Mô hình hoá tổng hàm lượng nitrit và nitrat trong nước biển theo không gian và thời gian khu vực biển khơi trung bộ

Bộ giáo dục và đào tạo

trường đại học bách khoa hà nội
----------------------------------------

luận văn thạc sĩ khoa học

Mô hình hóa tổng hàm lượng nitrit và nitrat
trong nước biển theo không gian và thời gian
khu vực biển khơi trung bộ

nghành: Công nghệ m«i tr­êng

Ngun Quang H­ng

Ng­êi h­íng dÉn khoa häc: TS. Ngun chÝ quang

hµ néi, 2007


Mục lục
Trang
Mở đầu:

1

CHƯƠNG 1: tổng quan vùng biển khơi trung bộ
trong thời gian nghiên cứu
1.1. Đặc điểm khí tượng thuỷ văn biển

3

5

1.1.1. Nhiệt độ không khí

5

1.1.2. Gió biển

5

1.1.3. Sóng biển

5

1.2. Các yếu tố vật lý, thuỷ văn vùng biển

6

1.2.1. Dòng chảy biển

6

1.2.2. Phân bố nhiệt độ nước biển

10

1.2.3. Độ muối nước biển

13

1.3. Các yếu tố hoá học môi trờng

16

1.3.1. Hàm lượng Nitrit (N-NO 2 )

16

1.4.2. Hàm lượng Nitrat (N-NO 3 )

16

1.3.3. Hàm lượng Amoni (N-NH 3 +)

16

1.3.4. Hàm lượng Phosphat (P-PO 4 )

16

1.3.5. Hàm lượng Silicat (Si-SiO 3 )

16

1.3.6. Hàm lượng Oxy hoà tan (DO)

17

Chương 2: Nguồn gốc phát sinh, cơ chế biến đổi và tác động
của ô nhiễm chất dinh dưỡng N trong môi trường biển

2.1. Nguồn gốc phát sinh

18
19

2.1.1. Nguồn cục bộ

19

2.1.2. Nguồn mở rộng

20

2.2. Vòng tuần hoàn N trong n­íc biĨn

23

2.3. TÇm quan träng cđa N trong nước biển

30

2.4. Tác động của chất dinh dưỡng N tới môi trường nước biển

32

Chương 3: Phương pháp mô hình hoá địa thống kê
3.1. Giới thiệu phương pháp địa thống kê
3.1.1. Khái niệm
3.2. Cơ sở khoa học của phơng pháp địa thống kê

34
35
35
39

3.2.1. Biến ngẫu nhiên và quy luật phân phối xác suất

39

3.2.2- Các đặc trưng thống kê của tập dữ liƯu biÕn ngÉu nhiªn

42


3.2.3- Hàm phân phối thống kê

44

3.2.4. Tương quan không gian của các giá trị biến ngẫu nhiên

46

Chương 4: Kết quả mô hình hoá lan truyền NO 2 và NO 3 trong
khu vực nghiên cứu

53

4.1. Tổ chức dữ liệu

60

4.2. Phân tích thống kê tập hợp mẫu

60

4.3. Phân tích cấu trúc tương quan kh«ng gian

63

4.4. Néi suy kh«ng gian Kriging – M« hình kết quả nội suy

69

Chương 5: Phân tích đánh giá kết quả nghiên cứu và
đề xuất một số giải pháp

84

5.1. Phân tích đánh giá kết quả

84

5.2. Đề xuất giải pháp

88

Kết luận và kiến nghị
Tài liệu tham khảo
Phụ lục

90


Luận văn thạc sĩ khoa học

1

Mở đầu
Việt Nam có vùng biển rộng lớn, bờ biển dài và vô số các đảo lớn, nhỏ.
Điều đó thuận lợi cho phát triển kinh tế biển và ven bờ và đồng thời cũng đòi
hỏi phải có những nỗ lực rất lớn để quản lý và bảo vệ môi trường. Hàng loạt
các vấn đề và hệ quả liên quan tới môi trường nói chung và đến môi trường
nước nói riêng là những đe dọa và thách thức đối với sự phát triển đất nước.
Hiện nay, gần 1/4 dân số Việt nam sống ở dải ven biển và đang diễn ra sự di
cư lớn vào dải này. Những thành phố lớn, các khu kinh tế, các hành lang kinh
tế chính, các khu công nghiệp tập trung, các vùng khai thác mỏ và các khu vực
nuôi trồng thđy s¶n cịng tËp trung ë d¶i biĨn ven bê. Trong tương lai sự phát
triển của dải này được dự kiến có tốc độ cao. Tất cả các điều đó tạo nên những
nguồn ô nhiễm lớn, các điểm nóng (các thành phố, các trung tâm công nghiệp
và du lịch ven biển và các cửa sông chính nhận chất thải đủ loại từ các khu
công nghiệp, dân cư trong các lưu vực) đe dọa tới môi trường biển. Một trong
các mối nguy hại đó là ô nhiễm do các chất dinh dưỡng có trong nước.
Các chất dinh dưỡng là một phần không thể thiếu được trong sự sinh trưởng
của hầu hết các sinh vật trong nước biển, đó là nguồn thực phẩm, là thành
phần cấu tạo của cơ thể sinh vật, tuy nhiên ở một hàm lượng vượt nào đó thì
chất dinh dưỡng chính là một nguồn ô nhiễm vô cùng có hại đối với môi
trường biển, đặc biệt là trong giai đoạn hiện nay, khi mà cùng với sự gia tăng
dân số ven biển đi cùng với sự gia tăng lượng thải vào môi trường biển.
Hàm lượng các chất dinh dưỡng trong nước biển là một biến ngẫu
nhiên, hàm lượng này luôn biến đổi theo không gian và thời gian tùy thuộc

