Tổng quan nghiên cứu

Quận Hải An thuộc thành phố Hải Phòng sở hữu tổng diện tích tự nhiên 80,39 km² gồm 8 phường, với quy mô dân số năm 2012 đạt 106.297 người và mật độ dân cư đạt 979 người/km². Nằm ở vị trí cửa ngõ chiến lược của tam giác kinh tế trọng điểm phía Bắc, quận giữ vai trò đầu mối giao thông đa phương thức với tuyến Quốc lộ 5, cảng Chùa Vẽ, cảng Cửa Cấm, sân bay Cát Bi cùng Khu công nghiệp Đình Vũ có tổng vốn đầu tư đăng ký đạt 1,74 tỉ USD với 44 dự án lớn. Tuy nhiên, dải ven biển Hải An đang phải đối mặt với áp lực môi trường gay gắt và các hiểm họa tự nhiên khốc liệt. Theo dữ liệu trạm quan trắc Hòn Dấu, mực nước biển đã dâng khoảng 20 cm trong vòng 50 năm qua với tốc độ trung bình 2,9 mm/năm giai đoạn 1993 - 2010. Khu vực này chịu tần suất bão đổ bộ trực tiếp 1 - 2 cơn/năm, chu kỳ bão cấp 12 trung bình 3 năm/lần kèm nước dâng cao 2,5 - 3,2 m, cùng hiện tượng xói lở kéo dài hơn 3.000 m tại đảo Đình Vũ và khối lượng bồi lắng bùn cát luồng tàu phải nạo vét từ 2,3 đến 2,9 triệu m³/năm.

Mục tiêu cốt lõi của nghiên cứu là đánh giá tổng hợp mức độ tổn thương (MĐTT) tài nguyên và môi trường ven biển quận Hải An dựa trên sự tích hợp các yếu tố tai biến, đối tượng chịu tác động và năng lực ứng phó. Nghiên cứu thực hiện trên toàn bộ không gian địa lý dải ven biển quận Hải An với chuỗi dữ liệu thủy thạch động lực và kinh tế - xã hội giai đoạn 1957 - 2012. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài là cung cấp cơ sở dữ liệu định lượng và bản đồ phân vùng rủi ro, hỗ trợ các cơ quan quản lý giảm thiểu 15 - 25% thiệt hại do thiên tai, đồng thời tối ưu hóa quy hoạch sử dụng hơn 9.200 ha đất ngập nước và bãi triều ven biển theo định hướng phát triển bền vững.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu ứng dụng lý thuyết đánh giá tính dễ bị tổn thương (Vulnerability Theory) của Cutter (1996, 2000), khung phân tích biến đổi khí hậu của Ủy ban Liên chính phủ về Biến đổi Khí hậu (IPCC, 2001, 2007) và mô hình đánh giá tổng hợp mức độ tổn thương tài nguyên - môi trường biển do Mai Trọng Nhuận (2007, 2008) phát triển. Về mặt toán học, mức độ tổn thương được biểu diễn qua hàm số:

$$V_{x_i y_j} = f(a R_{x_i y_j}, b P_{x_i y_j}, c C_{x_i y_j})$$

Trong đó:

  • $R_{x_i y_j}$ là chỉ số mức độ nguy hiểm của các yếu tố gây tổn thương (tích hợp từ cường độ, quy mô, tần suất tai biến và các tác nhân cường hóa);
  • $P_{x_i y_j}$ là mật độ và giá trị của các đối tượng bị tổn thương (dân cư, hệ thống hạ tầng kỹ thuật, tài nguyên đất ngập nước);
  • $C_{x_i y_j}$ là chỉ số khả năng ứng phó, thích ứng và phục hồi của hệ thống tự nhiên - xã hội;
  • $a, b, c$ là hệ thống trọng số được xác lập theo phương pháp phân tích thứ bậc;
  • $x_i y_j$ là tọa độ địa lý của từng đơn vị ô lưới raster trong không gian GIS.

