Trong một nghiên cứu ở thành phố Hoài An nằm ở lưu vực
sông Huaihe, STMT nước được định nghĩa là “quy mô dân số và kinh tế lớn nhất mà
môi trường nước có thể hỗ trợ ở một khu vực cụ thể trong một khoảng thời gian mà
không ảnh hưởng xấu đến môi trường nước khu vực” [13]. Cũng mang ý nghĩa như
vậy, STMT nước được hiểu là “tốc độ tiêu thụ tài nguyên và xả thải tối đa có thể được
duy trì vô thời hạn trong một khu vực nhất định mà không làm giảm tính toàn vẹn
chức năng và năng suất của HST có liên quan” [14]. Ở đây, STMT nước không chỉ đề
cập đến chất thải, chất lượng môi trường mà còn mở rộng đến tài nguyên, mức tiêu
thụ tài nguyên, tính dễ tổn thương của môi trường nước và cả các yếu tố kinh tế - xã
hội khác như trình độ công nghệ, thể chế v.v.
Trong số rất nhiều định nghĩa về STMT, Han Mei và cs (2010) đã tổng hợp và
chia STMT nước thành 4 loại [15], theo đó STMT nước là: (1) tỷ lệ của tổng lượng
phát thải cho phép của chất ô nhiễm và nồng độ tương ứng trong tiêu chuẩn môi
trường; (2) khả năng đồng hóa, tự làm sạch môi trường, (3) khả năng tải chất ô nhiễm
tối đa mà không gây ô nhiễm môi trường; (4) tổng năng lực môi trường nước cơ bản

7

được xác định dựa trên các giá trị tiêu chuẩn môi trường và giá trị nền;sự thay đổi
STMT nước được xác định dựa trên khả năng tự làm sạch.
Như vậy, khái niệm về STMT khá phong phú và có nhiều cách hiểu. Mỗi một
định nghĩa, khái niệm về STMT có cách tiếp cận riêng, nhưng vấn đề kiểm soát nguồn
thải, nguồn ô nhiễm từ lục địa là mối quan tâm lớn nhất trong các nghiên cứu về
STMT.
1.1.2. Tình hình nghiên cứu ngoài nước
Do có các khái niệm, định nghĩa khác nhau về STMT nên cách tiếp cận,
phương pháp luận để tính toán STMT cũng khác nhau. Các cách tiếp cận chính được
sử dụng trong đánh giá STMT bao gồm:
1.1.2.1. Áp dụng mô hình sinh địa hóa – dinh dưỡng để tính toán mật độ nuôi thả tối
đa của các loài nuôi trồng (cá, tôm, hai mảnh vỏ, v.v.)
Điển hình cho hướng nghiên cứu này là Duarte và cs (2003) [6], Brigolin và cs
(2008) [16], Ramón và cs (2010) [17], Carrie Byron và cs (2011) [18], Lotta và cs
(2016) [19] v.v. Trong hướng tiếp cận này, một mô hình sinh địa hóa – dinh dưỡng
được xây dựng (hoặc áp dụng) cho từng khu vực cụ thể trong đó quan tâm đến các yếu
tố đầu vào của mô hình như sinh khối loài, lượng thức ăn, sinh khối thực vật phù du,
mật độ thả giống, tỷ lệ chuyển hóa thức ăn v.v. Mục đích là tối ưu hóa sức sản xuất
của loài nuôi trồng ở quy mô trang trại. Trong một mô hình nghiên cứu tại vịnh
Goseung, Hàn Quốc, mô hình thủy động lực – phú dưỡng 3 chiều (HEM-3D) đã được
áp dụng trong việc đánh giá STMT cho việc nuôi ngao [20]. Mô hình được thiết kế
đặc biệt để mô phỏng tương tác giữa sự tăng trưởng của ngao và mối liên hệ với môi
trường bao gồm các quá trình vật lý và sinh hóa trong hệ thống loài có vỏ. Các kết quả
mô phỏng đã đưa ra 16 cá thể/m3 là mật độ thả giống hợp lý để thu được kích cỡ
thương mại trọng lượng 6 g thịt khi kết thúc 9 tháng nuôi. Dựa trên những kết quả
này, sức chịu tải tối ưu của vịnh Goseung được ước tính là 1.500 MT trọng lượng thịt
xem xét diện tích nước mặt cho nuôi ngao. Nghiên cứu kết luận rằng việc nuôi ngao
hiện nay là trong khả năng tải của vịnh.
Trong một nghiên cứu tương tự ở vịnh Goseung năm 2001, để xác định mối
quan hệ giữa sự tăng trưởng của loài hai mảnh vỏ và môi trường của chúng thông qua

