Luận án tiến sĩ nghiên cứu đánh giá sức tải một số yếu tố môi trường c n p khu vực đầm phá tam giang cầu hai tỉnh thừa thiên huế

Nghiên cứu đánh giá sức tải môi trường C, N, P tại đầm phá Tam Giang - Cầu Hai, Thừa Thiên Huế, phân tích tác động và đề xuất giải pháp bảo vệ hệ sinh thái.

• Tác giả: Cao Thị Thu Trang
• Người hướng dẫn: TS. Trịnh Thành Cao
• Trường học: Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Môi trường
• Đề tài: Luận án Tiến Sĩ Nghiên Cứu Đánh Giá Sức Tải Một Số Yếu Tố Môi Trường C N P Khu Vực Đầm Phá Tam Giang Cầu Hai Tỉnh Thừa Thiên Huế
• Loại tài liệu: luận án
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
• DANH MỤC HÌNH
• DANH MỤC BẢNG
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU VÀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU
• 1.1. Tổng quan về sức tải môi trường
• 1.1.1. Tình hình nghiên cứu ngoài nước
• 1.1.2. Tình hình nghiên cứu trong nước
• 1.2. Tổng quan về tình hình nghiên cứu môi trường trong hệ đầm phá Tam Giang - Cầu Hai
• 1.2.1. Khái quát về hệ đầm phá Tam Giang - Cầu Hai và các hoạt động kinh tế xã hội
• 1.2.2. Các nghiên cứu về môi trường hệ đầm phá Tam Giang - Cầu Hai
• 1.2.3. Môi trường và chất lượng nước hệ đầm phá Tam Giang - Cầu Hai
• 1.3. Sử dụng công cụ mô hình hóa trong nghiên cứu sức tải môi trường
• 1.4. Tổng quan cuối chương và hướng nghiên cứu của luận án
• 2. CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Khu vực nghiên cứu
• 2.2. Phương pháp nghiên cứu
• 2.2.1. Phương pháp điều tra, khảo sát
• 2.2.1.1. Kỹ thuật thu mẫu, bảo quản mẫu
• 2.2.1.2. Kỹ thuật đo đạc, phân tích mẫu trong phòng thí nghiệm
• 2.2.2. Phương pháp tính tải lượng thải
• 2.2.2.1. Tính toán lượng thải phát sinh
• 2.2.2.2. Ước tính tải lượng ô nhiễm đưa vào khu vực đầm phá Tam Giang - Cầu Hai
• 2.2.3. Phương pháp mô hình hóa
• 2.2.3.1. Cơ sở lý thuyết của mô hình Delft -3D
• 2.2.3.2. Triển khai mô hình Delft 3D mô phỏng chất lượng nước hệ đầm phá Tam Giang - Cầu Hai và tính toán sức tải môi trường
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
• 3.1. Tính toán lượng chất thải đưa vào đầm phá Tam Giang - Cầu Hai
• 3.1.1. Tính toán lượng chất thải phát sinh từ các nguồn khu vực đầm phá Tam Giang – Cầu Hai thời điểm năm 2011 và dự báo năm 2020, 2030
• 3.1.2. Tải lượng thải C, N, P đưa vào vùng đầm phá: năm 2011 và dự báo năm 2020, 2030
• 3.2. Hiệu chỉnh mô hình
• 3.2.1. Mô hình thủy động lực
• 3.2.2. Mô hình chất lượng nước
• 3.3. Mô phỏng chất lượng nước theo các kịch bản
• 3.3.1. Các kịch bản mô phỏng
• 3.3.2. Mô phỏng chất lượng nước đầm phá Tam Giang – Cầu Hai thời điểm năm 2011 – 2012
• 3.3.2.1. Nồng độ oxy hòa tan
• 3.3.2.2. Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD5)
• 3.3.2.3. Nhu cầu oxy hóa học (COD)
• 3.3.2.4. Nồng độ muối amoni (N-NH4++NH3)
• 3.3.2.5. Nồng độ muối nitrat (N-NO3-)
• 3.3.2.6. Nồng độ muối phosphat (P-PO43-)
• 3.3.3. Kịch bản thấp 2020
• 3.3.4. Kịch bản cao 2020
• 3.3.5. Kịch bản thấp 2030
• 3.3.6. Kịch bản cao 2030
• 3.3.7. Kịch bản đột xuất 2020
• 3.3.8. Kịch bản đột xuất 2030
• 3.4. Tính toán sức tải môi trường khu vực đầm phá Tam Giang – Cầu Hai đối với các hợp chất của C, N và P
• 3.4.1. Sức chịu tải môi trường trên cơ sở quy chuẩn Việt Nam (QCVN 10- MT:2015/BTNMT và QCVN 08-MT:2015/BTNMT)
• 3.4.2. Sức chịu tải tối đa hay kịch bản nguy hiểm
• 3.4.3. Đề xuất mức sức tải môi trường phù hợp
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về sức tải môi trường

Sức tải môi trường (STMT) là một khái niệm quan trọng trong khoa học môi trường, được phát triển từ cuối những năm 1980. Nhóm chuyên gia GESAMP đã nghiên cứu và định nghĩa STMT như khả năng chịu đựng của một hệ thống tự nhiên trước các tác động từ hoạt động con người. Khả năng tự làm sạch của thủy vực là quá trình loại bỏ chất ô nhiễm thông qua các cơ chế vật lý, hóa học và sinh học. Các quá trình này bao gồm pha loãng, kết tủa, oxy hóa, và phân hủy sinh học. Đầm phá Tam Giang - Cầu Hai là một hệ thống thủy vực quan trọng, nơi các hoạt động kinh tế - xã hội đang gây áp lực lớn lên môi trường. Nghiên cứu STMT giúp đánh giá khả năng chịu tải của hệ thống này, từ đó đề xuất các giải pháp quản lý bền vững.

1.1. Khái niệm và cơ chế tự làm sạch

Sức tải môi trường được hiểu là giới hạn tối đa mà một hệ thống tự nhiên có thể chịu đựng trước các tác động từ hoạt động con người mà không bị suy thoái. Khả năng tự làm sạch của thủy vực bao gồm các quá trình vật lý như pha loãng và kết tủa, quá trình hóa học như oxy hóa, và quá trình sinh học như phân hủy vi khuẩn. Các quá trình này đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì chất lượng nước và cân bằng sinh thái. Đầm phá Tam Giang - Cầu Hai là một hệ thống thủy vực phức tạp, nơi các quá trình tự làm sạch đang bị đe dọa bởi lượng chất thải gia tăng từ các hoạt động kinh tế - xã hội.

1.2. Tầm quan trọng của nghiên cứu STMT

Nghiên cứu sức tải môi trường giúp xác định giới hạn chịu tải của các hệ thống tự nhiên, từ đó hỗ trợ việc quản lý và bảo vệ môi trường. Đầm phá Tam Giang - Cầu Hai là một ví dụ điển hình, nơi các hoạt động như nuôi trồng thủy sản, du lịch, và công nghiệp đang gây áp lực lớn lên môi trường. Việc đánh giá STMT giúp đề xuất các giải pháp phát triển bền vững, đảm bảo cân bằng giữa phát triển kinh tế và bảo vệ môi trường. Các kết quả nghiên cứu cũng cung cấp cơ sở khoa học cho việc xây dựng các chính sách quản lý môi trường hiệu quả.

