Vịnh Hạ Long và Bái Tử Long - Sức tải môi trường: Phần 2

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:174

Thêm vào BST

Báo xấu

7
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nối tiếp nội dung phần 1, phần 2 cuốn sách "Sức tải môi trường Vịnh Hạ Long - Bái Tử Long" tiếp tục trình bày các nội dung về: khả năng tự làm sạch của Vịnh Hạ Long - Bái Tử Long; khả năng bồi lắng trầm tích đáy Vịnh Hạ Long - Bái Tử Long; sức tải của Vịnh Hạ Long - Bái Tử Long; định hướng quản lý, bảo vệ môi trường Vịnh Hạ Long - Bái Tử Long từ góc độ sức tải môi trường. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Vịnh Hạ Long và Bái Tử Long - Sức tải môi trường: Phần 2

125 Chương IV KHẢ NĂNG TỰ LÀM SẠCH CỦA VỊNH HẠ LONG - BÁI TỬ LONG I. MÔ PHỎNG ĐẶC ĐIỂM THUỶ ĐỘNG LỰC VÀ KHẢ NĂNG TRAO ĐỔI NƯỚC Ở VỊNH HẠ LONG – BÁI TỬ LONG 1. Đặc điểm chung trường dòng chảy Để tiện theo dõi phần mô tả trong các nội dung dưới đây, chúng tôi xin nêu lại một số thuật ngữ thường dùng: - Kỳ triều cường (spring tide): là khoảng thời gian kéo dài 11 - 13 ngày trong khu vực nghiên cứu, trong đó thuỷ triều dao động với biên độ lớn. - Kỳ triều kém (neap tide): là khoảng thời gian kéo dài 3 - 4 ngày trong khu vực nghiên cứu, trong đó thuỷ triều dao động với biên độ nhỏ. - Nước lớn (flood tide): là khoảng thời gian triều lên cao trong ngày, còn gọi là nước lên. - Nước ròng (ebb tide): là khoảng thời gian triều xuống thấp trong ngày, còn gọi là nước xuống. Việc tính toán, mô phỏng trường dòng chảy khu vực Vịnh Hạ Long – Bái Tử Long bằng mô hình Delft3D được tiến hành với các kịch bản khác nhau: mùa mưa và mùa khô, kỳ triều cường và kỳ triều kém nước lớn và nước ròng, tầng mặt và tầng đáy. Một số trong số những kết quả mô phỏng được minh hoạ trong các hình từ 4.1 đến hình 4.8. Chế độ dòng chảy của khu vực Vịnh Hạ Long – Bái Tử Long liên quan chặt chẽ đến dao động của thuỷ triều và dòng chảy tổng hợp thể hiện tính chất của dòng triều. Trường dòng chảy trong khu vực có vận tốc nhỏ khi mực nước đạt các cực trị và vận tốc lớn hơn trong các pha triều lên hoặc xuống. Trong pha triều xuống, vận tốc dòng chảy cực đại thường lớn hơn trong pha triều lên do sự kết hợp của dòng triều và dòng chảy từ sông đưa ra. Trường dòng chảy khu vực Vịnh Hạ Long – Bái Tử Long có các hướng chủ đạo liên quan đến pha triều là hướng Bắc - Đông Bắc và Tây Bắc (triều lên) và hướng Nam - Tây Nam và Đông Nam (triều xuống). Tính chất dòng chảy tổng hợp giữa mùa mưa và mùa khô không có sự khác biệt nhiều do dòng triều quyết định tính chất của dòng chảy tổng hợp. Do địa hình phức tạp và bị chia cắt với rất nhiều các đảo nhỏ khác nhau nên trường dòng chảy trong khu vực Vịnh Hạ Long – Bái Tử Long khá phân tán về hướng
126 Trần Đức Thạnh (Chủ biên), Trần Văn Minh, Cao Thị Thu Trang, Vũ Duy Vĩnh, Trần Anh Tú và giá trị vận tốc, thể hiện rất rõ tính chất địa phương. Vận tốc dòng chảy thường đạt giá trị khá cao (lớn hơn 80cm/s) ở những cửa lạch hẹp giữa các đảo và nhỏ hơn ở những nơi còn lại. Địa hình đáy của khu vực Tuần Châu - Lạch Huyện tương đối nông (xem hình 1.6) nên sự trao đổi nước giữa Vịnh Hạ Long với khu vực Tây Nam đảo Cát Bà khá yếu, không diễn ra mạnh mẽ như ở khu vực phía Đông đảo Cát Bà và phía Vịnh Bái Tử Long. Điều này thể hiện qua giá trị vận tốc dòng chảy trong các pha triều ở phía Đông đảo Cát Bà thường lớn hơn phía Tây Bắc đảo này 40 - 60cm/s. Trong pha triều lên (hình 4.1, 4.2, 4.5 và 4.6), dòng nước từ đi vào Vịnh Hạ Long – Bái Tử Long chủ yếu là từ phía Đông đảo Cát Bà lên, sau đó chia làm hai nhánh: một nhánh đi sâu vào Vịnh Hạ Long, Vịnh Cửa Lục, xuống tận phía Nam đảo Tuần Châu; một nhánh khác đi lên phía Đông Bắc sang Vịnh Bái Tử Long. Dòng nước từ khu vực cửa Lạch Huyện đi vào Vịnh Hạ Long qua khu vực đảo Tuần Châu khá nhỏ, thể hiện qua các giá trị vận tốc dòng chảy ở đây hầu như không lớn. Giá trị vận tốc dòng chảy trong khu vực ở pha triều này thường biến đổi từ 50-100cm/s; Tại một số lạch hẹp giữa các đảo như Lạch Miêu, Cửa Vạn, Lạch Giới v.v. và khu vực giữa của Vịnh Hạ Long, Vịnh Bái Tử Long, vận tốc dòng chảy lớn nhất trong pha triều lên có thể đạt giá trị lớn hơn 100cm/s. Trong pha triều xuống (hình 4.3, 4.4, 4.7 và 4.8), dòng nước từ phía Nam đảo Tuần Châu và Vịnh Hạ Long chảy theo hướng Đông - Đông Nam. Dòng nước từ phía Cửa Ông và Vịnh Bái Tử Long chảy theo hướng Tây-Tây Nam sau đó kết hợp với nhau đi xuống phía Nam qua phía Đông đảo Cát Bà. Dòng chảy từ Vịnh Hạ Long đi qua cửa