Đánh giá khả năng trao đổi nước và trạng thái dinh dưỡng vịnh Vũng Rô (Phú Yên)

Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản<br /> <br /> Số 2/2017<br /> <br /> THOÂNG BAÙO KHOA HOÏC<br /> <br /> ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG TRAO ĐỔI NƯỚC VÀ TRẠNG THÁI DINH DƯỠNG<br /> VỊNH VŨNG RÔ (PHÚ YÊN)<br /> ASSESSMENT OF WATER EXCHANGE AND NUTRIENT BALANCE OF VUNG RO BAY<br /> Nguyễn Thị Phương Thảo1, Nguyễn Hữu Huân1, Phan Minh Thụ1<br /> Ngày nhận bài: 26/2/2017; Ngày phản biện thông qua: 12/4/2017; Ngày duyệt đăng: 15/6/2017<br /> <br /> TÓM TẮT<br /> Trên cơ sở nguồn dữ liệu khảo sát trong thời gian: 2014 – 2015, ứng dụng mô hình LOICZ cho vực nước<br /> vịnh Vũng Rô cho thấy: Thời gian lưu nước của vịnh vào mùa khô là 31,4 ngày và mùa mưa là 18,5 ngày. Khả<br /> năng trao đổi nước của vịnh Vũng Rô thấp hơn so với kết quả nghiên cứu tại đầm Thủy Triều – vịnh Cam Ranh<br /> hay vực nước Bình Cang – Nha Phu... Thủy vực Vũng Rô là một hệ thống tự dưỡng, có khả năng tổng hợp vật<br /> chất sống đủ đáp ứng cho nhu cầu của hệ với cường độ quang hợp vào mùa khô là 29,31 mmol C m-2 ngày-1 và<br /> vào mùa mưa là 35,50 mmol C m-2 ngày-1. Theo kết quả trạng thái cân bằng vật chất - dinh dưỡng, khả năng<br /> cố định ni tơ trung bình năm của vực nước đạt 3,77 mmol N m-2 ngày-1 , và đặc trưng cho hệ sinh thái cố định<br /> ni tơ. Kết quả tính toán thời gian lưu nước và trạng thái cân bằng dinh dưỡng của vịnh Vũng Rô theo mô hình<br /> LOICZ cho thấy, Vũng Rô có điều kiện thuận lợi để phát triển nuôi trồng hải sản, đặc biệt là nuôi hải sản lồng,<br /> bè . Với phương châm khai thác và sử dụng vực nước đa mục đích, trong đó có an ninh, quốc phòng, bảo vệ và<br /> tôn tạo di tích lịch sử, cần quy hoạch và quản lý chặt chẽ đảm bảo phát triển hài hòa các hoạt động kinh tế-xã<br /> hội, trong đó có nuôi trồng hải sản kết hợp du lịch sinh thái nhằm đảm bảo ổn định việc làm của cư dân Vũng<br /> Rô, vừa tạo điểm tham quan thắng cảnh và di tích lịch sử, giáo dục truyền thống cách mạng của người Việt.<br /> Từ khóa: Thời gian lưu nước, cân bằng vật chất – dinh dưỡng, LOICZ, Vũng Rô<br /> ABSTRACT<br /> Based on the survey data from 2014 to 2015, the applied result of LOICZ methodology of Vung Ro<br /> bay water area showed that the residence time of the bay water in the dry season was 31.4 days and the<br /> rainy season was 18.5 days. Water exchange capacity of Vung Ro Bay is lower than Thuy Trieu - Cam Ranh<br /> water and Binh Cang - Nha Phu water. Vung Ro bay is an autotrophic system with the capacity of organic<br /> synthesis enough to meet the need of the ecosystem. The photosynthetic intensity was 29.31 mmol C m-2<br /> day-1 in the dry season and 35.50 mmol C m-2 day-1 in the rainy season. The average annual capability of<br /> nitrogen fixation of Vung Ro bay reached around 3.77 mmol N m-2 day-1 which characterized a typical nitrogen<br /> fixed ecosystem. The results of the water