Luận án Tiến sĩ Khoa học môi trường: Nghiên cứu phân vùng chất lượng nước vịnh Hạ Long, tỉnh Quảng Ninh và đề xuất giải pháp quản lý và sử dụng

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:197

Thêm vào BST

Báo xấu

33
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận án nghiên cứu nhằm 3 mục tiêu: xây dựng công thức tính chỉ số chất lượng nước phù hợp với đặc điểm môi trường nước biển ven bờ và hiện trạng chất lượng nước vịnh Hạ Long; phân vùng hiện trạng chất lượng nước vịnh Hạ Long theo chỉ số chất lượng nước đã xây dựng; đề xuất một số giải pháp quản lý và sử dụng các phân vùng chất lượng nước khác nhau trong vịnh Hạ Long.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Khoa học môi trường: Nghiên cứu phân vùng chất lượng nước vịnh Hạ Long, tỉnh Quảng Ninh và đề xuất giải pháp quản lý và sử dụng

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 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG Hà Nội - 2014 i
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 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. PGS. TS. Nguyễn Chu Hồi 2. PGS. TS. Đồng Kim Loan Hà Nội - 2014 ii
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Nguyễn Thị Thế Nguyên iii
LỜI CẢM ƠN Trước hết tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến PGS. TS. Nguyễn Chu Hồi và PGS.TS. Đồng Kim Loan về những giúp đỡ quý báu về khoa học cũng như sự động viên, khích lệ để tôi hoàn thành luận án này. Bên cạnh đó, tôi xin cảm ơn tập thể thày cô giáo khoa Môi trường, trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội và khoa Kỹ thuật biển, trường Đại học Thủy Lợi, Ban giám hiệu trường Đại học Thủy Lợi về những ý kiến đóng góp cho luận án và tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành công việc nghiên cứu của mình. Tôi xin cảm ơn Ban Quản lý vịnh Hạ Long, Sở Tài nguyên và Môi trường Quảng Ninh, Viện Tài nguyên và Môi trường Biển đã cung cấp số liệu và tài liệu cho luận án. Cuối cùng, tôi xin cảm ơn đồng nghiệp, gia đình, bạn bè đã luôn động viên, ủng hộ và giúp đỡ trong quá trình thực hiện luận án. Tôi xin trân trọng cảm ơn! Nguyễn Thị Thế Nguyên iv
MỤC LỤC MỤC LỤC ....................................................................................................................i DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ................................................... 3 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ....................................................................... 6 MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 8 Chương 1. TỔNG QUAN .......................................................................................... 13 1.1. Giới thiệu chung về khu vực nghiên cứu ............................................................................ 13 1.1.1. Vị trí địa lý ............................................................................................... 13 1.1.2. Đặc điểm khí tượng, thuỷ - hải văn........................................................... 13 1.1.3. Đặc điểm địa hình, địa chất ...................................................................... 14 1.1.4. Hiện trạng đa dạng sinh học vịnh Hạ Long ............................................... 14 1.1.5. Vai trò của nước biển vịnh Hạ Long ......................................................... 17 1.2. Tình hình nghiên cứu chất lượng nước và quản lý môi trường vịnh Hạ Long ................ 19 1.3. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng chỉ số chất lượng nước .............................................. 23 1.3.1. Phương pháp tính toán.............................................................................. 23 1.3.2. Các thông số tính toán .............................................................................. 27 1.3.3. Trọng số của các thông số ........................................................................ 29 1.3.4. Thang phân loại chất lượng nước ............................................................. 29 1.3.5. Nhận xét về các nghiên cứu chỉ số chất lượng nước ................................. 30 1.4. Tình hình nghiên cứu và áp dụng mô hình toán phục vụ quản lý chất lượng nước biển 38 1.4.1. Tình hình nghiên cứu và áp dụng mô hình toán phục vụ quản lý chất lượng nước biển ........................................................................................................... 38 1.4.2. Giới thiệu về mô hình Delft3D ................................................................. 