việc tiêu thụ TVPD, bài tiết chất dinh dưỡng, và phân hủy sinh học, đã sử dụng mô
8


hình hệ sinh thái [21]. Ba mô hình đã được sử dụng gồm mô hình thủy động lực, mô
hình sinh thái và mô hình tăng trưởng ngao trong việc mô phỏng các động lực của sự
tăng trưởng ngao và các điều kiện môi trường trong hệ thống loài có vỏ. Mô hình thủy
động lực được xây dựng bởi Nakata và cộng sự năm 1983. Mô hình mô phỏng trường
vật lý 3 chiều trong vịnh biển và minh họa sự thay đổi theo thời gian của trường dòng
chảy, muối và vận chuyển nhiệt. Mô hình sinh thái mô phỏng dòng các bon, nitơ và
phospho cộng với sức sản xuất và tiêu thụ oxy hòa tan trong trong hệ thống biển khơi.
Mô hình tăng trưởng ngao dựa trên quy mô tăng trưởng, trong đó được tính toán dưới
dạng kết quả lưới năng lượng nhận được từ việc cho ăn, mất năng lượng, duy trì năng
lượng (hô hấp và loại trừ) và sản xuất năng lượng. Mô hình HST mới được thiết kế để
mô phỏng tương tác giữa họat động của ngao và môi trường của chúng bao gồm các
quá trình vật lý và sinh hóa trong hệ thống loài có vỏ. Chuỗi thời gian của việc quan
sát, đo đạc môi trường và sinh thái từ hệ thống loài có vỏ được sử dụng để hiệu chuẩn
mô hình. Sự mô phỏng đã làm sáng tỏ rằng con ngao trong hệ thống loài có vỏ giữ
một vai trò quan trọng trong việc loại bỏ TVPD và thải ra các chất dinh dưỡng cho
việc tái tạo TVPD ở trong cột nước. Hơn nữa, việc phân tích cho rằng các thông số vật
lý của TVPD và hiệu suất hấp phụ của ngao là nhân tố quan trọng nhất đối với sự tăng
trưởng của ngao.
Trong vịnh Hiroshima (Nhật Bản), sự biến đổi hàng năm trong hệ sinh thái có
mức dinh dưỡng thấp bao gồm cả việc nuôi ngao đã được quan sát từ năm 1984 –
1996 sử dụng mô hình hệ sinh thái để kiểm tra các nguyên nhân làm suy giảm mùa vụ
của ngao trong vịnh [22]. Kết quả cho thấy rằng, khi không nuôi ngao, nồng độ
chlorophyll a, phôt pho hữu cơ hòa tan, và các mảnh vụn tăng ở lớp trên và nồng độ
DO giảm ở lớp dưới. Điều đó có nghĩa là việc nuôi ngao giữ một vai trò quan trọng
trong việc giữ gìn môi trường của vịnh. Sản lượng của ngao cao nhất khi nồng độ
chlorophyll a ở lớp trên là 7g/l và tải lượng phôt pho tổng số từ sông Ohta là 0,5

tấn/ngày. Vì vậy cần thiết phải giữ cho tải lượng phôt pho tổng số từ sông Ohta là 0,5
tấn/ngày cho việc nuôi ngao bền vững trong vịnh Hiroshima.
Paul Shin (2003) [23], khi xem xét đến việc nuôi cá biển đã cho rằng sức tải
của một thủy vực phụ thuộc vào chế độ triều, dòng chảy, và khả năng đồng hóa chất ô
nhiễm của thủy vực. Một ví dụ đơn giản đối với oxy hòa tan. Giả sử rằng lượng oxy
9


