ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

_______________________

Nguyễn Thị Thế Nguyên

NGHIÊN CỨU PHÂN VÙNG CHẤT LƯỢNG NƯỚC

VỊNH HẠ LONG, TỈNH QUẢNG NINH

VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP QUẢN LÝ VÀ SỬ DỤNG

Chuyên ngành: Môi trường Đất và nước

Mã số: 62440303

(DỰ THẢO) TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

Hà Nội - 2014

Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Khoa học Tự

nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Nguyễn Chu Hồi

PGS.TS. Đồng Kim Loan

Phản biện 1: …………………………….

…………………………….

Phản biện 2: …………………………….

…………………………….

Phản biện 3: …………………………….

…………………………….

Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng cấp Đại học Quốc gia chấm luận án tiến sĩ họp tại . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

vào hồi giờ ngày tháng năm 20...

Có thể tìm hiểu luận án tại:

- Thư viện Quốc gia Việt Nam

- Trung tâm Thông tin - Thư viện, Đại học Quốc gia Hà Nội

1

MỞ ĐẦU

1. Lý do lựa chọn đề tài

Vịnh Hạ Long đặc biệt nổi tiếng về cảnh đẹp thiên nhiên và các

giá trị di sản quý giá cần được bảo tồn. UNESCO (2013) đã ghi nhận

rằng, các giá trị thẩm mỹ của vịnh đang rủi ro bởi các nguồn thải

dinh dưỡng và chất thải rắn, các nguồn thải hữu cơ… Theo ADB

(2000), vịnh Hạ Long là ví dụ điển hình về hậu quả của quy hoạch

theo ngành. Trong khi đó, quản lý biển theo không gian là một

“phương thức” quản lý" mới đang dần được áp dụng tại các tỉnh ven

biển của Việt Nam, trong đó có Quảng Ninh. Phân vùng quản lý chất

lượng nước là một trong những hợp phần quan trọng của quá trình

quy hoạch và quản lý sử dụng không gian biển. Tuy nhiên đến nay

chưa có một nghiên cứu chuyên sâu về phân vùng chất lượng nước

vịnh Ha Long. Bên cạnh đó còn thiếu các nghiên cứu về công cụ

phân vùng chất lượng môi trường vịnh và quy hoạch sử dụng không gian

vịnh.

Chính vì thế, việc tiến hành đề tài luận án: “Nghiên cứu phân

vùng chất lượng nước vịnh Hạ Long, tỉnh Quảng Ninh và đề xuất

giải pháp quản lý và sử dụng” sẽ góp phần giải quyết các vấn đề còn bỏ

ngỏ nói trên.

2. Mục tiêu nghiên cứu

- Phân vùng được hiện trạng chất lượng nước vịnh Hạ Long theo

chỉ số chất lượng nước;

- Đề xuất được giải pháp quản lý sử dụng nước cho các phân

vùng chất lượng nước khác nhau trong vịnh Hạ Long.

2

3. Nội dung nghiên cứu

- Nội dung 1: Phân tích, đánh giá các áp lực đến môi trường

nước, hiện trạng diễn biến chất lượng nước vịnh.

- Nội dung 2: Nghiên cứu sự lan truyền chất trong nước vịnh Hạ Long.

- Nội dung 3: Nghiên cứu phát triển chỉ số chất lượng nước (WQI)

phù hợp với đặc điểm môi trường nước biển ven bờ và hiện trạng

chất lượng nước vịnh Hạ Long.

- Nội dung 4: Ứng dụng WQI đã xây dựng được và công cụ GIS

để phân vùng chất lượng nước vịnh Hạ Long.

- Nội dung 5: Đề xuất giải pháp quản lý và sử dụng hợp lý vịnh

Hạ Long.

4. Phạm vi địa lý và vấn đề nghiên cứu của luận án

* Phạm vi địa lý: Phạm vi nghiên cứu là vùng Di sản Thiên

nhiên Thế giới vịnh Hạ Long

* Phạm vi vấn đề nghiên cứu: Quá trình nghiên cứu sự lan

truyền chất trong vịnh chỉ giới hạn ở việc nghiên cứu sự dịch chuyển,

khuếch tán, phân tán vật chất theo dòng chảy tổng hợp.

5. Điểm mới của luận án

- Lần đầu tiên xác định được mức độ ảnh hưởng của các khu vực

nguồn thải bên trong và bên ngoài vịnh đến chất lượng nước vịnh Hạ

Long thông qua mô hình toán.

- Lần đầu tiên phát triển công thức WQI phục vụ việc đánh giá,

phân vùng chất lượng nước và quản lý vịnh Hạ Long. Luận án đã: (i)

Lựa chọn được các thông số chất lượng nước theo đặc điểm của

nước biển ven bờ và đặc trưng cho hiện trạng chất lượng nước vịnh;

(ii) Xây dựng các chỉ số phụ và giản đồ chỉ số phụ của các thông số

này dựa trên các tiêu chuẩn chất lượng nước nước biển ven bờ của

3

Việt Nam, của một số nước trên thế giới và các tài liệu về sinh thái

biển ven bờ; (3) Cải tiến công thức tích có trọng số của Mỹ khi tính

WQI, tạo điều kiện thuận lợi trong tính toán khi thiếu số liệu.

- Lần đầu tiên phân vùng hiện trạng chất lượng nước vịnh Hạ

Long theo chỉ số chất lượng nước.

6. Giá trị khoa học và thực tiễn của luận án

* Giá trị khoa học: Luận án đã đóng góp và làm sáng tỏ phương

pháp luận xây dựng và áp dụng chỉ số chất lượng nước biển để đánh

giá và phân vùng chất lượng nước biển ven bờ ở Việt Nam, trước hết

cho trường hợp nghiên cứu vịnh Hạ Long.

* Giá trị thực tiễn: Luận án hỗ trợ cho việc quản lý chất lượng

môi trường nước vịnh Hạ Long và bảo vệ Di sản Thiên nhiên Thế

giới cũng như các vũng, vịnh ven bờ khác của Việt Nam theo hướng

phát triển bền vững. Luận án làm cơ sở và cung cấp thông tin cho

công tác phân vùng khai thác, sử dụng không gian biển đang bước

đầu triển khai ở Quảng Ninh.