vào các yếu tố tác động như nguồn thải, động lực học biển... Chúng ta không
thể xác định hàm lượng chất dinh dưỡng tịa tất cả các vị trí trong nước biển,
do đó các giá trị chưa biết sẽ được xác định bằng phương pháp nội suy từ các
điểm đà được xác định bằng phương pháp nội suy không gian (Kriging).
Phương pháp này là sự kết hợp giữa phương pháp xác suất và lý thuyết hàm

Nguyễn Quang Hưng

Viện khoa học và công nghệ môi trường


Luận văn thạc sĩ khoa học

2

ngẫu nhiên đối với các biến không gian. Đây là phương pháp được ứng dụng
rất nhiỊu trong thùc tÕ.
Cã tíi 19 chÊt dinh d­ìng trong nước biển, tuy nhiên các chất có ảnh
hưởng lớn nhất đến sự sinh trưởng và phát triển của sinh vật biển chủ yếu là
nguyên tố N. Kết hợp giữa các kết quả xác định được trong năm 2003 của
Viện Nghiên cứu Hải sản, tầm quan trọng của NO 2 và NO 3 trong nước biển
với vai trò là một yếu tố giới hạn các quá trình sản xuất sinh học trong nước
biển và sự ưu việt của phương pháp nội suy không gian mang lại, luận văn tiến
hành nghiên cứu Mô hình lan truyền hàm lượng NO 2 và NO 3 trong nước
biển tại khu vực biển khơi Trung bộ với những mục tiêu chính sau đây:
Chỉ ra nguồn gốc, ảnh hưởng và tầm quan trọng của N trong nước biển
Mô hình hóa tổng lượng NO 2 và NO 3 trong nước biển và được thể hiện
thành các bản đồ môi trường dựa trên cơ sở các kết quả quan trắc tại
vùng biển khơi Trung bộ
Đưa ra một số giải pháp nhằm ngăn ngừa và giảm thiểu hàm lượng các

chất ô nhiễm trong nước biển
Luận văn bao gồm các chương sau:
Chương 1: Tổng quan vùng biển khơi trung bộ trong thời gian nghiên
cứu
Chương 2: Nguồn gốc phát sinh, cơ chế biến đổi và tác động
của «
nhiƠm chÊt dinh d­ìng N trong m«i tr­êng biĨn
 Ch­¬ng 3: Phương pháp mô hình hoá địa thống kê
Chương 4: Kết quả mô hình hoá lan truyền NO 2 và NO 3 trong khu vực
nghiên cứu
Chương 5: Ô nhiễm biển do chất dinh dưỡng, Phân tích đánh giá kết
quả nghiên cứu và đề xuất một số giải pháp ¤ nhiƠm biĨn do NO 2 , NO 3

Ngun Quang Hưng

Viện khoa học và công nghệ môi trường


Luận văn thạc sĩ khoa học

3

CHƯƠNG 1
tổng quan vùng biển khơi trung bộ
trong thời gian nghiên cứu
- Vùng biển khơi Trung bé lµ vïng biĨn réng lín n»m ë phÝa Đông của
vùng biển Việt Nam (hình 1.1). Khu vực này nằm trên tuyến hàng hải
quốc tế và khu vực Châu á Thái Bình Dương, đóng góp vào đường hàng
hải giữa biển ấn Độ Dương và Thái Bình Dương qua eo biển Malaca và
Luzon.

- Đây là khu vực đánh bắt thuỷ sản chính không chỉ của ngư dân ven biển
miền Trung với hàng ngàn phương tiện đánh bắt các loại mà còn là ngư
trường quan trọng cho ngư dân các tỉnh ven biển cả nước phục vụ cho
nhu cầu phát triển kinh tế của Việt nam và khu vực.
- Những điều đó thuận lợi cho việc phát triển kinh tế biển và vùng bờ,
đồng thời cũng đòi hỏi phải có sự nỗ lực rất lớn để quản lý và bảo vệ
môi trường. Hàng loạt các vấn đề môi trường nói chung và môi trường
biển nói riêng là những đe doạ và thách thức đối với sự phát triển của
Việt nam và khu vực.
- Vùng biển nghiên cứu trong luận văn có phạm vi rộng, độ sâu lớn,
thuộc vùng biển khơi Trung bộ, giới hạn từ 8000 - 16030N và 109000 112000E. Mức độ ô nhiễm của hàm lượng các chất dinh d­ìng trong
n­íc biĨn chÞu chi phèi cđa nhiỊu u tè như nguồn, lượng phát sinh và
các yếu tố về điều kiện tự nhiên. Trong đó điều kiện về khí tượng-thủy
văn biển đóng vai trò then chốt đối với khả năng lan truyền ô nhiễm trên
biển. Chúng ta sẽ lần lượt tìm hiểu điều kiện khí tượng thủy văn đặc
trưng cđa vïng biĨn kh¬i Trung bé.

