Luận án Tiến sĩ Quản lý tài nguyên và môi trường: Nghiên cứu phân vùng chất lượng nước vùng biển ven bờ Hải Phòng bằng chỉ số chất lượng nước

Chia sẻ: Dopamine Grabbi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:240

Thêm vào BST

Báo xấu

18
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của đề tài nghiên cứu nhằm 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 vùng biển ven bờ Hải Phòng; phân vùng hiện trạng chất lượng nước vùng biển ven bờ Hải Phòng theo chỉ số chất lượng nước đã xây dựng.. Mời các bạn tham khảo nội dung đề tài!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Quản lý tài nguyên và môi trường: Nghiên cứu phân vùng chất lượng nước vùng biển ven bờ Hải Phòng bằng chỉ số chất lượng nước

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----  ---- Lê Văn Nam NGHIÊN CỨU PHÂN VÙNG CHẤT LƯỢNG NƯỚC VÙNG BIỂN VEN BỜ HẢI PHÒNG BẰNG CHỈ SỐ CHẤT LƯỢNG NƯỚC LUẬN ÁN TIẾN SĨ QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG Hà Nội - 2021
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----  ---- Lê Văn Nam NGHIÊN CỨU PHÂN VÙNG CHẤT LƯỢNG NƯỚC VÙNG BIỂN VEN BỜ HẢI PHÒNG BẰNG CHỈ SỐ CHẤT LƯỢNG NƯỚC LUẬN ÁN TIẾN SĨ QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG Chuyên ngành: Quản lý tài nguyên và môi trường Mã số: 9850101 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. TS. Lê Xuân Sinh 2. GS.TS Đặng Thị Kim Chi Hà Nội - 2021
i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan Luận án "Nghiên cứu phân vùng chất lượng nước vùng biển ven bờ Hải Phòng bằng chỉ số chất lượng nước" là công trình của riêng bản thân tôi. Các số liệu và kết quả trong luận án là trung thực, chưa từng được sử dụng trong luận án nào khác. Hà Nội, ngày tháng năm 2021 LÊ VĂN NAM
ii LỜI CẢM ƠN Trước tiên, cho phép tôi được bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc tới TS. Lê Xuân Sinh và GS.TS Đặng Thị Kim Chi - thầy cô hướng dẫn khoa học, đã tạo điều kiện tối đa, truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm, hướng dẫn tôi thực hiện đề tài và viết luận án, đồng thời luôn động viên tôi trong suốt quá trình thực hiện luận án. Tôi xin trân trọng cảm ơn Học viện Khoa học và Công nghệ, cùng các thầy cô trong khoa Khoa học và Công nghệ biển đã luôn động viên và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành luận án. Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban lãnh đạo Viện Tài nguyên và Môi trường biển, Phòng Hóa Môi trường biển đã luôn động viên và tạo điều kiện cho tôi trong quá trình thực hiện luận án. Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình luôn là chỗ dựa vững chắc cho tôi trong suốt quá trình thực hiện luận án. Hà Nội, ngày…… tháng……năm 2021 Nghiên cứu sinh LÊ VĂN NAM
iii MỤC LỤC MỤC LỤC ................................................................................................................ iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT...................................... viii DANH MỤC CÁC BẢNG ...................................................................................... ix DANH MỤC CÁC HÌNH ....................................................................................... xi MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN .....................................................................................5 1.1. Tổng quan về chỉ số chất lượng nước ...............................................................5 1.1.1. Khái niệm chỉ số chất lượng nước ................................................................5 1.1.2. Quy trình xây dựng chỉ số WQI ...................................................................6 1.1.2.1. Lựa chọn các thông số tính WQI ...........................................................6 1.1.2.2. Tính toán chỉ số phụ (chuyển đổi các thông số về cùng một thang đo) 8 1.1.2.3. Xác định trọng số của các thông số tính WQI.......................................8 1.1.2.4. Tính toán chỉ số cuối cùng (tính các giá trị WQI theo công thức toán học xác định) ......................................................................................................9 1.1.2.5. Xây dựng thang phân loại chất lượng nước theo WQI .......................10 1.1.3. Tình hình nghiên cứu và ứng dụng WQI trên thế giới và tại Việt Nam .....11 1.1.3.1. Trên thế giới ........................................................................................11 1.1.3.2. Tại Việt Nam .......................................................................................13 1.1.4. Ưu điểm và hạn chế của WQI.....................................................................16 1.1.5. Nhận xét ......................................................................................................18 1.2. Tình hình nghiên cứu phân vùng chất lượng nước biển ..............................19 1.3. Giới thiệu chung về khu vực nghiên cứu .......................................................20 1.3.1. Vị trí địa lý ..................................................................................................20 