residence time and nutrient balance of Vung Ro Bay according to<br /> the LOICZ model show that Vung Ro has favorable conditions for the development of marine aquaculture,<br /> especially cage farming. To secure the exploitation and usage of multi-purpose water areas, including security,<br /> defense, protection and embellishment of historical relics, it is necessary to plan and manage closely to ensure<br /> harmonious development of socio-economic activities, including aquaculture combined ecotourism to ensure<br /> stable employment of residents of Vung Ro, as well as create attractions, historic monuments and education of<br /> traditional revolution of the Vietnamese.<br /> Keywords: Residence time of water, material – nutrient balance, LOICZ, Vung Ro Bay<br /> <br /> 1<br /> <br /> Viện Hải dương học, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam (VAST)<br /> <br /> TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 87<br /> <br /> Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản<br /> I. ĐẶT VẤN ĐỀ<br /> Vũng Rô là một vịnh nhỏ thuộc xã Hòa<br /> Xuân Nam, huyện Đông Hòa, tỉnh Phú Yên.<br /> Vịnh nằm sát chân đèo Cả, ba mặt giáp núi,<br /> cửa thông ra biển rộng khoảng 2.250 m, là<br /> một vùng nước sâu, kín gió. Việc nuôi thủy<br /> sản tự phát, không có quy hoạch tại Vũng Rô<br /> thời gian qua đã tác động xấu đến môi trường<br /> nước của vịnh. Bên cạnh đó, theo quy hoạch<br /> khu kinh tế Nam Phú Yên đến năm 2020 và<br /> định hướng đến năm 2030, toàn bộ mặt nước<br /> khu vực Vũng Rô rộng khoảng 1.640 ha được<br /> quy hoạch thành cảng biển tổng hợp, chuyên<br /> dùng sản phẩm dầu và container [6]. Chính vì<br /> vậy, vịnh Vũng Rô rất cần những nghiên cứu<br /> phục vụ cho việc quản lý khai thác và sử dụng<br /> có hiệu quả nhằm đảm bảo phát triển bền<br /> vững. Trong đó, việc đánh giá khả năng trao<br /> đổi nước của khu vực là rất quan trọng. Khả<br /> năng trao đổi nước theo phương pháp luận của<br /> LOICZ đã được áp dụng rộng rãi trên thế giới<br /> nhằm tính toán thời gian cần để lượng nước<br /> trong thủy vực (với các chất ô nhiễm trong đó)<br /> được thay thế mới và làm sạch. Việc nghiên<br /> cứu đánh giá khả năng trao đổi nước và trạng<br /> thái dinh dưỡng vịnh Vũng Rô là thiết thực và<br /> cấp bách, góp phần quan trọng trong việc đánh<br /> giá khả năng tự làm sạch và sức tải môi trường<br /> tại đây, từ đó đưa ra các định hướng phát triển<br /> kinh tế biển bền vững trong tương lai.<br /> II. TÀI LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU<br /> 1. Khu vực nghiên cứu<br /> Vực nước Vũng Rô có diện tích mặt thoáng<br /> 12,55 triệu m2, thể tích 178,22 triệu m3 và độ<br /> sâu trung bình toàn vùng là 14,2m.