7. Bố cục của luận án

Chương 1: TỔNG QUAN

1.1. Tình hình nghiên cứu chất lượng nước vịnh Hạ Long

Trong khoảng 20 năm qua, hoạt động nghiên cứu liên quan đến

chất lượng nước và quản lý môi trường vịnh Hạ long đã được triển

khai mạnh mẽ. Tuy nhiên, một số vấn đề cần được nghiên cứu thêm

như sau:

- Các đánh giá về ô nhiễm vịnh chỉ dừng lại ở việc so sánh số

liệu thực đo với giá trị tiêu chuẩn và chỉ ra những khu vực ô nhiễm

cục bộ mà chưa phân vùng được chất lượng nước vịnh dựa theo chỉ

4

tiêu tổng hợp. Đặc biệt, còn thiếu các nghiên cứu phân vùng/quy

hoạch sử dụng không gian vịnh.

- Thiếu nghiên cứu về công cụ đánh giá, phân vùng chất lượng

nước một cách tổng quát tại từng thời điểm, từng khu vực cụ thể,

giúp cho các cơ quan chức năng có thể dựa vào đó đánh giá mức độ

ô nhiễm nước vịnh, tìm ra nguyên nhân và biện pháp quản lý chất

lượng nước cho phù hợp với từng mục đích sử dụng.

- Mức độ tác động của các khu vực nguồn thải đến chất lượng

nước vịnh Hạ Long mới chỉ đưa ra một cách định tính theo tổng

lượng thải của từng khu vực.

1.2. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng chỉ số chất lượng nước

WQI được sử dụng khá rộng rãi ở nhiều nước trên thế giới.

Trong các phương pháp tính WQI, phương pháp của Mỹ được đưa

vào nghiên cứu, cải tiến và ứng dụng nhiều nhất. Các nghiên cứu về

WQI cho nước biển trên thế giới không nhiều bằng nước mặt nhưng

các phương pháp tính và thông số tính khá đa dạng, phụ thuộc nhiều

vào đặc điểm khu vực nghiên cứu và mục đích sử dụng WQI.

Tại Việt Nam, Tổng cục Môi trường cũng đã ban hành Sổ tay

hướng dẫn tính toán WQI cho nước mặt. Đến nay vẫn chưa có công

trình nghiên cứu chuyên sâu về WQI dành riêng cho nước biển ven

bờ, mặc dù đã có một số nghiên cứu đánh giá chất lượng nước biển

ven bờ bằng WQI. Do vậy, cần có thêm các nghiên cứu xây dựng

WQI phục vụ công tác đánh giá, phân vùng chất lượng nước biển.

1.3. Sơ lược tình hình phân vùng chất lượng nước biển, quy

hoạch và quản lý không gian biển

5

Sau Hội thảo quốc tế đầu tiên liên quan đến Quy hoạch không

gian biển (QHKGB) do UNESCO tổ chức năm 2006, QHKGB đã

không ngừng phát triển và mở rộng [Nguyen Chu Hoi, 2012]. Khái

niệm QHKGB đang dần được áp dụng ở Việt Nam. Nhiệm vụ số 1

trong bước 5 của quy trình QHKGB là thu thập và lập bản đồ thông

tin về điều kiện sinh thái, môi trường và hải dương học. Các bản đồ

phân vùng chất lượng nước là một trong những hợp phần quan trọng

cho QHKGB. Đồng thời, các định hướng quản lý các phân vùng chất

lượng nước sẽ là một phần của sản phẩm QHKGB.

Theo các tài liệu mà NCS thu thập được, hiện tại, Mỹ là nước đi

đầu trong công tác đánh giá, phân vùng biển theo WQI cùng với các

chỉ số khác [US EPA, NOAA, 2012]. Phân vùng chất lượng nước

cũng được thực hiện tại công viên san hô biển ngoài khơi đông bắc

Úc. Bên cạnh đó, các nghiên cứu phân vùng hiện trạng chất lượng

nước cũng được thực hiện ở nhiều nước trên thế giới. Tại vịnh Hạ

Long cũng đã có một số đề tài, dự án liên quan đến phân vùng chất

lượng nước vịnh. Phương pháp phân vùng chất lượng nước trong các

đề tài này chủ yếu dựa vào số liệu quan trắc của từng thông số chất

lượng nước và phân tích các nguồn tác động đến chất lượng nước

vịnh. Từ đó áp dụng kỹ thuật vẽ đường đồng mức để phân vùng chất

lượng nước, vì thế chỉ đưa ra các định hướng quản lý chung cho

vịnh. Do vậy, việc nghiên cứu phân vùng chất lượng nước vịnh Hạ

Long dựa trên sự tổng hợp các thông số ô nhiễm đặc trưng của vùng,

từ đó đưa ra giải pháp sử dụng hợp lý vịnh Hạ Long là cần thiết.

Chương 2. PHẠM VI, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP

NGHIÊN CỨU

2.1. Phạm vi nghiên cứu

6

2.2. Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của luận án như sau: (i) Chất lượng nước

vịnh Hạ Long và các hoạt động kinh tế - xã hội ảnh hưởng đến chất

lượng nước vịnh; (ii) Các điều kiện tự nhiên của vịnh, bao gồm các

điều kiện khí tượng, thuỷ-hải văn, địa hình, địa chất và các vai trò của

vịnh Hạ Long, (iii) Các thể chế, chính sách quản lý và sử dụng vịnh

Hạ Long.

2.3. Phương pháp tiếp cận

Trong quá trình giải quyết vấn đề nghiên cứu đặt ra, luận án sử

dụng cách tiếp cận hệ thống và tiếp cận quản lý biển theo không gian.