Ngun Quang H­ng

ViƯn khoa häc và công nghệ môi trường


Luận văn thạc sĩ khoa học

4

Hình 1.1. Vùng biển khơi miền trung và tọa độ các điểm quan trắc

Nguyễn Quang Hưng

Viện khoa học và công nghệ môi trường


Luận văn thạc sĩ khoa học

5

1. 1. Đặc điểm khí tượng thuỷ văn biển [5]
1.1.1. Nhiệt độ không khí:
- Nhiệt độ của không khí trong thời gian tiến hành khảo sát ảnh hưởng
trực tiếp bởi hoạt động của gió mùa đặc trưng của vùng biển Trung bộ,
cụ thể. Trong đợt đo tháng 4-5, đây là thời gian khí hậu toàn vùng biển
đang ở giai đoạn giao mùa, từ mùa gió đông bắc sang mùa gió tây nam.
Sự hoạt động của gió mùa ảnh hưởng đến sự biến thiên của nhiệt độ
không khí trong tháng cũng như trong ngày. Kết quả khảo sát cho thấy
nhiệt độ không khí trong toàn vùng biển nghiên cứu thấp, dao động
trong phạm vi từ 28,0 - 32,0o C, giá trị trung bình 29,8o C.
- Trong thời gian đo đợt 2 tháng 7-8, là thời kỳ gió mùa tây nam hoạt
động mạnh, thời tiết thường nắng nóng kéo dài. Kết quả quan trắc cho
thấy nhiệt độ không khí trong toàn vùng biển nghiên cứu khá cao, dao
động trong phạm vi rộng, nhỏ nhất 27,20C, cao nhất là 32,20C, giá trị
trung bình 29,60C. Nhiệt độ không khí trung bình 29,30C.
1.1.2. Gió biển
- Trong thời gian khảo sát, đợt đo 1 vào tháng 4, 5 vùng biển đang ở giai
đoạn giao mùa, hướng gió chuyển dần từ Đông - Bắc sang Tây Nam,
tuy nhiên hướng gió từ Đông đến Đông - Bắc vẫn là chủ yếu. Trong đợt
đo 2 đây là giai đoạn khảo sát vào đúng thời kỳ gió mùa tây nam hoạt
động mạnh, nên hướng và cấp gió mang đậm nét của loại gió mùa này.
1.1.3. Sóng biển
- Là một vùng biển thoáng, điều kiện tạo sóng tương đối đồng nhất và

ảnh hưởng của địa hình không đáng kể, vì thế tại vùng nghiên cứu,
hướng chÝnh cđa sãng th­êng trïng víi h­íng cđa giã. Trong các lần
quan trắc, hầu hết hướng của sóng trùng với hướng của gió nên hướng
sóng chiếm ưu thế là đông bắc (NE), hướng Tây - Nam vào đợt đo
tháng 4, 5 và hướng Tây - Nam vào đợt đo hai vào tháng 7 và tháng 8

Nguyễn Quang Hưng

Viện khoa học và công nghệ môi trường


Luận văn thạc sĩ khoa học

6

năm 2003. Kết quả ghi nhận được trong đợt khảo sát có hai loại sóng:
sóng giã vµ sãng lõng, nh­ng chiÕm ­u thÕ lµ sãng gió.
1.2. Các yếu tố vật lý, thuỷ văn vùng biển
1.2.1. Dòng chảy biển
- Tháng 4 - 5 là thời kỳ gió mùa Đông - Bắc đà suy yếu và dần mất hẳn,
gió mùa Tây - Nam bắt đầu hình thành và tiến tới thống trị toàn vùng
biển nghiên cứu. Hệ thống dòng chảy trong toàn vùng phụ thuộc nhiều
vào sự xt hiƯn hc suy u cđa hai hƯ thèng giã mùa này.
- Theo các nghiên cứu trước đây, vận tốc dòng chảy trong toàn vùng dao
động trong khoảng từ vài cm/s tới gần 100cm/s, hướng chảy thay đổi
khá phức tạp. Bức tranh dòng chảy trong vùng biển nghiên cứu phụ
thuộc nhiều vào trường gió, điều kiện địa hình, tương tác biển khí
quyển cũng như các quá trình động lực từ đại dương đưa tới.
- Kết quả quan trắc cho thấy vận tốc dòng chảy tổng hợp vào thời điểm
nghiên cứu không lớn. Vận tốc cực đại đo được tại một vài trạm chỉ