39 1.5. Tình hình nghiên cứu, áp dụng phân vùng chất lượng nước biển, quy hoạch và quản lý không gian biển ........................................................................................................................... 41 Chương 2. PHẠM VI, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............. 44 2.1. Phạm vi nghiên cứu.............................................................................................................. 44 2.1.1. Phạm vi địa lý .......................................................................................... 44 2.1.2. Phạm vi vấn đề nghiên cứu ....................................................................... 45 2.2. Đối tượng nghiên cứu .......................................................................................................... 45 2.3. Phương pháp tiếp cận........................................................................................................... 46 2.4. Các phương pháp nghiên cứu.............................................................................................. 48 2.4.1. Phương pháp mô hình toán ....................................................................... 48 2.4.2. Phương pháp xây dựng chỉ số chất lượng nước ........................................ 48 2.4.3. Phương pháp nội suy không gian .............................................................. 50 2.4.4. Phương pháp phân vùng chất lượng nước theo WQI ................................ 51 2.4.5. Phương pháp điều tra, khảo sát chất lượng nước và phân tích trong phòng thí nghiệm .......................................................................................................... 51 Chương 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ......................................... 55 3.1. Một số vấn đề về chất lượng nước vịnh Hạ Long.............................................................. 55 3.1.1. Các nguồn tác động đến chất lượng nước vịnh Hạ Long ........................... 55 3.1.2. Đánh giá và dự báo diễn biến các nguồn tác động đến chất lượng nước .... 63 3.1.3. Hiện trạng và diễn biến chất lượng nước vịnh Hạ Long ............................ 67 3.1.4. Đánh giá và dự báo diễn biến chất lượng nước vịnh Hạ Long................... 76 3.2. Nghiên cứu sự lan truyền chất trong nước vịnh Hạ Long ................................................ 78 1
3.2.1. Thiết lập và hiệu chỉnh mô hình thủy động lực ......................................... 78 3.2.2. Thiết lập mô hình lan truyền chất ............................................................. 86 3.2.3. Kết quả mô phỏng sơ bộ chế độ thủy động lực ......................................... 88 3.2.4. Kết quả mô phỏng lan truyền chất ............................................................ 91 3.2.5. Đánh giá chung mức độ tác động của từng khu vực nguồn thải ................ 97 3.3. Thiết lập chỉ số chất lượng nước cho vịnh Hạ Long.......................................................... 99 3.3.1. Mục đích xây dựng chỉ số chất lượng cho vịnh Hạ Long .......................... 99 3.3.2. Phân tích và lựa chọn thông số tính toán WQI ........................................ 100 3.3.3. Xác định trọng số của thông số tính WQI ............................................... 106 3.3.4. Xây dựng các chỉ số phụ và giản đồ chỉ số phụ....................................... 110 3.3.5. Phân tích và lựa chọn phương pháp tổng hợp các chỉ số phụ .................. 117 3.3.6. Đề xuất hiệu chỉnh dạng tích có trọng số và WQI cho vịnh Hạ Long ...... 123 3.3.7. Xây dựng thang phân loại WQI cho vịnh Hạ Long ................................. 125 3.3.8. Kiểm nghiệm công thức tính WQI cho vịnh Hạ Long............................. 126 3.3.9. So sánh công thức tính WQI đã xây dựng với một số công thức khác ..... 127 3.3.10. Đánh giá chung công thức tính WQI cho vịnh Hạ Long ...................... 130 3.4. Phân vùng chất lượng nước vịnh Hạ Long....................................................................... 132 3.4.1. Mục đích phân vùng chất lượng nước vịnh Hạ Long .............................. 132 3.4.2. Cơ sở phân vùng chất lượng nước vịnh Hạ Long .................................... 133 3.4.3. Kết quả phân vùng chất lượng nước vịnh Hạ Long ................................. 139 3.5. Đề xuất giải pháp quản lý và sử dụng nước vịnh Hạ Long ............................................. 142 3.5.1. Cơ sở đề xuất giải pháp quản lý và sử dụng nước vịnh Hạ Long............. 142 3.5.2. Đề xuất mục tiêu bảo vệ chất lượng nước vịnh Hạ Long ........................ 