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

Tơi xin cam đoan đây là cơng 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 6 tháng 5 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 Mơi trường, Phịng Đào tạo - Trường Đại học Bách khoa
Hà Nội đã tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp đỡ tơi trong suốt q trình học tập
cũng như thực hiện cơng trình này.
Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến TS Trịnh Thành - Viện khoa
học và Công nghệ Môi trường, GS.TS Trần Đức Thạnh – Viện Tài ngun và
Mơi 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 q trình nghiên cứu.
Trong thời gian qua tơi 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 ................................................................................................ viii
DANH MỤC BẢNG .................................................................................................. x
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 ngồi nước ...................................................................... 8
1.1.3. Tình hình nghiên cứu trong nước ................................................................... 20
1.2. Tổng quan về tình hình nghiên cứu mơi 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 cơng cụ mơ hình hóa trong nghiên cứu sức tải môi trường ................ 37
1.4. Tổng quan cuối chương và hướng nghiên cứu của luận án ............................... 42
CHƯƠNG II. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..................................................... 46
2.1.Khu vực nghiên cứu ........................................................................................... 46
2.2. Phương pháp nghiên cứu ................................................................................... 46
2.2.1. Phương pháp điều tra, khảo sát ...................................................................... 47
2.2.1.1. Kỹ thuật thu mẫu, bảo quản mẫu ................................................................. 48
2.2.1.2. Kỹ thuật đo đạc, phân tích mẫu trong phịng thí nghiệm ............................ 48
2.2.2. Phương pháp tính tải lượng thải ..................................................................... 49
2.2.2.1 Tính toán lượng thải phát sinh ...................................................................... 49
2.2.2.2. Ước tính tải lượng ơ nhiễm đưa vào khu vực đầm phá Tam Giang - Cầu Hai52
2.2.3. Phương pháp mơ hình hóa .............................................................................. 52

iii


2.2.3.1. Cơ sở lý thuyết của mơ hình Delft -3D ....................................................... 52
2.2.3.2. Triển khai mơ hình Delft 3D mơ phỏng chất lượng nước hệ đầm phá Tam
Giang - Cầu Hai và tính tốn sức tải mơi trường ..................................................... 66
CHƯƠNG III. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ............................................................ 80
3.1. Tính toán lượng chất thải đưa vào đầm phá Tam Giang - Cầu Hai .................. 80
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 .......................... 80

3.1.2. Tải lượng thải C, N, P đưa vào vùng đầm phá: năm 2011 và dự báo năm
2020, 2030 ................................................................................................................ 87
3.2. Hiệu chỉnh mơ hình ........................................................................................... 89
3.2.1. Mơ hình thủy động lực ................................................................................... 89
3.2.2. Mơ hình chất lượng nước ............................................................................... 94
3.4. Mô phỏng chất lượng nước theo các kịch bản ................................................ 110
3.4.1. Các kịch bản mô phỏng ................................................................................ 110
3.4.2. Mô phỏng chất lượng nước đầm phá Tam Giang – Cầu Hai thời điểm năm
2011 – 2012 ............................................................................................................ 111
3.4.2.1. Nồng độ oxy hòa tan.................................................................................. 111
3.4.2.2. Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD5) ................................................................... 112
3.4.2.3. Nhu cầu oxy hóa học (COD) ..................................................................... 113
3.4.2.4. Nồng độ muối amoni (N-NH4++NH3) ....................................................... 114
3.4.2.5. Nồng độ muối nitrat (N-NO3-) ................................................................... 115
3.4.2.6. Nồng độ muối phốt phát (P-PO43-) ............................................................ 116
3.4.3. Kịch bản thấp 2020 ....................................................................................... 117
3.4.4. Kịch bản cao 2020 ........................................................................................ 119
3.4.5. Kịch bản thấp 2030 ....................................................................................... 120
3.4.6. Kịch bản cao 2030 ........................................................................................ 122
3.4.7. Kịch bản đột xuất 2020................................................................................. 124
3.4.8. Kịch bản đột xuất 2030................................................................................. 127
3.5. Tính tốn sức tải mơi trường khu vực đầm phá Tam Giang – Cầu Hai đối với
các hợp chất của C, N và P ..................................................................................... 130
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) ........................................... 130
3.5.2. Sức chịu tải tối đa hay kịch bản nguy hiểm.................................................. 133
3.5.3.Đề xuất mức sức tải môi trường phù hợp ...................................................... 136
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................ 139

TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 141

v


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
AAP

Phốt phát hấp phụ (Adsorbed phốt pháte)

BOD

Nhu cầu oxy sinhhóa (Biochemical oxygen demand)

BTNMT

Bộ Tài ngun Mơi trường

BVMT

Bảo vệ mơi trường

COD

Nhu cầu oxy hóa học (Chemical oxygen demand)

CSDL

Cơ sở dữ liệu

DO

Oxy hoàn tan (Dissolved oxygen)

ĐDSH

Đa dạng sinh học

ĐVPD

Động vật phù du

GHCP

Giới hạn cho phép

HCBVTV

Hóa chất bảo vệ thực vật

HST

Hệ sinh thái

IMOLA

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

NSE

Chỉ số NSE (Nash–Sutcliffe efficiency)

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 mơi trường

vi


SMEWW

Các phương pháp chuẩn xét nghiệm nước và nước thải (Standard
Methods for Examination of Water and Wastewater)

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

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

UTM

Hệ tọa độ vng góc (Universal Trasverse Mercator)

WHO

Tổ chức Y tế Thế giới (World Health Organization)

vii


DANH MỤC HÌNH
Hình 2.1. Phạm vi nghiên cứu: khu vực đầm phá TG - CH ..................................... 46
Hình 2.2. Sơ đồ nghiên cứu của luận án ................................................................... 47
Hình 2.3.Trường độ sâu của mơ hình thủy động lực ................................................ 67
Hình 2.4.Hình thái và phạm vi lưới tính của mơ hình .............................................. 69
Hình 2.5. Vị trí các điểm thải khu vực TG - CH phục vụ chạy mơ hình ................. 71
Hình 3.1. Sai số giữa mơ hình và quan trắc về vận tốc dòng chảy theo phương
ngang - U tại hệ đầm phá TG - CH - mùa mưa (RSE = 0,0046) .............................. 92
Hình 3.2. Sai số giữa mơ 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) ................................... 92
Hình 3.3.Tính tương hợp giữa mơ hình và quan trắc của dòng chảy theo phương U –
(R2= 0,696) ............................................................................................................... 93
Hình 3.4.Tính tương hợp giữa mơ hình và quan trắc của dòng chảy theo phương V –

(R2 = 0,690) .............................................................................................................. 93
Hình 3.5. Ảnh hưởng của các tham số đến các biến số trong hệ thống ................... 99
Hình 3.6. Sai số của DO giữa mơ hình và quan trắc (g/m3) .................................. 101
Hình 3.7. Sai số của BOD giữa mơ hình và quan trắc (g/m3) ................................ 101
Hình 3.8. Sai số của COD giữa mơ hình và quan trắc (g/m3) ................................ 103
Hình 3.9. Sai số của N-NH4++NH3 giữa mơ hình và quan trắc (g/m3)................... 103
Hình 3.10. Sai số của N-NO3- giữa mơ hình và quan trắc (g/m3)........................... 104
Hình 3.11. Sai số của P-PO43- giữa mơ hình và quan trắc (g/m3)........................... 104
Hình 3.12.Trường tốc độ dòng chảy trong thời kỳ a) nước ròng-mùa mưa; b- nước
lớn-mùa mưa; c) nước rịng-mùa khơ; d- nước lớn-mùa khơ ................................. 107
Hình 3.13.Mơ phỏng nồng độ oxy hịa 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 khơ)..................................................................................... 112
Hình 3.14. Mơ 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)..................................................................................... 113

viii


Hình 3.15.Mơ 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
khơ; d – triều lên mùa khơ)..................................................................................... 114
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
khơ; d – triều lên mùa khơ)..................................................................................... 115
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
khơ; d – triều lên mùa khơ)..................................................................................... 116
Hình 3.18. Mơ phỏng nồng độ muối phốt phát trong nước hệ đầm phá TG-CH năm