Lạch Huyện xuống khu vực phía Tây đảo Cát Bà có giá trị không lớn như dòng chảy ở phía Đông đảo này. Cũng giống như trong pha triều lên, hướng dòng chảy pha triều xuống trong vịnh cũng khá phân tán và giá trị vận tốc dòng chảy trong pha triều này thường cao hơn đối với vùng nước giữa Vịnh Hạ Long và biển động chủ yếu diễn ra ở các lớp nước tầng trên (tầng giữa và mặt). Do lưu lượng dòng từ các sông đổ vào khu vực Vịnh Hạ Long – Bái Tử Long không lớn, kể cả vào mùa mưa, nên sự phân tầng về hướng giữa dòng chảy các tầng cũng không thể hiện một cách rõ rệt. Trong khi đó, giá trị vận tốc dòng chảy ở tầng đáy khá nhỏ so với tầng mặt. Hướng dòng chảy tầng mặt và tầng giữa ở Vịnh Hạ Long ít có sự biến động trong các pha triều. Tuy nhiên, hướng dòng chảy ở các tầng phía dưới có sự chậm pha so với tầng mặt khoảng 2-3 giờ. Vào mùa khô, xu hướng này cũng tương tự như mùa mưa nhưng chênh lệch cả về pha và giá trị giữa các lớp nước ít hơn. Giá trị vận tốc dòng chảy giữa các tầng có sự chênh lệch rõ rệt đặc biệt là trong những ngày có biên độ dao động mực nước lớn. Vận tốc dòng chảy tầng đáy thường nhỏ hơn tầng mặt và giữa khoảng 20-60cm/s. Sự chênh lệch này lớn hơn vào kỳ triều cường và nhỏ hơn trong những ngày triều kém và xuất hiện chủ yếu trong thời kỳ vận tốc dòng chảy có giá trị lớn. Giá trị vận tốc dòng chảy ở tầng đáy biến đổi theo pha triều rất ít, trong khi ở tầng mặt và giữa, vận tốc dòng chảy chênh lệch giữa kỳ nước cường và nước kém có thể lên tới 60-70cm/s.
Chương IV: KHẢ NĂNG TỰ LÀM SẠCH CỦA VỊNH HẠ LONG - BÁI TỬ LONG 127 Hình 4.1. Trường dòng chảy tầng mặt Vịnh Hạ Long – Bái Tử Long khi triều lên, mùa mưa Hình 4.2. Trường dòng chảy tầng đáy Vịnh Hạ Long – Bái Tử Long khi triều lên, mùa mưa
128 Trần Đức Thạnh (Chủ biên), Trần Văn Minh, Cao Thị Thu Trang, Vũ Duy Vĩnh, Trần Anh Tú Hình 4.3. Trường dòng chảy tầng mặt Vịnh Hạ Long – Bái Tử Long khi triều xuống, mùa mưa Hình 4.4. Trường dòng chảy tầng đáy Vịnh Hạ Long – Bái Tử Long khi triều xuống, mùa mưa
Chương IV: KHẢ NĂNG TỰ LÀM SẠCH CỦA VỊNH HẠ LONG - BÁI TỬ LONG 129 Hình 4.5. Trường dòng chảy tầng mặt Vịnh Hạ Long – Bái Tử Long khi triều lên, mùa khô Hình 4.6. Trường dòng chảy tầng đáy Vịnh Hạ Long – Bái Tử Long khi triều lên, mùa khô
130 Trần Đức Thạnh (Chủ biên), Trần Văn Minh, Cao Thị Thu Trang, Vũ Duy Vĩnh, Trần Anh Tú Hình 4.7. Trường dòng chảy tầng mặt Vịnh Hạ Long – Bái Tử Long khi triều xuống, mùa khô Hình 4.8. Trường dòng chảy tầng đáy Vịnh Hạ Long – Bái Tử Long khi triều xuống, mùa khô
Chương IV: KHẢ NĂNG TỰ LÀM SẠCH CỦA VỊNH HẠ LONG - BÁI TỬ LONG 131 Ở khu vực Vịnh Bái Tử Long, sự chênh lệch về vận tốc dòng chảy giữa các tầng cũng thể hiện các xu thế tương tự như ở khu vực Vịnh Hạ Long, nhưng ở mức độ nhỏ hơn một chút. Tốc dòng chảy đáy thường nhỏ hơn khoảng 10 - 50cm/s so với tầng mặt. Do đặc điểm địa hình và thể tích vực nước cơ bản không thay đổi đáng kể, trường dòng chảy khu vực Vịnh Hạ Long – Bái Tử Long trong các kịch bản dự báo của năm 2015 và 2020 cũng thể hiện các đặc điểm tương tự như các kết quả mô phỏng cho trường dòng chảy hiện tại. 2. Khả năng trao đổi nước của khu vực Khả năng trao đổi nước là một trong những đặc điểm thủy động lực quan trọng ảnh hưởng lớn đến các quá trình biến đổi chất gây ô nhiễm trong thuỷ vực. Ngoài vận tốc và hướng chảy, mức độ lệch pha của dòng chảy giữa các tầng khác nhau cũng có ảnh hưởng đáng kể đến quá trình trao đổi nước Vịnh Hạ Long – Bái Tử Long. Đặc điểm lệch pha theo tầng này được thể hiện qua mối quan hệ giữa hướng dòng chảy ở các tầng với dao động mực nước. Quan hệ này rõ nhất ở tại một số thời điểm tại thời gian đầu pha triều lên hoặc thời gian đầu pha triều xuống với hiện tượng ngược pha về hướng chảy giữa dòng chảy tầng mặt và tầng đáy (tầng mặt và tầng đáy chảy ngược nhau). Hình 4.9. Sơ đồ vị trí mặt cắt tính trao đổi nước tại Vịnh Hạ Long – Bái Tử Long