1.3.2. Đặc điểm khí tượng, thuỷ - hải văn ............................................................21 1.3.2.1. Đặc trưng về khí hậu ...........................................................................21 1.3.2.2. Đặc điểm thủy văn sông và hải văn .....................................................22 1.3.3. Đặc điểm địa hình, địa chất ........................................................................23 1.3.3.1. Đặc điểm địa hình................................................................................23 1.3.3.2. Đặc điểm địa chất ................................................................................24 1.3.4. Hiện trạng đa dạng sinh học .......................................................................24 1.3.4.1. Các hệ sinh thái ...................................................................................24
iv 1.3.4.2. Đa dạng sinh học .................................................................................27 1.4. Các nguồn thải tác động đến chất lượng nước vùng biển ven bờ Hải Phòng ...................................................................................................................................28 1.4.1. Nguồn thải phát sinh ...................................................................................28 1.4.2. Nguồn thải đưa vào .....................................................................................29 CHƯƠNG 2. PHẠM VI, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU31 2.1. Phạm vi nghiên cứu ..........................................................................................31 2.1.1. Phạm vi địa lý .............................................................................................31 2.1.2. Phạm vi vấn đề nghiên cứu .........................................................................31 2.2. Đối tượng nghiên cứu.......................................................................................32 2.3. Cách tiếp cận ....................................................................................................32 2.3.1. Các bước thực hiện vấn đề nghiên cứu .......................................................32 2.3.2. Tiếp cận hệ thống........................................................................................33 2.3.3. Tiếp cận liên ngành .....................................................................................33 2.3.4. Tiếp cận quản lý biển theo không gian .......................................................33 2.4. Các phương pháp nghiên cứu .........................................................................34 2.4.1. Thu thập phân tích, đánh giá tổng hợp và thừa kế dữ liệu .........................34 2.4.2. Phương pháp xây dựng chỉ số chất lượng nước .........................................34 2.4.2.1. Lựa chọn các thông số tính WQI .........................................................35 2.4.2.2. Phương pháp phân nhóm các thông số chất lượng nước.....................38 2.4.2.3. Xây dựng chỉ số phụ (qi) .....................................................................39 2.4.2.4. Xác định trọng số của các thông số tính WQI.....................................40 2.4.2.5. Đánh giá, lựa chọn công thức tính WQI .............................................41 2.4.2.6. Xây dựng thang phân loại chất lượng nước theo WQI .......................42 2.4.2.7. Kiểm nghiệm công thức WQI .............................................................42 2.4.3. Phương pháp phân vùng chất lượng nước theo WQI .................................42 2.4.3.1. Phương pháp nội suy không gian ........................................................43 2.4.3.2. Số hóa bản đồ nền ...............................................................................44 2.4.3.3. Thiết lập hệ tọa độ ...............................................................................44 2.4.3.4. Tỷ lệ bản đồ .........................................................................................45 2.4.3.5. Xây dựng chú giải ...............................................................................45 2.4.3.6. Biên tập kỹ thuật..................................................................................45
v 2.4.4. Phương pháp mô phỏng lan truyền chất ô nhiễm trong thủy vực ..............45 2.4.5. Phương pháp điều tra, khảo sát chất lượng nước và phân tích trong phòng thí nghiệm .............................................................................................................52 2.4.5.1. Vị trí và thời gian quan trắc .................................................................52 2.4.5.2. Thông số quan trắc ..............................................................................53 2.4.5.3. Phương pháp thu mẫu, bảo quản mẫu, đo đạc tại hiện trường và phân tích trong phòng thí nghiệm .............................................................................53 2.4.6. Phương pháp hỗ trợ.....................................................................................55 