<br /> 2. Tài liệu nghiên cứu<br /> Bài báo sử dụng số liệu của các chuyến<br /> khảo sát tổng hợp vực nước vịnh Vũng Rô<br /> trong khuôn khổ đề tài cấp Viện Hàn lâm Khoa<br /> học Công nghệ Việt Nam: “Đánh giá khả năng<br /> tự làm sạch vịnh Vũng Rô (Phú Yên) phục vụ<br /> phát triển bền vững kinh tế biển”. Bên cạnh đó,<br /> số liệu/thông tin từ các nguồn sau cũng được<br /> <br /> 88 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG<br /> <br /> Số 2/2017<br /> <br /> Hình 1. Bản đồ địa hình vịnh Vũng Rô và các trạm<br /> nghiên cứu (đơn vị độ sâu: m)<br /> <br /> tham khảo và sử dụng: niêm giám thống kê<br /> tỉnh Phú Yên năm 2013, số liệu khí tượng thủy<br /> văn trạm Tuy Hòa, Phú Yên do Đài Khí tượng<br /> Thủy văn khu vực Nam Trung bộ cung cấp, số<br /> liệu lượng nước ngầm khu vực huyện Đông<br /> Hòa, tỉnh Phú Yên từ Hội thảo về ứng dụng<br /> của đồng vị thủy văn trong điều tra tài nguyên<br /> nước và môi trường, TP. Hồ Chí Minh ngày<br /> 7/4/2014<br /> 3. Tính toán trao đổi nước - muối và đánh<br /> giá trạng thái cân bằng dinh dưỡng trong<br /> thủy vực ứng dụng mô hình LOICZ<br /> 3.1. Tính toán trao đổi nước - muối<br /> Theo phương pháp luận của LOICZ [12,<br /> 15, 16], các dòng chảy đi vào một hê thống<br /> thủy vực bao gồm dòng chảy tràn (VQ), nước<br /> mưa trực tiếp (VP) nước ngầm (VG) hay các<br /> dòng vào khác (Vo) như nước thải. Ngoài ra<br /> còn có dòng đối lưu thủy văn đi vào hệ thống<br /> (Vin). Các dòng ra bao gồm lượng bốc hơi (VE)<br /> và dòng đối lưu thủy văn đi ra khỏi hệ thống<br /> (Vout). Sự thay đổi trữ lượng nước theo thời<br /> gian (dV1/dt) có thể được hiển thị như sau:<br /> <br /> Khi áp dụng với cân bằng muối cho hệ<br /> thống thủy vực có độ muối S1, công thức trên<br /> có thể được viết lại như sau:<br /> <br /> Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản<br /> <br /> Số 2/2017<br /> metabolism) hay (p-r) được xác định theo<br /> công thức:<br /> <br /> Trong đó: và là tổng lượng nước đi vào hệ<br /> thống trừ cho lượng bốc hơi và độ muối tương<br /> ứng, S2 là độ muối của dòng Vin.<br /> Thực tế, Vin và Vout không dễ dàng xác định<br /> được. Chênh lệch Vin và Vout (VR) có thể được<br /> viết thành:<br /> <br /> Có thể xem dV1/dt và dS1/dt là không đổi,<br /> cụ thể dV1/dt = 0, độ muối gần bằng không,<br /> dòng Vin được xác định lại là dòng trao đổi<br /> nước Vx, kết hợp 3 công thức trên ta có:<br /> <br /> Thời gian lưu nước (residence time of<br /> water) theo LOICZ được xác định theo công<br /> thức sau:<br /> <br /> Như vậy, phương pháp luận của LOICZ đã<br /> xác định được thời gian lưu nước bằng cách<br /> tối giản và lược bỏ dòng chảy mặt cắt trao đổi<br /> nước dựa trên định luật bảo toàn khối lượng<br /> nước và muối (vật chất bảo toàn không tự sinh<br /> ra và mất đi). Thời gian mà vực nước cần để<br /> tự làm sạch được xác định từ các dòng chảy đi<br /> vào và ra khỏi hệ (trừ Vin và Vout), độ muối của<br /> thủy vực và độ muối bên ngoài thủy vực.