132 Trần Đức Thạnh (Chủ biên), Trần Văn Minh, Cao Thị Thu Trang, Vũ Duy Vĩnh, Trần Anh Tú Trong điều kiện địa hình khu vực được xem là không có biến động, hai yếu tố trực tiếp liên quan đến khả năng trao đổi nước của vịnh là thể tích V của vực nước vịnh và lưu lượng nước Q ra hoặc vào vịnh. Đối với khu vực Vịnh Hạ Long, để tính toán trao đổi nước, đã chia khu vực này thành các miền nhỏ ứng với mỗi khu vực nhỏ khác nhau. Các miền nhỏ này bao gồm Bãi Cháy, Cẩm Phả, khu vực giữa Vịnh Hạ Long, giữa Vịnh Bái Tử Long, cả Vịnh Hạ Long, cả Vịnh Bái Tử Long và toàn bộ khu vực Vịnh Hạ Long – Bái Tử Long (hình 4.9). Tỷ lệ nước trao đổi được tính bằng tỷ số giữa lượng nước trao đổi (vào hoặc ra trên thể tích vực nước). Các kết quả tính toán (bảng 4.1) cho thấy tỷ lệ nước vào (hoặc ra) so với thể tích thủy vực ở Vịnh Hạ Long trong một ngày đêm dao động trong khoảng từ 60 - 78%, khu vực Vịnh Bái Tử Long tỷ lệ này khoảng 65-79%. Tỷ lệ nước vào (ra) so với thể tích toàn bộ Vịnh Hạ Long – Bái Tử Long dao động trong khoảng 63-78% trong một ngày đêm. Khu vực ven bờ Cẩm Phả và giữa Vịnh Hạ Long có tỷ lệ trao đổi nước với xung quanh lớn hơn các khu vực khác. Trong khi đó, tỷ lệ nước vào (ra) so với thể tích khối nước ở Vịnh Cửa Lục với giá trị biến đổi từ 22 đến 56% trong một ngày đêm, khá thấp so với các khu vực khác. Bảng 4.1. Lượng nước và tỷ lệ nước trao đổi qua một ngày đêm tại Vịnh Hạ Long – Bái Tử Long Lượng nước trao đổi Tỷ lệ nước trao đổi Diện Thể (triệu m3) Khu vực tích tích ** Mùa mưa Mùa khô Mùa mưa Mùa khô (tr. m2) (tr. m3) vào ra vào ra vào ra vào ra Bãi Cháy 22,4 128,9 90,0 90,3 114,2 109,2 0,698 0,701 0,886 0,848 Cẩm Phả 117,0 1003,3 1304,0 1360,5 1591,8 1643,1 1,3 1,356 1,586 1,638 Giữa Vịnh Bái Tử Long 183,1 2207,1 2670,9 2688,3 3256,9 3263,1 1,21 1,28 1,476 1,479 Giữa Vịnh Hạ Long 275,8 2652,0 1850,4 1877,3 2286,0 2300,7 0,698 0,708 0,862 0,868 Vịnh Hạ Long 361,6 2927,2 1760,6 1882,2 2219,8 2289,2 0,601 0,643 0,758 0,782 Vịnh Bái Tử Long 359,6 3755,1 2442,7 2434,2 2963,3 2933,7 0,65 0,648 0,789 0,781 Vịnh Cửa Lục 22,9 125,1 27,7 70,4 45,0 70,0 0,222 0,563 0,36 0,559 Vịnh Hạ Long- 721,1 6682,3 4203,3 4316,4 5183,1 5222,8 0,63 0,65 0,78 0,78 Bái Tử Long * Ghi chú: * giới hạn bởi bờ và các mặt cắt HL1, HL5, HL6, BTL1, BTL1, BTL2, BTL3, 4SL4; (**) tính trung bình khi dao động mực nước biến đổi từ 0-4m
Chương IV: KHẢ NĂNG TỰ LÀM SẠCH CỦA VỊNH HẠ LONG - BÁI TỬ LONG 133 Nhìn trên tổng thể toàn khu vực Vịnh Hạ Long – Bái Tử Long, trao đổi nước mùa khô tốt hơn và cân bằng vào ra với tỷ lệ đều 78%, trao đổi nước mùa mưa kém hơn hẳn với tỷ lệ vào 63% và ra 65% với sự đóng góp của khối nước sông. Tuy nhiên, nhìn vào từng tiểu khu vực thì thấy bức tranh trao đổi nước không đồng nhất và thay đổi phức tạp giữa các tiểu khu vực và theo mùa. Nói chung, ở tất cả các tiểu khu vực trao đổi nước mùa mưa đều kém hơn mùa khô và cân bằng ra lớn hơn cân bằng vào, trừ Vịnh Bái Tử Long ít chịu ảnh hưởng của sông, cân bằng này là tương đương. Về mùa khô có hiện tượng dồn nước cục bộ ở Vịnh Hạ Long, đặc biệt là tại Bãi Cháy do hiện tượng khối nước chảy ra nhỏ hơn chảy vào. Điều này thể hiện trao đổi nước Vịnh Hạ Long yếu hơn Bái Tử Long kể cả về xu hướng và tỷ số trao đổi. II. MÔ PHỎNG CÁC QUÁ TRÌNH CHUYỂN HOÁ, LAN TRUYỀN VÀ BIẾN ĐỔI CHẤT Ô NHIỄM Ở VỊNH HẠ LONG – BÁI TỬ LONG 1. Các chất gây ô nhiễm hữu cơ 1.1. Nhu cầu ô-xy hóa học (COD) Hình 4.10. Vị trí các điểm giám sát tại Vịnh Hạ Long – Bái Tử Long Nhu cầu ô-xy hóa học là lượng ô-xy cần thiết để ô-xy hóa hết lượng chất hữu cơ trong một đơn vị thể tích nước nghiên cứu. Để thực hiện quá trình ô-xy hóa này trong phòng thí nghiệm thường sử dụng chất ô-xy hóa mạnh trong môi trường a-xít. Thông
134 Trần Đức Thạnh (Chủ biên), Trần Văn Minh, Cao Thị Thu Trang, Vũ Duy Vĩnh, Trần Anh Tú thường hai phương pháp được sử dụng là phương pháp Crom (Cr-method) và phương pháp Mangan (Mn-Method), (Delft3D-Waq processes technical reference manual, 2003). Trong nghiên cứu này, các kết quả phân tích COD được thực hiện bằng phương pháp Mn, do đó số liệu đầu vào của mô hình là giá trị COD-Mn và kết quả mô phỏng của mô hình sẽ thể hiện giá trị tổng COD được tính toán thông qua giá trị nồng độ COD-Mn. Để kiểm soát kết quả mô hình tính, các điểm giám sát được thiết lập cho khu vực nghiên cứu (hình 4.10). Mô hình mô phỏng các quá trình lan truyền và biến đổi nhu cầu ô-xy hóa học (COD) khu vực Vịnh Hạ Long – Bái Tử Long bằng mô hình Delft3D được xây dựng cho các kịch bản khác nhau: mùa mưa và mùa khô, kỳ triều cường và kỳ triều kém, pha nước lớn và pha nước ròng. Một số trong những kết quả của mô hình được trình bày trên các hình A1 – A4 (Phụ lục A). a. Mùa mưa Phân bố không gian Phân bố không gian của COD ở khu vực nghiên cứu được xem xét bao gồm phân bố không gian vào thời gian nước lớn và nước ròng trong từng kỳ triều (triều cường hoặc triều kém) của một chu kỳ triều. Hình A1 và A2 (phụ lục A) thể hiện bức tranh phân bố của giá trị COD tại khu vực nghiên cứu vào thời gian triều lên (nước lớn) và triều xuống (nước ròng) trong