2.4.6.1. Phương pháp đánh giá rủi ro ô nhiễm môi trường nước biển .............55 2.4.6.2. Phương pháp xử lý số liệu ...................................................................56 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ..............................57 3.1. Chất lượng nước vùng biển ven bờ Hải Phòng .............................................57 3.1.1. Hiện trạng và diễn biến chất lượng nước vùng biển ven bờ Hải Phòng .....57 3.1.1.1. Các yếu tố hóa lý cơ bản .....................................................................57 3.1.1.2. Các chất hữu cơ tiêu hao ôxy ..............................................................61 3.1.1.3. Các muối dinh dưỡng và chlorophyll-a ...............................................65 3.1.1.4. Các tác nhân ô nhiễm ..........................................................................72 3.1.1.5. Cacbon (DIC, DOC, POC) ..................................................................79 3.1.1.6. Đánh giá chung về chất lượng nước và rủi ro ô nhiễm môi trường nước vùng biển ven bờ Hải Phòng ............................................................................80 3.1.2. Khả năng lan truyền chất ô nhiễm trong nước vùng biển ven bờ Hải Phòng ...............................................................................................................................83 3.1.2.1. Thủy động lực và trao đổi nước ..........................................................83 3.1.2.2. Kết quả mô phỏng lan truyền chất ô nhiễm trong nước ......................86 3.2. Thiết lập chỉ số chất lượng nước cho vùng biển ven bờ Hải Phòng ............91 3.2.1. Phân tích và lựa chọn thông số tính toán WQI ...........................................91 3.2.1.1. Kết quả phân tích PCA các thông số chất lượng nước ........................91 3.2.1.2. Nhận xét...............................................................................................92 3.2.2. Xác định trọng số của thông số tính WQI ..................................................98 3.2.3. Phân tích và lựa chọn hàm tổng hợp WQI (tổng quát) ...............................99 3.2.3.1. Đánh giá nhược điểm của các hàm tổng hợp (WQI) được sử dụng thường xuyên ....................................................................................................99
vi 3.2.3.2. Đề xuất công thức tính WQI tổng quát cho vùng biển ven bờ Hải Phòng ........................................................................................................................101 3.2.4. Phân nhóm thông số tính WQI .................................................................102 3.2.5. Xác định trọng số của các nhóm thông số tính WQI ................................103 3.2.6. Kết quả thiết lập WQI áp dụng cho vùng biển ven bờ Hải Phòng ...........103 3.2.7. Xây dựng các chỉ số phụ và giản đồ chỉ số phụ........................................104 3.2.8. Xây dựng thang phân loại WQI cho vùng biển ven bờ Hải Phòng ..........108 3.2.9. Kiểm nghiệm công thức tính WQI cho vùng biển ven bờ Hải Phòng ......110 3.2.10. So sánh công thức tính WQI đã xây dựng với một số công thức khác ..110 3.2.11. Đánh giá chung công thức tính WQI cho vùng biển ven bờ Hải Phòng 112 3.3. Phân vùng chất lượng nước vùng biển ven bờ Hải Phòng .........................113 3.3.1. Cơ sở phân vùng chất lượng nước vùng biển ven bờ Hải Phòng .............113 3.3.2. Kết quả phân vùng chất lượng nước vùng biển ven bờ Hải Phòng ..........114 3.3.2.1. Kết quả phân vùng chất lượng nước trong mùa khô .........................116 3.3.2.2. Kết quả phân vùng chất lượng nước trong mùa mưa ........................120 3.3.2.3. Tổng hợp đánh giá kết quả phân vùng chất lượng nước ...................125 3.4. Đề xuất giải pháp bảo vệ môi trường nước vùng biển ven bờ Hải Phòng 127 3.4.1. Mục tiêu bảo vệ chất lượng nước vùng biển ven bờ Hải Phòng ..............127 3.4.2. Giải pháp chung ........................................................................................128 3.4.3. Giải pháp quản lý ......................................................................................128 3.4.3.1. Định hướng quản lý và các hoạt động sử dụng các vùng chất lượng nước vùng biển ven bờ Hải Phòng ..........................................................................128 3.4.3.2. Kiểm soát nguồn phát thải đưa ra biển ..............................................130 3.4.4. Giải pháp kỹ thuật .....................................................................................131 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ .......................................................................133 KẾT LUẬN ............................................................................................................133 KHUYẾN NGHỊ....................................................................................................134 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ ...........................................136 TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................137 PHẦN PHỤ LỤC...................................................................................................151 Phụ lục 1: Tổng hợp tình hình nghiên cứu và ứng dụng WQI trên thế giới và tại Việt Nam ............................................................................................................................. i