2.4. Các phương pháp nghiên cứu

2.4.1. Phương pháp mô hình toán

Trong nghiên cứu này, modul Delft3D-Flow được sử dụng để

mô phỏng sự lan truyền chất trong nước. Sự di chuyển của các chất

được mô phỏng bằng phương trình “bình lưu và phân tán” (advection

- dispersion equation) như sau:

x x y y z z

C C C CD u C D u C D u C S kC

t x x y y z z

(2.4)

(a) (b) (c)

Trong đó

ux,y,z = Vận tốc theo ba hướng x, y, z

Dx,y,z = Hệ số phân tán theo ba hướng x, y, z

S = Lượng vào và lượng mất đi trong một đơn vị diện tích

k = Hệ số phân hủy chất

C = Nồng độ của chất

Khi một chất được đưa vào nước, chúng sẽ chịu sự tác động của

dòng chảy. Sự tác động của dòng chảy theo các phương khác nhau

đến vật chất tồn tại trong nước thể hiện ở các hợp phần (a), (b), (c)

7

trong phương trình 2.4. Sự tác động này là giống nhau đối với tất cả

các vật chất trong nước. Do vậy, khi nghiên cứu ảnh hưởng của chế

độ thủy động lực đến sự lan truyền vật chất trong nước, không nhất

thiết phải mô phỏng cho tất cả các chất.

2.4.2. Phương pháp xây dựng chỉ số chất lượng nước

Phương pháp xây dựng chỉ số chất lượng nước (WQI) mô tả

trong sơ đồ sau đây:

Hình 2.3. Sơ đồ tổng quát xây dựng chỉ số chất lượng nước

2.4.3. Phương pháp nội suy không gian

Phương pháp nội suy được sử dụng nhằm tạo ra bản đồ phân

vùng chất lượng nước cho toàn bộ vùng vịnh Hạ Long từ kết quả tính

WQI. Phần mềm hỗ trợ cho quá trình nội suy trong luận án là

Mapinfo Vertical Mapper. Quá trình thử nghiệm từng kĩ thuật nội

suy với số liệu thực tế tại vịnh Hạ Long cho thấy kĩ thuật

Triangulation with smoothing cho kết quả nội suy hợp lý nhất.

2.4.4. Phương pháp phân vùng chất lượng nước theo WQI

Vùng vịnh Hạ Long sẽ được phân ra thành các tiểu vùng chất

lượng nước từ rất xấu đến rất tốt theo thang phân loại WQI đã xây

dựng cho vịnh Hạ Long và được quy định bằng các màu khác nhau.

C1, w1

C2, w2

…

Cn, wn

q1, w1

q2, w2

…

qn, wn

WQI = f(q1, w1; q2, w2; …qn, wn)

8

Phần mềm hỗ trợ cho việc lập các sơ đồ phân vùng chất lượng nước

là Mapinfo Professional 11.

2.4.5. Phương pháp điều tra, khảo sát chất lượng nước và phân

tích trong phòng thí nghiệm

Trong quá trình thực hiện luận án, 10 đợt điều tra thực địa và hai

đợt khảo sát, lấy mẫu và phân tích chất lượng nước vào tháng 4/2013

và tháng 8/2013.

Chương 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

3.1. Một số vấn đề về chất lượng nước vịnh Hạ Long

Tổng hợp các nguồn tác động đến chất lượng nước vịnh Hạ

Long được trình bày trong Bảng 3.3.

Trong tương lai, nguồn thải từ hoạt động dân sinh và đô thị hóa,

từ hoạt động du lịch, dịch vụ, từ hoạt động tàu thuyền trên vịnh vẫn

là một áp lực rất lớn đến chất lượng nước khu vực nghiên cứu. Các

nguồn thải từ hoạt động công nghiệp, đổ thải và hoạt động liên quan

đến đáy biển, lấn biển và xây dựng hạ tầng kỹ thuật, làng chài và

nuôi trồng hải sản trên vịnh, hoạt động của bến, cảng biển sẽ không

tăng hơn so với giai đoạn hiện nay.

Một số đặc điểm về chất lượng nước vịnh Hạ Long như sau:

- Chất lượng nước vùng lõi vịnh Hạ Long còn tốt xong có xu

hướng suy giảm tại các khu vực làng chài nổi. Chất lượng nước vùng

đệm bị ô nhiễm tại các bến cảng, khu vực sau chợ Hạ Long 1, khu

vực nhà bè cột 5, kể cả các bãi tắm.

- Các vấn đề chất lượng nước cần quan tâm là ô nhiễm chất dinh

dưỡng, chất hữu cơ, dầu, chất rắn lơ lửng, chlorophyll a. Các thông

số ô nhiễm chủ yếu là NH4+, PO4

3-, dầu mỡ, TSS, COD. Giá trị của

các thông số này có xu hướng tăng lên theo thời gian.

9

- Nhìn chung, giá trị của các thông số chất lượng nước trong

mùa mưa cao hơn mùa khô, trong thời gian nước ròng lớn hơn trong

thời gian nước lớn và không có sự khác nhau nhiều giữa tầng mặt và

tầng đáy.

Bảng 3.3. Tổng hợp các nguồn tác động đến chất lượng nước vịnh

Hạ Long

TT Nguồn tác động

Khu vực nguồn thải

Chất ô nhiễm chủ yếu

1 Các hoạt động kinh tế - xã hội từ đất liền

1.1 Dân sinh và đô thị hóa

Hạ Long, Cẩm Phả, Hoành Bồ, Yên Hưng

Chất dinh dưỡng, chất hữu cơ, chất rắn lơ lửng, coliform

1.2 Du lịch, dịch vụ Hạ Long, Cát Bà Chất dinh dưỡng, chất hữu cơ, chất rắn lơ lửng, coliform.

1.3 Công nghiệp Cẩm Phả, Hạ Long, Hoành Bồ

Chất rắn lơ lửng, kim loại nặng, chất dinh dưỡng, chất hữu cơ

1.4 Bến cảng Hạ Long, Cẩm Phả Dầu, kim loại nặng 1.5 Lấn biển Hạ Long, Cẩm Phả Chất rắn lơ lửng 2 Hoạt động tàu

thuyền Trên vịnh Dầu, chất rắn lơ lửng, chất

dinh dưỡng, chất hữu cơ 3 Hoạt động đổ

thải và hoạt động liên quan đến đáy biển

Hạ Long, Cẩm Phả Chất rắn lơ lửng, kim loại nặng, độc tố

4 Làng chài và nuôi trồng hải sản trên vịnh

Trên vịnh Chất dinh dưỡng, chất hữu cơ, chất rắn lơ lửng, coliform

Trên cơ sở đánh giá các nguyên nhân gây tác động, hiện trạng

chất lượng môi trường nước biển ven bờ giai đoạn 2002-2013, một

số nhận định mang tính dự báo về chất lượng nước khu vực nghiên

cứu trong thời gian tới như sau:

10

- Giá trị của các thông số hóa lý như nhiệt độ, pH, độ mặn và

nồng độ các kim loại nặng trong nước biển không có sự biến động

lớn và nằm trong GHCP của quy chuẩn QCVN 10:2008/BTNMT.