kỳ triều cường. Trong cả kỳ triều cường và triều kém, COD có giá trị khá cao ở dọc ven bờ Hạ Long và Bái Tử Long và giá trị COD ở Hạ Long cao hơn so với ở Bái Tử Long. Đây cũng là điều hợp lý khi khu vực ven bờ Hạ Long tập trung nhiều khu dân cư và các hoạt động dịch vụ, du lịch hơn so với Bái Tử Long. Cũng có thể thấy rằng vào thời gian nước lớn và nước ròng giá trị COD ở vùng nước giữa Vịnh Hạ Long và giữa Bái Tử Long luôn luôn nhỏ hơn vùng nước sát bờ và thấp hơn khu vực biển thoáng ngoài hệ thống đảo. Việc COD có giá trị cao ở các biên lỏng phía biển là khá khác thường, mặc dù điều này trùng hợp với kết quả đo đạc, nghiên cứu của Nhóm chuyên gia JICA, Nhật Bản thực hiện năm 1998. Do đó cần phải có những đo đạc kiểm tra để tìm hiểu nguồn gốc của hiện tượng này trong những nghiên cứu tiếp theo. Do giá trị COD trong nước biển ở biên lỏng phía biển cao hơn giá trị COD trong nước vịnh ở khu giữa Vịnh Hạ Long và giữa Bái Tử Long, nên khi thủy triều đạt cực đại, lưỡi nước biển có giá trị COD cao xâm nhập khá sâu vào trong các vịnh. Ở Vịnh Hạ Long, vào kỳ triều cường các vùng nước có giá trị COD cao bao gồm khu ven bờ Tuần Châu, Bãi Cháy, ven bờ Hòn Gai, phía trong Cửa Lục và dọc theo luồng tàu vào cảng Cái Lân. Giá trị COD cao ở khu vực ven bờ phía Đông Tuần Châu, khu vực Bãi Cháy và Hòn Gai có thể được giải thích do lượng chất hữu cơ được phát thải vào khu vực ven bờ từ các khu dân cư và hoạt động du lịch, dịch vụ. Đặc biệt vào mùa mưa (mùa hè) là mùa du lịch thu hút rất nhiều khách du lịch trong nước và nước ngoài đến ở khu vực này. Tuy nhiên, cũng có thể thấy rằng toàn bộ vùng nước phía Tây và Tây Nam đảo Tuần Châu luôn có giá trị COD cao hơn hẳn phần còn lại của Vịnh Hạ
Chương IV: KHẢ NĂNG TỰ LÀM SẠCH CỦA VỊNH HẠ LONG - BÁI TỬ LONG 135 Long. Do số liệu khảo sát làm đầu vào mô hình còn hạn chế nên chưa thể giải thích được lý do của hiện tượng này và đây cũng là nhiệm vụ cần nghiên cứu tiếp để tìm hiểu và xác định nguồn chất hữu cơ đưa vào khu vực. Riêng giá trị COD trong nước cao dọc theo luồng tàu vào cảng Cái Lân có thể lý giải do lượng chất hữu cơ từ các sông và các khu dân cư bên trong Cửa Lục đổ ra và giá trị COD cao từ phía ngoài biển được dòng chảy triều lên vận chuyển vào. Các hình A1 và A2 (phụ lục A) cũng cho thấy, về mặt không gian, COD trong nước Vịnh Bái Tử Long luôn có giá trị thấp hơn Vịnh Hạ Long. Điều này có thể giải thích do khu vực này tương đối kín, sự trao đổi với các khối nước xung quanh không nhiều. Khu vực Vịnh Bái Tử Long cũng là khu vực có bề mặt nước khá thoáng, do đó sẽ nhận được nhiều ánh sáng và các điều kiện thuận lợi khác cho sự phát triển của TVN, qua đó làm giảm lượng chất hữu cơ của thủy vực. Tuy nhiên cũng có thể thấy một nguyên nhân khác là số liệu về các nguồn thải chất hữu cơ ở khu vực ven bờ Vịnh Bái Tử Long khá hạn chế so với khu vực vịnh Hạ Long nên có thể đã không thể hiện được hết các nguồn cung cấp chất hữu cơ từ lục địa cho Vịnh Bái Tử Long. So sánh giữa các kỳ triều và giữa các pha nước lớn với pha nước ròng, thấy rằng, theo phân bố không gian, ở phía trong hệ thống đảo giá trị COD giữa pha nước lớn và pha nước ròng có sự biến động nhỏ hơn so với khu vực phía ngoài hệ thống đảo. Vào kỳ triều kém sự biến động giá trị COD nhỏ hơn so với kỳ triều cường. Biến động theo kỳ triều Biến động theo thời gian kỳ triều của COD được xem xét thông qua một số điểm giám sát ở khu vực nghiên cứu, gồm 1 điểm ở giữa Vịnh Hạ Long, một điểm ở giữa Vịnh Bái Tử Long, một điểm phía Vân Đồn và hai điểm ở khu vực biển thoáng phía ngoài hệ thống đảo, một gần phía Cát Bà và một gần Quan Lạn (hình 4.10). Hình 4.11 thể hiện sự biến đổi của COD theo thời gian tại vị trí giám sát ở giữa Vịnh Hạ Long vào mùa mưa. Có thể thấy rằng sự biến đổi của COD ngược với pha thủy triều, có giá trị cao khi nước ròng và giá trị nhỏ khi nước lớn. So sánh giữa kỳ triều cường và kỳ triều kém thấy rằng COD có giá trị cao hơn vào kỳ triều cường. Biên độ dao động của trị số COD khá lớn (chênh lệch giữa nước lớn và nước ròng có thể đến 1mg O2/l), biến thiên trong khoảng từ 5,3-6,3mg O2/l. Hình 4.12 thể hiện sự thay đổi giá trị COD theo thời gian tại vị trí giám sát ở giữa Vịnh Bái Tử Long vào mùa mưa. Có thể thấy rằng, mặc dù có sự dao động phức tạp hơn nhưng cũng giống như ở Vịnh Hạ Long, vào kỳ triều cường COD ở Vịnh Bái Tử Long có giá trị cao hơn so với triều kém. Khi so sánh giữa pha nước lớn và pha nước ròng, cũng thấy rằng trong thời gian nước ròng COD có giá trị cao hơn, điều này có thể giải thích do vào thời gian nước ròng lượng chất hữu cơ từ bờ được đưa ra xa bờ bởi thủy triều. Biên độ dao động của COD giữa nước lớn và nước ròng tại Vịnh Bái Tử Long cũng nhỏ hơn (chỉ bằng khoảng 25%) so với khu vực Vịnh Hạ Long. Biên độ dao động COD ở khu vực này trong một chu kỳ triều nằm trong khoảng từ 4,25-4,65mg O2/l. Tại điểm giám sát Vân Đồn, giá trị COD theo thời gian biến đổi khá phức tạp, dao động trong khoảng nhỏ 4,15 - 4,40mg O2/l, không có sự phân biệt rõ ràng giữa kỳ triều cường