II. Phương pháp nghiên cứu và khu vực nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp mô hình hóa để đánh giá sức tải môi trường tại đầm phá Tam Giang - Cầu Hai. Phần mềm Delft-3D được sử dụng để mô phỏng sự lan truyền các chất ô nhiễm trong hệ thống thủy vực. Các phương pháp điều tra, khảo sát, và phân tích mẫu nước cũng được áp dụng để thu thập dữ liệu thực tế. Khu vực nghiên cứu bao gồm hệ thống đầm phá và các vùng xung quanh, nơi các nguồn thải đưa chất ô nhiễm vào hệ thống. Các yếu tố môi trường được tập trung nghiên cứu bao gồm các hợp chất C, N, P, vốn là các chất ô nhiễm chính từ hoạt động sinh hoạt và nuôi trồng thủy sản.

2.1. Phương pháp mô hình hóa

Phương pháp mô hình hóa sử dụng phần mềm Delft-3D để mô phỏng sự lan truyền các chất ô nhiễm trong hệ thống thủy vực. Mô hình này cho phép dự báo sự thay đổi chất lượng nước dưới các kịch bản phát triển khác nhau. Các thông số như nồng độ oxy hòa tan (DO), nhu cầu oxy sinh hóa (BOD5), và nồng độ các chất dinh dưỡng (N, P) được mô phỏng và so sánh với dữ liệu thực tế. Đầm phá Tam Giang - Cầu Hai được chọn làm khu vực nghiên cứu do tính chất phức tạp và sự đa dạng của các nguồn thải.

2.2. Khu vực nghiên cứu và đối tượng

Khu vực nghiên cứu bao gồm hệ thống đầm phá Tam Giang - Cầu Hai và các vùng xung quanh, nơi các nguồn thải từ hoạt động kinh tế - xã hội đưa chất ô nhiễm vào hệ thống. Các đối tượng nghiên cứu chính là các hợp chất C, N, P, vốn là các chất ô nhiễm chính từ hoạt động sinh hoạt, chăn nuôi, và nuôi trồng thủy sản. Các phương pháp điều tra, khảo sát, và phân tích mẫu nước được sử dụng để thu thập dữ liệu thực tế, hỗ trợ cho việc hiệu chỉnh và kiểm định mô hình.

III. Kết quả và bàn luận

Nghiên cứu đã xác định được lượng chất thải C, N, P đưa vào đầm phá Tam Giang - Cầu Hai từ các nguồn khác nhau. Các kịch bản mô phỏng cho thấy sự gia tăng đáng kể lượng chất ô nhiễm trong tương lai, đặc biệt là vào năm 2020 và 2030. Kết quả cũng chỉ ra rằng hệ thống đầm phá đang đối mặt với nguy cơ suy thoái nghiêm trọng nếu không có các biện pháp quản lý hiệu quả. Sức tải môi trường của hệ thống được tính toán dựa trên các quy chuẩn Việt Nam và khả năng tự làm sạch của đầm phá. Các đề xuất về mức sức tải phù hợp được đưa ra nhằm đảm bảo sự phát triển bền vững của khu vực.

3.1. Tính toán lượng chất thải

Nghiên cứu đã tính toán lượng chất thải C, N, P đưa vào đầm phá Tam Giang - Cầu Hai từ các nguồn như sinh hoạt, công nghiệp, chăn nuôi, và nuôi trồng thủy sản. Kết quả cho thấy lượng chất thải này đang gia tăng đáng kể, đặc biệt là trong các kịch bản dự báo đến năm 2020 và 2030. Các chất ô nhiễm này có nguy cơ gây suy thoái nghiêm trọng chất lượng nước và hệ sinh thái nếu không được kiểm soát hiệu quả.

3.2. Đề xuất mức sức tải phù hợp

Dựa trên kết quả nghiên cứu, các đề xuất về mức sức tải môi trường phù hợp được đưa ra nhằm đảm bảo sự phát triển bền vững của đầm phá Tam Giang - Cầu Hai. Các đề xuất này bao gồm việc kiểm soát lượng chất thải từ các nguồn khác nhau, tăng cường khả năng tự làm sạch của hệ thống, và áp dụng các quy chuẩn môi trường nghiêm ngặt. Các giải pháp này không chỉ giúp bảo vệ môi trường mà còn hỗ trợ phát triển kinh tế - xã hội một cách bền vững.

Nội dung chính

Tổng quan luận án

Luận án tiến sĩ với đề tài "Nghiên cứu đánh giá sức tải một số yếu tố môi trường (C, N, P) khu vực đầm phá Tam Giang - Cầu Hai (tỉnh Thừa Thiên Huế)" do nghiên cứu sinh Cao Thị Thu Trang thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS. Trịnh Thành (Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội) và GS.TS. Trần Đức Thạnh (Viện Tài nguyên và Môi trường biển), hoàn thành vào tháng 2 năm 2019 tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội.

Tính cấp thiết và khoảng trống nghiên cứu

Hệ đầm phá Tam Giang - Cầu Hai thuộc tỉnh Thừa Thiên Huế là hệ đầm phá ven bờ lớn nhất Việt Nam, nơi lưu giữ gần 1.000 loài động thực vật thủy sinh có giá trị kinh tế. Vùng đầm phá chịu áp lực mạnh mẽ từ các hoạt động kinh tế - xã hội như nông nghiệp, khai thác thủy sản, giao thông - cảng biển, du lịch - dịch vụ và đặc biệt là nuôi trồng thủy sản. Ngoài ra, đầm phá còn là nơi tiếp nhận nguồn thải ven bờ của các huyện lân cận và khu vực miền núi thuộc lưu vực đổ về.

Mỗi hệ thống tự nhiên có khả năng chịu tải hữu hạn; khi lượng chất ô nhiễm vượt qua ngưỡng tự làm sạch tự nhiên (bao gồm các quá trình cơ học, hóa học và sinh học), cấu trúc và chức năng của hệ sinh thái sẽ bị biến đổi, dẫn đến nguy cơ suy thoái chất lượng nước và cạn kiệt nguồn giống thủy sản. Các hoạt động phát triển ven bờ làm cho tải lượng chất hữu cơ và chất dinh dưỡng đưa vào hệ đầm phá không ngừng gia tăng. Trong khi đó, việc đánh giá định lượng sức tải môi trường đối với các hợp chất hữu cơ và dinh dưỡng dựa trên công cụ mô hình hóa số trị và cân bằng khối lượng chưa được thực hiện đầy đủ trên toàn hệ thống đầm phá Tam Giang - Cầu Hai. Đây là khoảng trống nghiên cứu mà luận án tập trung giải quyết nhằm cung cấp cơ sở khoa học cho quản lý nguồn thải và quy hoạch phát triển bền vững.

Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu tổng quát của luận án là: Đánh giá được sức chịu tải của một số yếu tố môi trường (C, N, P) trong hệ đầm phá Tam Giang - Cầu Hai làm cơ sở cho quản lý, phát triển bền vững hệ đầm phá.