tiêu thụ của các loài nuôi trồng nằm trong khoảng từ 83-400gO2/tấn/h và giả sử rằng
lượng oxy hòa tan trong nước biển là 7mgO2/l thì cần ít nhất 17 – 57m3/h của nước
biển sạch để bù vào cho lượng oxy tiêu thụ của 1 tấn cá nuôi trồng - là lượng oxy cần
thiết được sử dụng cho việc đồng hóa các chất thải của các hoạt động trong trang trại.
Phép tính đơn giản trên thể hiện rằng sức chứa tối đa của nước (đối với oxy hòa tan)
với tốc độ dòng 17-57m3/h nhỏ hơn 1 tấn cá trữ lượng. Sử dụng các tiếp cận tương tự
và các mô hình chất lượng nước, có thể ước tính trữ lượng tối đa cho phép trong một
thủy vực nhất định mà không làm suy thoái chất lượng nước/trầm tích. Như vậy, sản
lượng bền vững tối đa đã trở thành một thuật ngữ được sử dụng nhiều trong quản lý
nghề cá nhưng vẫn rất có giá trị khi kết nối với sức tải môi trường.
Ở vịnh Otsuchi (Nhật Bản), một dự án 3 năm (2000 - 2002) đã được thực hiện
nhằm mục đích tìm hiểu về chu trình vật chất của loài có vỏ và nền đáy nuôi trồng
rong biển [11]. Vì các sinh vật có sự cạnh tranh tự nhiên về muối dinh dưỡng và thức
ăn, nên việc đánh giá STMT cho các thủy vực ven bờ là rất quan trọng cho việc khai
thác bền vững năng suất sinh học. Hai tiêu chí chính được đề xuất là: a) tính toán
chính xác sức sản xuất sơ cấp của TVPD vì nó chi phối độ lớn của năng suất sinh học
tổng số; b) có sự hiểu biết về động học của oxy. Hơn nữa, đối với tảo bẹ (Undaria
pinnatafida), việc nuôi trồng tập trung con sò (Patinopecten yessoensis) và hầu Nhật
Bản (Crasstrea gigas) là một nhiệm vụ chính trong vịnh. Tảo bẹ và loài hai mảnh
được nuôi kết hợp trong một mô hình 3 chiều sinh - lý học. Kết quả cho thấy rằng
năng suất sơ cấp của TVPD vượt quá năng suất sơ cấp của tảo bẹ. Vì vậy, việc tiêu thụ
TVPD bởi các loài ĐVPD và các loài có vỏ là rất quan trọng trong việc đánh giá

STMT của vịnh. Trong khi việc tiêu tốn nhanh oxy hòa tan được quan sát thấy ở lớp
trầm tích đáy phía dưới bè nuôi là do sự tích lũy mạnh của các chất bẩn thì không
quan sát thấy có sự thiếu oxy trong nước. Các quan sát đã chỉ ra rằng việc cung cấp
liên tục oxy hòa tan qua dòng nước chảy dọc đáy là rất có giá trị mà điều này được
cho là do tuần hoàn gió, dòng chảy, và thủy triều. Điều này gợi ý rằng địa hình của
vịnh đã tạo ra một sự trao đổi nước tích cực và nó phù hợp với NTTS từ quan điểm
cung cấp oxy.
Ưu điểm của hướng tiếp cận này là khá thực tiễn với các kết quả rõ ràng về mật
độ thả giống tối đa, sản lượng nuôi tối đa mà không gây ảnh hưởng đến chất lượng
10


môi trường. Các nghiên cứu ở quy mô trang trại nên có thể áp dụng trong NTTS. Tuy
nhiên, hướng tiếp cận này khá hẹp, mới chỉ đề cập đến một hoặc một số loài nuôi
trồng mà không tính đến những tác động, ảnh hưởng của các nguồn ô nhiễm khác từ
lục địa.
1.1.2.2. Tính toán lượng thải tối đa hàng ngày (TMDL) được phép đưa vào thủy vực
Năm 1986, nhóm các chuyên gia về khoa học ô nhiễm biển (GESAMP) đã đưa
ra công thức tính STMT theo hướng tiếp cận này:
ECmax = (Ctiêu chuẩn - Chiện tại) V/τ [2]
Trong đó:
ECmax: : Năng lực tải tối đa của thủy vực (kg/ngày).
Ctiêu chuẩn: Nồng độ GHCP của chất trong quy chuẩn, tiêu chuẩn (mg/l)
Chiện tại: Nồng độ trung bình của chất trong thủy vực (mg/l).
τ : Thời gian lưu của nước trong thủy vực (ngày).
V : thể tích trung bình của thủy vực (m3).
Trong công thức này, thời gian lưu của nước trong thủy vực là yếu tố quan
trọng nhất quyết định khả năng tiếp nhận chất thải. Thời gian lưu được tính toán qua
khả năng trao đổi nước của thủy vực với biển. Các chất thải từ lục địa đi vào thủy vực
sau khi trải qua các quá trình đồng hóa, tự làm sạch sẽ được tích lũy hay chuyển hóa