136 Trần Đức Thạnh (Chủ biên), Trần Văn Minh, Cao Thị Thu Trang, Vũ Duy Vĩnh, Trần Anh Tú và kỳ triều kém. Trong ngày, giá trị COD dao động theo thủy triều nên có một lần đạt giá trị cao nhất (nước ròng) và một lần xuống giá trị thấp nhất (nước lớn). (m) ̣ ́ Mưc nươc COD_HL COD (mgO2 /l) 4.50 6.40 4.00 6.20 3.50 6.00 3.00 5.80 2.50 5.60 2.00 5.40 1.50 5.20 1.00 5.00 05/10/2008 06/10/2008 07/10/2008 08/10/2008 09/10/2008 10/10/2008 11/10/2008 12/10/2008 13/10/2008 14/10/2008 15/10/2008 16/10/2008 17/10/2008 Hình 4.11. Biến động giá trị COD theo thời gian ở Vịnh Hạ Long, mùa mưa 18/10/2008 (m) ̣ ́ Mưc nươc COD_BTL COD (mgO2 /l) 4.50 4.70 4.65 4.00 4.60 3.50 4.55 4.50 3.00 4.45 2.50 4.40 2.00 4.35 4.30 1.50 4.25 1.00 4.20 05/10/2008 06/10/2008 07/10/2008 08/10/2008 09/10/2008 10/10/2008 11/10/2008 12/10/2008 13/10/2008 14/10/2008 15/10/2008 16/10/2008 17/10/2008 18/10/2008 Hình 4.12. Biến động giá trị COD theo thời gian ở Vịnh Bái Tử Long, mùa mưa
Chương IV: KHẢ NĂNG TỰ LÀM SẠCH CỦA VỊNH HẠ LONG - BÁI TỬ LONG 137 Như vậy, có thể thấy rằng tại 3 điểm giám sát nằm trong vịnh (hình 4.11), COD biến đổi theo dao động của pha thủy triều, có giá trị cao khi nước ròng và có giá trị thấp khi nước lớn. Giữa các điểm giám sát, Hạ Long là điểm có giá trị COD lớn hơn hẳn, Bái Tử Long và Vân Đồn có giá trị gần tương đương. Tại các vị trí sát gần bờ, gần các nguồn thải, mối quan hệ giữa biến đổi COD và pha triều vừa nêu không hoàn toàn đúng như vậy do tại những nơi này giá trị COD phụ thuộc nhiều vào thời điểm và khối lượng phát thải các chất hữu cơ từ các khu dân cư, các khu du lịch và dịch vụ. Tại hai vị trí giám sát ở vùng biển mở (Opensea và Quanlan – hình 4.1) ở rìa ngoài hệ thống đảo, có thể thấy rằng giá trị COD có sự dao động khá giống nhau, cao trong kỳ triều cường và thấp trong kỳ triều kém. Ở đây có thể nhận thấy một điều khá thú vị về sự biến đổi COD trong ngày khi giá trị COD cao trùng với thời gian nước lớn và thấp vào thời gian nước ròng, ngược lại hoàn toàn so với các điểm nằm bên trong hệ thống đảo. Điều này đồng nghĩa với việc những khu vực này được cung cấp bởi nguồn vật chất hữu cơ từ bên ngoài thông qua biên phía biển. Tuy nhiên để có thể khẳng định chắc chắn về điều này cần phải có những điều tra, khảo sát thực địa cụ thể hơn nữa về dòng chảy và phân tích mẫu hữu cơ ở các khu vực biển mở xung quanh để tìm hiểu nguồn gốc của lượng chất hữu cơ này. Hiện nay các lồng bè nuôi hải sản ở các khu vực này đang phát triển, vì vậy, một trong những nguồn có thể làm tăng lượng chất hữu cơ trong nước ở các khu vực biển mở này là từ lượng thức ăn sử dụng cho nuôi trồng của các lồng và bè nuôi hải sản. b. Mùa khô Phân bố không gian Trên các hình A3, A4 (phụ lục A) có thể thấy những khu vực có giá trị COD cao bao gồm dọc ven bờ Hạ Long và Bái Tử Long. Giống như mùa mưa, vào mùa khô các khu ven bờ Bãi Cháy, ven bờ đảo Tuần Châu và phía biên lỏng giáp với khu Cát Hải (Hải Phòng) vẫn là những nơi có giá trị COD cao hơn so với những khu còn lại. Đặc biệt khi nước ròng, giá trị COD trong nước biển Vịnh Hạ Long khá cao, nằm trong khoảng 4-7mgO2/l. Trong khi đó, giá trị COD ở Vịnh Bái Tử Long nhỏ hơn, nằm trong khoảng từ 2-4mgO2/l. Điều này cũng khá phù hợp với thực tế, khi khu vực Vịnh Hạ Long đang là điểm đến của một lượng rất lớn khách du lịch. Mặc dù số lượng khách du lịch trong nước không nhiều bằng mùa hè (mùa mưa), nhưng vào mùa Đông (mùa khô), lượng khách du lịch quốc tế lại tăng lên và tập trung nhiều ở khu Bãi Cháy. Trong mùa khô, giá trị COD ở biên mở phía biển, vùng nước giáp Cát Bà, vẫn khá cao (khoảng trên 4mgO2/l). Điều này có thể liên quan tới nguồn cung cấp chất hữu cơ từ bên ngoài vào khu vực nghiên cứu có nguồn gốc từ Cát Bà. Nguồn chất hữu cơ này phát sinh có thể từ hai nguồn chính là từ chất thải hữu cơ phát sinh từ các hoạt động dịch vụ, du lịch và từ nguồn thức ăn của các khu nuôi trồng lồng bè tại đây.