Nội dung nghiên cứu cụ thể bao gồm:

1. Phân tích, đánh giá và dự báo tải lượng ô nhiễm từ các nguồn đưa vào hệ đầm phá.
2. Mô phỏng lan truyền các chất ô nhiễm trong hệ đầm phá Tam Giang - Cầu Hai theo các kịch bản cơ sở (năm 2011 – 2012), kịch bản năm 2020, 2030 và kịch bản đột xuất.
3. Nghiên cứu, tính toán sức tải hệ đầm phá Tam Giang - Cầu Hai đối với các chất hữu cơ và chất dinh dưỡng theo các ngưỡng của Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về môi trường (QCVN), ngưỡng sức tải tối đa (kịch bản nguy hiểm) và ngưỡng đề xuất bảo vệ đời sống động vật thủy sinh.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

• Đối tượng nghiên cứu: Các hợp chất cacbon, nitơ, phospho trong môi trường nước (BOD5, COD, amoni $N-NH_4^+$, nitrat $N-NO_3^-$, nitrit $N-NO_2^-$, phosphat $P-PO_4^{3-}$, tổng nitơ T-N, tổng phospho T-P) và các nguồn thải đổ vào hệ thống đầm phá Tam Giang - Cầu Hai.
• Phạm vi không gian: Không gian hệ đầm phá Tam Giang - Cầu Hai và các vùng phụ cận có nguồn thải xả trực tiếp hoặc gián tiếp vào đầm phá (thuộc 5 huyện, thị xã: Phong Điền, Phú Lộc, Phú Vang, Quảng Điền, Hương Trà và các khu vực lân cận như TP. Huế, Nam Đông, A Lưới, Hương Thủy).
• Phạm vi thời gian: Đo đạc, khảo sát thực địa trong mùa mưa (tháng 11) và mùa khô (tháng 5) các năm 2011, 2012; kiểm định bổ sung năm 2016, 2017; chuỗi dữ liệu môi trường thu thập giai đoạn 2004 - 2012; dự báo tải lượng thải và tính toán sức tải môi trường cho các năm 2020 và 2030.

---

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Các hướng nghiên cứu sức tải môi trường trên thế giới

Luận án đã tổng hợp các hướng tiếp cận chính về sức tải môi trường (STMT) trên thế giới:

1. Mô hình sinh địa hóa - dinh dưỡng xác định mật độ nuôi trồng tối đa: Các công trình của Pedro Duarte và cộng sự (2003), Brigolin và cs (2008), Ramón và cs (2010), Carrie Byron và cs (2011), Lotta và cs (2016) tập trung vào xác định sức tải sinh thái và sản xuất cho các loài hai mảnh vỏ, cá, tôm. Tại vịnh Goseung (Hàn Quốc), mô hình HEM-3D được áp dụng để mô phỏng tương tác giữa tăng trưởng của ngao và chất lượng nước, xác định mật độ thả giống hợp lý là 16 cá thể/$\text{m}^3$ tương ứng sức tải 1.500 MT trọng lượng thịt. Nakata và cs (1983) đã xây dựng mô hình hệ sinh thái kết hợp thủy động lực 3D, mô hình sinh thái và tăng trưởng ngao. Tại vịnh Hiroshima (Nhật Bản), mô hình hệ sinh thái giai đoạn 1984 - 1996 xác định ngưỡng tải lượng phospho tổng số từ sông Ohta cần duy trì ở mức 0,5 tấn/ngày với nồng độ chlorophyll a tầng trên đạt 7 $\mu\text{g/L}$ để đảm bảo sản lượng nuôi ngao bền vững. Paul Shin (2003) nghiên cứu cân bằng oxy hòa tan trong nuôi cá biển và chỉ ra nhu cầu tiêu thụ oxy $83 - 400 \text{ g } \text{O}_2/\text{tấn/h}$, yêu cầu $17 - 57 \text{ m}^3\text{/h}$ nước biển sạch để bù đắp cho mỗi tấn cá nuôi.

2. Tính toán tổng tải lượng thải tối đa hàng ngày (TMDL) và mô phỏng lan truyền ô nhiễm: Năm 1986, Nhóm Chuyên gia về các Khía cạnh Khoa học của Ô nhiễm Biển (GESAMP) đưa ra công thức xác định năng lực tải tối đa của thủy vực: $$EC_{max} = \frac{(C_{tiêu\ chuẩn} - C_{hiện\ tại}) \cdot V}{\tau}$$ Trong đó $V$ là thể tích thủy vực và $\tau$ là thời gian lưu của nước. Hướng tiếp cận này được phát triển mạnh thông qua các mô hình số trị: Phòng Sinh thái bang Washington (1999) dùng mô hình WASP5 tại cửa sông Snohomish; EPA Hoa Kỳ tính toán TMDL thủy ngân tại hồ Yonah (2005); Enhui và cs (2013) nghiên cứu tại vịnh Hạ Môn (Trung Quốc) đề xuất giảm 67 - 74% tải lượng thải từ 22 nguồn xả; Li KeQiang và cs (2012, 2014) tính toán sức tải chì tại vịnh Jiaozhou (60 tấn/năm) và kẽm (17 tấn/tháng), cadmi (8 tấn/tháng) tại vịnh Jinzhou; Zhao và cs (2012, 2015) nghiên cứu hồ Fuxian (yêu cầu giảm 66% TN, 68% TP, 57% COD) và vịnh Quanzhou; Dingjiang và cs (2012) tại sông ChangLe; Ruibin Zhang và cs (2012) tính toán năng lực môi trường sông Hồng Kỳ (lưu vực hồ Taihu); Boyacioglu & Alpaslan (2008) tại lưu vực Tahtali (Thổ Nhĩ Kỳ); Chang Hee-Lee (2003) áp dụng hệ thống TPLMS tại hồ Shihwa (Hàn Quốc) với mục tiêu COD đạt 2 ppm; Ayeon Lee và cs (2013) dùng mô hình HSPF tại lưu vực Anyangcheon (Hàn Quốc) giúp giảm nồng độ BOD từ 11,21 mg/L xuống 7,39 mg/L.

3. Xây dựng hệ thống chỉ thị và quy trình phân tích phân cấp (AHP): Yongquan Yin (2010) tại vùng Shandong Rencheng (chỉ số tổng hợp CAI giảm từ 3,149 năm 2007 xuống 0,829 năm 2010); Meriem Naimi Ait-Aoudia và cs (2016) đánh giá sức tải nguồn nước tại Algiers cho quy mô 7 triệu dân theo tiêu chuẩn WHO; Shuping Wang (2017) lọc 34 yếu tố trọng yếu từ 124 thông số tại vùng biển Thanh Đảo; Han Mei và cs (2010) phân loại sức tải môi trường nước thành 4 nhóm bản chất.

4. Các hướng tiếp cận khác: Bacher (2008) phân chia sức tải thành 4 cấp bậc: sản xuất, sinh thái, điều tiết và xã hội. Tại Thái Lan, các nghiên cứu tập trung vào tải lượng BOD, TN, TP trên 4 lưu vực sông chính đổ ra vịnh Thái Lan (Chao Phraya, Tha Chin, Mae Klong, Bang Pakong) và kế hoạch quản lý lưu vực sông Tha Chin giai đoạn 2000 - 2009.