vii Phụ lục 2: Giá trị DObão hòa theo nhiệt độ, độ mặn và tại áp suất 1atm ..................... xi Phụ lục 3: Tính toán kiểm nghiệm WQI cho vùng biển ven bờ Hải Phòng với các số liệu giả định .............................................................................................................. xii Phụ lục 4: Tính trọng số WQI ................................................................................xxv Phụ lục 5: Kết quả tính WQI ................................................................................... lxi Phụ lục 6: Một số hình ảnh trong quá trình nghiên cứu ...................................... lxxiii
viii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT BOD: Biochemical Oxygen Demand (Nhu cầu ôxy sinh hóa) BVMT: Bảo vệ môi trường CB: Cát Bà COD: Chemical Oxygen Demand (Nhu cầu ôxy hóa học) ĐBĐS: Đông Bắc Đồ Sơn DIC: Dissolved inorganic cacbon (Cacbon vô cơ hòa tan) DOC: Dissolved organic cacbon (Cacbon hữu cơ hòa tan) GHCP: Giới hạn cho phép GTGH: Giá trị giới hạn HCBVTV: Hóa chất bảo vệ thực vật HST: Hệ sinh thái KLN: Kim loại nặng NCS: Nghiên cứu sinh NL: Nước lớn NTTS: Nuôi trồng thủy sản N-T: Nitơ tổng NR: Nước ròng PCA: Principal Components Analysis (Phân tích thành phần chính) P-T: Photpho tổng POC: Particulate organic cacbon (Cacbon hữu cơ không tan) QCVN: Quy chuẩn kỹ thuật Quốc Gia TNĐS: Tây Nam Đồ Sơn TS: Thông số TVNM: Thực vật ngập mặn TVPD: Thực vật phù du VCS: Vùng cửa sông VN: Vùng ngoài WQI: Water Quality Index (Chỉ số chất lượng nước)
ix DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1. Các công thức tính WQI tổng quát .............................................................9 Bảng 1.2. Các tiêu chí đánh giá WQI .......................................................................18 Bảng 1.3. Tổng tải lượng ô nhiễm phát sinh trong khu vực .....................................28 Bảng 1.4. Tổng tải lượng ô nhiễm từ các nguồn đưa vào VCS Bạch Đằng .............30 Bảng 2.1. Kỹ thuật bảo quản mẫu sử dụng trong quan trắc môi trường ...................54 Bảng 2.2. Trọng số của các thông số ô nhiễm tính RQ.............................................56 Bảng 3.1. Giá trị BOD5 trong nước biển ven bờ Hải Phòng .....................................64 Bảng 3.2. Hàm lượng nitrit trong nước biển ven bờ Hải Phòng ...............................65 Bảng 3.3. Hàm lượng KLN trong nước vùng biển ven bờ Hải Phòng .....................77 Bảng 3.4. Hàm lượng xyanua trong nước biển ven bờ Hải Phòng ...........................77 Bảng 3.5. Hàm lượng HCBVTV trong nước ven biển Hải Phòng ...........................78 Bảng 3.6. Hàm lượng HCBVTV trong nước vùng biển Hải Phòng 2017-2018 .......79 Bảng 3.7. Hàm lượng PAHs trong nước vùng biển Hải Phòng 2017-2018.............79 Bảng 3.8. Giá trị RQ tại các điểm khảo sát vùng biển ven bờ thành phố Hải Phòng ...................................................................................................................................81 Bảng 3.9. Kết quả phân tích PCA và gia trị S ...........................................................91 Bảng 3.10. Kết quả xác định trọng số (wi) tính WQI ...............................................98 Bảng 3.11. Kết quả tính WQI của các hàm tổng hợp trong trường hợp lý tưởng khi một chỉ số phụ cực trị bằng 0 hoặc 1, các chỉ số phụ khác bằng 100 .......................99 Bảng 3.12. Kết quả tính trọng số của các nhóm thông số .......................................103 Bảng 3.13. Bảng quy định các giá trị chỉ số phụ qi tương ứng với hàm lượng Ci ..107 Bảng 3.14. Xây dựng ngưỡng phân loại chất lượng nước ......................................109 Bảng 3.15. Kết quả tính WQI theo ngưỡng phân loại chất lượng nước .................109 Bảng 3.16. Kết quả xây dựng thang phân loại chất lượng nước .............................109 Bảng 3.17. So sánh công thức tính WQIHP đã xây dựng với một số công thức khác .................................................................................................................................110 Bảng 3.18. Một số ví dụ tính toán phân loại chất lượng nước biển ven bờ Hải Phòng theo công thức WQIHP đã xây dựng và công thức WQI của Canada ......................111 Bảng 3.19. Kết quả đánh giá quá trình xây dựng WQI cho vùng biển ven bờ Hải Phòng .......................................................................................................................112 Bảng 3.20. Bảng quy định màu tương ứng với chất lượng nước biển ....................114