138 Trần Đức Thạnh (Chủ biên), Trần Văn Minh, Cao Thị Thu Trang, Vũ Duy Vĩnh, Trần Anh Tú So sánh giữa thời gian nước lớn và nước ròng của từng kỳ triều, thấy rằng vào kỳ triều cường giá trị COD có sự biến động khá mạnh mẽ (đặc biệt khu vịnh Hạ Long) giữa pha nước lớn và pha nước ròng. Trong khi đó vào kỳ triều kém sự biến động này tương đối nhỏ. (m) ̣ ́ Mưc nươc COD_HL COD (mgO2 /l) 5.00 6.00 4.50 5.50 4.00 3.50 5.00 3.00 2.50 4.50 2.00 4.00 1.50 1.00 3.50 0.50 0.00 3.00 01/01/2009 02/01/2009 03/01/2009 04/01/2009 05/01/2009 06/01/2009 07/01/2009 08/01/2009 09/01/2009 10/01/2009 11/01/2009 12/01/2009 13/01/2009 14/01/2009 Hình 4.13. Biến động giá trị COD theo thời gian ở Vịnh Hạ Long, mùa khô Biến động theo kỳ triều Xem xét biến động theo thời gian trong một chu kỳ triều mùa khô tại các điểm giám sát (hình 4.13, 4.14), thấy rằng giá trị COD có sự biến động theo dao động thủy triều, cao vào kỳ triều cường và thấp vào kỳ triều kém. Tại các vị trí bên trong hệ thống đảo, sự biến động trong ngày cho thấy COD có giá trị thấp vào nước lớn và cao vào nước ròng. Trong khi đó, ở khu vực biển mở bên ngoài hệ thống đảo, sự dao động giá trị COD thể hiện sự tương đồng với độ cao dao động mực nước, thấp khi nước ròng và cao khi nước lớn, tương tự như dao động COD trong mùa mưa.
Chương IV: KHẢ NĂNG TỰ LÀM SẠCH CỦA VỊNH HẠ LONG - BÁI TỬ LONG 139 (m) ̣ ́ Mưc nươc COD_BTL COD (mgO2 /l) 5.00 3.50 4.50 3.45 4.00 3.40 3.50 3.35 3.00 3.30 2.50 3.25 2.00 3.20 1.50 3.15 1.00 3.10 0.50 3.05 0.00 3.00 01/01/2009 02/01/2009 03/01/2009 04/01/2009 05/01/2009 06/01/2009 07/01/2009 08/01/2009 09/01/2009 10/01/2009 11/01/2009 12/01/2009 13/01/2009 14/01/2009 Hình 4.14. Biến động giá trị COD theo thời gian ở Vịnh Bái Tử Long, mùa khô 1.2. Nhu cầu ô-xy sinh hóa (BOD5) Nhu cầu ô-xy sinh hóa là nhu cầu ô-xy cần thiết được các vi sinh vật sử dụng để ô-xy hóa hết lượng chất hữu cơ gốc các-bon và ni-tơ trong một đơn vị khối lượng nước nghiên cứu. Thông thường khi phân tích mẫu (đặc biệt là các mẫu nguồn thải) trong phòng thí nghiệm các mẫu sẽ được pha loãng và sục khí ô-xy để đảm bảo lượng chất dinh dưỡng hữu cơ và lượng ô-xy hòa tan trong nước. Giá trị BOD5 (nồng độ ô-xy hòa tan được sử dụng sau 5 ngày) phần lớn chất hữu cơ đã bị các vi sinh vật phân hủy. Mô hình mô phỏng các quá trình lan truyền và biến đổi nhu cầu ô-xy sinh hóa (BOD5) khu vực Vịnh Hạ Long – Bái Tử Long bằng mô hình Delft3D được xây dựng cho các kịch bản khác nhau: mùa mưa và mùa khô, kỳ triều cường và kỳ triều kém, pha nước lớn và pha nước ròng. Một số trong những kết quả của mô hình được trình bày trên các hình A5 – A8 (Phụ lục A). a. Mùa mưa Phân bố không gian Hình A5 và A6 (phụ lục A) thể hiện sự phân bố của BOD5 ở khu vực nghiên cứu vào thời gian nước lớn và nước ròng trong kỳ triều cường mùa mưa. Kết quả thể hiện trên các hình này cho thấy rằng tương tự như COD, giá trị BOD5 ở khu vực nghiên cứu cao ở khu vực ven bờ và khu vực biển thoáng ngoài hệ thống đảo. Tuy nhiên cần lưu ý giá trị BOD5 ở khu vực biển mở có giá trị cao là do số liệu đầu vào cao (số liệu khảo sát
140 Trần Đức Thạnh (Chủ biên), Trần Văn Minh, Cao Thị Thu Trang, Vũ Duy Vĩnh, Trần Anh Tú và phân tích thực địa). Khi so sánh giá trị BOD5 ở Vịnh Bái Tử Long, đặc biệt khu Cửa Ông, thấy rằng giá trị BOD5 tính theo mô hình thấp hơn một chút so với kết quả khảo sát thực địa và kết quả mô phỏng bằng mô hình của nhóm nghiên cứu JICA (1998). Điều này có thể lý giải hoặc là do chất lượng nước ở khu vực đã được quản lý tốt hơn (lượng chất hữu cơ phát thải vào khu vực đã giảm đi) hoặc cũng có thể do một số nguồn thải ở khu vực đã không được kiểm kê, đo đạc thật đầy đủ nên không phản ánh chính xác hoàn toàn lượng chất hữu cơ phát thải vào khu vực