Tình hình nghiên cứu trong nước và khu vực Tam Giang - Cầu Hai

• Khung pháp lý và nghiên cứu sức tải tại Việt Nam: Khái niệm sức chịu tải môi trường được ghi nhận trong Luật Bảo vệ Môi trường 2005 và Luật Bảo vệ Môi trường 2014. Các nghiên cứu ban đầu gồm có: Nguyễn Chí Công và cs (2007) trên hạ lưu sông Thương; Huỳnh Thị Minh Hằng và cs (2006) trên lưu vực sông Đồng Nai; Võ Duy Sơn và Nguyễn Tác An (2001) dùng đồng vị đánh dấu tính sức tải đầm Thủy Triều và Nha Phu (ngưỡng $\text{BOD}_5 \le 5 \text{ mg/L}$, $\text{chlorophyll } a \le 7 \ \mu\text{g/L}$); Hoàng Dương Tùng (2004) áp dụng mô hình Delft-3D mô phỏng lan truyền ô nhiễm tại Hồ Tây; các nghiên cứu của Viện Tài nguyên và Môi trường biển tại đảo Cát Bà, vịnh Hạ Long - Bái Tử Long, sông Bạch Đằng.
• Nghiên cứu tại đầm phá Tam Giang - Cầu Hai: Trần Đức Thạnh (1985) xác lập kiểu loại hệ sinh thái đầm phá ven bờ; hội thảo khoa học năm 1994 mở đầu cho các nghiên cứu hệ thống; các công trình đánh giá chất lượng nước, trầm tích và sinh thái của Nguyễn Hữu Cử (2006), Trần Đức Thạnh (2008, 2009), Nguyễn Huy Yết (2011), Nguyễn Huy Anh (2012); các khảo sát ô nhiễm kim loại nặng, PCBs, PAHs của dự án IMOLA - Italia (2007 - 2008).

Khoảng trống luận án lựa chọn giải quyết

Phần lớn các nghiên cứu trước đây tại đầm phá Tam Giang - Cầu Hai mới tập trung vào quan trắc chất lượng nước tĩnh, khảo sát đa dạng sinh học hoặc mô phỏng thủy động lực đơn thuần. Các nghiên cứu sức tải trong nước trước đó thường tính toán theo công thức tĩnh đơn giản của GESAMP (chỉ phụ thuộc thời gian lưu và giới hạn nồng độ quy chuẩn) mà chưa phản ánh được quá trình biến đổi sinh - địa - hóa theo không gian và thời gian trong thủy vực. Luận án lựa chọn giải quyết khoảng trống: thiết lập quy trình tính toán sức tải môi trường tích hợp giữa mô hình thủy động lực - chất lượng nước số trị ba chiều (Delft-3D) với kiểm kê tải lượng thải đa nguồn (sinh hoạt, công nghiệp, chăn nuôi, nuôi trồng thủy sản, rửa trôi đất), đồng thời xác định sức tải theo nhiều ngưỡng kịch bản (ngưỡng quy chuẩn, ngưỡng tự làm sạch tối đa và ngưỡng an toàn sinh thái).

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Cơ sở lý thuyết và khung phân tích

• Bản chất sức tải môi trường: Luận án dựa trên quan điểm sức tải môi trường nước là lượng chất ô nhiễm lớn nhất mà thủy vực có thể tiếp nhận mà không làm thay đổi chất lượng nước vượt quá giới hạn cho phép hoặc không làm suy thoái chức năng sinh thái.
• Cơ chế tự làm sạch tự nhiên của thủy vực: Gồm quá trình vật lý (pha loãng, xáo trộn dòng chảy, khuếch tán, lắng đọng trầm tích, bay hơi), hóa học (oxy hóa bởi oxy hòa tan, phân hủy quang hóa, phản ứng trung hòa) và sinh học (chuyển hóa hiếu khí/kỵ khí bởi vi sinh vật, quá trình nitrat hóa và phản nitrat hóa).
• Cân bằng chất ô nhiễm trong thủy vực (Mô hình Vladimirov): $$\Delta C = C_{vào} - C_{ra}$$ Để duy trì trạng thái bình thường của môi trường, hệ thống phải thỏa mãn: $0 < C \le \text{NĐTHCP}$ (nồng độ tới hạn cho phép) và $\Delta C < 0$.
• Khung phân tích sức tải theo 3 nhóm ngưỡng:
  1. Sức tải theo quy chuẩn Việt Nam: Dựa trên giới hạn nồng độ của QCVN 08-MT:2015/BTNMT (chất lượng nước mặt) và QCVN 10-MT:2015/BTNMT (chất lượng nước biển ven bờ - vùng nuôi trồng thủy sản, bảo tồn thủy sinh).
  2. Sức tải tối đa (kịch bản nguy hiểm): Xác định khả năng đồng hóa cực hạn của thủy vực trước khi hệ thống rơi vào trạng thái suy thoái không thể phục hồi.
  3. Ngưỡng sức tải đề xuất: Thiết lập các giới hạn nồng độ đảm bảo an toàn cho đời sống và sự phát triển của động thực vật thủy sinh trong đầm phá.

Phương pháp nghiên cứu

1. Phương pháp điều tra, khảo sát hiện trường và phân tích phòng thí nghiệm:

   • Thực hiện đo đạc mặt cắt dòng chảy, độ sâu và quan trắc chất lượng nước liên tục trong mùa mưa (25 - 26/11/2011) và mùa khô (19 - 20/5/2012), kết hợp đợt kiểm định tháng 4/2017 tại đầm Cầu Hai.
   • Các thông số phân tích: nhiệt độ, pH, độ muối, độ đục, DO, $\text{BOD}_5$, COD, các dạng dinh dưỡng ($N-NO_2^-$, $N-NO_3^-$, $N-NH_4^+$, $P-PO_4^{3-}$, silicat), tổng chất rắn lơ lửng (TSS), kim loại nặng (Cu, Pb, Zn, Cd, As, Hg), hóa chất bảo vệ thực vật cơ clo (Lindan, Aldrin, Dieldrin, Endrin, DDE, DDD, DDT) và dầu mỡ.

2. Phương pháp tính toán và ước tính tải lượng thải:

   • Sử dụng phương pháp hệ số phát thải của WHO và các tiêu chuẩn định mức ngành để tính toán tải lượng ô nhiễm phát sinh và tải lượng thải thực tế đưa vào đầm phá từ 5 nguồn:
     • Nước thải sinh hoạt: Tính theo định mức phát thải bình quân đầu người của dân số 5 huyện/thị xã ven đầm phá (615.946 người năm 2016) và khách du lịch.
     • Nước thải công nghiệp: Tính theo lưu lượng và nồng độ đặc trưng của các ngành sản xuất trong khu vực (dệt may, sản xuất sợi, chế biến...).
     • Nước thải chăn nuôi: Tính toán dựa trên số lượng đàn gia súc, gia cầm (trâu, bò, lợn, gia cầm) nhân với hệ số phát thải (kg/con/năm).
     • Nuôi trồng thủy sản: Dựa trên diện tích canh tác (7.175 ha năm 2016) và hệ số phát sinh chất thải theo vụ nuôi.
     • Rửa trôi bề mặt: Dựa trên diện tích các lưu vực đất, lượng mưa và hệ số rửa trôi ($\text{kg/km}^2\text{/ngày mưa}$).
   • Dự báo tải lượng ô nhiễm phát sinh và đưa vào đầm phá cho các mốc năm 2020 và 2030.