145 3.5.3. Đề xuất định hướng quản lý và các hoạt động sử dụng các vùng chất lượng nước vịnh Hạ Long .......................................................................................... 146 3.5.4. Đề xuất một số giải pháp quản lý chất lượng nước vịnh Hạ Long ........... 154 KẾT LUẬN ............................................................................................................. 162 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN ............................................................................................................... 165 TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................ 166 PHỤ LỤC ................................................................................................................ 174 Phụ lục 1: Một số quy chuẩn/tiêu chuẩn chất lượng nước biển ven bờ sử dụng trong luận án ..................................................................................................................... 174 Phụ lục 2: Biểu đồ diễn biến chất lượng nước vịnh Hạ Long từ 2002 đến 2013 ....... 177 Phụ lục 3: Vị trí và đặc điểm các vị trí đo đạc chất lượng nước tháng 4/2013 và tháng 8/2013...................................................................................................................... 181 Phụ lục 4: Tính toán kiểm nghiệm WQI cho vịnh Hạ Long với các số liệu giả định . 184 Phụ lục 5: Cơ sở toán học của mô hình Delft3d-Flow .............................................. 191 2
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ADB : Ngân hàng phát triển châu Á BQL : Ban quản lý BOD : Nhu cầu ôxy sinh hóa BP : Bình phương BTNMT : Bộ Tài nguyên và Môi trường BTTS : Bảo tồn thủy sinh CLN : Chất lượng nước Chl-a : Chlorophyll-a COD : Nhu cầu ôxy hóa học CP : Cổ phần DO : Hàm lượng ôxy hòa tan %DOBH : Phần trăm ôxy bão hòa EoH : Phát huy giá trị di sản (Enhancing our Heritage) F. Coli : Feacal coliform GHCP : Giới hạn cho phép HST : Hệ sinh thái Ii : Chỉ số phụ của thông số i IDRC : Trung tâm nghiên cứu phát triển quốc tế của Canada IUCN : Tổ chức bảo tồn thiên nhiên quốc tế JICA : Cơ quan hợp tác quốc tế Nhật Bản KCN : Khu công nghiệp NCS : Nghiên cứu sinh NOAA : Cơ quan quản lý khí quyển và đại dương Mỹ NN-PTNT : Nông nghiệp và phát triển nông thôn NTTS : Nuôi trồng thủy sản SAREC : Cơ quan hợp tác nghiên cứu Thụy Điển SIDA : Tổ chức hợp tác phát triển quốc tế Thụy Điển SWOT : Điểm mạnh – Điểm yếu – Cơ hội – Thách thức (Strenghs- Weaknesses - Opportunities - Threats) QCVN : Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước biển ven bờ 10:2008/BTNMT qi : Chỉ số phụ của thông số i QHKGB : Quy hoạch không gian biển T. Coli : Tổng coliform TOC : Tổng các bon hữu cơ TN : Tổng nitơ TNMT : Tài nguyên và môi trường TP : Tổng phốt pho 3
TS : Thông số TSS : Tổng chất rắn lơ lửng UBND : Uỷ ban nhân dân UNESCO : Tổ chức giáo dục, khoa học và văn hóa của Liên hiệp quốc WB : Ngân hàng thế giới WQI : Chỉ số chất lượng nước (Water quality index) 4
DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1. Độ phủ san hô sống tại các điểm khảo sát vịnh Hạ Long ............................ 17 Bảng 1.2. Tổng hợp tình hình nghiên cứu và ứng dụng chỉ số chất lượng nước .......... 31 Bảng 3.1. Dự báo tình hình du lịch Quảng Ninh và vịnh Hạ Long ............................. 58 Bảng 3.2. Khối lượng nước thải và công suất xử lý tại KCN Cái Lân và Việt Hưng .. 60 Bảng 3.3. Tổng hợp các nguồn tác động đến chất lượng nước vịnh Hạ Long ............. 64 Bảng 3.4. Dự báo diễn biến nguồn tác động đến chất lượng nước vịnh Hạ Long........ 66 Bảng 3.5. Nồng độ sắt và kẽm trong nước biển vịnh Hạ Long năm 2012 ................... 75 Bảng 3.6. Tóm tắt các tham số đầu vào của mô hình thủy động lực ........................... 83 Bảng 3.7. Biến thiên giá trị TN trong vịnh Hạ Long sau 15 ngày mô phỏng (µg/L) ... 98 Bảng 3.8. Tải lượng ô nhiễm đưa vào vịnh Hạ Long-Bái Tử Long từ 2008-2010 ....... 98 Bảng 3.9. Tầm quan trọng và trọng số của các thông số tính WQI cho vịnh Hạ Long 109 Bảng 3.10. Giá trị DObão hòa theo nhiệt độ, độ mặn và tại áp suất 1atm ..................... 112 Bảng 3.11. Bảng quy định các giá trị chỉ số phụ qi tương ứng với nồng độ Ci .......... 114 Bảng 3.12. Kết quả tổng hợp chỉ số phụ với các phương pháp tính khác nhau ............. 119 Bảng 3.13. Đánh giá chung các phương pháp tổng hợp chỉ số phụ ........................... 122 Bảng 3.14. Kết quả tính WQI với hai dạng tích có trọng số trong trường hợp đủ số liệu và thiếu số liệu ......................................................................................................... 