2011 -2012 (a – triều xuống, mùa mưa; b – triều lên, mùa mưa; c – triều xuống, mùa
khơ; d – triều lên mùa khơ)..................................................................................... 117
Hình 3.19. Mơ phỏng chất lượng nước hệ đầm phá TG-CH theo kịch bản thấp 2020
– thời điểm triều xuống, mùa mưa ......................................................................... 118
Hình 3.20. Mơ phỏng chất lượng nước hệ đầm phá TG-CH theo kịch bản cao 2020
– thời điểm triều xuống, mùa mưa ......................................................................... 120
Hình 3.21. Mơ phỏng chất lượng nước hệ đầm phá TG-CH theo kịch bản thấp 2030
– thời điểm triều xuống, mùa mưa ......................................................................... 122
Hình 3.22. Mơ phỏng chất lượng nước hệ đầm phá TG-CH theo kịch bản cao 2030
– thời điểm triều xuống, mùa mưa ......................................................................... 124
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 ................................................................ 126
Hình 3.24. Mơ phỏng chất lượng nước hệ đầm phá TG-CH theo kịch bản đột xuất
2030 – thời điểm triều xuống, mùa mưa ................................................................ 129
Hình 3.25. Mơ 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 khơ ............ 132
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 khơ ........................................................... 134
Hình 3.27. Mơ phỏng chất lượng nước hệ đầm phá TG-CH theo kịch bản đạt mức
sức tải đề xuất – thời điểm triều xuống, mùa khô .................................................. 137

ix


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 dịng 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 .................... 49
Bảng 2.2.Thành phần nước thải một số ngành cơng nghiệp điển hình .................... 50
Bảng 2.3. Hệ số phát thải đối với sản xuất sợi tổng hợp .......................................... 50
Bảng 2.4. Hệ số phát thải do chăn nuôi (kg/con/năm) ............................................. 51
Bảng 2.5. Hệ số phát thải từ nuôi thuỷ sản ............................................................... 51
Bảng 2.6. Hệ số phát thải ô nhiễm do rửa trôi đất (kg/km2/ngày mưa) .................. 52
Bảng 2.7. Những đặc trưng dòng chảy của các sông đổ vào hệ đầm phá TG – CH 68
Bảng 2.8. Điều kiện biên của mơ hình thủy động lực .............................................. 70
Bảng 2.9. Mối liên hệ giữa N-(NH4++NH3) và N-NH3 tại pH = 8, nhiệt độ 30oC 78
Bảng 2.10. Mối liên hệ giữa N-(NH4++NH3) và N-NH3 tại pH = 9, nhiệt độ 30oC 78
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) ............................................ 81
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) ..................................... 83
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) .............................................. 84
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) .............................. 85

x


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) ................................................................... 86
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) ......... 86
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) ...................................................................... 89

Bảng 3.8. Hiệu chỉnh thủy động lực: hế số nhám Manning (n) ............................... 90
Bảng 3.9. Các giá trị mặc định của hệ số nhớt và hệ số khuếch tán
trong mơ hình thủy động lực ................................................................................... 91
Bảng 3.10. Kết quả hiệu chỉnh hệ số khuếch tán (DH) và độ nhớt theo phương ngang
(νH) ............................................................................................................................ 91
Bảng 3.11. Tóm tắt các thơng tin thiết lập mơ hình thủy động lực .......................... 94
Bảng 3.12. Điều kiện biên của mơ hình chất lượng nước ........................................ 95
Bảng 3.13. Tổng hợp lượng chất thải từ các vị trí điểm thải đổ vào hệ đầm phá TGCH ............................................................................................................................. 96
Bảng 3.14. Kết quả quan trắc chất lượng nước hệ đầm phá TG - CH ngày 2526/11/2011 (mùa mưa) (g/m3) .................................................................................. 97
Bảng 3.15. Kết quả quan trắc chất lượng nước hệ đầm phá TG - CH ngày 1920/5/2012 (mùa khô) (g/m3) ..................................................................................... 97
Bảng 3.16. Mức độ ảnh hưởng của các biến số từ cao xuống thấp trong thủy vực . 98
Bảng 3.17. Sai số giữa mô hình và quan trắc hệ đầm phá TG-CH ........................ 102
Bảng 3.18. Các tham số chất lượng nước được hiệu chỉnh cho hệ đầm phá TG-CH105
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)......................................................... 106
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..................................................................................... 109
Bảng 3.21. Tải lượng thải đưa vào hệ đầm phá TG-CH theo các kịch bản ........... 111
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) ..................................................... 125

xi


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) ..................................................... 128
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 ................................................................... 131
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 ........................................... 132