- Hàm lượng chất rắn lơ lửng, chất hữu cơ, chất dinh dưỡng, dầu

mỡ khu vực ven bờ có xu hướng tăng lên, vượt quá GHCP của quy

chuẩn QCVN 10:2008/BTNMT và ảnh hưởng trực tiếp chất lượng

nước vùng lõi vịnh.

3.2. Nghiên cứu sự lan truyền chất trong nước vịnh Hạ Long

3.2.1. Thiết lập và hiệu chỉnh mô hình thủy động lực

3.2.1.1. Các số liệu cơ bản cho mô hình thủy động lực

* Số liệu địa hình: Địa hình ở vùng biển sâu được nội suy từ số

liệu địa hình đáy biển toàn cầu ETOPO2. Khu vực ven bờ là số liệu

đo đạc địa hình đáy do Trung tâm trắc địa bản đồ biển thực hiện năm

2004, Viện Địa lý thực hiện năm 2009.

* Số liệu dùng cho các biên và hiệu chỉnh, kiểm định mô hình:

- Biên phía sông là mực nước tại trạm thủy văn Do Nghi, Cửa

Cấm, Quang Phục, bỏ qua các sông thuộc thành phố Hạ Long do lưu

lượng các sông này khá nhỏ, kể các trong mùa lũ.

- Biên phía biển là các hằng số điều hòa của 10 sóng: Q1,O1, P1,

K1, M2, S2, K2, N2, MF, MM được lấy từ số liệu triều toàn cầu.

Biên phía biển được tạo ra từ phần mềm chuyên dụng Delft-Almighty.

- Số liệu dùng để hiệu chỉnh, kiểm định mô hình là mực nước đo

đạc tại trạm hải văn Hòn Dáu (Số liệu của Trung tâm Hải văn) và số

liệu dự tính triều tại Hồng Gai, Cát Bà, Cửa Ông.

* Số liệu gió: được triết xuất từ dữ liệu toàn cầu Wavewatch III

(NOAA) cho các thời đoạn tính toán.

11

* Số liệu nhiệt độ và độ mặn: được tham khảo từ kết quả khảo

sát của Trần Đức Thạnh và nnk (2007) và kết quả quan trắc của Sở

TN&MT Quảng Ninh (2006, 2007).

3.2.1.2. Xây dựng mô hình thủy động lực

Miền tính toán, vị trí các biên được trình bày trên Hình 3.18.

Hình 3.18. Vị trí các biên thủy lực và điều kiện địa hình toàn miền tính

3.2.1.3. Kết quả hiệu chỉnh và kiểm định mô hình thủy động lực

Hệ số Nash giữa giá trị tính toán và thực đo của hai giai đoạn

mô phỏng hiệu chỉnh và kiểm định mô hình tương ứng là 82.3% và

90.1%.

3.2.2. Thiết lập và hiệu chỉnh mô hình lan truyền chất

Mô hình lan truyền chất trong nước vịnh Hạ Long được xây

dựng trên nền và các kết quả của mô hình thủy động lực học. Vì vậy,

phạm vi không gian, lưới tính và vị trí các biên của mô hình lan

truyền chất chính là phạm vi, lưới tính và các biên của mô hình thủy

động lực khu vực vịnh Hạ Long. Quá trình nghiên cứu sự di chuyển,

khuếch tán, phân tán vật chất theo dòng chảy đối với từng vị trí

nguồn thải khác nhau trong vịnh Hạ Long được thực hiện với thông

12

số đại diện là tổng nitơ (TN). Vị trí các điểm thải và điều kiện biên

được minh họa trên Hình 3.24.

Hình 3.24. Vị trí các điểm nguồn thải và điểm quan trắc

Các trường hợp mô phỏng: Mục đích của phần này là tìm ra

được mức độ ảnh hưởng của từng khu vực nguồn thải khác nhau đến

chất lượng nước vịnh Hạ Long. Do vậy, các khu vực thải được chia

thành các nhóm như sau: Nhóm nguồn thải từ đất liền và nhóm

nguồn thải trên biển. Quá trình mô phỏng mức độ tác động của từng

khu vực thải sẽ được thực hiện với giá trị giả định TN tại khu vực đó

l mg/L. Các khu vực thải khác sẽ có giá trị TN bằng 0 mg/L.

3.2.3. Kết quả mô phỏng sơ bộ chế độ thủy động lực

Các kết quả tính toán mô phỏng trường dòng chảy khu vực vịnh

Hạ Long cho thấy tính chất dòng chảy giữa mùa khô và mùa mưa

không có sự khác biệt nhiều do lưu lượng nước từ sông chảy vào

vịnh Hạ Long không lớn và do có nhiều đảo chắn phía ngoài nên ảnh

hưởng của gió khá nhỏ. Chính vì vậy, dòng chảy ở đây hoàn toàn lệ

13

thuộc sự lên, xuống của thủy triều. Trong pha triều lên, dòng triều từ

phía đông nam Cát Bà chia làm hai nhánh: một nhánh đi quặt hướng

tây bắc vào vịnh Hạ Long, vịnh Cửa Lục và xuống phía nam đảo

Tuần Châu; một nhánh đi lên phía đông bắc vào vịnh Bái Tử Long.

Trong pha triều xuống, dòng nước từ phía nam đảo Tuần Châu và

vịnh Cửa Lục, vịnh Hạ Long chảy theo hướng đông – đông nam,

dòng nước từ phía Cửa Ông và vịnh Bái Tử Long chảy theo hướng

tây – tây nam sau đó kết hợp với nhau đi xuống đông nam đảo Cát Bà.

3.2.4. Kết quả mô phỏng lan truyền chất

Vùng lõi vịnh Hạ Long chịu tác động mạnh từ các nguồn thải

ven bờ thành phố Hạ Long, Cửa Lục và vịnh Lan Hạ - Cửa Vạn.