khoảng xấp xỉ 62cm/s. Điều đặc biệt vận tốc cực đại không xuất hiện tại
các tầng nước gần mặt, mà lại xuất hiện tại tầng nước từ 50m đến 100m.
Điều đó chứng tỏ dòng địa chuyển ở đây đóng vai trò quan trọng. Là
vùng biển thoáng, độ sâu lớn, ảnh hưởng của dòng chảy gió trong thời
kỳ này lại không lớn. Các nghiên cứu trước đây cũng khẳng định dòng
chảy địa chuyển là quan trọng nhất tại vùng biển này.
- Hướng chảy trong toàn vùng phân bố khá phức tạp theo cả mặt rộng và
theo phương thẳng đứng.
- Hình 1.2 và 1.3: Phân bố hướng và tốc độ dòng chảy tầng mặt và ở độ
sâu 100m [8]

Nguyễn Quang Hưng

Viện khoa học và công nghệ môi trường


Luận văn thạc sĩ khoa học

7

Hình 1.2. Hướng và tốc độ dòng chảy tầng 0m vùng biển khơi Trung bộ

Nguyễn Quang Hưng

Viện khoa học và công nghệ môi trường


Luận văn thạc sĩ khoa học

8

Hình 1.3. Hướng và tốc độ dòng chảy tầng 100m vùng biển khơi Trung bộ

Nguyễn Quang Hưng

Viện khoa học và công nghệ môi trường


Luận văn thạc sĩ khoa học

9

- Tháng 7 - 8 là thời kỳ gió Trong suốt thời gian khảo sát, gió mùa tây
nam đang hoạt động mạnh, thống trị toàn vùng, nên hệ thống dòng chảy
vùng biển nghiên cứu mang nhiều nét đặc trưng của hệ thống dòng chảy
loại gió mùa này. Hướng và tốc độ của dòng chảy biến đổi phụ thuộc
nhiều vào sự xuất hiện mạnh hoặc suy yếu của hệ thống gió mùa.
- Theo các nghiên cứu trước đây, vận tốc dòng chảy trong toàn vùng dao
động trong khoảng từ vài cm/s tới gần 65cm/s, hướng chảy thay đổi khá
phức tạp. Bức tranh dòng chảy trong vùng biển nghiên cứu phụ thuộc
nhiều vào trường gió, điều kiện địa hình, tương tác biển khí quyển cũng
như các quá trình động lực từ đại dương đưa tới.
- Kết quả quan trắc cho thấy vận tốc dòng chảy tổng hợp vào thời điểm
nghiên cứu không lớn. Tốc độ dòng chảy tại các trạm biến đổi từ 2,4 65,0cm/s. Vận tốc cực đại đo được tại một vài trạm chỉ khoảng xấp xỉ
60cm/s. Cũng tương tự như chuyến khảo sát tháng 4 - 5/2003, vận tốc
cực đại không xuất hiện tại các tầng nước gần mặt, mà lại xuất hiện tại
tầng nước từ 50m đến 100m. Điều đó chứng tỏ dòng địa chuyển ở đây
đóng vai trò quan trọng. Là vùng biển thoáng, độ sâu lớn, ảnh hưởng
của dòng chảy gió trong thời kỳ này lại không lớn. Các nghiên cứu
trước đây cũng khẳng định dòng chảy địa chuyển là quan trọng nhất tại

vùng biển này.
- Hướng chảy trong toàn vùng phân bố khá phức tạp theo cả mặt rộng và
theo phương thẳng đứng, tuy nhiên hướng dòng chảy chiếm đa số là
hướng Tây - Nam.
- Trong cả hai đợt quan trắc đều mang tính chất tức thời, mà như ta đÃ
biết tại một điểm dòng chảy luôn biến đổi theo thời gian, do vậy hướng
chảy mà ta quan trắc được chỉ có tính chất tức thời chứ không phải là
hướng chảy trong cả quá trình nghiên cứu. Tuy nhiên tại một thời điểm
nhất định, kết quả quan trắc cũng cho ta biÕt sù thay ®ỉi cđa h­íng

Ngun Quang H­ng

ViƯn khoa học và công nghệ môi trường


Luận văn thạc sĩ khoa học

10

chảy theo độ sâu. Thường càng xuống sâu hướng của dòng chảy có xu
hướng càng lệch sang bên phải.
1.2.2. Phân bố nhiệt độ nước biển
- Vùng biển nghiên cứu là vùng biển ngoài khơi Trung bộ mang đặc tính
của vùng biển sâu; chế độ thuỷ văn được hình thành trong quá trình
tương tác của nước biển khơi và nước vịnh Bắc bộ chảy dọc bờ xuống
phía Nam trong thời gian khảo sát. Song ảnh hưởng của nước biển khơi
quanh năm giữ vai trò chính. Cấu trúc nhiệt mặn ở đây phần lớn mang
tính chất đại dương.
- Nhiệt độ nước biển trong toàn vùng phụ thuộc chủ yếu vào quá trình
tương tác biển - khí quyển và hoạt động của các quá trình hoàn lưu