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) ................................................. 133
Bảng 3.27. Giá trị ngưỡng của các chất ô nhiễm trong kịch bản sức tải tối đa ...... 133
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) ........................................................................ 135
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 ................................................................... 135
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 ............................................................................... 136
Bảng 3. 31. Đề xuất sức tải môi trường hệ đầm phá TG - CH đối với các hợp chất
của C, N và P .......................................................................................................... 137

xii


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 lồi 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 khơng những của các huyện giáp
ranh mà cịn cả của các khu vực miền núi. Khả năng suy thoái chất lượng môi trường,
cạn kiệt nguồn giống sẽ xảy ra nếu khơng 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 khơng ngừng gia tăng mà khơng 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 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 (thể hiện qua chỉ số BOD5, COD), các chất dinh dưỡng (amoni, phốt phát,
nitrat, nitrit, T-N, P-P). Đây là các hợp chất có mặt thường xuyên trong nước thải sinh
hoạt, chăn nuôi và nuôi trồng thủy sản
Sức tải môi trường là một hướng tiếp cận có tính phịng 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 q 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 nuôi trồng thủy sản,
1


đánh giá sức 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 Tam Giang – Cầu Hai 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 Tam Giang – Cầu
Hai theo các kịch bản cơ sở (năm 2011 – 2012) và kịch bản 2020, 2030, kịch bản đột
xuất.
- Nghiên cứu, tính tốn sức tải hệ đầm phá Tam Giang – Cầu Hai 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 Tam
Giang – Cầu Hai; các nguồn thải đưa vào hệ thống đầm phá.
- Phạm vi không gian: không gian nghiên cứu là hệ đầm phá Tam Giang – Cầu
Hai 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 Tam Giang – Cầu Hai.
- Điều tra, khảo sát và thực nghiệm ngoài hiện trường: đo đạc dịng chảy, thu
và phân tích mẫu chất lượng nước tại hệ đầm phá Tam Giang – Cầu Hai.
2


- Mơ hình hóa: mơ 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
- Hệ thống hóa được phương pháp đánh giá sức chịu tải mơi 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 Tam Giang – Cầu Hai.
- Đã hiệu chỉnh mơ 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 Tam Giang – Cầu Hai 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 chun gia về khoa học ơ 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 cơng cụ
mơ hình hóa, hướng nghiên cứu này đã được áp dụng tại một số lĩnh vực như trong
ni trồng thủy sản, du lịch, kiểm sốt 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 thối của tài ngun và
mơi 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
mơi trường.
Ngồi 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 ơ nhiễm từ các thủy vực mà khơng 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]. Q trình
vật lý đóng góp vào việc loại bỏ chất ô nhiễm từ thủy vực tự nhiên bao gồm pha
lỗng/trộn lẫn bằng các dịng chảy, khuyếch tán chất ô nhiễm trong nước và kết
tủa/lắng đọng chất ơ nhiễm xuống trầm tích đáy. Sự bay hơi của các chất ơ 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 ơ
xi hóa, oxi hóa bởi tia tử ngoại; q trình khử và sự trung hịa. Q trình sinh học bao
4


gồm sự thối hóa/chủn đổi các chất ơ 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 q trình nitrat
hóa và phản nitrat hóa tương ứng. Q trình sinh học giữ một vai trị 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 hịa của biển với các chất ơ nhiễm.
Theo A.M. Vlađimirov trong cuốn “Bảo vệ Môi trường” [5], về định tính, cân
bằng các chất ơ nhiễm đối với biển nói chung có thể biểu diễn bằng phương trình 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 khơng 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 mơi trường biển địi 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 phịng ngừa ơ nhiễm, năm 1986, UNESCO đã cơng bố
báo cáo của Nhóm các chun gia về khoa học ơ nhiễm biển (GESAMP), theo đó, sức
tải mơi 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
thời gian, số lượng chất thải nạo vét trên một đơn vị thời gian, số lượng các muối
5


khoáng được chiết trên một đơn vị thời gian) mà khơng 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 mơi 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 ni
trồng lồi hai mảnh vỏ, STMT được định nghĩa là ”trữ lượng tối đa của một hệ sinh
thái cụ thể với mức sản x́t tối đa mà khơng 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 mơi trường do việc ni trồng. Cũng liên quan đến ni
trồng lồi 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 khơng
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 khơng
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 khơng
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
chất trong tự nhiên và các HST sẽ cho ta những kiến thức quan trọng trọng việc định
6