124 Bảng 3.15. Phân tích thiết lập ngưỡng phân loại chất lượng nước ............................ 125 Bảng 3.16. Kết quả tính toán ngưỡng phân loại chất lượng nước ............................. 126 Bảng 3.17. Thang phân loại chất lượng nước và khả năng sử dụng nguồn nước ....... 126 Bảng 3.18. Kết quả so sánh WQI cho vịnh Hạ Long với một số chỉ số khác ............ 128 Bảng 3.19. Một số ví dụ tính toán phân loại chất lượng nước vịnh Hạ Long theo công thức WQI đã xây dựng và WQI của Canada ............................................................ 129 Bảng 3.20. Kết quả đánh giá quá trình xây dựng WQI cho vịnh Hạ Long ................ 131 Bảng 3.21. Kết quả đo đạc và tính toán chỉ số chất lượng nước tháng 8/2013 .......... 134 Bảng 3.22. Kết quả đo đạc và tính toán chỉ số chất lượng nước tháng 4/2013 .......... 137 Bảng 3.23. Bảng phân loại chất lượng nước vịnh theo WQI..................................... 139 Bảng 3.24. Tóm tắt phân tích SWOT về công tác quản lý CLN vịnh Hạ Long ......... 144 Bảng 3.25. Đặc điểm CLN hiện tại và mục tiêu quản lý CLN vịnh Hạ Long ............ 146 Bảng 3.26. Đề xuất các hoạt động trong vùng nước có chất lượng tốt đến rất tốt ..... 147 Bảng 3.27. Đề xuất các hoạt động trong vùng nước có chất lượng xấu đến trung bình 149 Bảng 3.28. Đề xuất các hoạt động trong vùng nước có chất lượng rất xấu................ 150 Bảng 3.29. Tổng hợp đề xuất định hướng quản lý và sử dụng các vùng nước vịnh Hạ Long ........................................................................................................................ 151 5
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 2.1. Hình ảnh khu vực nghiên cứu ..................................................................... 44 Hình 2.2. Sơ đồ giải quyết nội dung nghiên cứu......................................................... 46 Hình 2.3. Sơ đồ tổng quát xây dựng chỉ số chất lượng nước....................................... 49 Hình 2.4. Các vị trí đo đạc chất lượng nước tháng 4/2013 và tháng 8/2013 ................ 53 Hình 3.1. Lượng nước thải và công suất xử lý ở thành phố Hạ Long.......................... 56 Hình 3.2. Phân bố hàm lượng tổng chất rắn lơ lửng (kg/m3) tại vị trí nạo vét thi công cảng Công ten nơ quốc tế Cái Lân và vị trí đổ thải khi triều xuống ............................ 62 Hình 3.3. Hàm lượng TSS tại một số điểm trong vịnh Hạ Long tháng 8/2013 ............ 68 Hình 3.4. Giá trị COD tại một số khu vực vịnh Hạ Long tháng 4/2013 và 8/2013 ...... 69 Hình 3.5. Giá trị COD tại Cửa Lục năm 2011 và 2012 ............................................... 70 Hình 3.6. Giá trị TOC tại một số khu vực vịnh Hạ Long tháng 4 và tháng 8/2013...... 71 Hình 3.7. Diễn biến hàm lượng dầu mỡ trong nước vịnh Hạ Long vào mùa khô ........ 71 Hình 3.8. Diễn biến hàm lượng dầu mỡ trong nước vịnh Hạ Long vào mùa mưa ....... 71 Hình 3.9. Nồng độ amoni trong nước vịnh Hạ Long tháng 8/2013 ............................. 72 Hình 3.10. Nồng độ phốt phát trong nước vịnh Hạ Long tháng 8/2013 ...................... 73 Hình 3.11. Diễn biến hàm lượng chlorophyll-a tại Cửa Lục ....................................... 74 Hình 3.12. Diễn biến giá trị coliform trong nước vịnh Hạ Long vào mùa khô ............ 75 Hình 3.13. Diễn biến giá trị coliform trong nước vịnh Hạ Long vào mùa mưa ........... 76 Hình 3.14. Điều kiện địa hình vùng lõi vịnh Hạ Long ................................................ 79 Hình 3.15. Mô hình Delft-Almighty tạo biên phía biển cho khu vực nghiên cứu ........ 79 Hình 3.16. Điều kiện biên phía sông - mực nước của ba trạm Do Nghi, Cửa Cấm và trạm Quang Phục ....................................................................................................... 80 Hình 3.17. Vị trí nghiên cứu và lưới tính toán ............................................................ 82 Hình 3.18. Vị trí các biên thủy lực và điều kiện địa hình toàn miền tính .................... 82 Hình 3.19. Kết quả hiệu chỉnh mực nước tại trạm Hòn Dấu tháng 9-10 năm 2006 ..... 84 Hình 3.20. Kết quả hiệu chỉnh mực nước tại trạm Cát Bà tháng 9-10 năm 2006......... 84 Hình 3.21. Kết quả hiệu chỉnh mực nước tại trạm Hồng Gai tháng 9-10 năm 2006 .... 84 6