<br /> 3.2. Đánh giá trạng thái dinh dưỡng<br /> Quá trình thay đổi vật chất trong thủy vực<br /> theo LOICZ [4,12, 15, 16] có thể được khái<br /> quát bằng phương trình sau:<br /> <br /> Tại điểm cân bằng N và P, phương trình<br /> (10) được viết lại như sau:<br /> Tuy thuộc vào từng yếu tố trong mô hình<br /> Sinh địa hóa LOICZ, ∆Y có thể là ∆DIN, ∆DIP,<br /> ∆DON và ∆DOP. Dựa vào các giá trị ∆DIP<br /> và tỷ lệ nguyên tử C:P, NEM (net ecosystem<br /> <br /> Đối với hệ thực vật nổi như vịnh Vũng Rô,<br /> tỷ lệ C:P = 106:1 (Redfiel và cs., 1963) [12]<br /> được áp dụng. Đây là thông số quan trọng<br /> dùng để đánh giá khả năng đồng hóa ni tơ và<br /> phospho của thủy vực.<br /> Ngoài ra, chênh lệch giữa quá trình cố định<br /> đạm và khử nitơ (nfix – denit) từ kết quả tính<br /> toán theo phương pháp LOIZC đóng vai trò<br /> quan trọng trong xác định lượng ni tơ chuyển<br /> hóa trong hệ sinh thái biển ven bờ.<br /> 4. Phương pháp xác định các dòng vào<br /> và ra khỏi hệ<br /> 4.1. Lượng bốc hơi thực tế<br /> Lượng bốc hơi thực tế được tính theo công<br /> thức của Meyer (1915) [13, 17]<br /> EL = KM (ew – ea) (1 + u9/16)<br /> Trong đó:<br /> U9 : tốc độ gió trung bình hàng tháng theo<br /> km/h tại độ cao 9 m so với mặt nước biển<br /> Km: Hệ số cho các yếu tố khác nhau, với<br /> giá trị 0,36 cho thủy vực lớn nước sâu và 0,5<br /> cho thủy vực nhỏ nước cạn.<br /> Ew: Độ ẩm tuyệt đối được tính theo mm<br /> thủy ngân<br /> Ea: Độ ẩm tương đối được tính theo mm<br /> thủy ngân<br /> 4.2. Phương pháp ước lượng nước chảy bề mặt<br /> Lưu lượng dòng chảy ở các sông suối nhỏ<br /> của các xã ven bờ xuất hiện do mưa được tính<br /> toán dự vào lượng mưa và nhiệt độ trung bình<br /> nhiều năm theo mô hình khí hậu đơn giản sau<br /> (Schreiber 1904; Sellers 1965; Holland 1978;<br /> Kjerfve 1990): [17]<br /> <br /> Với:<br /> <br /> Trong đó, AX (km2): diện tích lưu vực; r<br /> (mm): lượng mưa trung bình; Di (ngày) số<br /> ngày trong tháng thứ i; ∆f/r: tỷ lệ dòng chảy với<br /> TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 89<br /> <br /> Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản<br /> <br /> Số 2/2017<br /> <br /> lượng mưa; e0 (mm) lượng bốc hơi tiềm năng;<br /> và T nhiệt độ không khí trung bình tháng (0C).<br /> 4.3. Phương pháp ước lượng tải lượng từ<br /> các nguồn<br /> Tổng lượng chất thải (CT) được tính theo<br /> công thức [4, 5]:<br /> Trong đó, CTi: Tổng lượng thải của các<br /> thành phần công nghiệp (CTCN), sinh hoạt<br /> (CTSH), chăn nuôi (CTNNCN) và nuôi trồng thủy<br /> sản (CTNTTS).<br /> Theo kết quả khảo sát và nghiên cứu,<br /> lượng nước thải phát sinh đi vào vịnh Vũng Rô<br /> chủ yếu là từ nước thải sinh hoạt của người<br /> dân. Trong khi đó, hầu hết lượng thải Ni tơ,<br /> Phốt pho tác động lên môi trường vịnh Vũng<br /> Rô có nguồn gốc từ hoạt động nuôi trồng thủy<br /> hải sản trên biển (nuôi tôm hùm lồng và cá<br /> lồng) và nước thải sinh hoạt chiếm phần nhỏ.