Điều này thể hiện rõ trong sự gia tăng giá trị TN tại vùng lõi vịnh

dưới tác động của các nguồn thải này luôn cao hơn các khu vực thải

khác (Bảng 3.6). Nguyên nhân của hiện tượng này là do dòng chảy

tại ven bờ Hồng Gai, Cửa Lục, khu vực vịnh Lan Hạ và Cửa Vạn có

hướng bắc nam, tây bắc hoặc tây nam và có xu hướng đẩy chất ô

nhiễm vào vịnh. Đây cũng là những khu vực có thải lượng thải phát

sinh lớn nhất (Bảng 3.7).

Các nguồn thải tại khu vực Yên Hưng và Cẩm Phả chỉ ảnh

hưởng đến vùng đệm và ít ảnh hưởng đến vùng lõi vịnh. Khu vực

huyện Yên Hưng mặc dù có lượng chất hữu cơ và dinh dưỡng phát

sinh tương đối lớn nhưng đóng góp vào vịnh Hạ Long khá nhỏ do địa

hình khu vực này khá nông và sự trao đổi nước ở khu vực này với

vịnh Hạ Long khá nhỏ. Khu vực Cẩm Phả cũng có tải lượng thải lớn

nhưng do kiểu dòng chảy tại đây theo hướng đông bắc – tây nam làm

cho chất ô nhiễm lan truyền ven bờ là chủ yếu. Các hoạt động dân

sinh và du lịch tại khu vực Cát Bà không ảnh hưởng đến chất lượng

nước của vịnh Hạ Long.

14

3.3. Thiết lập chỉ số chất lượng nước cho vịnh Hạ Long

3.3.1. Mục đích xây dựng chỉ số chất lượng cho vịnh Hạ Long

3.3.2. Phân tích và lựa chọn thông số tính toán WQI

3.3.2.1. Cơ sở lựa chọn thông số

- Các tiêu chí lựa chọn thông số tính WQI của Ott W.R. (1978),

Dunnette D.A. (1979) và Tebbutt (2002).

- Các chỉ thị đánh giá tình trạng chất lượng nước biển ven bờ

Việt Nam.

- Các thông số quan trắc đặc trưng của vùng biển ven bờ và chỉ

số chất lượng nước cho vùng biển ven bờ của các nước trên thế giới.

- Hiện trạng chất lượng nước, các nguồn thải và yêu cầu bảo tồn vịnh.

3.3.2.2. Lựa chọn thông số tính chỉ số chất lượng nước cho vịnh Hạ Long

- Nhóm hàm lượng ôxy hòa tan trong nước và nhu cầu ôxy: các

thông số được lựa chọn là DO, COD, dầu mỡ và TOC.

- Nhóm phú dưỡng: các thông số được lựa chọn là TN, TP và

chlorophyll a (hoặc NH4+, NO3

-, PO43- và chlorophyll a).

- Nhóm tác động đến sức khỏe: các thông số được lựa chọn là

tổng coliform hoặc feacal coliform, DO, dầu mỡ.

- Nhóm đặc tính vật lý: nhóm này không phản ánh mức độ suy

giảm chất lượng nước tại khu vực ven biển và có thể bỏ qua.

3.3.3. Xác định trọng số của thông số tính WQI

Trọng số được xác định dựa vào: Mức độ tác động của các thông

số đối với sự tồn tại, phát triển các hệ thủy sinh ven biển và hiện

trạng, diễn biến chất lượng nước vịnh Hạ Long.

3.3.4. Xây dựng các chỉ số phụ và giản đồ chỉ số phụ

Chỉ số phụ (qi) được xác định dựa theo QCVN 10:2008/

BTNMT, tiêu chuẩn chất lượng nước biển của ASEAN, Indonexia,

15

Philippin, Thái Lan, Australia, Nhật, Trung Quốc... và một số yêu

cầu chất lượng nước cho các hệ sinh thái biển như cỏ biển, san hô...

Bảng 3.10. Bảng quy định các giá trị chỉ số phụ qi tương ứng với

nồng độ Ci

i qi

Giá trị nồng độ Ci ứng với từng thông số

COD TOC %DOBH

Dầu TN TP

(mgO/L) (mgC/L) (mg/L) (mgN/L) (mgP/L)

1 100 ≤ 3 ≤ 1.2 100 0 ≤ 0.25 ≤ 0.02

2 67 4 1.6 65 hoặc 140 0.1 0.35 0.05

3 34 25 10 40 0.2 0.75 0.5

4 1 > 50 > 20 20 > 0.3 > 1.5 > 1

i qi PO4

3--P NH4+-N Chla T. Coli F. Coli

(F.Coli/100mL)

TSS

(mg/L) (mg/L) (µg/L) (MPN/100mL) (mg/L)

1 100 ≤0.015 ≤ 0.1 ≤ 1.4 ≤500 ≤100 ≤ 20

2 67 0.045 0.3 2 1000 - 50

3 34 0.08 0.5 10 - 500 -

4 1 > 0.5 > 1 > 20 >2000 >1000 >100

Giá trị chỉ số phụ của thông số i (q’) tại một nồng độ bất kỳ C’

được tính bằng cách tra trên giản đồ chỉ số phụ (Hình 3.36) hoặc theo

công thức sau:

1q' C'1 1

1

q qi i C qi iC Cii

Trong đó:

Ci : Nồng độ của thông số quan trắc được quy định trong Bảng

3.10 tương ứng với mức i

Ci+1: Nồng độ của thông số quan trắc được quy định trong Bảng

3.10 tương ứng với mức i+1

q’ : Chỉ số phụ tương ứng với nồng độ C’

qi : Chỉ số phụ ở mức i trong Bảng 3.10 tương ứng với giá trị Ci

16

qi+1 : Chỉ số phụ ở mức i+1 trong Bảng 3.10 tương ứng với giá trị Ci+1

C’: Nồng độ của thông số quan trắc được đưa vào tính toán

3.3.5. Lựa chọn phương pháp tổng hợp các chỉ số phụ

Bốn phương pháp tổng hợp chỉ số phụ sau đây được lựa chọn để

xem xét tính ảo, tính che khuất, độ nhạy và tính chất dễ tính toán.