Hình 3.22. Kết quả hiệu chỉnh mực nước tại trạm Cẩm Phả tháng 9-10 năm 2006 .... 85 Hình 3.23. Kết quả kiểm định mực nước tại trạm Hòn Dấu tháng 3 năm 2007 ........... 85 Hình 3.24. Vị trí các điểm nguồn thải và điểm trích xuất kết quả ............................... 88 Hình 3.25. Kết quả mô phỏng quá trình biến đổi dòng triều tại một số vị trí .............. 89 Hình 3.26. Kết quả mô phỏng phân bố lưu tốc triều trong thời kỳ triều cường ........... 90 Hình 3.27. Phân bố TN trong pha triều lên (a) và pha triều xuống (b) do tác động của nguồn thải Bãi Cháy, Cẩm Phả .................................................................................. 92 Hình 3.28. Phân bố TN trong pha triều lên (a) và pha triều xuống (b) do tác động của nguồn thải Cửa Lục ................................................................................................... 93 Hình 3.29. Phân bố TN trong pha triều xuống (a) và pha triều lên (b) do tác động của nguồn thải Hồng Gai, Yên Lập .................................................................................. 94 Hình 3.30. Phân bố TN trong pha triều xuống (a) và pha triều lên (b) do tác động của nguồn thải Yên Hưng, Cát Bà, Lan Hạ ....................................................................... 95 Hình 3.31. Phân bố TN trong vịnh Hạ Long do tác động của nguồn thải Tuần Châu .. 96 Hình 3.32. Phân bố TN trong pha triều lên do tác động của tất cả khu vực nguồn thải96 Hình 3.33. Phân bố TN trong pha triều xuống do tác động của tất cả khu vực nguồn thải 96 Hình 3.34. Tổng hợp mức độ ảnh hưởng của các khu vực nguồn thải chính đến chất lượng nước vịnh Hạ Long .......................................................................................... 99 Hình 3.35. Các giản đồ chỉ số phụ ............................................................................. 115 Hình 3.36. Giản đồ tổng quát chỉ số phụ ứng với các nồng độ của thông số ............. 116 Hình 3.37. Mức độ thay đổi của WQI ứng với các trường hợp thay đổi qi ................ 121 Hình 3.38. Sơ đồ phân vùng chất lượng nước vịnh Hạ Long theo WQI tháng 4/2013. 140 Hình 3.39. Sơ đồ phân vùng chất lượng nước vịnh Hạ Long theo WQI tháng 8/2013. 141 Hình 3.40. Đề xuất các hoạt động sử dụng nước vịnh Hạ Long theo chất lượng nước và mức độ của các hoạt động này ................................................................................. 153 Hình 3.41. Các phân khu quản lý và khai thác hiện tại ở vịnh Hạ Long.................... 154 7
MỞ ĐẦU 1. Lý do lựa chọn đề tài Vịnh Hạ Long, tỉnh Quảng Ninh bao gồm 1.969 hòn đảo, chủ yếu là đảo đá vôi, có diện tích 1.553 km2. Đây là vùng có tiềm năng lớn trong phát triển đa ngành, đa mục tiêu, đặc biệt nổi tiếng về cảnh đẹp thiên nhiên và các giá trị quý giá cần được bảo tồn. Vịnh Hạ Long được UNESCO công nhận là Di sản thiên nhiên thế giới vào năm 1994 và được công nhận thêm giá trị địa chất - địa mạo vào năm 2000. Từ khi vịnh Hạ Long được công nhận là Di sản thiên nhiên thế giới và thành phố Hạ Long trở thành một trong các trung tâm phát triển của “Vùng kinh tế trọng điểm phía bắc”, các hoạt động kinh tế - xã hội ở đây diễn ra sôi động và gia tăng tác động đến môi trường vịnh. UNESCO (2013) đã ghi nhận rằng, các giá trị thẩm mỹ của vịnh đang chịu rủi ro bởi: (i) các nguồn thải dinh dưỡng và chất thải rắn từ các hoạt động ven bờ; (ii) các nguồn thải hữu cơ và chất thải rắn từ các làng chài nổi trên vịnh [116]. Theo ADB (2000), vịnh Hạ Long là ví dụ điển hình về hậu quả của quy hoạch theo ngành. Việc quy hoạch theo ngành như vậy đã làm tăng mâu thuẫn lợi ích trong phát triển giữa các ngành và ảnh hưởng lâu dài đến các giá trị của một Di sản thiên nhiên thế giới [1]. Trong khi đó, quản lý biển theo không gian (marine spatial management) là một "phương thức quản lý" mới, có thể khắc phục được những hạn chế của quy hoạch và quản lý theo ngành. Đây là một phương thức khả thi để quản lý các mâu thuẫn và tương thích trong khai thác, sử dụng biển, hải đảo cũng như các giá trị tài nguyên và môi trường trong bối cảnh áp lực phát triển và bảo vệ môi trường biển, vùng bờ ngày càng gia tăng [67]. Phương thức quản lý này đã được áp dụng thành công tại nhiều vùng biển của Mỹ, Trung Quốc, châu Âu, Úc. Khái niệm QHKGB đang dần được áp dụng ở Việt Nam [94], trong đó có Quảng Ninh thông qua dự án “Phân vùng sử dụng và lập kế hoạch quản lý không gian vùng bờ Quảng Ninh - Hải Phòng” do Cục Quản lý khai thác biển và hải đảo, Tổng cục Biển và Hải đảo Việt Nam thực hiện. Phân vùng quản lý chất lượng nước là một trong những hợp phần quan trọng của quy hoạch và quản lý sử dụng không gian biển. Tuy nhiên, đến nay chưa có nghiên cứu chuyên sâu 8