x Bảng 3.21. Giá trị WQI tại các điểm khảo sát vùng biển ven bờ Hải Phòng trong mùa khô 2019 ..................................................................................................................115 Bảng 3.22. Giá trị WQI tại các điểm khảo sát vùng biển ven bờ Hải Phòng trong mùa mưa 2019 .................................................................................................................115 Bảng 3.23. Diện tích các phân vùng chất lượng nước ............................................125
xi DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1. Sơ đồ không gian nghiên cứu tổng thể......................................................21 Hình 2.1. Bản đồ khu vực nghiên cứu ......................................................................31 Hình 2.2. Sơ đồ xây dựng WQI ................................................................................42 Hình 2.3. Các lưới tính của mô hình .........................................................................48 Hình 2.4. So sánh mực nước đo đạc và tính toán tại Hòn Dáu (a- tháng 1.2019; b- tháng 7. 2019)............................................................................................................51 Hình 2.5. Vị trí các trạm quan trắc chất lượng nước vùng biển ven bờ Hải Phòng..52 Hình 2.6. Thiết bị lấy mẫu nước biển (Niskin Van Dorn Sampler) ..........................53 Hình 3.1. pH nước biển trung bình tại vùng biển ven bờ Hải Phòng năm 2019 ......58 Hình 3.2. Hàm lượng TSS trung bình trong nước biển tại vùng biển ven bờ Hải Phòng năm 2019 ...................................................................................................................60 Hình 3.3. Hàm lượng TSS trong nước biển tại vùng biển khu vực đảo Cát Bà năm 2019 ...........................................................................................................................60 Hình 3.4. Biến động hàm lượng TSS trung bình trong nước biển tại vùng biển ven bờ Hải Phòng các năm 2009 - 2019 ...............................................................................61 Hình 3.5. Hàm lượng DO trung bình trong nước biển tại vùng biển ven bờ Hải Phòng năm 2019 ...................................................................................................................62 Hình 3.6. COD trung bình trong nước biển tại vùng biển ven bờ Hải Phòng năm 2019 ...................................................................................................................................63 Hình 3.7. Biến động COD trung bình trong nước biển tại vùng biển ven bờ Hải Phòng các năm 2009 - 2019 .................................................................................................64 Hình 3.8. Hàm lượng nitrat trung bình trong nước biển tại vùng biển ven bờ Hải Phòng năm 2019 ........................................................................................................66 Hình 3.9. Biến động hàm lượng nitrat trung bình trong nước biển tại vùng biển ven bờ Hải Phòng các năm 2009 - 2019 ..........................................................................67 Hình 3.10. Hàm lượng amoni trung bình trong nước biển tại vùng biển ven bờ Hải Phòng các năm 2009 - 2019 ......................................................................................68 Hình 3.11. Biến động hàm lượng amoni trung bình trong nước biển tại vùng biển ven bờ Hải Phòng năm 2019 ............................................................................................69 Hình 3.12. Hàm lượng phosphate trung bình trong nước biển tại vùng biển ven bờ Hải Phòng năm 2019 .................................................................................................70
xii Hình 3.13. Biến động hàm lượng phosphate trung bình trong nước biển tại vùng biển ven bờ Hải Phòng các năm 2009 - 2019 ...................................................................71 Hình 3.14. Hàm lượng chlorophyll-a trung bình trong nước biển tại vùng biển ven bờ Hải Phòng năm 2019 .................................................................................................72 Hình 3.15. Hàm lượng tổng dầu mỡ khoáng trung bình trong nước biển tại vùng biển ven bờ Hải Phòng năm 2019 .....................................................................................73 Hình 3.16. Biến động hàm lượng tổng dầu mỡ khoáng trung bình trong nước biển tại vùng biển ven bờ Hải Phòng các năm 2009 - 2019 ..................................................74 Hình 3.17. Chỉ số coliform trung bình trong nước biển tại vùng biển ven bờ Hải Phòng năm 2019 ...................................................................................................................75 Hình 3.18. Hàm lượng Fe trung bình trong nước biển tại vùng biển ven bờ Hải Phòng năm 2019 ...................................................................................................................76 Hình 3.19. Bản đồ phân vùng rủi ro ô nhiễm môi trường nước vùng biển ven bờ Hải Phòng trong mùa khô ................................................................................................82 Hình 