Khung lý thuyết vận hành dựa trên 4 khái niệm trung tâm: Tính dễ bị tổn thương (Vulnerability), Mối nguy cơ tai biến (Hazard), Năng lực ứng phó và phục hồi (Resilience & Coping Capacity), và Đất ngập nước ven biển (Coastal Wetlands). Mô hình cho phép chuyển đổi từ phương thức quản lý bị động "ứng phó và khắc phục" sang tư duy chủ động "tiên đoán và ngăn chặn" trước các tác động tiêu cực của biến đổi khí hậu.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng hệ thống dữ liệu đa nguồn gồm: bản đồ địa hình tỷ lệ 1:25.000, dữ liệu viễn thám Landsat/SPOT, chuỗi quan trắc khí tượng thủy văn trạm Hòn Dấu (1957 - 2010), hồ sơ nạo vét luồng hàng hải Cảng vụ Hải Phòng (2001 - 2006) và Niên giám thống kê thành phố Hải Phòng các năm 2005, 2008, 2010.

Cỡ mẫu khảo sát thực địa bao gồm 45 điểm quan trắc không gian phân bố tại 8 phường trực thuộc quận Hải An. Phương pháp chọn mẫu áp dụng là lấy mẫu phân tầng kết hợp điều tra ngẫu nhiên có định hướng, tập trung vào các khu vực nhạy cảm sinh thái và điểm nóng tai biến: tuyến đê kè Tràng Cát (12 điểm), luồng sông Cấm và cửa Nam Triệu (15 điểm), bến phà Đình Vũ (10 điểm) và các đầm nuôi thủy sản ngoài đê (8 điểm). Phương pháp này bảo đảm tính đại diện cho 8 kiểu đất ngập nước theo hệ thống phân loại Ramsar.

Phương pháp xử lý và phân tích dữ liệu tích hợp Hệ thống Thông tin Địa lý (ArcGIS 10) và phần mềm phân tích thứ bậc đa tiêu chí (Expert Choice 11). Việc lựa chọn phần mềm ArcGIS 10 giúp số hóa không gian, thực hiện các thuật toán nội suy khoảng cách (Distance), nội suy mật độ (Density), phân loại lại giá trị (Reclassify) và chồng chập bản đồ raster có trọng số. Phần mềm Expert Choice 11 được sử dụng nhằm xác lập ma trận so sánh cặp AHP, chuẩn hóa trọng số khách quan cho từng chỉ tiêu thành phần, triệt tiêu sự thiên lệch chủ quan của chuyên gia trong quá trình tích hợp dữ liệu đa tai biến.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Phân tích không gian đa chỉ tiêu đã chỉ ra 3 phát hiện khoa học mang tính đột phá về hiện trạng môi trường ven biển quận Hải An:

Thứ nhất, bản đồ phân vùng mức độ nguy hiểm do tai biến xác định tỷ lệ diện tích phân bổ gồm: Vùng I (nguy hiểm thấp) chiếm 38% diện tích, tập trung ở các phường nội đồng như Đông Hải 1, Đằng Lâm, Cát Bi; Vùng II (nguy hiểm trung bình) chiếm 31% diện tích tại Tràng Cát, Đông Hải 2; Vùng III (nguy hiểm tương đối cao) chiếm 25% diện tích; Vùng IV (nguy hiểm cao) chiếm 8% diện tích, tập trung tại cửa sông Cấm và cửa Nam Triệu. Vùng IV chịu tác động tổng hợp từ bồi lắng luồng tàu với tải lượng bùn cát 5 triệu tấn/năm, nồng độ ô nhiễm dầu mỡ vượt chuẩn dao động từ 0,25 đến 0,98 mg/l (nhiều điểm đo vượt 1,5 mg/l so với ngưỡng quy chuẩn nuôi trồng thủy sản 0,3 mg/l) cùng nguy cơ bão cấp 12 gây ngập lụt diện rộng.

Thứ hai, kết quả đánh giá mật độ đối tượng bị tổn thương cho thấy sự mất cân đối không gian nghiêm trọng: Vùng II (mật độ trung bình) chiếm tỷ trọng lớn nhất với 58% tổng diện tích, tập trung tại các đầm nuôi trồng thủy sản mặn lợ ven đê Tràng Cát và Đông Hải 2 với quy mô 3.492,7 ha; Vùng IV (mật độ đối tượng tổn thương cao) chiếm 9% diện tích, tập trung mật độ dân cư và cơ sở hạ tầng dày đặc tại các phường Đằng Hải, Cát Bi, Thành Tô nơi có mật độ dân số vượt 979 người/km² và 100% học sinh tiểu học hoàn thành chương trình.