nước, cũng như quá trình hội tụ, phân kỳ trong nước biển.
- Trong đợt đo thứ nhất vào tháng 4, 5, nhiệt độ nước biển tầng mặt thấp
hơn nhiệt độ trung bình của không khí 0,050C, dao động từ 27,80 32,200C, trung bình 29,830C. ở tầng 30m, nhiệt độ nước biển giảm đi
không đáng kể, trung bình 28,460C thấp hơn trung bình tầng mặt 1,370C
(dao động từ 23,65 - 31,210C). Đến tầng nước 50m, nhiệt độ giảm, giá
trị trung bình 26,480C (dao động từ 22,18 - 31,060C). Đến tầng nước
100m, nhiệt độ giảm mạnh, giá trị trung bình 21,840C (dao động từ
17,41 - 26,430C). ở tầng nước 150m, nhiệt độ tiếp tục giảm, giá trị trung
bình 19,000C (dao động từ 15,18 - 21,850C), thấp hơn giá trị trung bình
của tầng 100m là 1,480C. Xuống tới tầng nước 200m nhiệt độ giảm rõ
rệt, giá trị trung bình là 16,720C (dao động từ 13,02 19,680C).
- Trong đợt đo 2 vào tháng 7, 8, nhiệt độ nước biển tầng mặt thấp hơn
nhiệt độ trung bình của không khí 0,420C, dao động từ 26,30 - 31,800C,
trung bình 29,200C, ở tầng 30m nhiệt độ nước biển giảm đi không đáng
kể, trung bình 27,830C thấp hơn trung bình tầng mặt 1,370C (dao động
từ 22,01 - 29,860C). Đến tầng nước 50m, nhiệt độ giảm, giá trị trung

Nguyễn Quang Hưng

Viện khoa học và công nghệ môi trường


Luận văn thạc sĩ khoa học

11

bình 25,450C (dao động từ 19,71 - 29,400C). Đến tầng 75m, nhiệt độ
tiếp tục giảm, trung bình 21,310C. Đến tầng nước 100m, nhiệt độ giảm
mạnh, giá trị trung bình 18,890C (dao động từ 15,60 - 21,800C)ở tầng
nước 150m, nhiệt độ tiếp tục giảm, giá trị trung bình là 16,420C (dao

động từ 14,26 - 18,480C), thấp hơn giá trị trung bình của tầng 100m là
2,470C. Xuống tới tầng nước 200m nhiệt độ giảm rõ rệt, giá trị trung
bình là 14,070C (dao động từ 12,74 15,700C)
-10

-50

-100

-150

-200
8.00

9.00

10.00

11.00

12.00

13.00

14.00

15.00

16.00

Hình 1.4. Phân bố nhiệt độ nước (0C) theo độ sâu mặt cắt kinh tuyến 111000E,
tháng 4 5/2003 [7]

Nguyễn Quang Hưng

Viện khoa học và công nghệ môi trường


Luận văn thạc sĩ khoa học

12

Hình 1.5. Phân bố nhiệt độ nước tầng mặt vùng biển khơi Trung bộ

Nguyễn Quang Hưng

Viện khoa học và công nghệ môi trường


Luận văn thạc sĩ khoa học

13

- Kết quả thu được cho thấy trong khu vực nghiên cứu sự phân tầng của
các lớp nước khá rõ rệt. Theo phương ngang, phân bố nhiệt độ nước
biển ở các tầng phức tạp, phụ thuộc chủ yếu vào các quá trình động lực,
tương tác biển. Nhìn chung, nhiệt độ phân bố ở các tầng có xu thế tăng
dần từ bắc vào nam.
1.2.3. Độ muối nước biển
- Điều kiện hải dương nói chung và trường phân bố nhiệt độ, độ muối của

vùng biển nghiên cứu đồng thời chịu sự chi phối của các khối nước từ
Đại Dương và nước biển ven bờ. Mức độ ảnh hưởng của các khối nước
này ở các vùng biển cũng rất khác nhau trong khu vực khảo sát.
- Trong thời gian khảo sát, giai đoạn mùa gió Tây - Nam (mùa mưa) độ
mặn trung bình trên toàn vùng biển không cao và ổn định nhất với giá
trị trung bình 32,60 - 34,80. Theo độ sâu, độ muối nước biển tăng
dần, nhưng ở mỗi lớp nước quá trình biến thiên độ muối cũng có những
đặc trưng riêng.
- Tầng 0m, độ muối trung bình trên toàn vùng là 33,41, dao động từ
32,60 - 33,81. Xuống tầng 10m, độ muối gần như không thay đổi,
trung bình 33,39; tới độ sâu 30m độ muối tăng lên không đáng kể,
trung bình 33,67 (dao động từ 32,66 34,27). Đến độ sâu 50m
độ muối tăng nhanh, trung bình 34,01. Tại lớp nước 75m độ muối
tiếp tục tăng. Tới độ sâu 100m độ muối tăng, tuy nhiên sự chênh lệch so
với tầng 75m không cao 0,15; đến độ sâu 150m giá trị của độ
muối không thay ®ỉi nhiỊu, trung b×nh 34,57‰ (dao ®éng tõ 34,55 –
34,84‰). Tới tầng nước 200m độ muối đi vào giá trị ổn định, các
profile của các trạm đều thể hiện rõ tính chất này.
- Hình 1.6 - 1.7: Phân bố độ muối () tầng 0m và tầng 100m vùng biển khơi
Trung bộ, tháng 7-8/2003[8].