phụ thuộc vào lượng thải, và điều này thể hiện ở giá trị nồng độ các chất ô nhiễm
trong thủy vực. STMT tính theo công thức này khá đơn giản và dễ áp dụng, tuy nhiên
mới chỉ đề cập đến khả năng trao đổi nước, còn các quá trình chuyển hóa, lắng đọng,
phân hủy xảy ra bên trong thủy vực chỉ được đề cập gián tiếp thông qua giá trị “nồng
độ chất ô nhiễm”. Ngoài ra, STMT tính theo công thức này phụ thuộc và các giá trị
GHCP trong tiêu chuẩn, quy chuẩn, chưa đi đến ngưỡng “tự làm sạch” của thủy vực,
trong khi các quy chuẩn, tiêu chuẩn chất lượng nước hay thay đổi và phụ thuộc nhiều
vào các bên liên quan như ngành công nghiệp, nông nghiệp, dịch vụ, quản lý môi
trường v.v. Công thức tính STMT theo GESAMP được áp dụng nhiều trong quản lý
môi trường.
Cũng theo hướng tiếp cận này nhưng với sự phát triển của các phần mềm, các
mô hình thủy động lực, mô hình sinh địa hóa của toàn thủy vực được xây dựng. Các
mô hình sẽ mô phỏng sự trao đổi nước, hướng và độ lớn của dòng chảy, sóng, các quá
11


trình chuyển hóa trong thủy vực do đó có độ chính xác cao hơn. Trên cơ sở chế độ
thủy động lực của các thủy vực nghiên cứu, mô hình lan tryền chất ô nhiễm được xây
dựng để mô phỏng chất lượng nước, từ đó tính toán lượng thải tối đa được phép đưa
vào thủy vực sao cho không vi phạm các quy chuẩn môi trường.
Cách tiếp cận này được sử dụng khá nhiều qua các nghiên cứu của Enhui và
đồng nghiệp (2013) [24]; Li KeQiang và đồng nghiệp (2012, 2014) [25, 26], Zhao và
đồng nghiệp, (2012, 2015) [27, 28]; Ayeon Lee và đồng nghiệp (2013) [29] v.v. Kết
quả của các nghiên cứu này được sử dụng làm căn cứ để giảm thiểu lượng thải hay
phát triển kinh tế- xã hội theo hướng không tổn hại đến môi trường. Hướng tiếp cận
này cũng đã được áp dụng để tính toán STMT cho 4 hồ (Pine, Upper Crooked, Gull và
Sherman) ở Mỹ do Uỷ ban Tài nguyên nước Four Township tiến hành năm 2002 hay
tính tải lượng thải tối đa hàng ngày cho các vùng cửa sông [30]. Phòng Sinh thái của
bang Washington (Mỹ) cũng đã công bố báo cáo về Tổng tải lượng thải hàng ngày tối
đa tại vùng cửa sông Snohomish năm 1999 sử dụng mô hình chất lượng nước WASP5