<br /> Phương pháp tính toán nguồn thải sinh<br /> hoạt được tham khảo từ tiêu chuẩn cấp nước<br /> (TCXDVN 33:2006) và thông tư của bộ Tài<br /> nguyên và Môi trường [1, 2]. Các hệ số thải<br /> và hệ số xả thải được tham khảo từ nghiên<br /> cứu sức tải môi trường Vịnh Hạ Long – Bái<br /> Tử Long (2012) [7], WHO (1993) [9], Phan<br /> Minh Thụ (2013) [5]. Các hệ số phát thải khác<br /> được tính toán dựa trên hệ số của San Diego<br /> McGlone (2000) [14].<br /> Ước lượng N, P thải ra môi trường từ<br /> hoạt động nuôi tôm hùm dựa theo Wallin &<br /> Hankanson (1991) [11]. Ngoài ra, nguồn thải<br /> từ hoạt động nuôi cá lồng được đánh giá dựa<br /> trên tổng sản phẩm nuôi trồng và định mức thải<br /> của hoạt động nuôi cá lồng trên biển [7].<br /> III. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN<br /> 1. Đặc điểm khí tượng thủy văn vùng ven<br /> bờ vịnh Vũng Rô<br /> Khu vực nghiên cứu nằm trong vùng nhiệt<br /> đới gió mùa với 2 mùa rõ rệt là mùa khô (từ<br /> tháng 1 đến tháng 8) và mùa mưa (từ tháng<br /> 9 đến tháng 12). Tại đây là nơi giáp ranh giữa<br /> tỉnh Khánh Hòa và tỉnh Phú Yên nên đặc điểm<br /> <br /> 90 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG<br /> <br /> Hình 2: Lượng mưa, lượng bốc hơi khả năng<br /> và bốc hơi thực tế (mm) trung bình nhiều năm<br /> theo tháng ở Vũng Rô<br /> <br /> khí hậu, khí tượng - thủy văn của vịnh Vũng Rô<br /> được tổng hợp và tính toán từ 2 tỉnh trên.<br /> Lượng mưa cả năm tại khu vực nghiên cứu<br /> dao động từ 1030,7 - 3373,0 mm, trung bình<br /> nhiều năm là 2013,5 mm. Trung bình lượng<br /> mưa vào các tháng mùa khô đạt 70,40 mm<br /> trong khi vào mùa mưa là 362,57mm. Lượng<br /> mưa vào mùa khô chiếm 38,83% lượng mưa<br /> cả năm.<br /> Trung bình vào mùa khô, bốc hơi thực tế<br /> có giá trị 86,8 mm. Vào mùa mưa, lượng bốc<br /> hơi thực tế trung bình khoảng 77,4 mm.<br /> Vịnh Vũng Rô không có sông suối đáng kể<br /> chảy vào, cộng với địa hình hẹp được bao bọc<br /> xung quanh bởi núi làm hạn chế khả năng trao<br /> đổi của thủy vực. Hoạt động trao đổi nước tại<br /> đây chủ yếu nhờ vào tác động của thủy triều và<br /> chế độ khí tượng thủy văn.<br /> 2. Tính toán khả năng trao đổi nước vịnh<br /> Vũng Rô<br /> Các nguồn chính chảy vào/ đi ra vịnh Vũng<br /> Rô như sau:<br /> - VP: Nguồn nước mưa được (dòng vào)<br /> - VG: Nước ngầm với module nước ngầm<br /> khả dụng của huyện Đông Hòa là 2,56 m3<br /> ngày-1ha-1 (Hội thảo về ứng dụng của đồng vị<br /> thủy văn trong điều tra tài nguyên nước và môi<br /> trường, 2014) (dòng vào)<br /> - VO: Tổng nước thải sinh hoạt và nước<br /> mưa chảy tràn trên bề mặt lưu vực (dòng vào)<br /> <br /> Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản<br /> <br /> Số 2/2017<br /> <br /> - VE: Bốc hơi (dòng ra)<br /> Ngoài ra còn có dòng đối lưu thủy văn đi<br /> vào (Vin) và ra khỏi vực nước (Vout)<br /> Vực nước nghiên cứu có diện tích bề<br /> mặt nước là 12,55 km2, thể tích khối nước là<br /> <br /> 178,22 x 106 m3, diện tích lưu vực vịnh Vũng<br /> Rô ước tính khoảng 1704,21 ha.