- Dạng tổng có trọng số : n

iiqw1

- Dạng tích có trọng số : n

w

iiq

1

- Dạng bình phương điều hòa có trọng số :

n

i i

wi

q12

1

- Dạng Solway có trọng số : 21100

1

n

iiqw

Luận án lựa chọn dạng tích có trọng số để xây dựng WQI cho

vịnh Hạ Long.

3.3.6. Công thức tính WQI cho vịnh Hạ Long

Để khắc phục điểm hạn chế của công thức ( )1

wn iqi trong trường

hợp thiếu số liệu, luận án đề xuất cải tiến công thức tích có trọng số

và công thức tính chỉ số chất lượng nước cho vịnh như sau:

WQIHL =

n1/ w

i1( )1

wn iqi

(3.1)

Trong đó : - qi : chỉ số phụ của thông số thứ i

- wi: trọng số của thông số thứ i

- n: số lượng các thông số tính

Khi có đủ các thông số tính WQIHL, giá trị nw

i1 trong công thức

3.1 sẽ bằng 1 và công thức 3.1 như sau

17

WQIHL = 9( )1

wiqi (3.2)

= (qDO0.07*qCOD

0.11*qTOC0.08 * qDầu

0.17 *qF.Coli0.07 *qTSS

0.17* qTN0.11 * qTP

0.11 * qChla0.11)

3.3.7. Xây dựng thang phân loại WQI

Bảng 3.16. Bảng phân loại chất lượng nước và khả năng sử dụng TT

WQIHL Chất lượng nước

Khả năng sử dụng nguồn nước

1 97 - 100 Rất tốt Có thể sử dụng cho tất cả mục đích sử dụng nước.

2 92 - 96 Tốt* Có thể sử dụng cho tất cả mục đích sử dụng nước, ngoại trừ bảo tồn thủy sinh hay nuôi trồng một số loài hải sản đặc biệt

3 70-91 Trung bình Hoạt động du lịch, giải trí, thể thao không tiếp xúc trực tiếp với nước, giao thông thủy, cảng biển.

4 50 - 69 Xấu Giao thông thủy, cảng biển hoặc một số mục đích sử dụng khác không yêu cầu về chất lượng nước quá cao

5 1- 49 Rất xấu Chỉ có thể sử dụng cho giao thông thủy, cảng biển

Ghi chú: Chất lượng nước là tốt khi qi min ≥ 67 hoặc WQI = 92-96 và qi min ≥ 67

3.3.8. Kiểm nghiệm công thức tính WQI cho vịnh Hạ Long

Công thức WQIHL xây dựng ở trên được kiểm nghiệm mức độ

chính xác khi đánh giá chất lượng nước với các số liệu giả định. Các

số liệu giả định bao gồm 91 chuỗi số liệu. Quá trình kiểm nghiệm với

số liệu giả định cho thấy, công thức tính WQIHL cho kết quả tương

đối hợp lý.

3.3.9. Đánh giá chung công thức tính chỉ số chất lượng nước cho

vịnh Hạ Long

Quá trình xây dựng công thức tính WQIHL được đánh giá theo

15 tiêu chí của Mỹ đã đưa ra [U.S. EPA, 1978]. Kết quả đánh giá cho

thấy, quá trình xây dựng công thức tính WQI cho vịnh Hạ Long đã

bám sát 12/15 tiêu chí đánh giá WQI của Mỹ.

18

3.3. Phân vùng chất lượng nước vịnh Hạ Long

3.4.1. Mục đích phân vùng chất lượng nước

3.4.2. Cơ sở phân vùng chất lượng nước vịnh Hạ Long

Cơ sở chính để phân vùng chất lượng nước vịnh Hạ Long là kết

quả tính WQI theo công thức đã được xây dựng cho vịnh Hạ Long.

Các số liệu tính toán là số liệu đo đạc của nghiên cứu sinh trong mùa

khô (tháng 4/2013) và mùa mưa (tháng 8/2013). Tại những khu vực

không có số liệu thực đo, luận án còn sử dụng thêm số liệu từ kết quả

của một số nghiên cứu khác.

3.4.3. Kết quả phân vùng chất lượng nước vịnh Hạ Long

Hình 3.38. Sơ đồ phân vùng chất lượng nước vịnh Hạ Long theo

WQI mùa khô (tháng 4/2013)

Chất lượng nước Ký hiệu màu

Rất tốt Tốt

Trung bình

Xấu Rất xấu

SƠ ĐỒ PHÂN VÙNG CHẤT LƯỢNG NƯỚC VỊNH HẠ LONG THEO WQI THÁNG 4/2013

19

Hình 3.39. Sơ đồ phân vùng chất lượng nước vịnh Hạ Long theo

WQI mùa mưa (tháng 8/2013)

3.5. Đề xuất giải pháp quản lý và sử dụng vịnh Hạ Long

3.5.1. Cơ sở đề xuất giải pháp quản lý và sử dụng vịnh Hạ Long

3.5.2. Đề xuất mục tiêu bảo vệ chất lượng nước vịnh Hạ Long

Bảng 3.22. Đặc điểm CLN hiện tại và mục tiêu quản lý, bảo vệ

CLN vịnh Hạ Long

TT Phân vùng vịnh

WQI hiện tại

CLN hiện tại

Mục tiêu WQI

Mục tiêu CLN

Ghi chú

1 Vùng lõi 84 – 100 Tốt đến rất tốt

97 - 100 Rất tốt

2 Vùng đệm 14 – 85 Rất xấu đến tốt

92 – 100 Tốt đến rất tốt

Trừ bến cảng, bến chợ cho phép CLN ở mức trung bình (WQI = 70 - 91).