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 mơi 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 ngồi NTTS, thủy vực cịn chịu tác động của nhiều hoạt động khác.
Chang Hee- Lee, (2003) [12] tiếp cận STMT qua việc tính tốn 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 cơng nghiệp và tưới tiêu. Cơng 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
sốt tổng tải lượng ơ 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 Hồi An nằm ở lưu vực
sơng Huaihe, STMT nước được định nghĩa là “quy mô dân số và kinh tế lớn nhất mà
mơi 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 vơ thời hạn trong một khu vực nhất định mà không làm giảm tính tồn vẹn
chức năng và năng śt của HST có liên quan” [14]. Ở đây, STMT nước không chỉ đề
cập đến chất thải, chất lượng mơi trường mà cịn 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 cơng 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 mơi
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
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.

7


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 sốt nguồn
thải, nguồn ơ nhiễm từ lục địa là mối quan tâm lớn nhất trong các nghiên cứu về
STMT.
1.1.2. Tình hình nghiên cứu ngồi 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 mơ hình sinh địa hóa – dinh dưỡng để tính tốn mật độ ni thả tối
đa của các lồi ni trồng (cá, tơm, 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 mơ 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 mơ 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 x́t
của lồi ni trồng ở quy mơ trang trại. Trong một mơ hình nghiên cứu tại vịnh
Goseung, Hàn Quốc, mơ hình thủy động lực – phú dưỡng 3 chiều (HEM-3D) đã được
áp dụng trong việc đánh giá STMT cho việc ni ngao [20]. Mơ 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 lồi có vỏ. Các kết quả
mơ 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 ni 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 lồi hai mảnh vỏ và mơi trường của chúng thông qua
việc tiêu thụ TVPD, bài tiết chất dinh dưỡng, và phân hủy sinh học, đã sử dụng mơ
hình hệ sinh thái [21]. Ba mơ hình đã được sử dụng gồm mơ hình thủy động lực, mơ
hình sinh thái và mơ hình tăng trưởng ngao trong việc mơ phỏng các động lực của sự
8


tăng trưởng ngao và các điều kiện môi trường trong hệ thống lồi có vỏ. Mơ hình thủy
động lực được xây dựng bởi Nakata và cộng sự năm 1983. Mô hình mơ phỏng trường
vật lý 3 chiều trong vịnh biển và minh họa sự thay đổi theo thời gian của trường dịng
chảy, muối và vận chủn nhiệt. Mơ hình sinh thái mơ phỏng dịng các bon, nitơ và
phospho cộng với sức sản xuất và tiêu thụ oxy hòa tan trong trong hệ thống biển khơi.
Mơ hình tăng trưởng ngao dựa trên quy mơ 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 (hơ hấp và loại trừ) và sản x́t năng lượng. Mơ hình HST mới được thiết kế để
mô phỏng tương tác giữa họat động của ngao và môi trường của chúng bao gồm các
q trình vật lý và sinh hóa trong hệ thống lồi có vỏ. Chuỗi thời gian của việc quan
sát, đo đạc môi trường và sinh thái từ hệ thống lồi có vỏ được sử dụng để hiệu chuẩn
mơ hình. Sự mô phỏng đã làm sáng tỏ rằng con ngao trong hệ thống lồi có vỏ giữ
một vai trị 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 thơng 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 mơ 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 ni ngao giữ một vai trị quan trọng
trong việc giữ gìn mơi 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 sơng 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 ơ
nhiễm của thủy vực. Một ví dụ đơn giản đối với oxy hịa tan. Giả sử rằng lượng oxy
tiêu thụ của các loài nuôi trồng nằm trong khoảng từ 83-400gO2/tấn/h và giả sử rằng
lượng oxy hịa tan trong nước biển là 7mgO2/l thì cần ít nhất 17 – 57m3/h của nước
9