về phân vùng chất lượng nước vịnh Hạ Long và đề xuất sử dụng không gian vịnh dựa trên đặc điểm môi trường nước vịnh. Bên cạnh đó, chỉ số chất lượng nước (water quality index - WQI) cho vùng biển ven bờ - một trong những công cụ hữu hiệu để đánh giá, phân vùng, quản lý chất lượng môi trường nước theo tiếp cận tổng hợp chưa được nghiên cứu rộng rãi tại Việt Nam. Do vậy, công tác đánh giá, phân vùng, quản lý chất lượng nước biển ven bờ theo WQI còn hạn chế. Trong nhiều 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. Hầu hết các nghiên cứu đều xác định được các nguồn thải tác động chính đến chất lượng nước vịnh Hạ Long. Tuy nhiên, mức độ tác động của các khu vực nguồn thải khác nhau đến chất lượng nước vịnh Hạ Long mới chỉ được xem xét một cách định tính theo tổng lượng thải của từng khu vực mà chưa tính đến sự lan truyền chất theo dòng chảy tổng hợp. 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 một số vấn đề còn bỏ ngỏ nói trên. Luận án tập trung vào phân vùng chất lượng nước vịnh trên cơ sở chỉ số chất lượng nước và đề ra giải pháp quản lý, sử dụng các phân vùng chất lượng nước, giúp cho công tác quản lý, sử dụng vịnh được tốt hơn. Để phục vụ mục tiêu đề ra, luận án phân tích sự lan truyền chất ứng với các khu vực nguồn thải khác nhau thông qua mô hình toán và phát triển WQI phù hợp với tính chất, điều kiện của vịnh Hạ Long. Kết quả của luận án có ý nghĩa quan trọng đối với quá trình phân vùng sử dụng và lập kế hoạch quản lý không gian vùng bờ Quảng Ninh - Hải Phòng nói chung, vịnh Hạ Long nói riêng, cũng như có thể nhân rộng cho phân vùng sử dụng và quản lý biển ở các khu vực khác. 2. Mục tiêu nghiên cứu Các mục tiêu nghiên cứu của luận án như sau: - Xây dựng công thức tính chỉ số chất lượng nước phù hợp với đặc điểm môi trường nước biển ven bờ và hiện trạng chất lượng nước vịnh Hạ Long; 9
- Phân vùng hiện trạng chất lượng nước vịnh Hạ Long theo chỉ số chất lượng nước đã xây dựng; - Đề xuất một số giải pháp quản lý và sử dụng các phân vùng chất lượng nước khác nhau trong vịnh Hạ Long. 3. Nội dung nghiên cứu Để đạt được các mục tiêu trên, một số nội dung cụ thể đặt ra trong quá trình nghiên cứu là: - Nội dung 1: Phân tích, đánh giá các áp lực đến môi trường nước, hiện trạng và diễn biến chất lượng nước vịnh Hạ Long. - Nội dung 2: Nghiên cứu sự lan truyền vật chất trong nước vịnh Hạ Long và đánh giá mức độ tác động của các khu vực nguồn thải đến chất lượng nước vịnh. - Nội dung 3: Nghiên cứu phát triển chỉ số chất lượng nước 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 chỉ số chất lượng nước đã xây dựng được và kết hợp với 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 nước vịnh Hạ Long. 4. Phạm vi địa lý và vấn đề nghiên cứu của luận án - Phạm vi địa lý: khu 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 vận chuyển và khuếch 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 tính chỉ số chất lượng nước phục vụ việc đánh giá, phân vùng chất lượng nước và quản lý vịnh Hạ Long. Cụ thể như sau: 10
+ Đã 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. + Đã xây dựng được các chỉ số phụ và giản đồ chỉ số phụ của các thông số này dựa trên các tiêu chuẩn chất lượng nước biển ven bờ của Việt Nam, của thế giới và các tài liệu về sinh thái biển ven bờ. + Đã cải tiến công thức dạng tích có trọng số của Mỹ, tạo điều kiện thuận lợi cho việc tính toán chỉ số chất lượng nước khi thiếu số liệu. - Lần đầu tiên phân vùng chất lượng nước vịnh Hạ Long theo 5 mức độ ô nhiễm dựa vào kết quả xác định WQI, làm cơ sở khoa học cho các giải pháp quản lý và sử dụng nước vịnh Hạ Long. 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 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. - Luận án đã làm sáng tỏ phương pháp luận áp dụng chỉ số chất lượng nước biển để đánh giá, phân vùng và quản lý chất lượng nước biển ven bờ. * 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 tổng hợp. - 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 Ngoài phần mở đầu, kết luận và các phụ lục, luận án bao gồm ba chương là: (i) Tổng quan tài liệu; (ii) Phạm vi, đối tượng và phương pháp nghiên cứu, (iii) Kết quả nghiên cứu và thảo luận. 11
Trong phần tổng quan tài liệu, luận án đã phân tích, đánh giá tình hình nghiên cứu về chất lượng nước, quản lý môi trường vịnh Hạ Long, về chỉ số chất lượng nước, về các mô hình toán áp dụng trong quản lý chất lượng nước biển, về phân vùng và quản lý biển theo không gian. Phần phạm vi, đối tượng và phương pháp nghiên cứu nêu tóm tắt về phạm vi địa lý và vấn đề nghiên cứu, các đối tượng và các phương pháp tiếp cận, phương pháp nghiên cứu sử dụng trong luận án. Trong phần kết quả nghiên cứu và thảo luận, luận án đã trình bày chi tiết các kết quả đã thu được theo đúng các nội dung đã đề ra trong luận án, bao gồm (i) Phân tích, đánh giá các áp lực đến môi trường nước, hiện trạng diễn biến chất lượng nước vịnh, (ii) Nghiên cứu sự lan truyền chất trong nước vịnh Hạ Long ứng với các khu vực nguồn thải ven bờ vịnh, trên vịnh và ngoài ranh giới của vịnh; (iii) Nghiên cứu phát triển chỉ số chất lượng nước phù hợp với đặc điểm môi trường nước biển ven bờ và hiện trạng chất lượng nước vịnh Hạ Long; (iv) Phân vùng chất lượng nước vịnh Hạ Long; (v) Đề xuất giải pháp quản lý và sử dụng hợp lý nước vịnh Hạ Long. 12