3 Vùng phụ cận (vịnh Cửa Lục)

36 - 84 Rất xấu

đến trung binh

70 - 96 Trung

bình đến tốt

SƠ ĐỒ PHÂN VÙNG CHẤT LƯỢNG NƯỚC VỊNH HẠ LONG THEO WQI THÁNG 8/2013

Chất lượng nước Ký hiệu màu

Rất tốt Tốt

Trung bình

Xấu Rất xấu

20

Hình 3.40. Đề xuất các hoạt động sử dụng vịnh Hạ Long theo chất lượng nước và mức độ của các hoạt động này

Số TT

Các hoạt động sử dụng nước

Vù

ng

CL

N

tốt

đế

n r

ất

tốt

Vù

ng

CL

N

xấ

u đ

ến

tr

un

g b

ình

Vù

ng

CL

N

rất

xấ

u

1 Bảo tồn, bảo vệ và phục hồi hệ sinh thái √ √ √ 2 Du lịch sinh thái, du lịch văn hóa, di sản √ √ x 3 Thể thao, giải trí dưới nước √ x x 4 Thể thao, giải trí không tiếp xúc với nước √ hc x 5 Khử mặn để làm nước cấp sinh hoạt √ x x 6 Nuôi trồng hải sản hc x x 7 Đánh bắt hải sản hc x x 8 Cư trú trên vịnh hc x x 9 Giao thông thủy hc hc hc

10 Bến tầu, cảng nhỏ x hc hc 11 Nghiên cứu, đào tạo, giáo dục √ √ √

12

Các hoạt động ít tác động khác (cứu hộ, cứu nạn, quan trắc chất lượng môi trường, bảo vệ môi trường, quay phim, chụp ảnh …)

√ √ √

Ghi chú : - Các hoạt động trên phải được thực hiện theo đúng quy định hiện hành và không được phép thực hiện tại những khu vực bảo tồn tuyệt đối của vịnh Hạ Long. - √ : Hoạt động sử dụng nước thích hợp tại vùng nước đó do chất lượng nước đảm bảo hoặc hoạt động phát triển ít có nguy cơ ảnh hưởng đến chất lượng nước. - x : Hoạt động sử dụng nước không thích hợp tại vùng nước đó do chất lượng nước không đảm bảo hoặc hoạt động phát triển ảnh hưởng xấu đến chất lượng nước. - hc : Hoạt động sử dụng nước hạn chế thực hiện tại vùng nước đó do chất lượng nước không đảm bảo hoặc hoạt động phát triển có nguy cơ ảnh hưởng đến chất lượng nước.

21

3.5.3. Đề xuất định hướng quản lý và các hoạt động sử dụng nước

vịnh Hạ Long

Đề xuất các hoạt động sử dụng vịnh Hạ Long theo chất lượng

nước và mức độ của các hoạt động này được trình bày trong Hình 3.36.

3.5.4. Đề xuất một số giải pháp quản lý CLN vịnh Hạ Long

3.5.4.1. Xây dựng quy hoạch không gian biển và điều chỉnh các quy

hoạch hiện có

- Xây dựng, triển khai thực hiện QHKGB vịnh Hạ Long và xác

định chế độ pháp lý cho từng đơn vị phân vùng không gian biển. Kết

quả luận án có thể là một trong những nền tảng quan trọng cho việc

xây dựng QHKGB vịnh Hạ Long.

- Trên cơ sở QHKGB vịnh Hạ Long, cần có những điều chỉnh

hợp lý các khu vực quản lý hiện tại của BQL vinh, đồng thời điều

chỉnh các quy hoạch ngành hiện có.

3.5.4.2. Đẩy mạnh quản lý tổng hợp vùng bờ cho vịnh Hạ Long

Tiếp cận quản lý tổng hợp vùng bờ và quản lý biển theo không

gian được coi là phương pháp quản lý hiệu quả nhất đối với vùng

biển sử dụng đa mục tiêu như vịnh Hạ Long. Công tác quản lý di sản

cần phải được đánh giá định kỳ theo bộ công cụ EoH (Endancing our

Heritage) của UNESCO và IUCN (2007).

3.5.4.3. Tăng cường kiểm soát và quản lý các nguồn thải gây ô

nhiễm vịnh

Trước mắt, nếu hạn chế về kinh phí và nhân lực, có thể tập trung

các biện pháp quản lý tại các khu vực nguồn thải Hồng Gai – Bãi

Cháy, vịnh Cửa Lục, Cửa Vạn – Lan Hạ. Các khu vực thải khác như

Tuần Châu, Yên Hưng, Cẩm Phả có thể giải quyết sau.

3.5.4.4. Đẩy mạnh công tác nghiên cứu và quan trắc môi trường vịnh

22

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Kết luận

1. Diễn biến chất lượng nước khu vực nghiên cứu

Thông qua việc tổng quan tài liệu và đo đạc chất lượng nước

luận án đã xác định được những vấn đề cốt lõi về chất lượng nước

vịnh Hạ Long. Đó là các vấn đề về ô nhiễm chất rắn lơ lửng, chất

dinh dưỡng, chất hữu cơ và dầu mỡ. Giá trị các thông số chất lượng

nước liên quan đến các loại ô nhiễm này có xu hướng tăng lên theo

thời gian. Trong tương lai, vấn đề ô nhiễm chất rắn lơ lửng, chất dinh

dưỡng, chất hữu cơ và dầu tại khu vực ven bờ vẫn có xu hướng tăng

và vượt quá giới hạn cho phép của quy chuẩn QCVN

10:2008/BTNMT, ảnh hưởng trực tiếp chất lượng nước vùng lõi vịnh.

2. Mức độ tác động của các khu vực nguồn thải đến chất lượng

nước vịnh

Luận án đã làm sáng tỏ các nguồn tác động đến chất lượng nước

vịnh Hạ Long, đặc biệt đã xác định được mức động ảnh hưởng của

các khu vực nguồn thải bên trong và bên ngoài vịnh thông qua tính

toán mô. Kết quả tính toán mô phỏng cho thấy vùng lõi vịnh Hạ

Long chịu tác động mạnh từ các nguồn thải ven bờ thành phố Hạ

Long và hoạt động tàu thuyền, nuôi trồng hải sản lồng bè trên vịnh.

Các nguồn thải tại khu vực Yên Hưng, Cẩm Phả, Cát Bà ảnh hưởng chủ

yếu đến vùng đệm và không tác động nhiều đến vùng lõi vịnh Hạ Long.