tính toán. So với thực tế hiện nay ở khu vực giả thiết thứ hai có vẻ phù hợp hơn. Khu vực biển thoáng phía ngoài hệ thống đảo BOD5 có giá trị nằm trong khoảng từ 0,8-1,3mgO2/l. Giá trị này khá gần với kết quả khảo sát và kết quả mô phỏng của Nhóm nghiên cứu JICA (1998). Điều này cho thấy nồng độ chất hữu cơ (thể hiện thông qua giá trị BOD5) có nguồn gốc từ bên ngoài đưa vào Vịnh Hạ Long và Bái Tử Long tương đối lớn. Tuy nhiên, như đã nói trong phần phân tích nhận xét thông số COD, đây là điều cần phải được kiểm chứng kỹ hơn bằng các nghiên cứu chuyên sâu về đối tượng này để xác định chính xác nguồn gốc của các chất hữu cơ được đưa vào khu vực nghiên cứu từ khu vực xung quanh. Biến động theo kỳ triều (m) ̣ ́ Mưc nươc BOD_HL BOD (mgO2 /l) 4.50 0.85 0.80 4.00 0.75 3.50 0.70 3.00 0.65 2.50 0.60 0.55 2.00 0.50 1.50 0.45 1.00 0.40 05/10/2008 06/10/2008 07/10/2008 08/10/2008 09/10/2008 10/10/2008 11/10/2008 12/10/2008 13/10/2008 14/10/2008 15/10/2008 16/10/2008 17/10/2008 18/10/2008 Hình 4.15. Biến động giá trị BOD5 theo thời gian ở Vịnh Hạ Long, mùa mưa
Chương IV: KHẢ NĂNG TỰ LÀM SẠCH CỦA VỊNH HẠ LONG - BÁI TỬ LONG 141 (m) ̣ ́ Mưc nươc BOD_BTL BOD (mgO2 /l) 4.50 0.64 4.00 0.62 3.50 0.60 3.00 0.58 2.50 0.56 2.00 0.54 1.50 0.52 1.00 0.50 05/10/2008 06/10/2008 07/10/2008 08/10/2008 09/10/2008 10/10/2008 11/10/2008 12/10/2008 13/10/2008 14/10/2008 15/10/2008 16/10/2008 17/10/2008 18/10/2008 Hình 4.16. Biến động giá trị BOD5 theo thời gian ở Vịnh Bái Tử Long, mùa mưa (m) ̣ ́ Mưc nươc BOD_HL BOD (mgO2 /l) 5.00 1.30 4.50 1.20 4.00 1.10 3.50 1.00 3.00 0.90 2.50 0.80 2.00 0.70 1.50 1.00 0.60 0.50 0.50 0.00 0.40 01/01/2009 02/01/2009 03/01/2009 04/01/2009 05/01/2009 06/01/2009 07/01/2009 08/01/2009 09/01/2009 10/01/2009 11/01/2009 12/01/2009 13/01/2009 14/01/2009 Hình 4.17. Biến động giá trị BOD5 theo thời gian ở Vịnh Hạ Long, mùa khô
142 Trần Đức Thạnh (Chủ biên), Trần Văn Minh, Cao Thị Thu Trang, Vũ Duy Vĩnh, Trần Anh Tú (m) ̣ ́ Mưc nươc BOD_BTL BOD (mgO2 /l) 5.00 0.60 4.50 0.55 4.00 3.50 0.50 3.00 2.50 0.45 2.00 0.40 1.50 1.00 0.35 0.50 0.00 0.30 01/01/2009 02/01/2009 03/01/2009 04/01/2009 05/01/2009 06/01/2009 07/01/2009 08/01/2009 09/01/2009 10/01/2009 11/01/2009 12/01/2009 13/01/2009 14/01/2009 Hình 4.18. Biến động giá trị BOD5 theo thời gian ở Vịnh Bái Tử Long, mùa khô Biến động theo thời gian của BOD5 khu vực nghiên cứu (hình 4.15, 4.16) được xem xét tại các vị trí và thời gian giống như với thông số COD. Có thể thấy rằng ở khu vực phía trong hệ thống đảo, xu thế biến đổi của BOD5 tương tự như COD, giá trị cao vào nước ròng và thấp vào nước lớn. Ngoài vị trí ở Bái Tử Long, BOD5 vào kỳ triều kém nhỏ hơn hẳn so với triều cường, còn tại Hạ Long và Vân Đồn sự chênh lệch này không thể hiện rõ ràng. Khoảng dao động về BOD5 tại các vị trí nói trên trong một chu kỳ triều lần lượt như sau: Hạ Long (0,50-0,80mgO2/l), Bái Tử Long (0,52-0,64mgO2/l), Vân Đồn (0,60-0,85mgO2/l). Tại hai vị trí ngoài biển mở (bên ngoài hệ thống đảo), sự biến đổi giá trị BOD5 cũng tương tự như với COD khi kỳ triều cường có giá trị cao và kỳ triều kém có giá trị thấp. Về dao động ngày, BOD5 có giá trị cao vào thời gian nước lớn và thấp vào thời gian nước ròng. Khoảng dao động của BOD5 tại hai điểm nói trên như sau: Biển mở (OP) (0,45-1,10 mgO2/l), Quan Lạn (0,85-1,20mgO2/l). Như vậy có thể thấy rằng BOD5 ở khu vực biển mở bên ngoài hệ thống đảo không những có giá trị cao hơn khu vực bên trong hệ thống đảo mà còn có sự dao động mạnh hơn, kể cả dao động ngày và dao động theo chu kỳ triều. b. Mùa khô Phân bố không gian Về phân bố không gian có thể thấy rằng giá trị phổ biến của BOD5 vào mùa này ở khu vực nghiên cứu nằm trong khoảng 0,2-0,8mgO2/l, trừ khu vực ven bờ Hòn Gai, Bãi