3. Phương pháp mô hình hóa số trị (Bộ công cụ Delft-3D):

   • Mô hình thủy động lực (Delft3D-FLOW): Xây dựng lưới tính toán cong trực giao bao trùm toàn bộ không gian đầm phá Tam Giang - Cầu Hai; gán địa hình đáy từ số liệu đo đạc; thiết lập điều kiện biên sông (lưu lượng các sông Ô Lâu, sông Bồ, sông Hương, sông Truồi, sông Cầu Hai) và điều kiện biên biển (dao động mực nước triều tại cửa Thuận An và cửa Tư Hiền). Hiệu chỉnh hệ số nhám Manning ($n$), hệ số khuếch tán ngang ($D_H$) và độ nhớt ngang ($\nu_H$).
   • Mô hình chất lượng nước (Delft3D-WAQ): Tích hợp trường vận tốc từ mô hình thủy động lực để mô phỏng sự lan truyền, khuếch tán và chuyển hóa các hợp chất C, N, P. Hiệu chỉnh các tham số sinh hóa: tốc độ tiêu thụ oxy sinh hóa, hằng số nitrat hóa, tốc độ lắng đọng, nhu cầu oxy đáy (SOD), quá trình hấp phụ - giải phóng phosphat.

---

Nội dung chính theo từng chương

CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU VÀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU

Chương I trình bày cơ sở lý luận về sức tải môi trường, tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước, cùng đặc điểm tự nhiên, kinh tế - xã hội và diễn biến môi trường hệ đầm phá Tam Giang - Cầu Hai.

• Đặc điểm tự nhiên, thủy hải văn khu vực nghiên cứu:

  • Địa hình - hình thái: Hệ đầm phá Tam Giang - Cầu Hai trải dài ven biển tỉnh Thừa Thiên Huế, gồm ba phần chính: phá Tam Giang, đầm Sam - Thủy Tú và đầm Cầu Hai; nối với biển Đông qua hai cửa Thuận An và Tư Hiền.
  • Thủy văn sông: Lưu vực tiếp nhận nước từ các hệ thống sông chính với tổng lượng dòng chảy tập trung chủ yếu vào mùa mưa (tháng 9 - 12, chiếm 70 - 75% lượng dòng chảy cả năm). Mùa lũ chính vụ xuất hiện vào tháng 10 - 11; mùa kiệt vào tháng 3 - 4 và tháng 7 - 8 chỉ chiếm 20 - 25% tổng dòng chảy.
  • Chế độ thủy triều và dòng chảy: Vùng Tam Giang và khu vực gần cửa Thuận An chịu ảnh hưởng của chế độ bán nhật triều đều với biên độ triều nhỏ (35 - 50 cm). Vùng đầm Cầu Hai và cửa Tư Hiền chịu ảnh hưởng của chế độ bán nhật triều không đều với biên độ dao động triều lớn hơn (55 - 100 cm).
  • Tốc độ dòng chảy tầng mặt tại cửa Thuận An: Mùa khô khi triều lên đạt trung bình 51 cm/s (cực đại 87 cm/s), triều xuống đạt trung bình 42 cm/s (cực đại 68 cm/s). Mùa mưa khi triều xuống đạt trung bình 54 cm/s (cực đại 105 cm/s). Tại đầm Cầu Hai, tốc độ dòng chảy ở mức rất nhỏ trong cả mùa khô và mùa mưa.

• Đặc điểm kinh tế - xã hội liên quan:

  • Vùng đầm phá gồm 5 huyện, thị xã (Phong Điền, Quảng Điền, Hương Trà, Phú Vang, Phú Lộc) với dân số 615.946 người (năm 2016), mật độ 232 người/$\text{km}^2$.
  • Diện tích nuôi trồng thủy sản tăng mạnh từ 2.200 ha (năm 2000) lên 4.650 ha (năm 2006), 5.884 ha (năm 2010) và đạt 7.175 ha vào năm 2016.
  • Đàn gia súc gia cầm khu vực năm 2016 đạt 22,4 nghìn con trâu, 33,6 nghìn con bò, 205,6 nghìn con lợn và 2,7 triệu con gia cầm.

• Diễn biến chất lượng môi trường nước giai đoạn 2004 - 2012:

Thông số	Phá Tam Giang	Đầm Sam - Thủy Tú	Đầm Cầu Hai	QCVN đối chiếu
Nhiệt độ ($^\circ\text{C}$)	24,08 - 32,20	24,08 - 32,90	24,02 - 33,10	-
pH	6,88 - 8,03	7,25 - 8,39	7,14 - 8,52	6,5 - 8,5
Độ muối ($\text{‰}$)	0,50 - 25,70	3,00 - 31,70	2,00 - 24,00	-
DO ($\text{mg/L}$)	5,82 - 7,95	4,70 - 8,40	5,60 - 7,90	$\ge 5$
$\text{BOD}_5$ ($\text{mg/L}$)	0,72 - 5,34	0,50 - 5,33	0,40 - 5,20	$\le 6$
$\text{COD}$ ($\text{mg/L}$)	2,50 - 10,61	3,85 - 12,03	3,69 - 19,69	$\le 15$
$N-NO_2^-$ ($\mu\text{g/L}$)	6,70 - 18,40	7,20 - 17,68	6,60 - 19,02	-
$N-NO_3^-$ ($\mu\text{g/L}$)	120,8 - 196,9	50,0 - 204,2	50,0 - 187,6	Vượt chuẩn ASEAN (1,4 - 3,4 lần)
$N-NH_4^+$ ($\mu\text{g/L}$)	33,2 - 112,5	24,2 - 91,0	17,1 - 97,65	Trong giới hạn QCVN
$P-PO_4^{3-}$ ($\mu\text{g/L}$)	7,30 - 44,10	6,30 - 35,90	5,20 - 28,92	$\le 45$ (Chuẩn ASEAN)
Dầu mỡ ($\text{mg/L}$)	0,19 - 0,87	0,19 - 0,87	0,19 - 0,87	Vượt ngưỡng QCVN
Kim loại nặng ($\mu\text{g/L}$)	Cu: 2,5 - 12,21; Pb: 5 - 18; Zn: 5,75 - 59,9; Cd: 0,54 - 6,55; As: 0,01 - 8,73; Hg: 0,01 - 1,32	Trong giới hạn cho phép của QCVN 10-MT:2015

Nhận xét từ số liệu: Chất lượng nước có dấu hiệu gia tăng nồng độ chất hữu cơ ($\text{BOD}_5$, COD) và dinh dưỡng nitrat trong giai đoạn 2008 - 2009. Nồng độ DO tại khu vực đầm Thủy Tú vào mùa khô giảm xuống mức 4,7 mg/L, cho thấy sự thiếu hụt oxy cục bộ. Các kim loại nặng và hóa chất bảo vệ thực vật cơ clo (Lindan, Aldrin, Endrin, tổng DDT) nằm trong giới hạn cho phép; hàm lượng dầu mỡ vượt giới hạn quy chuẩn.

---

CHƯƠNG II. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Chương II mô tả chi tiết phương pháp điều tra hiện trường, phân tích trong phòng thí nghiệm, công thức tính tải lượng ô nhiễm phát sinh từ các nguồn và quy trình thiết lập mô hình Delft-3D.