3. Xây dựng và tính toán chỉ số chất lượng nước cho vịnh Hạ

Long

Luận án đã đóng góp và làm sáng tỏ phương pháp luận xây dựng

chỉ số chất lượng nước biển, phục vụ việc đánh giá và phân vùng các

vũng, vịnh ven biển thông qua việc phát triển một công thức tính chỉ

23

số chất lượng nước cho vịnh Hạ Long. Công thức có dạng như sau:

WQIHL = n

i

1

1/ w

1

( )i

nw

iq

. Chín thông số tính WQIHL đã được lựa chọn

được theo đặc điểm của nước biển ven bờ và các đặc trưng môi

trường vịnh Hạ Long. Các thông số tính bao gồm %DOBH (với trọng

số 0,07), COD (0,11), TOC (0,08), dầu và mỡ (0,17) tổng coliform

hoặc feacal coliform (0,07), TSS (0,17), TN (0,11), TP (0,11) và

chlorophyll a (0,11). Các chỉ số phụ được xây dựng dựa trên QCVN

10:2008/MONRE, các tiêu chuẩn chất lượng nước biển ven bờ của

ASEAN, Australia, Nhật,…và các yêu cầu chất lượng nước cho các

hệ sinh thái biển. Thang phân loại chất lượng nước theo WQI gồm 5

mức: rất tốt (97-100), tốt (qi min ≥ 67 hoặc WQI = 92-96 và qi min ≥

67), trung bình (70-91), xấu (50-69), rất xấu (1-49). Quá trình tính

toán bằng công thức đã được cải tiến và xây dựng ở trên vẫn được

tiến hành như bình thường khi thiếu số liệu.

4. Phân vùng chất lượng nước vịnh Hạ Long

Luận án đã đóng góp cho phương pháp luận áp dụng chỉ số chất

lượng nước biển để đánh giá và phân vùng chất lượng nước biển ven

bờ ở Việt Nam, trước hết cho trường hợp nghiên cứu vịnh Hạ Long.

Dựa vào WQIHL đã xây dựng được và công cụ GIS, luận án đã phân

vùng vịnh Hạ Long thành các phân khu chất lượng nước. Các phân

khu chất lượng nước tốt đến rất tốt chủ yếu nằm ở vùng lõi vịnh và

phần đệm phía biển. Các phân khu chất lượng nước trung bình, xấu

và rất xấu nằm ở vùng phụ cận và vùng đệm phía đất liền. Điều này

cho thấy chất lượng nước vịnh Hạ Long hiện đang chịu áp lực lớn từ

các nguồn thải ven biển. Kết quả phân vùng cũng cho thấy một số

hoạt động sử dụng nước vịnh Hạ Long hiện đang diễn ra trong điều kiện

không đảm bảo.

24

5. Giải pháp quản lý và sử dụng vịnh Hạ Long.

Luận án đã đưa ra mục tiêu chung và các mục tiêu cụ thể bảo vệ

chất lượng nước cho từng phân vùng vịnh Hạ Long. Trên cơ sở này,

luận án đã đề xuất các hoạt động sử dụng nước được phép thực hiện,

không được phép thực hiện hoặc bị hạn chế thực hiện, tùy thuộc vào

vùng chất lượng nước và mức động tác động môi trường của các hoạt

động này. Cuối cùng, luận án đã đề xuất xây dựng và triển khai bốn

nhóm giải pháp liên ngành, tổng hợp và theo không gian để cải thiện

và bảo vệ chất lượng nước vịnh Hạ Long. Các giải pháp quản lý đề

xuất bao gồm (i) Xây dựng quy hoạch không gian biển và thể chế

hóa các vùng biển, đồng thời điều chỉnh các quy hoạch hiện có; (ii)

Đẩy mạnh quản lý tổng hợp vùng bờ và áp dụng bộ công cụ EoH của

UNESCO và IUCN trong quản lý môi trường vịnh; (iii) Tăng cường

kiểm soát và quản lý các nguồn thải gây ô nhiễm vịnh, tập trung vào

các nguồn thải của thành phố Hạ Long và một số khu vực làng chài

trên vịnh; (iv) Đẩy mạnh công tác nghiên cứu thiết lập các tiêu chí

chất lượng nước biển cho vùng lõi vịnh, giám sát chặt chẽ các thông

số đánh giá ô nhiễm chất hữu cơ, chất dinh dưỡng, chất rắn lơ lửng

và dầu trong nước vịnh.

Kiến nghị về các nghiên cứu tiếp theo

- Tiếp tục nghiên cứu về giá trị giới hạn của các thông số tính

WQIHL sao cho phù hợp với điều kiện của vịnh.

- Tiếp tục nghiên cứu về các chỉ số đánh giá chất lượng vùng

biển như chỉ số chất lượng trầm tích, chỉ số tích tụ sinh học …

- Kiểm chứng thêm sơ đồ phân vùng chất lượng nước với số liệu

thực tế tại những khu vực sử dụng phương pháp nội suy để xác định

chất lượng nước.

25

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN

1. Nguyễn Thị Thế Nguyên (2004), “Đánh giá ảnh hưởng của phát

triển nông nghiệp và thuỷ sản đến môi trường ven bờ tỉnh Thừa

Thiên-Huế”, Tạp chí KHKT Thuỷ lợi và Môi trường, Số 7, trang

76-83.

2. Nguyen Thi The Nguyen, M.B. de Vries (2009), “Predicting

Trends In Water Quality In The Coastal Zone Of Tt-Hue, Vietnam

- An Assessment Of Environment Impacts Of Rice Culture And

Aquaculture”, Proceedings of the 5th International Conference on

Asian and Pacific Coasts, Volume 2, pages: 148-154.

3. N.T.T. Nguyen, N.C. Hoi (2012), “Development of Water Quality

Index for Ha Long Bay in Vietnam”, Proceedings of the PIANC

COPEDEC VIII, pages: 1178-1184.

4. Nguyen Thi The Nguyen, Dong Kim Loan, Nguyen Chu Hoi

(2013), “Proposing sollutions to manage and use water quality

zones in the Ha Long Bay”, Journal of Water Resources &

Environmental Engineering, Secial issue- Number 11, pages 156-

162.

5. Nguyễn Thị Thế Nguyên (2013), “Một số vấn đề về chất lượng

nước vịnh Hạ Long”, Tạp chí KHKT Thủy lợi và Môi trường, Số

42, trang 40-45.