Nguyễn Quang Hưng

Viện khoa học và công nghệ m«i tr­êng


Luận văn thạc sĩ khoa học

Nguyễn Quang Hưng

14

Viện khoa học và công nghệ môi trường


Luận văn thạc sĩ khoa học

15

Hình 1.6. Phân bố độ muối () tầng 0m vùng biển khơi Trung bộ

Nguyễn Quang Hưng

Viện khoa học và công nghệ môi trường


Luận văn thạc sĩ khoa học

16

Hình 1.7. Phân bố độ muối () tầng 100m vùng biển khơi Trung bộ

Nguyễn Quang Hưng

Viện khoa học và công nghệ môi trường


Luận văn thạc sĩ khoa học

17

1.3. Các thành phần hoá học môi trường trong nước biển
1.3.1. Hàm lượng Nitrit (N-NO 2 ):
- Trong đợt khảo sát, hàm lượng N-NO 2 biến đổi trong khoảng từ 0,001
0,006mg/l, giá trị trung bình của N-NO 2 là (0,004mg/l), hàm lượng
N-NO 2 trong nước tầng mặt thấp hơn tầng đáy tuy nhiên trị số dao động
không lớn (0,002mg/l).
1.4.2. Hàm lượng Nitrat (N-NO 3 ):
- Hàm lượng N-NO 3 dao động trong phạm vi rộng, từ 0,00 0,04mg/l,
giá trị trung bình của N-NO 3 (0,026mg/l). Cũng như N-NO 2 , hàm lượng
N-NO 3 có xu hướng tăng dần từ tầng mặt xuống tầng đáy và trị số dao
động cũng không lớn chỉ là (0,01mg/l).
1.3.3. Hàm lượng Amoni (N-NH 3 +):
- Hàm lượng N-NH 3 trong vùng biển nghiên cứu dao động trong phạm vi
từ 0 0,08mg/l, giá trị trung bình của N-NH 3 theo các tầng nước phân
tích từ 0 100m là 0,024mg/l. Phân bố hàm lượng Amoni theo độ sâu
trong vùng biển nghiên cứu khá ổn định.
1.3.4. Hàm lượng Phosphat (P-PO 4 ):
- Kết quả phân tích cho thấy hàm lượng P-PO 4 trong vùng biển nghiên
cứu không lớn, dao động trong phạm vi từ 0,0033 0,1925mg/l, giá trị
trung bình của P-PO 4 theo các tầng nước phân tích từ 0 100m là
(0,038mg/l). Theo mặt rộng, hàm lượng P-PO 4 phân bố không đồng đều
và không thể hiện rõ quy luật.
1.3.5. Hàm lượng Silicat (Si-SiO 3 ):
- Trong thời gian khảo sát, hàm lượng SiO 3 trong vùng biển nghiên cứu
không lớn, dao động trong phạm vi từ 0 0,490mg/l. Giá trị trung
bình của hàm lượng SiO 3 theo các tầng nước tiêu chuẩn là 0,171mg/l.
Theo mặt rộng, hàm lượng SiO 3 phân bố không đồng đều, khu vực

Nguyễn Quang Hưng

Viện khoa học và công nghệ môi tr­êng


Luận văn thạc sĩ khoa học

18

ngoài khơi hàm lượng muối SiO 3 thấp hơn khu vực gần bờ. Theo độ
sâu, hàm lượng muối Si-SiO 3 ở tầng đáy cao hơn tầng mặt.
1.3.6. Hàm lượng Oxy hoà tan (DO):
- Hàm lượng DO trong vùng biển nghiên cứu, dao động trong phạm vi
rộng từ 3,53 7,86mg/l. Giá trị trung bình của hàm lượng DO theo các
tầng nước tiêu chuẩn từ 0 100m dao động trong phạm vi từ 4,85
6,65mg/l, trung bình 5,54mg/l. Theo độ sâu, hàm lượng DO giảm dần từ
tầng mặt xuống tầng 100m.
1.3.7. Hàm lượng dầu trong nước
-

Kết quả quan trắc trong năm 2003 dao động trong khoảng từ 0,15
0,63mg/l, giá trị trung bình là 0,38mg/l.