• Phương pháp tính toán tải lượng ô nhiễm: Tải lượng thải được phân tích theo 5 nhóm nguồn chính:

  1. Nguồn sinh hoạt: Tính toán từ tải lượng ô nhiễm bình quân đầu người hàng năm đối với BOD, COD, N, P của dân cư đô thị, nông thôn và khách du lịch.
  2. Nguồn công nghiệp: Xác định theo lưu lượng và nồng độ các chất ô nhiễm đặc trưng của nước thải sản xuất trong tỉnh Thừa Thiên Huế.
  3. Nguồn chăn nuôi: Xác định dựa trên hệ số phát thải hàng năm tính trên đầu con gia súc, gia cầm ($\text{kg/con/năm}$).
  4. Nguồn nuôi trồng thủy sản: Xác định theo hệ số phát thải từ diện tích nuôi tôm, cá nước lợ và nước mặn.
  5. Nguồn rửa trôi đất: Xác định theo hệ số phát thải do rửa trôi đất ($\text{kg/km}^2\text{/ngày mưa}$) nhân với diện tích lưu vực và số ngày mưa trong năm.

• Thiết lập và triển khai mô hình Delft-3D:

  • Lưới tính toán: Thiết lập mạng lưới tính cong trực giao mô phỏng hình học đầm phá với độ phân giải phù hợp, khớp nối với độ sâu thực tế từ các bản đồ địa hình đáy.
  • Thiết lập điều kiện biên thủy động lực:
    • Biên lưu lượng sông: Lưu lượng mùa mưa và mùa khô của các sông đổ vào đầm phá (sông Ô Lâu, sông Bồ, sông Hương, sông Truồi, sông Cầu Hai).
    • Biên mở biển: Chuỗi số liệu dao động mực nước thủy triều theo thời gian thực tại trạm Thuận An và Tư Hiền.
    • Hiệu chỉnh hệ số nhám đáy Manning ($n$) cho từng phân vùng đầm phá.
    • Hiệu chỉnh hệ số nhớt ngang ($\nu_H$) và hệ số khuếch tán ngang ($D_H$).
  • Thiết lập mô hình chất lượng nước:
    • Khai báo các điểm xả thải chính từ sông và các cống xả ven bờ.
    • Gán các thông số động học: tốc độ suy giảm BOD, tốc độ nitrat hóa ($NH_4^+ \rightarrow NO_3^-$), tốc độ khoáng hóa phospho hữu cơ thành $PO_4^{3-}$, tốc độ tiêu thụ oxy đáy (SOD) và tốc độ trao đổi oxy qua bề mặt khí quyển.

---

CHƯƠNG III. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN

Chương III trình bày toàn bộ kết quả tính toán tải lượng thải, kết quả hiệu chỉnh và kiểm định mô hình Delft-3D, kết quả mô phỏng chất lượng nước theo các kịch bản phát triển và xác định sức tải môi trường của hệ đầm phá Tam Giang - Cầu Hai.

• Tính toán tải lượng ô nhiễm đưa vào đầm phá:

  • Tổng hợp tải lượng ô nhiễm phát sinh từ các nguồn sinh hoạt, công nghiệp, chăn nuôi, nuôi trồng thủy sản và rửa trôi đất của tỉnh Thừa Thiên Huế và khu vực ven đầm phá tại thời điểm năm 2011, dự báo cho các năm 2020 và 2030.
  • Tải lượng C, N, P thực tế đưa vào đầm phá tăng dần theo các mốc thời gian do sự gia tăng dân số, mở rộng diện tích nuôi trồng thủy sản và phát triển du lịch, dịch vụ.

• Kết quả hiệu chỉnh và kiểm định mô hình Delft-3D:

  • Mô hình thủy động lực:
    • Vận tốc dòng chảy theo phương ngang $U$ tại hệ đầm phá trong mùa mưa có sai số bình phương căn trung bình đạt $RSE = 0,0046$; hệ số tương hợp giữa mô hình và quan trắc đạt $R^2 = 0,696$.
    • Vận tốc dòng chảy theo phương thẳng đứng $V$ trong mùa khô có sai số $RSE = 0,0042$; hệ số tương hợp đạt $R^2 = 0,690$.
    • Trường tốc độ dòng chảy được mô phỏng chi tiết trong 4 pha: triều lên - mùa mưa, triều xuống - mùa mưa, triều lên - mùa khô, triều xuống - mùa khô.
  • Mô hình chất lượng nước:
    • Hiệu chỉnh và so sánh sai số giữa nồng độ mô phỏng và số liệu quan trắc thực tế ngày 25 - 26/11/2011 (mùa mưa) và ngày 19 - 20/5/2012 (mùa khô) cho các biến: DO, $\text{BOD}_5$, COD, $N-(NH_4^+ + NH_3)$, $N-NO_3^-$, $P-PO_4^{3-}$.
    • Kiểm định mô hình bằng bộ số liệu quan trắc độc lập vào tháng 4/2017 tại đầm Cầu Hai cho thấy sai số giữa tính toán và đo đạc nằm trong giới hạn cho phép, đảm bảo độ tin cậy để chạy các kịch bản dự báo.

• Mô phỏng chất lượng nước theo các kịch bản:

  • Kịch bản hiện trạng (2011 - 2012): Mô phỏng chi tiết sự phân bố nồng độ DO, $\text{BOD}_5$, COD, amoni, nitrat, phosphat theo chu kỳ triều lên/xuống trong mùa khô và mùa mưa. Mùa khô là thời kỳ nhạy cảm nhất khi nồng độ chất hữu cơ tích tụ cao và oxy hòa tan suy giảm tại các khu vực ít trao đổi nước (đầm Sam - Thủy Tú và đầm Cầu Hai).
  • Kịch bản phát triển năm 2020 và 2030:
    • Kịch bản thấp 2020 & 2030: Phát triển kinh tế gắn liền với các biện pháp xử lý chất thải theo quy hoạch.
    • Kịch bản cao 2020 & 2030: Tải lượng thải gia tăng nhanh theo tốc độ đô thị hóa và nuôi trồng thủy sản cực đại.
    • Kịch bản đột xuất 2020 & 2030: Giả định xảy ra sự cố xả thải đột biến hoặc gia tăng nguồn ô nhiễm tập trung vào mùa khô kiệt nước.

• Tính toán sức tải môi trường đối với các hợp chất C, N, P: Luận án xác định sức tải môi trường của hệ đầm phá Tam Giang - Cầu Hai theo ba cách tiếp cận:

  1. Sức tải môi trường trên cơ sở Quy chuẩn Việt Nam (QCVN 10-MT:2015/BTNMT và QCVN 08-MT:2015/BTNMT): Xác định lượng thải tối đa cho phép đưa vào hệ thống mà không làm nồng độ các chất vượt quá giới hạn nồng độ quy chuẩn tại các điểm kiểm soát.
  2. Sức tải tối đa (kịch bản nguy hiểm): Xác định năng lực đồng hóa giới hạn của đầm phá đối với các hợp chất hữu cơ và muối dinh dưỡng trước khi chất lượng nước bị phá vỡ hoàn toàn.
  3. Sức tải đề xuất: Xác lập mức tải lượng xả thải an toàn, phù hợp với đặc thù bảo vệ hệ sinh thái và đời sống động vật thủy sinh, dung hòa giữa yêu cầu bảo vệ môi trường và phát triển kinh tế - xã hội địa phương.

---

Kết quả và những đóng góp mới

Đóng góp mới về mặt khoa học và lý luận

• Hệ thống hóa phương pháp luận và xây dựng thành công quy trình đánh giá sức tải môi trường cho một thủy vực đầm phá ven bờ nhiệt đới gió mùa tại Việt Nam thông qua việc kết hợp kiểm kê nguồn thải đa dạng và ứng dụng mô hình số trị thủy động lực - chất lượng nước 3D (Delft-3D).
• Đóng góp vào việc làm rõ cơ chế tự làm sạch, cân bằng động học chất ô nhiễm hữu cơ và dinh dưỡng (C, N, P) dưới tác động hỗn hợp của dòng chảy sông, triều biển và hình thái đặc thù của hệ đầm phá bán kín.