Chương 1. TỔNG QUAN 1.1. Giới thiệu chung về khu vực nghiên cứu 1.1.1. Vị trí địa lý Vùng nghiên cứu bao gồm khu vực bảo vệ 1 và khu vực bảo vệ 2 của vịnh Hạ Long (gọi tắt là vịnh Hạ Long). Phía tây và tây bắc vùng nghiên cứu kéo dài từ huyện Yên Hưng qua thành phố Hạ Long. Phía đông nam và nam khu vực nghiên cứu giáp vịnh Bắc Bộ; phía tây nam và tây giáp đảo Cát Bà (Hải Phòng). 1.1.2. Đặc điểm khí tượng, thuỷ - hải văn Vùng vịnh Hạ Long nằm trong khu vực khí hậu nhiệt đới gió mùa nên các đặc trưng khí hậu như nhiệt độ, độ ẩm, mưa, gió thay đổi theo ngày và theo mùa. Vào mùa đông, các hướng gió thịnh hành là bắc và đông bắc. Vào mùa hè, hướng gió thịnh hành là tây nam. Mùa đông, thời tiết khô và lạnh, mùa hè nóng ẩm. Nhiệt độ không khí trung bình hàng năm dao động trong khoảng 200C - 270C [4]. Khu vực nghiên cứu có lượng mưa khá cao với tổng lượng mưa trung bình hàng năm là 1.685,4 mm. Các tháng có lượng mưa nhiều nhất từ tháng 5 đến tháng 9 (mùa mưa) và các tháng có lượng mưa ít nhất từ tháng 10 đến tháng 12 (mùa khô). Sóng ở khu vực ven bờ vịnh Hạ Long có thể chia thành hai mùa, trong đó thời gian lặng sóng (h < 0,5m) chiếm tỷ lệ lớn với tần suất xuất hiện 83 - 85% [72, 28]. Hệ thống sông ngòi trong vùng có hướng tây bắc và đông bắc chảy vào vịnh Cửa Lục và vịnh Hạ Long. Các con sông chính gồm sông Trới, sông Míp, sông Man, sông Vũ Oai, sông Diễn Vọng và sông Mông Dương. Diện tích lưu vực các con sông này khoảng 2.250 km2. Đặc điểm của các con sông này là độ rộng lòng sông nhỏ, độ dốc khá lớn và chiều dài ngắn nên lưu lượng sông khá nhỏ, kể cả vào mùa lũ [34]. Dòng chảy trong vịnh Hạ Long là tổng hợp của dòng chảy sông, dòng chảy do gió và dòng triều, trong đó dòng triều là dòng thịnh hành. Thủy triều khu vực vịnh Hạ Long chủ yếu là nhật triều đều. Độ lớn triều vùng này thuộc loại lớn nhất nước ta, đạt từ 3,5 - 4,1 m vào kỳ nước cường [34]. Khi triều lên xuống, chất lượng nước của hai vịnh Cửa Lục và Hạ Long có sự tác động qua lại lẫn nhau. 13
1.1.3. Đặc điểm địa hình, địa chất Vịnh Hạ Long được hình thành bởi các đảo đá vôi tuổi Carbon-Pecni và đá phiến, phía lục địa là các đồi và núi đá tuổi Mesozoic sớm. Vịnh Hạ Long được nối với biển mở phía ngoài qua các luồng lạch có độ sâu khá lớn. Nền đáy vịnh được bao phủ bởi lớp trầm tích hạt mịn, khu vực ven bờ đặc trưng bởi các bãi triều lầy. Các bãi triều khá lớn, được che phủ bởi rừng ngập mặn và đặc trưng bởi hệ thống các kênh và lạch triều. Bên cạnh các bãi triều và đồi núi đá còn có một số các bãi cát nhỏ hẹp dọc ven bờ vịnh. Vịnh Hạ Long có độ sâu không lớn, trung bình từ 5 - 7 m, luồng lạch có độ sâu 10 - 15 m, nơi sâu nhất 25 - 30 m và sâu dần về phía biển. Tuy nhiên, một số nơi do ảnh hưởng của các đảo nên độ sâu thay đổi bất thường. Đáy biển tương đối bằng phẳng, có khuynh hướng hơi dốc theo hướng bắc nam và từ tây sang đông [25]. 1.1.4. Hiện trạng đa dạng sinh học vịnh Hạ Long Trong vùng vịnh Hạ Long tồn tại 10 kiểu hệ sinh thái rất đặc thù của quần đảo đá vôi vùng nhiệt đới, bao gồm các hệ sinh thái rừng ngập mặn, cỏ biển, vùng triều đáy mềm, vùng triều đáy cứng, bãi triều cát, rạn san hô, tùng-áng, vùng ngập nước thường xuyên ven bờ, các thảm thực vật trên đảo và hang động. Giá trị các hệ sinh thái vịnh Hạ Long ít nơi sánh kịp, đặc biệt các giá trị bảo tồn của hang động, tùng áng có thể coi là giá trị nổi bật của các hệ sinh thái vịnh Hạ Long. Trong hai năm 2007-2008, các nhà khoa học đã tập trung nghiên cứu sự đa dạng về thành phần loài sinh vật hiện đang có ở khu Di sản Hạ Long. Kết quả đã thống kê được 2.949 loài động vật, thực vật có mặt ở khu vực này. Trong số này có 1.259 loài động thực vật sống trên cạn, 1.553 loài sinh vật sống trong thuỷ vực, 66 loài sống ở cả trong nước và trên cạn và 71 loài chim. Có lẽ đây là quần đảo có số lượng loài đã biết nhiều nhất ở Việt Nam [35]. Tuy nhiên, đến nay nhiều bằng chứng cho thấy các hệ sinh thái rừng ngập mặn, cỏ biển, san hô, hang động,… đang bị tổn thương nghiêm trọng. Vì vậy, việc đề xuất và thực hiện các biện pháp khôi phục, bảo vệ các hệ sinh thái này là hết sức cấp bách. Phần sau đây nêu tóm tắt hiện trạng một số hệ sinh thái đặc trưng trong vịnh Hạ Long đã và đang bị ảnh hưởng bởi sự suy giảm chất lượng nước vịnh. 14