3.20. Bản đồ phân vùng rủi ro ô nhiễm môi trường nước vùng biển ven bờ Hải Phòng trong mùa mưa ...............................................................................................82 Hình 3.21. Mô hình dòng chảy tại tầng mặt..............................................................85 Hình 3.22. Mô phỏng COD tại tầng nước mặt ..........................................................86 Hình 3.23. Mô phỏng BOD5 tại tầng nước mặt ........................................................87 Hình 3.24. Mô phỏng PO43- tại tầng nước mặt..........................................................88 Hình 3.25. Mô phỏng NH4+ tại tầng nước mặt..........................................................88 Hình 3.26. Mô phỏng TSS tại tầng nước mặt ...........................................................89 Hình 3.27. Mô phỏng Fe tại tầng nước mặt ..............................................................90 Hình 3.28. Mô phỏng coliform tại tầng nước mặt ....................................................90 Hình 3.29. Kết quả phân nhóm thông số chất lượng nước .....................................103 Hình 3.30. Giản đồ tổng quát chỉ số phụ ứng với các nồng độ của thông số .........108 Hình 3.31. Kết quả phân vùng chất lượng nước vùng biển ven bờ Hải Phòng (mùa khô - nước ròng - tầng mặt) ....................................................................................116 Hình 3.32. Kết quả phân vùng chất lượng nước vùng biển ven bờ Hải Phòng (mùa khô - nước ròng - tầng đáy) .....................................................................................117 Hình 3.33. Kết quả phân vùng chất lượng nước vùng biển ven bờ Hải Phòng (mùa khô - nước lớn - tầng mặt).......................................................................................118
xiii Hình 3.34. Kết quả phân vùng chất lượng nước vùng biển ven bờ Hải Phòng (mùa khô - nước lớn - tầng đáy) .......................................................................................118 Hình 3.35. Kết quả phân vùng chất lượng nước vùng biển ven bờ Hải Phòng (Trung bình - mùa khô - nước ròng) ...................................................................................119 Hình 3.36. Kết quả phân vùng chất lượng nước vùng biển ven bờ Hải Phòng (Trung bình - mùa khô - nước lớn) .....................................................................................120 Hình 3.37. Kết quả phân vùng chất lượng nước vùng biển ven bờ Hải Phòng (mùa mưa - nước ròng - tầng mặt) ...................................................................................121 Hình 3.38. Kết quả phân vùng chất lượng nước vùng biển ven bờ Hải Phòng (mùa mưa - nước ròng - tầng đáy) ....................................................................................121 Hình 3.39. Kết quả phân vùng chất lượng nước vùng biển ven bờ Hải Phòng (mùa mưa - nước lớn - tầng mặt)......................................................................................122 Hình 3.40. Kết quả phân vùng chất lượng nước vùng biển ven bờ Hải Phòng (mùa mưa - nước lớn - tầng đáy) ......................................................................................123 Hình 3.41. Kết quả phân vùng chất lượng nước vùng biển ven bờ Hải Phòng (Trung bình - mùa mưa - nước ròng) ..................................................................................124 Hình 3.42. Kết quả phân vùng chất lượng nước vùng biển ven bờ Hải Phòng (Trung bình - mùa mưa - nước lớn) ....................................................................................124 Hình 3.43. Kết quả phân vùng chất lượng nước vùng biển ven bờ Hải Phòng (Trung bình - mùa khô) .......................................................................................................126 Hình 3.44. Kết quả phân vùng chất lượng nước vùng biển ven bờ Hải Phòng (Trung bình - mùa mưa) ......................................................................................................127
1 MỞ ĐẦU 1. Lý do lựa chọn đề tài Hải Phòng là thành phố biển, nằm ở vùng duyên hải Bắc Bộ, là cửa chính ra biển của các tỉnh phía Bắc. Trong đó, vùng bờ Hải Phòng nằm chuyển tiếp giữa đới bờ châu thổ Sông Hồng và đới bờ Đông Bắc, có địa hình và cảnh quan tự nhiên phong phú, đa dạng, đặc sắc và nhiều cảnh đẹp, tạo nên một bức tranh thu nhỏ của đất nước. Trong phạm vi một vùng bờ mà có cả núi rừng và đồng bằng, biển và hải đảo, sông hồ dày đặc, vùng cửa sông có cả loại châu thổ như vùng cửa Văn Úc - Thái Bình và hình phễu như vùng cửa Bạch Đằng, có vịnh biển tiêu biểu như Lan Hạ, giáp kề vịnh Hạ Long - Di sản của thế giới, bán đảo Đồ Sơn vươn xa nhất ra biển trong phạm vi dải bờ Tây vịnh Bắc Bộ, như là một ranh giới tự nhiên quan trọng, không chỉ cho vùng bờ Hải Phòng mà cho dải bờ Bắc Bộ. Do điều kiện địa chất, địa hình và thủy văn đa dạng, nên tại vùng bờ Hải Phòng, hệ sinh thái cũng rất đa dạng, gần như có mặt đầy đủ các hệ sinh thái cơ bản của vùng bờ Việt Nam, chỉ thiếu hệ sinh thái đầm phá (lagoon), đồng thời lại có mặt hệ sinh thái