Chương IV: KHẢ NĂNG TỰ LÀM SẠCH CỦA VỊNH HẠ LONG - BÁI TỬ LONG 143 Cháy, Tuần Châu và một số khu ven bờ vịnh Bái Tử Long như khu ven bờ Cẩm Phả và Cửa Ông có giá trị BOD5 có thể đến 1,4-1,6mgO2/l. Vào kỳ triều cường, BOD5 trong nước Vịnh Hạ Long có sự biến động khá lớn. Vào thời gian nước lớn, do tác động của khối nước phía biển có giá trị BOD5 thấp trong khoảng 0,4-0,6mgO2/l, nên giá trị BOD5 của nước vịnh cũng khá nhỏ chỉ khoảng 0,4- 0,8mgO2/l, trong khi khu ven bờ có giá trị cao hơn 0,8-1,5mgO2/l. Vào thời gian nước ròng, khối nước có giá trị BOD5 cao từ khu vực ven bờ phát triển mạnh hơn về phía biển làm cho phần lớn nước vịnh Hạ Long có giá trị BOD5 cao hơn, nằm trong khoảng 0,7-1,4mgO2/l. Giá trị BOD5 Vịnh Bái Tử Long về cơ bản không có sự biến động mạnh (hình A7, A8, Phụ lục A). Vào kỳ triều kém, giá trị BOD5 Vịnh Hạ Long cao hơn ở Vịnh Bái Tử Long và tương đối ổn định cả khi nước lớn và nước ròng. Giá trị BOD5 phổ biến ở Vịnh Hạ Long nằm trong khoảng 0,6-1,4mgO2/l và ở Vịnh Bái Tử Long nằm trong khoảng 0,2- 0,6mgO2/l. Biến động theo kỳ triều Biến động theo thời gian kỳ triều của BOD5 tại các điểm giám sát (hình 4.17, 4.18) cho thấy, tại tất cả các điểm, giá trị BOD5 trong kỳ triều kém nhỏ hơn so với kỳ triều cường. Trong kỳ triều cường, dao động của BOD5 mạnh hơn rõ rệt so với kỳ triều kém. Tại các vị trí nằm trong hệ thống đảo ở Vịnh Hạ Long và Vịnh Bái Tử Long, giá trị BOD5 dao động ngược với dao động mực nước, cao vào nước ròng và thấp vào nước lớn. Tại các vị trí nằm ngoài hệ thống đảo giá trị BOD5 dao động cùng với pha thủy triều, cao vào nước lớn và thấp vào nước ròng. 2. Các chất dinh dưỡng 2.1. A-mô-ni (NH4+) A-mô-ni (NH4+) là một trong những yếu tố dinh dưỡng quan trọng không thế thiếu trong quá trình quang hợp của thực vật nổi. Mô hình mô phỏng các quá trình lan truyền và biến đổi A-mô-ni (NH4+) khu vực Vịnh Hạ Long – Bái Tử Long bằng mô hình Delft3D được xây dựng cho các kịch bản khác nhau: mùa mưa và mùa khô, kỳ triều cường và kỳ triều kém, pha nước lớn và pha nước ròng. Một số trong những kết quả tính toán của mô hình mô phỏng sự phân bố theo không gian và thời gian của NH4+ khu vực nghiên cứu được thể hiện trên các hình A9 đến A12 (Phụ lục A). a. Mùa mưa Trong kỳ triều cường có sự khác biệt rất rõ ràng về phân bố nồng độ NH4+ trong nước biển ở khu vực nghiên cứu giữa lúc triều lên và triều xuống. Trong thời gian triều xuống, lượng nước thải từ các nguồn thải ven bờ phát thải mạnh ra vùng ven bờ và phát triển về phía biển (hình A9). Quá trình này cùng với quá trình khuyếch tán làm tăng nồng độ NH4+ ở vùng nước xa bờ của Vịnh Hạ Long và Bái Tử Long, đặc biệt thấy rõ ở Vịnh Bái Tử Long. Trong thời gian triều lên (hình A10 - Phụ lục A), dưới tác động của
144 Trần Đức Thạnh (Chủ biên), Trần Văn Minh, Cao Thị Thu Trang, Vũ Duy Vĩnh, Trần Anh Tú dòng triều, khối nước có giá trị NH4+ thấp từ khu vực biển mở ngoài hệ thống đảo lan truyền mạnh về phía bờ, góp phần làm giảm phạm vi khu vực có nồng độ NH4+ cao của vùng nước ở giữa Vịnh Hạ Long và Bái Tử Long. (m) ̣ ́ Mưc nươc NH4_HL 3 NH4 (gN/m ) 4.50 0.1700 4.00 0.1600 3.50 0.1500 3.00 2.50 0.1400 2.00 0.1300 1.50 1.00 0.1200 05/10/2008 06/10/2008 07/10/2008 08/10/2008 09/10/2008 10/10/2008 11/10/2008 12/10/2008 13/10/2008 14/10/2008 15/10/2008 16/10/2008 17/10/2008 18/10/2008 Hình 4.19. Biến động nồng độ NH4+ theo thời gian ở Vịnh Hạ Long, mùa mưa (m) ̣ ́ Mưc nươc NH4_BTL 3 NH4 (gN/m ) 4.50 0.1400 4.00 0.1350 3.50 3.00 0.1300 2.50 2.00 0.1250 1.50 1.00 0.1200 05/10/2008 06/10/2008 07/10/2008 08/10/2008 09/10/2008 10/10/2008 11/10/2008 12/10/2008 13/10/2008 14/10/2008 15/10/2008 16/10/2008 17/10/2008 18/10/2008 Hình 4.20. Biến động nồng độ NH4+ theo thời gian ở vịnh Bái Tử Long, mùa mưa