Thứ ba, sự suy giảm nghiêm trọng của hệ sinh thái thảm thực vật tự nhiên làm suy yếu năng lực tự bảo vệ của vùng bờ. Diện tích rừng ngập mặn tại đảo Đình Vũ đã bị thu hẹp từ 1.100 ha trước năm 1990 xuống còn 422,4 ha năm 1994, giảm tiếp còn 380 ha năm 2000 và đến năm 2012 chỉ còn sót lại các mảng nhỏ phân tán với tổng diện tích toàn quận đạt 858,19 ha. Sự biến mất của vành đai rừng ngập mặn làm gia tăng chiều cao sóng biển va đập trực tiếp vào thân đê lên mức 0,75 m, gây xói lở dữ dội dọc bờ kè Đình Vũ và sụt lún địa tầng với biên độ hạ võng kiến tạo hiện đại từ 0,2 đến 0,8 mm/năm.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân cốt lõi dẫn đến mức độ tổn thương gia tăng tại Hải An là sự cộng hưởng giữa yếu tố tự nhiên và hoạt động nhân sinh thiếu kiểm soát. Về mặt tự nhiên, địa hình đồng bằng thấp trũng với cao trình phổ biến chỉ từ 0,5 đến 2,0 m kết hợp đới sụt lún cửa sông Bạch Đằng khiến 100% diện tích nghiên cứu có nguy cơ ngập sâu khi mực nước biển dâng 1,0 m theo kịch bản biến đổi khí hậu. Về mặt nhân sinh, quá trình công nghiệp hóa nhanh chóng đã chuyển đổi mạnh mẽ cơ cấu sử dụng đất: diện tích đất nông nghiệp giảm liên tục từ 942 ha năm 2005 xuống còn 550 ha năm 2010, đất gieo trồng cây lương thực giảm sâu từ 593 ha xuống chỉ còn 18 ha. Việc đắp đập ngăn sông Đình Vũ năm 1991 đã làm thay đổi hoàn toàn trường động lực dòng chảy, biến lạch triều sâu thành bãi cạn và làm luồng lạch cửa Cấm bị bồi tụ hoàn toàn sau 10 năm xây dựng.

Khi so sánh với các công trình nghiên cứu trước đây của Lê Thị Thu Hiền (2005) trên phạm vi toàn thành phố Hải Phòng và nghiên cứu của Mai Trọng Nhuận (2008) tại các vịnh trọng điểm miền Bắc, kết quả của luận văn thể hiện tính chi tiết hóa vượt trội ở quy mô không gian cấp quận. Nghiên cứu đã bóc tách cụ thể ranh giới tổn thương theo từng ô lưới phân tích, chỉ rõ mối tương tác giữa 44 dự án KCN Đình Vũ với hệ sinh thái bãi triều gian triều 2.697,44 ha.

Dữ liệu nghiên cứu được biểu diễn trực quan thông qua bảng ma trận trọng số AHP (trọng số bồi tụ luồng tàu đạt 0.22, xói lở 0.20, động đất 0.16, nước biển dâng 0.15, ô nhiễm môi trường 0.13), kết hợp bản đồ phân vùng raster và biểu đồ tròn thể hiện tỷ lệ diện tích các mức độ tổn thương, mang lại cơ sở định lượng tường minh cho công tác quy hoạch.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên kết quả phân vùng mức độ tổn thương, luận văn đề xuất 4 nhóm giải pháp chiến lược:

  • Bảo tồn và phục hồi không gian sinh thái ven biển: Thiết lập ranh giới bảo vệ nghiêm ngặt đối với 858,19 ha rừng ngập mặn hiện hữu và triển khai dự án trồng mới 250 ha rừng phòng hộ chắn sóng tại bãi triều ngoài đê Tràng Cát - Đình Vũ; mục tiêu giảm 30% năng lượng sóng tác động vào bờ kè trước năm 2025; cơ quan chủ trì thực hiện là Ủy ban nhân dân quận Hải An phối hợp với Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn Hải Phòng.
  • Nâng cấp và kiên cố hóa hạ tầng kỹ thuật đê kè: Cải tạo, nâng cao trình 15,5 km tuyến đê biển Tràng Cát và đường bao khu công nghiệp Đình Vũ đạt chuẩn chống bão cấp 12, triều cường 3,5 m và thích ứng với kịch bản nước biển dâng 50 cm; hoàn thành thi công giai đoạn 2023 - 2028; chủ thể thực hiện là Ban Quản lý Dự án Đầu tư Xây dựng các Công trình Nông nghiệp và Phát triển nông thôn Hải Phòng.
  • Tái cấu trúc mô hình sinh kế và nuôi trồng thủy sản bền vững: Chuyển đổi 672,37 ha đầm nuôi thủy sản quảng canh sang mô hình sinh thái kết hợp rừng ngập mặn, kiểm soát chặt chẽ việc đào đắp đầm phá hủy bãi triều; mục tiêu nâng cao giá trị kinh tế thêm 20% và giảm 40% hiện tượng phèn hóa đất đai trong giai đoạn 2024 - 2027; giao Phòng Kinh tế quận Hải An và Hội Nông dân quận điều phối.
  • Tăng cường kiểm soát ô nhiễm và quản lý luồng hàng hải: Lắp đặt trạm quan trắc tự động kiểm soát nước thải tại Khu công nghiệp Đình Vũ, duy trì nồng độ dầu mỡ vùng cửa sông dưới ngưỡng 0,3 mg/l và tối ưu hóa kế hoạch nạo vét luồng hàng hải Nam Triệu với khối lượng dưới 2,5 triệu m³/năm; thực hiện thường niên từ năm 2023 do Chi cục Bảo vệ Môi trường và Cảng vụ Hàng hải Hải Phòng phụ trách.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  • Cơ quan quản lý nhà nước và hoạch định chính sách: Lãnh đạo Ủy ban nhân dân quận Hải An, Sở Tài nguyên và Môi trường, Sở Xây dựng Hải Phòng có thể sử dụng bản đồ phân vùng mức độ tổn thương làm tài liệu gốc để lập Quy hoạch không gian biển, xây dựng Báo cáo Đánh giá môi trường chiến lược (ĐMC) và ban hành Kế hoạch hành động ứng phó biến đổi khí hậu cấp địa phương.
  • Kỹ sư công trình hàng hải, giao thông và đê điều: Các ban quản lý dự án xây dựng hạ tầng có thể khai thác các thông số về biên độ sụt lún kiến tạo 0,2 - 0,8 mm/năm, chế độ bồi xói luồng tàu và tải lượng bùn cát 5 triệu tấn/năm để tính toán tải trọng, độ sâu móng và lựa chọn kết cấu kè bảo vệ cho các tuyến đường ra cảng Đình Vũ và đê bao Tràng Cát.
  • Giảng viên, nghiên cứu sinh và học viên cao học: Các nhà nghiên cứu chuyên ngành Khoa học Môi trường, Quản lý Đất đai, Biến đổi Khí hậu và Địa kỹ thuật có thể tham khảo quy trình tích hợp AHP - GIS trong đánh giá rủi ro đa thiên tai làm tài liệu giảng dạy, khung phương pháp luận cho các đề tài nghiên cứu đới bờ.
  • Ban quản lý khu công nghiệp và doanh nghiệp cảng biển: Các nhà đầu tư hạ tầng tại KCN Đình Vũ, Cảng Hải Phòng và các hợp tác xã nuôi trồng thủy sản ven biển có thể ứng dụng số liệu dự báo ngập lụt, mức độ ăn mòn mặn để thiết kế mặt bằng nhà xưởng, lập phương án sơ tán tài sản và bảo hiểm rủi ro thiên tai định kỳ.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao việc đánh giá mức độ tổn thương dải ven biển quận Hải An lại có tính cấp thiết cao?
Quận Hải An giữ vị trí đầu mối kinh tế biển quan trọng với KCN Đình Vũ trị giá 1,74 tỉ USD và mạng lưới cảng biển lớn, nhưng lại nằm trên nền địa chất sụt lún 0,2 - 0,8 mm/năm và chịu bão cấp 12 định kỳ. Việc đánh giá giúp xác định các điểm nghẽn rủi ro, bảo vệ tài sản và tính mạng cho hơn 106.000 người dân địa phương.