Nhìn chung có thể thấy, khu vực biển khơi trung bộ là vùng biển thoáng,
phạm vi rộng và độ sâu lớn, là vùng biển được đặc trưng bởi khí hậu nhiệt đới
ẩm, gió mùa. Tại khu vực này tồn tại hai mùa gió chính là gió mùa Đông Bắc
và Tây Nam quyết định chế độ dòng chảy tầng mặt tại khu vực theo hai hướng
là Đông Bắc và Tây Nam. Qua các thông số thống kê về các thành phần hóa
học trong nước biển ở trên, ta thấy ngoài hàm lượng dầu trong nước đà vượt
quá tiêu chuẩn cho phép (TCVN: 0,30mg/l), còn lại hầu hết các thành phần
hóa học khác vẫn còn nhỏ hơn tiêu chuẩn cho phép. Tuy nhiên tại một số thời

điểm và tại một số điểm đo, đặc biệt là ở tầng có độ sâu lớn từ 75-100m đÃ
phát hiện 1 số giá trị nitrit và nitrat đà xấp xỉ với giới hạn cho phép.
Cùng với sự phát triển kinh tế và gia tăng dân số thì áp lực lên môi trường biển
sẽ ngày càng trở nên trầm trọng, trong đó vấn đề ô nhiễm biển do chất dinh
d­ìng nh­ nitrit vµ nitrat sÏ cµng trë thµnh vÊn đề cấp thiết cần được sự quan
tâm đúng mức. Do đó, trong khuôn khổ của luận văn, tác giả chọn ô nhiễm
biển do các chất dinh dưỡng nitrit và nitrat làm mục tiêu nghiên cứu chính.

Nguyễn Quang Hưng

Viện khoa học và công nghệ môi trường


Luận văn thạc sĩ khoa học

18

Chương 2
Nguồn gốc phát sinh, cơ chế biến đổi và tác động của
ô nhiễm chất dinh dưỡng N trong môi trường biển
Nhân tố quan trọng có ảnh hưởng lớn nhất đối với các quá trình sản xuất sinh
học đối với các cơ thể sống trong môi trường nước chính là nồng độ giới hạn
của các chất dinh dưỡng trong nước với điều kiện là nhu cầu năng lượng được
thoả mÃn bởi quá trình thâm nhập của các tia năng lượng từ mặt trời tới một
độ sâu nhất định và lượng oxy cung cấp được đảm bảo từ sự hoạt động của
bầu khí quyển như là nguồn cung cấp oxy chính.
Quá trình quang hợp của các hợp chất hữu cơ trong nước được thực vật phù du
trong nước tầng mặt tiến hành có thể được thực hiện được bởi quá trình đồng
hoá các chất dinh dưỡng dạng vô cơ và hữu cơ từ các nguồn nước xung quanh.
Phần lớn các chất này đều xuất hiện với nồng độ khá cao vượt quá nhu cầu,

khả năng tiêu thơ cđa thùc vËt trong n­íc, nh­ng víi nh÷ng chÊt khác như nitơ
và phốt pho, dù chỉ ở nồng độ thấp và hầu hết được sử dụng toàn bộ lượng
chất ít ỏi này bởi các loại tảo có trong nước biển. Điều đó thể hiện vai trò quan
trọng của các dinh dưỡng trong nước biển, đó chính là quá trình kiểm soát và
giới hạn quá trình sản xuất hữu cơ trong nước biển của các chất dinh dưỡng.
Quá trình sản xuất sinh học tối đa có thể giữ lại được trong cơ thể sinh vật
sống gần mặt nước ở biển khơi tại mỗi mức độ dinh dưỡng là được xác định
trên quy mô rộng lớn bởi hàm lượng nhỏ các chất dinh dưỡng có trong nước,
trong số đó như là nitơ, phốt pho và silíc là những chất đáng được quan tâm
(nổi bật) nhất. Trong mối liên quan với các hồ nước ngọt, tại đây giới hạn quá
trình sản xuất sinh học được quyết định bởi hàm lượng phốt pho có trong
nước, trong nước biển vai chất đóng vai trò quyết định trong giới hạn phát

Nguyễn Quang Hưng

Viện khoa học và công nghệ môi trường


Luận văn thạc sĩ khoa học

19

triển của quá trình sản xuất sinh học trong nước là nitơ, mặc dù vậy, một sự
hiểu biết sâu sắc về ảnh hưởng giới hạn của N vẫn chưa được hoàn thành và
cần được tìm hiểu thêm trong hệ sinh thái biển (Smith, 1984; Hecky and
Kilham, 1988), vai trò tới hạn của N được thừa nhận trong thực tế là, trong
nước biển và đại dương, do dòng chảy từ các con sông đổ vào đại dương, và
do sự xáo trộn N chỉ đủ để thoả mÃn 1% nhu cầu N cho quá trình quang hợp
do dòng chảy mang lại, (do lý do đó có nhiều giả thiết dựa vào vòng tuần hoàn
của chúng).