Đóng góp mới về mặt thực tiễn

• Xác định và lượng hóa được tải lượng các chất ô nhiễm C, N, P phát sinh và thực tế đưa vào hệ đầm phá Tam Giang - Cầu Hai từ các hoạt động dân sinh, công nghiệp, chăn nuôi, nuôi trồng thủy sản và rửa trôi đất tại thời điểm 2011, dự báo đến năm 2020 và 2030.
• Thiết lập và hiệu chỉnh thành công bộ tham số động học chất lượng nước và thủy động lực của mô hình Delft-3D cho đầm phá Tam Giang - Cầu Hai, có khả năng tái hiện sát thực tế diễn biến chất lượng nước theo mùa và theo pha triều.
• Tính toán định lượng các giá trị sức tải môi trường cụ thể đối với $\text{BOD}_5$, COD, $N-NH_4^+$, $N-NO_3^-$ và $P-PO_4^{3-}$ theo các ngưỡng QCVN, ngưỡng sức tải tối đa và ngưỡng đề xuất bảo vệ thủy sinh.

Kiến nghị và giải pháp quản lý

• Cần áp dụng mức sức tải môi trường đề xuất làm căn cứ khoa học để phân bổ hạn ngạch xả thải cho các ngành kinh tế ven bờ và các huyện lân cận đầm phá.
• Kiểm soát chặt chẽ nguồn thải từ hoạt động nuôi trồng thủy sản và nước thải sinh hoạt nông thôn; quy hoạch mật độ và diện tích nuôi trồng thủy sản phù hợp với khả năng trao đổi nước của từng phân vùng (phá Tam Giang, đầm Thủy Tú, đầm Cầu Hai).
• Tăng cường kiểm soát và xử lý nước thải từ các lưu vực sông đổ vào đầm phá, đặc biệt là vào mùa khô khi lưu lượng dòng chảy kiệt làm giảm khả năng pha loãng và tự làm sạch của thủy vực.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

• Hạn chế:

  • Số liệu quan trắc chất lượng nước liên tục phục vụ hiệu chỉnh và kiểm định mô hình tập trung vào các đợt khảo sát điển hình (tháng 11/2011, tháng 5/2012 và đợt đo tháng 4/2017) nên chưa bao quát được toàn bộ các biến động thời tiết cực đoan qua nhiều năm liên tục.
  • Tải lượng thải từ nguồn rửa trôi bề mặt và nguồn phân tán được ước tính chủ yếu qua hệ số phát thải lý thuyết kết hợp với điều kiện khí tượng thủy văn, chưa có điều kiện đo đạc thực tế tại tất cả các cửa xả nhỏ ven bờ.
  • Luận án tập trung đánh giá sức tải đối với các yếu tố hữu cơ và dinh dưỡng trong cột nước (C, N, P), chưa tính toán chi tiết sức tải tích tụ của các hợp chất kim loại nặng và độc chất hữu cơ trong lớp trầm tích đáy.

• Hướng nghiên cứu tiếp:

  • Mở rộng cập nhật chuỗi số liệu quan trắc chất lượng nước tự động và liên tục theo thời gian thực để nâng cao độ chính xác dự báo của mô hình.
  • Tích hợp mô hình chất lượng nước với mô hình hệ sinh thái bậc cao (mô phỏng chuỗi thức ăn, thực vật phù du và sinh vật đáy) nhằm đánh giá chi tiết hơn phản ứng của hệ sinh thái đối với sự thay đổi tải lượng dinh dưỡng.
  • Nghiên cứu sức tải môi trường đối với trầm tích đáy và khả năng tích lũy sinh học của các chất ô nhiễm trong chuỗi thức ăn thủy sản tại đầm phá.

---

Giá trị tham khảo

• Đối với nghiên cứu sinh, học viên cao học và giảng viên:
  • Luận án cung cấp tài liệu tham khảo về phương pháp luận và quy trình từng bước áp dụng mô hình toán học Delft-3D (kết hợp FLOW và WAQ) trong việc mô phỏng thủy động lực và chất lượng nước cho các thủy vực ven bờ phức tạp.
  • Cung cấp phương pháp chi tiết về cách tính toán tải lượng thải đa nguồn (sinh hoạt, công nghiệp, chăn nuôi, nuôi trồng thủy sản, rửa trôi đất) bằng hệ số phát thải.
• Đối với các nhà quản lý và hoạch định chính sách:
  • Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Thừa Thiên Huế, Chi cục Thủy sản và các cơ quan quản lý lưu vực có thể sử dụng số liệu sức tải đề xuất làm cơ sở khoa học để cấp phép xả thải, kiểm soát tải lượng ô nhiễm và quy hoạch không gian nuôi trồng thủy sản.
  • Cung cấp bức tranh phân vùng nhạy cảm về môi trường nước theo mùa và theo pha triều, hỗ trợ công tác cảnh báo ô nhiễm và bảo tồn đa dạng sinh học hệ đầm phá.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Luận án lựa chọn những thông số môi trường nào để đánh giá sức tải và vì sao?

Luận án lựa chọn các hợp chất của cacbon ($\text{BOD}_5$, COD), nitơ ($N-NH_4^+$, $N-NO_3^-$, $N-NO_2^-$, T-N) và phospho ($P-PO_4^{3-}$, T-P). Lý do là vì các nguồn thải chính đổ vào đầm phá Tam Giang - Cầu Hai chủ yếu xuất phát từ nước thải sinh hoạt dân cư, hoạt động chăn nuôi, nuôi trồng thủy sản và nước rửa trôi đất; đây là các nguồn chứa hàm lượng rất cao chất hữu cơ và muối dinh dưỡng khoáng.

2. Mô hình số trị nào được tác giả sử dụng và kết quả hiệu chỉnh đạt độ tin cậy ra sao?

Tác giả sử dụng bộ mô hình Delft-3D gồm hai mô-đun: Delft3D-FLOW (mô phỏng thủy động lực học) và Delft3D-WAQ (mô phỏng chất lượng nước). Kết quả hiệu chỉnh thủy động lực cho thấy độ tương thích tốt giữa số liệu mô phỏng và quan trắc thực địa:

• Vận tốc phương ngang $U$ trong mùa mưa có sai số $RSE = 0,0046$ và hệ số tương hợp $R^2 = 0,696$.
• Vận tốc phương đứng $V$ trong mùa khô có sai số $RSE = 0,0042$ và hệ số tương hợp $R^2 = 0,690$.
• Mô hình chất lượng nước được kiểm định bằng số liệu đo đạc thực tế tháng 11/2011, tháng 5/2012 và kiểm định độc lập vào tháng 4/2017 tại đầm Cầu Hai cho kết quả sai số nhỏ.