tùng áng, một dạng rất đặc thù và riêng biệt cho vùng đá vôi Cát Bà - Hạ Long [1]. Với vị trí thuận lợi và tài nguyên thiên nhiên, bao gồm cả vị thế, cảnh quan, nên khu vực biển ven bờ Hải Phòng có hoạt động kinh tế biển sôi động như: cảng biển, đánh bắt và nuôi trồng thủy sản, du lịch và dịch vụ… có ảnh hưởng không những đối với Hải Phòng mà đối với cả vùng duyên hải Bắc Bộ. Tuy nhiên, các hoạt động kinh tế đã và đang tác động mạnh đến môi trường - gây ô nhiễm môi trường, thu hẹp không gian bãi triều, tạo ra các thách thức về môi trường biển. Hiện nay, nghiên cứu tính toán chỉ số chất lượng nước (Water Quality Index - WQI) là thiết thực, vì nó cho phép đánh giá và báo cáo các thông tin theo một hình thức phù hợp cho tất cả các đối tượng quan tâm (bao gồm cả những nhà quản lý, cộng đồng không phải là chuyên gia môi trường nước) đến chất lượng môi trường nước vùng cửa sông. Tại Việt Nam, Tổng Cục Môi trường mới chỉ đề xuất ứng dụng WQI cho đánh giá nước mặt, còn nước vùng cửa sông ven biển thì vẫn chưa có hướng dẫn phù hợp. Bên cạnh đó cũng có các nghiên cứu về tính toán chỉ số chất lượng nước nhưng chỉ tập trung nghiên cứu ở các vùng nước lưu vực sông, hồ. Chỉ số chất lượng nước (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
2 cận tổng hợp chưa được nghiên cứu rộng rãi tại Việt Nam [2]. Việc phân vùng chất lượng nước biển ven bờ theo chỉ số chất lượng nước có hiệu quả cao về khoa học và kinh tế vì: Đơn giản hóa các kết quả nghiên cứu chất lượng nước thành các kết luận đơn giản giúp cho các nhà quản lý nắm bắt được tình hình chất lượng nước của khu vực. Giúp chính quyền lựa chọn để giải quyết vấn đề ô nhiễm nước tại các khu vực trong vùng cửa sông ven biển bị ô nhiễm ở mức cao. Tiết kiệm kinh phí so với các phương pháp đánh giá chất lượng nước truyền thống (các phương pháp chưa sử dụng chỉ số chất lượng nước), vì theo phương pháp đánh giá chất lượng nước truyền thống: cần phải tiến hành quan trắc số lượng lớn với nhiều điểm, thông số và tần suất quan trắc [3]. Phân vùng chất lượng nước là một trong những hợp phần quan trọng của quá trình quy hoạch và quản lý sử dụng không gian cửa sông ven biển. Tuy nhiên đến nay chưa có một nghiên cứu chuyên sâu về phân vùng chất lượng nước vùng biển ven bờ Hải Phòng bằng WQI. Chính vì thế, việc tiến hành đề tài luận án: "Nghiên cứu phân vùng chất lượng nước vùng biển ven bờ Hải Phòng bằng chỉ số chất lượng nước" sẽ góp phần giải quyết một số vấn đề còn bỏ ngỏ nói trên. 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 biển ven bờ Hải Phòng, cũng như có thể nhân rộng cho phân vùng sử dụng và quản lý biển ở các khu vực biển ven bờ 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 vùng biển ven bờ Hải Phòng. Phân vùng hiện trạng chất lượng nước vùng biển ven bờ Hải Phòng theo chỉ số chất lượng nước đã xây dựng. 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: Tổng quan phương pháp luận về phân vùng và hệ thống chỉ số chất lượng nước của các quốc gia trên thế giới và Việt Nam. Nội dung 2: Phân tích, đánh giá chất lượng nước vùng biển ven bờ Hải Phòng (Hiện trạng, diễn biến chất lượng nước và quá trình lan truyền chất ô nhiễm trong nước).
3 Nội dung 3: Ứng dụng và cải tiến phương pháp tính chỉ số chất lượng nước phù hợp với đặc điểm môi trường nước vùng biển ven bờ Hải Phòng. Nội dung 4: Phân loại chất lượng nước từng điểm khảo sát theo chỉ số chất lượng nước. Nội dung 5: Lập các bản đồ phân vùng chất lượng nước vùng biển ven bờ Hải Phòng theo chỉ số chất lượng nước. Nội dung 6: Đề xuất giải pháp bảo vệ môi trường nước vùng biển ven bờ Hải Phòng. 4. Phạm vi địa lý và đối tượng nghiên cứu Phạm vi địa lý: Vùng biển ven bờ Hải Phòng. Đối tượng nghiên cứu: Điều kiện tự nhiên của vùng biển ven bờ Hải Phòng (điều kiện khí tượng, thuỷ - hải văn, địa hình, địa chất, đa dạng sinh học); các nguồn thải tác động đến chất lượng nước vùng biển ven bờ Hải Phòng; chất lượng nước vùng biển ven bờ Hải Phòng. 5. Điểm mới của luận án - Luận án đã phát triển công thức tính chỉ số chất lượng nước phục vụ việc đánh giá, phân vùng chất lượng nước vùng biển ven bờ Hải Phòng. Cụ thể như sau: + Đã lựa chọn được các thông số chất lượng nước bằng phương pháp thống kê toán học (các thông số chất lượng nước lựa chọn đặc trưng cho đặc điểm chất lượng nước vùng biển ven bờ Hải Phòng). + Đã xây dựng được các chỉ số phụ của các thông số này dựa trên các tiêu chuẩn chất lượng nước biển ven bờ của Việt Nam và của thế giới phù hợp với vùng biển ven bờ Hải Phòng. + Đã cải tiến và xây dựng công thức WQI áp dụng cho đánh giá chất lượng nước biển ven bờ nói chung và vùng biển ven bờ Hải Phòng nói riêng. - Luận án đã phân vùng chất lượng nước vùng biển ven bờ Hải Phòng theo 5 mức độ ô nhiễm dựa vào kết quả xác định WQI, làm cơ sở khoa học cho đề xuất các giải pháp bảo vệ môi trường nước vùng biển Hải Phòng. 6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn Ý nghĩa khoa học Luận án đã góp phần làm sáng tỏ phương pháp luận về WQI để đánh giá và phân vùng chất lượng nước biển ven bờ.