<br /> Kết quả tính toán cân bằng muối và nước<br /> được trình bày như sau:<br /> <br /> Hình 3, Hình 4. Cân bằng nước – muối vực nước Vũng Rô vào mùa khô và mùa mưa<br /> Đơn vị: khối nước 106 m3/ngày, muối 106 spu m3/ngày, Thời gian: ngày<br /> <br /> Như vậy, thời gian lưu nước của vịnh<br /> Vũng Rô vào mùa khô là 31,36 ngày và vào<br /> <br /> gian để thể tích nước cùng với chất ô nhiễm<br /> được thay thế mới).<br /> <br /> mùa mưa là 18,50 ngày. Tính tổng hợp cho cả<br /> <br /> So với các thủy vực có sự trao đổi nước<br /> <br /> năm thì thời gian lưu nước của vịnh Vũng Rô<br /> <br /> mạnh như vịnh Hạ Long [7], vịnh Vũng Rô cần<br /> <br /> là 25,45 ngày. Thời gian lưu nước thấp hơn<br /> <br /> thời gian tự làm sạch lâu hơn. Ngay cả những<br /> <br /> cho thấy nước trao đổi tốt hơn vào mùa mưa.<br /> <br /> thủy vực trao đổi chậm như đầm Thủy Triều -<br /> <br /> Điều này có thể lý giải do chế động thủy động<br /> <br /> vịnh Cam Ranh [5] hay vực nước Bình Cang<br /> <br /> lực vào mùa mưa (sóng gió, dòng chảy, lượng<br /> <br /> - Nha Phu [4] đều có khả năng trao đổi nước<br /> <br /> mưa, nước chảy tràn…) đã có ảnh hưởng lớn<br /> <br /> tốt hơn so với vịnh Vũng Rô (Bảng 1). Cụ thể<br /> <br /> khả năng trao đổi nước của thủy vực.<br /> <br /> là để thay mới 109 m3 nước, thì vịnh Vũng Rô<br /> <br /> Theo kết quả phân tích trao đổi nước<br /> <br /> cần thời gian là 176 ngày vào mùa khô và 104<br /> <br /> thuộc khuôn khổ của đề tài, thì tổng lượng<br /> <br /> ngày vào mùa mưa, tương ứng với đầm Thủy<br /> <br /> nước trao đổi trung bình khoảng: 66,183×10<br /> <br /> 6<br /> <br /> Triều – vịnh Cam Ranh và 29 ngày và 24 ngày,<br /> <br /> m3. Trong đó ở pha triều lên, lượng nước trao<br /> <br /> còn Bình Cang – Nha Phu là 41 ngày và 9 ngày<br /> <br /> đổi trong 1 giờ: thấp nhất: 1,35×10 m3; trung<br /> <br /> (Bảng 1). Tỷ lệ /V càng cao thì khả năng trao<br /> <br /> bình: 4,42×106m3; cao nhất: 7,32×106m3. Ở<br /> <br /> đổi nước càng tốt. Tỷ lệ này của vịnh Vũng<br /> <br /> pha triều xuống, lượng nước trao đổi trong<br /> <br /> Rô là rất thấp so với đầm Thủy Triểu - vịnh<br /> <br /> 1 giờ: thấp nhất: 2,41×10 m ; trung bình:<br /> <br /> Cam Ranh và vực nước Bình Cang - Nha Phu<br /> <br /> 7,15×10 m ; cao nhất: 10,56 ×10 m . Tuy<br /> <br /> (Bảng 1). Ở những thủy vực có sự lưu thông<br /> <br /> nhiên, kết quả đo đạc này chỉ mang tính nhất<br /> <br /> tốt, khả năng pha loãng các chất càng cao thì<br /> <br /> thời, không có tính đại diện theo mùa hay cả<br /> <br /> khả năng làm mới nước càng mạnh. Với vị trí<br /> <br /> năm như mô hình LOICZ, đồng thời không<br /> <br /> địa lý và đặc điểm khí tượng thủy văn như trên<br /> <br /> đầy đủ ý nghĩa về mặt môi trường về khả<br /> <br /> đã làm hạn chế khả năng tự làm sạch nhờ quá<br /> <br /> năng tự làm sạch của thủy vực (khoảng thời<br /> <br /> trình động lực của vịnh.<br /> <br /> 6<br /> <br /> 6<br /> <br /> 6<br /> <br /> 3<br /> <br /> 3<br /> <br /> 7<br /> <br /> 3<br /> <br /> TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 91<br /> <br />