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 mơ hình chất lượng nước, có thể ước tính trữ lượng tối đa cho phép trong một
thủy vực nhất định mà khơng làm suy thối 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 lồi có vỏ và nền đáy ni 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 x́t là: a) tính tốn
chính xác sức sản x́t 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 ni trồng tập trung con sị (Patinopecten yessoensis) và hầu Nhật
Bản (Crasstrea gigas) là một nhiệm vụ chính trong vịnh. Tảo bẹ và lồi hai mảnh
được ni kết hợp trong một mơ 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 lồi ĐVPD và các lồi 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 ni là do sự tích lũy mạnh của các chất bẩn thì khơng
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 dịng nước chảy dọc đáy là rất có giá trị mà điều này được
cho là do tuần hoàn gió, dịng 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
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 lồi ni
10


trồng mà khơng tính đến những tác động, ảnh hưởng của các nguồn ơ nhiễm khác từ
lục địa.
1.1.2.2. Tính tốn lượng thải tối đa hàng ngày (TMDL) được phép đưa vào thủy vực
Năm 1986, nhóm các chuyên gia về khoa học ơ nhiễm biển (GESAMP) đã đưa
ra cơng 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 cơng 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 tốn 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 chủn hóa
phụ thuộc vào lượng thải, và điều này thể hiện ở giá trị nồng độ các chất ơ nhiễm
trong thủy vực. STMT tính theo cơng thức này khá đơn giản và dễ áp dụng, tuy nhiên
mới chỉ đề cập đến khả năng trao đổi nước, còn các q trình chủn hóa, lắng đọng,
phân hủy xảy ra bên trong thủy vực chỉ được đề cập gián tiếp thơng qua giá trị “nồng
độ chất ơ nhiễm”. Ngồi ra, STMT tính theo cơng 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
mơ hình thủy động lực, mơ hình sinh địa hóa của tồn thủy vực được xây dựng. Các
mơ hình sẽ mơ phỏng sự trao đổi nước, hướng và độ lớn của dòng chảy, sóng, các q
trình chủn 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 ơ nhiễm được xây
11


dựng để mơ 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 tốn 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]. Phịng Sinh thái của
bang Washington (Mỹ) cũng đã cơng bố báo cáo về Tổng tải lượng thải hàng ngày tối

đa tại vùng cửa sông Snohomish năm 1999 sử dụng mơ 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 sốt ơ nhiễm trong thời gian qua cho thấy chất
lượng mơi trường có thể được đảm bảo bằng việc kiểm soát lượng chất ô nhiễm tạo ra
trong môi trường. Li KeQiang và đồng nghiệp (2012) [25] đã tính toán năng lực mơi
trường đối với kim loại nặng ở vịnh Jiaozhou (Trung Quốc). Năng lực môi trường đối
12


với các kim loại nặng được định nghĩa là lượng tối đa của kim loại nặng được phép có
trong hệ mơi trường biển nhằm giữ gìn sự hài hịa chu kỳ vật chất trong đại dương và
để hạn chế những ảnh hưởng bất lợi lên sinh quyển, khí quyển, thủy qủn và thạch
qủn. Dựa trên mơ 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 tốn trong một thời gian và tiêu chí đã có. Trong nghiên cứu
này, một phương pháp được đề x́t để tính toán năng lực mơi 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 mơ hình số về chu trình sinh địa hóa của các kim loại nặng trong các vùng đã
cho và (4) tính tốn năng lực dựa trên mơ 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 mơ hình chất lượng
nước về kim loại nặng tích hợp với mơ 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 sơng ở vịnh Jinzhou (Trung Quốc).
Theo như mơ 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 thơng qua chương trình tải lượng thải
tối đa hàng ngày. Một mơ hình chất lượng nước và thủy động lực 3 chiều đã được xây
dựng cho hồ Fuxian mơ phỏng hồn lưu dịng và hành vi, vận chủn chất ơ nhiễm.
Q trình xây dựng mơ hình bao gồm một số bước, như tạo lưới tính, thiết lập các
điều kiện ban đầu và điều kiện biên, và các q trình chuẩn hóa mơ hình. Mơ hình đã
mơ phỏng chính xác sự dâng cao mặt nước quan sát được, sự thay đổi không gian và
13