4 Luận án đã đóng góp và làm sáng tỏ phương pháp luận về xây dựng và ứng dụng WQI để đánh giá và phân vùng chất lượng nước vùng biển ven bờ Hải Phòng. Ý nghĩa thực tiễn Luận án làm cơ sở và cung cấp thông tin cho công tác phân vùng khai thác, sử dụng không gian vùng biển ven bờ Hải Phòng. Luận án là công cụ hữu ích nhằm đánh giá chất lượng nước vùng biển ven bờ một cách tổng thể dựa trên giá trị của tập hợp các thông số môi trường. Luận án là cơ sở nâng cao hiệu quả quản lý thông qua việc xác định hiện trạng và diễn biễn chất lượng nước vùng biển ven bờ Hải Phòng. Luận án là cơ sở để định hướng về tiềm năng sử dụng và kiểm soát ô nhiễm nước tại vùng biển ven bờ Hải Phòng. 7. Bố cục của luận án Ngoài phần mở đầu, kết luận và các phụ lục (6 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. Trong phần tổng quan tài liệu, luận án đã phân tích, đánh giá các chỉ số chất lượng nước trên thế giới và tại Việt Nam. Ngoài ra nội dung phần này còn phân tích, đánh giá đặc điểm về điều kiện tự nhiên, môi trường, tài nguyên và nguồn thải tác động đến chất lượng nước biển tại khu vực nghiên cứu. 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 cách 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, bao gồm: (1) Phân tích, đánh giá chất lượng nước vùng biển ven bờ Hải Phòng (Hiện trạng, diễn biến chất lượng nước và quá trình lan truyền chất ô nhiễm trong nước). (2) 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 vùng biển ven bờ Hải Phòng; (3) Phân vùng chất lượng nước vùng biển ven bờ Hải Phòng; (4) Đề xuất các giải pháp bảo vệ môi trường vùng biển Hải Phòng. Luận án đã tham khảo 158 tài liệu tham khảo, bao gồm 65 tài liệu tham khảo tiếng Việt và 93 tài liệu tham khảo bằng tiếng Anh.
5 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1. Tổng quan về chỉ số chất lượng nước 1.1.1. Khái niệm chỉ số chất lượng nước Năm 1960, sau hàng loạt nghiên cứu, nước Mỹ đưa ra chỉ số chất lượng môi trường bao gồm 6 thành phần là: không khí, nước, đất, rừng, đời sống hoang dã và khoàng chất [4]. Đến năm 1965, Horton khởi đầu cho việc đánh giá chất lượng nước sử dụng chỉ số là các con số và xây dựng trên thang số. Trong đó, chỉ số chất lượng nước (WQI) là một thông số "tổ hợp" được tính toán từ nhiều thông số chất lượng nước theo một phương pháp xác định (hay theo một công thức toán học xác định) [5]. WQI dùng để mô tả định lượng về chất lượng nước và được biểu diễn qua một thang điểm, từ đó đơn giản hóa chúng thành các kết luận đơn giản về chất lượng nước như rất tốt, tốt, trung bình, kém và rất kém. Hiện nay, nhiều chỉ số chất lượng nước đã được phát triển và áp dụng rộng rãi trên toàn thế giới (Mỹ, Canada, Bỉ, Thổ Nhĩ Kỳ, Ấn Độ, Thái Lan, Malayxia, Đài Loan,…). Một trong những bộ chỉ số nổi tiếng và được áp dụng rộng rãi trên thế giới là bộ chỉ số WQI-NSF (National Sanitation Foundation - Water Quality Index) của Quỹ vệ sinh Quốc gia Mỹ. Các ứng dụng chủ yếu của WQI bao gồm: - Phản ánh hiện trạng và xu thế biển đổi chất lượng môi trường nước (phân tích diễn biến chất lượng nước theo không gian và thời gian), đảm bảo tính phòng ngừa của công tác quản lý môi trường [4]. - Phục vụ quá trình ra quyết định: WQI có thể được sử dụng làm cơ sở cho việc ra các quyết định phân bổ tài chính và xác định các vấn đề ưu tiên. - Phân vùng chất lượng nước , so sánh chất lượng nước tại các địa điểm khác nhau hoặc các khu vực địa lý. - Thu gọn kích thước, đơn giản hóa thông tin để dễ quản lý, sử dụng và lưu trữ, tạo ra tính hiệu quả của thông tin [4]. - Thực thi tiêu chuẩn/quy chuẩn: WQI có thể đánh giá được mức độ đáp ứng/không đáp ứng của chất lượng nước đối với tiêu chuẩn/quy chuẩn hiện hành. - Công bố thông tin cho cộng đồng. - Nghiên cứu khoa học: các nghiên cứu chuyên sâu về chất lượng nước thường không sử dụng WQI, tuy nhiên WQI có thể sử dụng cho các nghiên cứu vĩ mô khác