[31]. Năm 1999, Uỷ ban Chất lượng nước (Mỹ) đã xuất bản báo cáo Đánh giá tải
lượng thải hàng ngày tối đa tại sông Straight, hạt Summit, Colorado. Vào tháng 3
năm 2005, Cục bảo vệ Môi trường Mỹ đã công bố Tổng tải lượng thải hàng ngày tối
đa đối với thuỷ ngân tổng số trong cá ở hồ Yonah [32].
Có thể thấy, sự phát triển nhanh chóng về kinh tế của Trung Quốc đã đặt quốc
gia này ở trạng thái báo động về chất lượng môi trường. Rầt nhiều nghiên cứu về
TMDL và STMT được thực hiện trong những năm gần đây ở Trung Quốc cho ta thấy
các nước đang phát triển (trong đó có Việt Nam) đang và sẽ phải đối mặt với các vấn
đề môi trường.
Trong nghiên cứu của Enhui và đồng nghiệp [24], 3 phương án để giảm thiểu
nồng độ phôt phat trong nước vịnh Hạ Môn (Trung Quốc) từ 0,06 mg/l xuống mức
tiêu chuẩn quốc gia là 0,03mg/l đã được đề xuất, trong đó chủ yếu dựa trên việc giảm
67-74% tải lượng thải và phân bổ lại lượng thải của 22 nguồn thải đổ vào vịnh. Đây là
một nghiên cứu có tính chất gợi ý cho các nhà hoạch định chính sách nhằm lựa chọn
phương án tối ưu trong phục hồi môi trường mà vẫn thỏa mãn các bên liên quan.
Các kết quả từ thực tế kiểm soát ô nhiễm trong thời gian qua cho thấy chất
lượng môi trường có thể được đảm bảo bằng việc kiểm soát lượng chất ô nhiễm tạo ra
12


trong môi trường. Li KeQiang và đồng nghiệp (2012) [25] đã tính toán năng lực môi
trường đối với kim loại nặng ở vịnh Jiaozhou (Trung Quốc). Năng lực môi trường đối
với các kim loại nặng được định nghĩa là lượng tối đa của kim loại nặng được phép có
trong hệ môi trường biển nhằm giữ gìn sự hài hòa chu kỳ vật chất trong đại dương và
để hạn chế những ảnh hưởng bất lợi lên sinh quyển, khí quyển, thủy quyển và thạch
quyển. Dựa trên mô hình hộp 3 chiều trong một vùng ven bờ cho trước, bao gồm khả
năng tự làm sạch và tải lượng các kim loại nặng, năng lực môi trường biển đối với các
kim loại nặng được tính toán trong một thời gian và tiêu chí đã có. Trong nghiên cứu
này, một phương pháp được đề xuất để tính toán năng lực môi trường đối với KLN
trong đó bao gồm 4 bước: (1) thu thập các thông tin cơ bản của hệ sinh thái ven bờ,

(2) lựa chọn các điểm kiểm soát nước và các tiêu chuẩn chất lượng nước, (3) phát
triển các mô hình số về chu trình sinh địa hóa của các kim loại nặng trong các vùng đã
cho và (4) tính toán năng lực dựa trên mô hình đã được xây dựng. Theo phương pháp
được đề xuất, năng lực môi trường đối với chì là 60 tấn/năm nếu chất lượng nước biển
loại I được lựa chọn để kiểm soát chất lượng nước vịnh Jiaozhou. Cũng trong một
nghiên cứu khác của Li KeQiang và đồng nghiệp (2014) [26], một mô hình chất lượng
nước về kim loại nặng tích hợp với mô hình thủy động lực 3D được xây dựng để đánh
giá STMT và tổng tải lượng thải tối đa được phân bổ (TMAL – Total Maxium
Alloctaed Loads) cho Zn và Cd của 3 lưu vực sông ở vịnh Jinzhou (Trung Quốc).
Theo như mô hình, STMT cho Zn và Cd xấp xỉ là 17 và 8 tấn/tháng, tương ứng, nếu
tiêu chuẩn nhận được từ các giá trị HC5 (5 phân vị của độ lệch chuẩn) được thiết lập
như tiêu chuẩn kiểm soát (8,24 g/L cho Zn và 3,83 g/L cho Cd) ở vịnh Jinzhou và
TMAL của 3 lưu vực sông là 4 và 1,7 tấn/tháng. Một kế họach quản lý môi trường
hiệu quả cũng được đề xuất dựa trên năng lực tải của các kim loại.
Hồ Fuxian là hồ nước ngọt sâu nhất ở Trung Quốc. Mặc dù chất lượng nước
của hồ đạt tiêu chuẩn loại I của Tiêu chuẩn chất lượng nước quốc gia (CNWQS),
nhưng số liệu quan trắc chỉ ra rằng chất lượng nước tiệm cận với ngưỡng loại II ở một
số khu vực. Vì vậy, cần thiết giảm tải lượng thải thông qua chương trình tải lượng thải
tối đa hàng ngày. Một mô hình chất lượng nước và thủy động lực 3 chiều đã được xây
dựng cho hồ Fuxian mô phỏng hoàn lưu dòng và hành vi, vận chuyển chất ô nhiễm.
Quá trình xây dựng mô hình bao gồm một số bước, như tạo lưới tính, thiết lập các
13