a. Hệ sinh thái rừng ngập mặn Trước đây, rừng ngập mặn phân bố chủ yếu trong vùng vịnh Cửa Lục, trên bãi triều các xã Hùng Thắng, Đại Yên, Tuần Châu, Hoàng Tân, dọc ven biển từ Hạ Long đến Cẩm Phả, Cửa Ông. Cho đến nay diện tích rừng bị thu hẹp một cách báo động. Rừng ngập mặn chỉ còn là những thảm nhỏ trong vịnh Cửa Lục, Đại Yên, Hoàng Tân, Vườn Quả (phía bắc đảo Cát Bà) và quanh một số đảo có bãi lầy hẹp như trước cửa hang Đầu Gỗ. Diện tích của rừng ngập mặn quanh vịnh Hạ Long bị giảm đi với tốc độ 5,35 %/năm trong giai đoạn 1989 – 2001 (Phan Hồng Dũng (2003) trích trong Báo cáo hiện trạng môi trường tổng thể tỉnh Quảng Ninh 2006-2010 [35]). Toàn bộ thực vật ven bờ Bãi Cháy và Hòn Gai đã bị phá hoàn toàn. Diện tích rừng ngập mặn vịnh Cửa Lục chỉ còn khoảng 50%. Trong tương lai gần, các rừng ngập mặn thuộc vịnh Hạ Long có thể bị mất hẳn. Nếu còn tồn tại thì chỉ là các thảm nhỏ ở các đảo xa bờ. Nguyên nhân của sự thu hẹp diện tích rừng ngập mặn chủ yếu là do các tác động của con người. Phong trào lấn biển lấy đất làm công trình, chặt phá rừng ngập mặn để xây dựng đô thị, đường bao biển, khu công nghiệp, đầm nuôi hải sản như tôm, cua, cá, ... đã làm mất đi nơi ương nuôi nguồn giống tự nhiên, mùn bã hữu cơ làm thức ăn cần thiết cho các loài sống trên bãi triều. Sự suy giảm chất lượng nước cũng là một nguyên nhân không nhỏ làm ảnh hưởng đến hệ sinh thái này. b. Hệ sinh thái cỏ biển Các kết quả điều tra của của Dự án “Nghiên cứu quản lý môi trường vịnh Hạ Long” (1998) và Dự án “Ngăn chặn suy thoái môi trường biển Đông và vịnh Thái Lan” (2000 – 2008) đã phát hiện được 5 loài cỏ biển trong khu vực vịnh Hạ Long và phía bắc đảo Cát Bà. Bên cạnh đó còn có 17 loài rong biển, 14 loài động vật đáy lớn sống định cư trên thảm cỏ biển (Nguyễn Văn Tiến và nnk (2002) trích trong Báo cáo hiện trạng môi trường tổng thể tỉnh Quảng Ninh 2006-2010 [35]). Các thảm cỏ biển là nơi ương nuôi ấu trùng cho vùng nước xung quanh. Trước năm 1985, cỏ biển khá phổ biến ở vịnh Hạ Long, đặc biệt là vùng Cao Xanh, Hồng Hải, Hùng Thắng, Tuần Châu và Gia Luận. Hiện nay diện tích các thảm cỏ biển đã bị thu hẹp nhiều do các công trình lấn biển. Vùng ven bờ hầu như không 15
còn cỏ biển. Các bãi cỏ biển quanh các đảo trong vịnh có diện tích nhỏ nên hầu như không phát huy được giá trị. Trước năm 2000, các bãi cỏ biển ở Phù Long (200 ha) và Gia Luận (100 ha), nhóm đảo Đầu Mối (20 ha) và trước cửa hang Đầu Gỗ (5 ha) là những điểm có diện tích lớn hơn cả. Nhưng hiện nay không thấy cỏ biển [35]. c. Hệ sinh thái vùng triều thấp đáy mềm cửa sông Các bãi triều thấp đáy mềm phân bố chủ yếu phía trong vịnh Cửa Lục, quanh các đảo Tuần Châu, Hoàng Tân xuống đến Phù Long. Trước đây, tổng diện tích đất ngập nước triều đáy mềm của vịnh Hạ Long và Cửa Lục khoảng 5.781 ha (Nguyễn Đức Cự (1998) trích trong Báo cáo hiện trạng môi trường tổng thể tỉnh Quảng Ninh 2006-2010 [35]). Hiện nay chỉ còn khoảng 2.000 ha. Tuy thành phần loài của quần xã sinh vật trên vùng triều thấp đáy mềm không đa dạng bằng vùng đảo xa bờ nhưng trên vùng này lại hình thành nhiều bãi hải sản quan trọng và trữ lượng cao, sản lượng khai thác lớn như sò huyết, sò lông (Tuần Châu), ngao, ngán, (Cửa Lục đến Cát Hải), giá biển, sâu đất, bông thùa (Tuần Châu đến Phù Long), hàu sông (sông Chanh - Yên Hưng). Trong nhiều năm trở lại đây, hệ sinh thái bãi triều thấp đáy mềm đang bị đe dọa bởi hàng loạt các tác động của con người. Việc khai thác quá mức các bãi đặc sản xảy ra thường xuyên và liên tục đã làm giảm lượng cá thể bố mẹ, từ đó làm giảm khả năng tái tạo và phục hồi nguồn lợi. Phong trào phá rừng ngập mặn, lấn biển làm mất đi nơi ương nuôi nguồn giống tự nhiên, mùn bã hữu cơ làm thức ăn cần thiết cho các loài sống trên bãi triều. Việc khai thác hải sản bằng te điện, lưới mắt nhỏ quây trên bãi triều để tận thu cả những cá thể tôm, cá nhỏ đã có tác hại to lớn đến nguồn giống tự nhiên của sinh vật cho vùng cửa sông nói riêng và vùng biển nói chung. Các nguồn thải ven bờ ít nhiều đã làm ô nhiễm môi trường sống của các hệ sinh thái này [35]. d. Hệ sinh thái rạn san hô Rạn san hô phân bố chủ yếu ở phía đông nam Cát Bà lên đến các đảo phía nam vịnh Hạ Long và Bái Tử Long. Từ những năm 1997 trở về trước, san hô phân bố hầu hết quanh các đảo đá vôi, kể cả các đảo gần bờ như Đầu Gỗ, Hòn Vểu, Dầm Nam, … Nhiều rạn trải dài và rộng đến hàng trăm mét. Vài năm trở lại đây do môi trường bị ô 16