Phương pháp AHP và ArcGIS hỗ trợ giải quyết bài toán môi trường như thế nào?
ArcGIS 10 cho phép số hóa, phân tích không gian và chồng chập các lớp bản đồ chuyên đề về tai biến, kinh tế và sinh thái. Phần mềm Expert Choice 11 sử dụng thuật toán AHP để gán trọng số định lượng cho 6 loại tai biến chính (bồi tụ 0.22, xói lở 0.20), loại bỏ đánh giá cảm tính và tạo ra bản đồ rủi ro có độ chính xác cao.

Kịch bản nước biển dâng ảnh hưởng thế nào đến cơ sở hạ tầng quận Hải An?
Với tốc độ dâng 2,9 mm/năm tại trạm Hòn Dấu, khi mực nước biển dâng 0,5 m sẽ gây ngập 4,1% diện tích đồng bằng sông Hồng, đe dọa 2% quốc lộ. Theo kịch bản dâng 1,0 m, toàn bộ diện tích đất trũng thấp ven biển từ 0,5 đến 2,0 m của quận Hải An có nguy cơ chìm ngập hoàn toàn, vô hiệu hóa hệ thống thoát nước hiện hữu.

Rừng ngập mặn đóng vai trò gì trong việc giảm nhẹ tổn thương tại khu vực nghiên cứu?
Hệ thống rễ dày đặc của 858,19 ha rừng ngập mặn hoạt động như đê chắn sóng tự nhiên, làm giảm chiều cao sóng từ 0,75 m xuống mức an toàn, giữ lại phù sa bồi đắp bãi triều và giảm hàm lượng CO2 trong nước từ 7,63 mg/l xuống 7,38 mg/l, giúp ổn định nền đất đầm nuôi thủy sản Tràng Cát.

Khu vực nào tại quận Hải An cần ưu tiên phân bổ ngân sách ứng phó thiên tai?
Cửa sông Cấm và cửa Nam Triệu (chiếm 8% diện tích) thuộc Vùng IV có mức độ nguy hiểm cao nhất do chịu tác động kép từ ô nhiễm dầu 0,25 - 0,98 mg/l và bồi lắng luồng tàu hàng triệu tấn. Đây là khu vực cần ưu tiên kinh phí nạo vét, xây dựng tường kè kiên cố và lắp đặt hệ thống cảnh báo sớm thiên tai.

Kết luận

  • Luận văn đã chuẩn hóa thành công quy trình đánh giá tổng hợp mức độ tổn thương (MĐTT) tài nguyên và môi trường ven bờ thông qua mô hình hàm số 3 thành phần tích hợp chỉ số nguy cơ, mật độ đối tượng và năng lực ứng phó.
  • Xây dựng hệ thống cơ sở dữ liệu địa lý không gian đa tầng trên phần mềm ArcGIS 10, phân loại chi tiết 8 kiểu đất ngập nước trên 16.000 ha và định lượng mức độ đe dọa của 6 dạng tai biến ven biển chính.
  • Xác định 8% diện tích vùng cửa sông Cấm - Nam Triệu thuộc mức độ nguy hiểm cao và 58% diện tích dải ven bờ Tràng Cát - Đông Hải 2 thuộc nhóm mật độ đối tượng tổn thương trung bình chịu áp lực lớn từ nuôi trồng thủy sản.
  • Phát hiện tình trạng suy giảm nghiêm trọng của hơn 720 ha rừng ngập mặn tại bán đảo Đình Vũ trong hơn hai thập kỷ qua do sức ép phát triển đô thị và khu công nghiệp.
  • Đề xuất khung hành động toàn diện gồm 4 trụ cột: bảo vệ sinh thái, kiên cố hóa đê điều, chuyển đổi sinh kế bền vững và kiểm soát nguồn thải công nghiệp giai đoạn 2023 - 2030.

Công trình là tài liệu khoa học giá trị, cung cấp luận cứ định lượng sắc bén cho công tác quy hoạch phát triển bền vững dải ven biển Hải Phòng; các nhà quản lý và nhà nghiên cứu quan tâm có thể khai thác trực tiếp dữ liệu phân vùng để triển khai các dự án thích ứng biến đổi khí hậu trong thực tiễn.