điều kiện ban đầu và điều kiện biên, và các quá trình chuẩn hóa mô hình. Mô hình đã
mô phỏng chính xác sự dâng cao mặt nước quan sát được, sự thay đổi không gian và
thời gian của nhiệt độ, tổng N, tổng P và nhu cầu oxy hóa học, gợi ý một sự mô tả số
trị hợp lý của hệ thống nguyên mẫu cho việc phân tích TMDL sau này. TMDL được
tính theo hai cách sử dụng nồng độ bề mặt tức thời và nồng độ nước mặt trung bình
hàng năm. Phân tích kịch bản đầu tiên cho thấy tải lượng TN, TP và COD cần phải

giảm 66%, 68% và 57% tương ứng. Trong kịch bản thứ hai, kết quả mô hình cho thấy,
dưới điều kiện hiện tại, chất lượng nước hồ đạt tiêu chuẩn loại I và vì vậy, việc giảm
tải lượng thải là không cần thiết. Chất lượng nước được ưu tiên cao nhất, tuy nhiên, sự
phát triển kinh tế địa phương và tính khả thi về chi phí cho sự giảm tải lượng thải đặt
ra một vấn đề quan trọng. Các nghiên cứu tiếp theo là cần thiết để đưa ra các đánh giá
rủi ro và chi phí để hiện thực hóa đối với các nhà ra quyết định [27].
Tại vịnh Quanzhou (Trung Quốc), tổng lượng NH3-N, tổng phôt-pho và COD
xả vào vịnh được tính toán lần lượt là 888,3; 130,6 và 14527,4 tấn/năm vào thời điểm
2008, và 1518,6; 558,8 và 19986,7 tấn/năm vào thời điểm 2012. Trong đó tỷ lệ xả thải
của nguồn sinh hoạt (46,5% năm 2008 và 45,2% năm 2012) cao hơn so với các nguồn
khác [28]. Dựa trên đặc trưng phân chia hành chính và địa lý, diện tích đất xung quanh
vịnh được chia thành 3 phần: vùng bờ biển phía nam, vùng bờ biển phía Tây và vùng
bờ biển phía bắc. Vùng bờ biển phía nam và phía tây chiếm 59,2 và 35,4% tải lượng
COD, và 49,2 và 48,0% tải lượng NH3-N năm 2008. Vùng bờ biển phía bắc đóng góp
ít hơn nguồn ô nhiễm công nghiệp, nhưng chủ yếu là ô nhiễm sinh hoạt (54,1%), tiếp
đến là 26,2% ở vùng bờ biển phía nam. Sự đóng góp về tải lượng thải ở các khu vực
khác nhau của vịnh Quanzhou là khác nhau năm 2008 và năm 2012. Do sự khác nhau
về mức phát triển kinh tế ở 3 khu vực này, sự xả thải ở vùng biển phía bắc vào vịnh ít
hơn nhiều so với hai khu vực còn lại tại thời điểm năm 2008. Tuy nhiên, do phát triển
công nghiệp và sự xả thải xung quanh vịnh Quanzhou, phần đóng góp của phía tây
giảm đi trong khi phần đóng góp phía bắc tăng lên nhanh chóng năm 2012. Cùng với
đó, một số dự án phục hồi sinh thái môi trường biển được triển khai ở vịnh Quanzhou
trên cơ sở gợi ý bởi chương trình Kiểm soát khối lượng chất ô nhiễm đưa vào biển
(TQCPS), chất lượng nước biển được cải thiện hơn vào năm 2012. Thời gian dài hơn
với nỗ lực lớn hơn là cần thiết để giảm thiểu sự xả thải các chất ô nhiễm từ lục địa và
14