2.1. Nguồn gốc phát sinh:
- N chiếm 78% trong bầu khí quyển trái đất, nhưng chủ yếu là N nguyên tử
ít hoạt động do đó không ảnh hưởng tới môi trường, môi trường chỉ trở nên
ô nhiễm khi ngày có càng nhiều nguồn N hoạt động được đưa vào môi
trường lớn hơn khả năng đồng hoá của môi trường đối với những chất này
cụ thể là NO 2 và NO 3 .
- Các chất dinh dưỡng chính mà là nguyên nhân cũng như những ảnh hưởng
có hại khác đối với sự dư thừa hàm lượng các chất dinh dưỡng trong nước
là nitơ và phốt pho. Trong nước hồ P đóng vai trò quyết định và là nhân tố
giới hạn cho các quá trình sản xuất cơ bản còn đối với nước biển thì nhân
tố quyết định đến các quá trình sản xuất cơ bản trong nước lại là nguyên tố
N.
- Một nhiệm vụ quan trọng trong việc mô hình hoá chất lượng nước là xác
định được chính xác nguồn thải và ước lượng được tải lượng chất ô nhiễm.
Các nguồn chất dinh dưỡng có thể phân làm 2 loại chính như sau: nguồn
cục bộ và nguồn mở rộng
2.1.1. Nguồn cục bộ
- Đây là nguồn chủ yếu từ các quá trình hoá sinh xảy ra trong khu vực tầng
mặt là lớp nước có đầy ®đ ¸nh s¸ng ®Ĩ thùc vËt cã thĨ sinh tr­ëng và phát
triển, chất dinh dưỡng chủ yếu ở đây là ammonia , hc trong mét sè

Ngun Quang H­ng

ViƯn khoa häc và công nghệ môi trường


Luận văn thạc sĩ khoa học

20

trường hợp khác là một số chất nitơ hữu cơ (urea và aminoacids). Theo một
số nhà nghiên cứu Jackson và Williams (1985) và một số người khác, đÃ
nêu ra rằng, nitơ và phốt pho hữu cơ có thể được duy trì ở nồng độ ổn định
bởi thực vật phù du có trong nước tại khu vực mà tại đó hàm lượng thấp của
các các chất dinh dưỡng nitơ và phốt pho vô cơ được tìm thấy. Vì vậy, nó
cho thấy rằng, hàm lượng các chất nitơ và phốt pho hữu cơ hoà tan có thể
trở thành nguồn quan trọng của nitơ và phốt pho tại líp n­íc mỈt cđa khu
vùc nghÌo chÊt dinh d­ìng. Theo hướng đi lên từ tầng nước sâu giàu chất
dinh dưỡng do sự xáo trộn theo phương thẳng đứng của các tầng nước, và
tại tầng nước nông, vòng tuần hoàn của các chất dinh dưỡng từ trầm tích có
thể đóng vai trò quan trọng, dù là lúc đầu chúng phải lên tới được tầng giàu
chất dinh dưỡng, tại nơi nguồn ánh sáng quan trọng cho quá trình quang
hợp.
2.1.2. Nguồn mở rộng:
-

Nguồn mở rộng chủ yếu của các chất dinh dưỡng là nguồn nước thải đô thị
và khu công nghiệp, nước thải thành phố, ngoại ô, nước dùng trong nông
nghiệp, trồng rừng và từ nguồn lắng đọng từ khí quyển. Đầu vào là nitrat
(NO 3 -) và phốt phát từ nguồn thải là thuốc trừ sâu, hoá chất trong nông
nghiệp được phát tán ra sông bởi mưa và nguồn này được đưa ra biển bởi
các con sông, đây chính là nguồn ô nhiƠm dinh d­ìng quan träng nhÊt ®èi
víi vïng biĨn ven bờ. Thêm nữa, nguồn nitơ trong không khí được hoà tan
trong n­íc biĨn cịng trë thµnh mét ngn dinh d­ìng quan trọng. Cụ thể
(hình 2.1)

Nguyễn Quang Hưng

Viện khoa học và c«ng nghƯ m«i tr­êng

Luận văn thạc sĩ khoa học

21

Hình 2.1. Sơ đồ nguồn thải N ra môi trường
+ N trong thực phẩm : đây được coi là nguồn chứa hàm lượng N nhiều
nhất, nguồn N trong thực phẩm ngày càng tăng cùng với sự gia tăng dân
số và giới hạn của quá trình sản xuất trong nông nghiệp. Cùng với sự gia
tăng dân số, lượng N tiêu thụ theo đầu người tăng dẫn đến tổng lượng N
tiêu thụ tăng, trung bình 1 ngày cơ thể con người cần khoảng 2,0gam cho
tất cả các nhu cầu chuyển hóa cơ bản trong cơ thể (Galloway and
Cowlling, 2002).
+ Sự lắng đọng N trong khí quyển : là kết quả của việc sử dụng nhiên liệu
hóa thạch trong các phương tiện vận chuyển hàng không và trong các
hoạt động sản xuất nông nghiệp. Các chất khí thải chính trong các quá
trình này là NO x và NH 3 .
+ Nguồn N trong phân đạm: có khoảng 20% lượng phân bón được sử dụng
thất thoát tới nước bề mặt và nước ngầm. Với sự phát triển của các quá
trình sản xuất nông nghiệp làm cho lượng phân bón chứa N thất thoát

Nguyễn Quang Hưng

Viện khoa học và công nghƯ m«i tr­êng