3. Diễn biến chất lượng nước đầm phá Tam Giang - Cầu Hai giai đoạn 2004 - 2012 có những đặc điểm gì đáng chú ý?

Giai đoạn 2004 - 2012 cho thấy xu hướng suy giảm hàm lượng oxy hòa tan (DO) và gia tăng hàm lượng chất hữu cơ ($\text{BOD}_5$, COD) cũng như nitrat ($N-NO_3^-$), đặc biệt rõ rệt trong giai đoạn 2008 - 2009. Hàm lượng DO tại đầm Thủy Tú vào mùa khô giảm xuống 4,7 mg/L. Hàm lượng nitrat vượt tiêu chuẩn ASEAN từ 1,4 đến 3,4 lần. Nồng độ dầu mỡ vượt giới hạn quy chuẩn ($0,19 - 0,87 \text{ mg/L}$), trong khi các kim loại nặng và hóa chất bảo vệ thực vật cơ clo vẫn nằm trong ngưỡng giới hạn cho phép của QCVN 10-MT:2015/BTNMT.

4. Sức tải môi trường của đầm phá được tính toán theo những ngưỡng nào?

Luận án tiếp cận tính toán sức tải môi trường theo ba ngưỡng kịch bản:

1. Sức tải trên cơ sở Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia (QCVN 08-MT:2015/BTNMT và QCVN 10-MT:2015/BTNMT).
2. Sức tải tối đa (kịch bản nguy hiểm, phản ánh khả năng tự làm sạch cực hạn của đầm phá).
3. Sức tải môi trường đề xuất nhằm đảm bảo an toàn cho đời sống và sự phát triển của động thực vật thủy sinh.

---

Kết luận

Luận án của nghiên cứu sinh Cao Thị Thu Trang đã giải quyết trọn vẹn mục tiêu định lượng hóa tải lượng ô nhiễm và sức chịu tải môi trường đối với các hợp chất C, N, P tại hệ đầm phá Tam Giang - Cầu Hai bằng việc ứng dụng mô hình số trị Delft-3D. Công trình đã kết hợp đồng bộ giữa điều tra khảo sát hiện trường, phân tích phòng thí nghiệm và mô phỏng toán học đa kịch bản cho các mốc thời gian 2011, 2020 và 2030. Kết quả tính toán sức tải môi trường theo các ngưỡng quy chuẩn, ngưỡng tối đa và ngưỡng đề xuất là nguồn tư liệu khoa học quan trọng phục vụ trực tiếp công tác quản lý nguồn thải, kiểm soát ô nhiễm và định hướng phát triển bền vững vùng đầm phá ven bờ tỉnh Thừa Thiên Huế.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Hệ đầm phá Tam Giang - Cầu Hai (thuộc tỉnh Thừa Thiên Huế) là đầm phá lớn nhất ở ven bờ Việt Nam với gần 1000 loài động vật, thực vật thủy sinh có giá trị kinh tế [1]. Các hoạt động kinh tế - xã hội vùng đầm phá đang diễn ra hết sức sôi động bao gồm nông nghiệp, nghề cá và khai thác biển, giao thông - cảng, du lịch – dịch vụ v. Hệ đầm phá là nơi tiếp nhận các nguồn thải ven bờ không những của các huyện giáp ranh mà còn cả của các khu vực miền núi.

Khả năng suy thoái chất lượng môi trường, cạn kiệt nguồn giống sẽ xảy ra nếu không có những biện pháp quản lý hệ thống đầm phá. Mỗi một hệ thống tự nhiên có một khả năng chịu tải nhất định. Vượt quá ngưỡng đó, hệ thống sẽ bị thay đổi kéo theo sự thay đổi chức năng của hệ thống. Trong khi đó, các hoạt động phát triển kinh tế - xã hội ven bờ đã dẫn đến tải lượng hữu cơ và dinh dưỡng đưa vào hệ đầm phá không ngừng gia tăng mà không có biện pháp bảo vệ hoặc cảnh báo.

Trước sức ép phát triển kinh tế của khu vực, nghiên cứu sinh đã chọn đề tài “Nghiên cứu đánh giá sức tải một số yếu tố môi trường (C, N, P) khu vực đầm phá Tam Giang - Cầu Hai (tỉnh Thừa Thiên Huế)” làm luận án nghiên cứu của mình. Do các nguồn thải đưa vào hệ đầm phá Tam Giang - Cầu Hai (TG – CH) chủ yếu là các chất thải sinh hoạt từ dân cư, khách du lịch, chăn nuôi và nuôi trồng thủy sản (NTTS) trong vùng nên các yếu tố môi trường được chọn để đánh giá sức chịu tải là các chất hữu cơ (BOD5, COD), các chất dinh dưỡng (amoni, phosphat, nitrat, nitrit, T-N, P-P). Đây là các hợp chất có mặt thường xuyên trong nước thải sinh hoạt, chăn nuôi và NTTS. Sức tải môi trường là một hướng tiếp cận có tính phòng ngừa trong đó khả năng chịu tải môi trường của mỗi hệ thống tự nhiên là hữu hạn.

Khi các chất ô nhiễm đi vào các thủy vực ven bờ, chúng sẽ tham gia vào các quá trình tự làm sạch tự nhiên bao gồm hóa học, lý học và sinh học [2]. Nếu lượng chất ô nhiễm đi vào thủy vực lớn hơn khả năng tự làm sạch tự nhiên của nó, thủy vực sẽ bị thay đổi về cấu trúc và chức năng, thậm chí mất khả năng tự phục hồi. Nghiên cứu sức tải môi trường có một số hướng tiếp cận và được áp dụng trong một số lĩnh vực như trong NTTS, đánh giá sức 1 tải du lịch, quản lý nguồn thải, quản lý hệ sinh thái. Hướng tiếp cận của luận án tập trung vào nghiên cứu, quản lý nguồn thải, góp phần bảo vệ chất lượng môi trường nước và hệ sinh thái.

Hiểu và đánh giá đúng sức chịu tải môi trường có ý nghĩa quan trọng trong việc đưa ra các chính sách phát triển kinh tế - xã hội và bảo vệ môi trường. Mục tiêu của luận án - Đánh giá được sức chịu tải của một số yếu tố môi trường (C, N, P) trong hệ đầm phá TG - CH làm cơ sở cho quản lý, phát triển bền vững hệ đầm phá. Nội dung nghiên cứu - Phân tích, đánh giá và dự báo tải lượng ô nhiễm từ các nguồn đưa vào hệ đầm phá. - Mô phỏng lan truyền các chất ô nhiễm trong hệ đầm phá TG - CH theo các kịch bản cơ sở (năm 2011 – 2012) và kịch bản 2020, 2030, kịch bản đột xuất.

- Nghiên cứu, tính toán sức tải hệ đầm phá TG - CH đối với các chất hữu cơ và chất dinh dưỡng theo các ngưỡng của quy chuẩn Việt Nam, ngưỡng sức tải tối đa và ngưỡng gây bất lợi đối với sinh vật thủy sinh. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: các hợp chất C, N, P trong nước hệ đầm phá TG - CH; các nguồn thải đưa vào hệ thống đầm phá. - Phạm vi không gian: không gian nghiên cứu là hệ đầm phá TG – CH và các vùng xung quanh đưa các chất ô nhiễm vào đầm phá. - Phạm vi thời gian: mùa mưa (tháng 11) và mùa khô (tháng 5) của các năm 2011, 2012, 2016; dự báo cho các năm 2020, 2030 5.

Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu tổng quan, hồi cứu tài liệu: Thu thập các tài liệu đã công bố trên thế giới và trong nước về sức tải môi trường; các tài liệu về đặc điểm tự nhiên, kinh tế- xã hội, chất lượng môi trường hệ đầm phá TG – CH. - Điều tra, khảo sát và thực nghiệm ngoài hiện trường: đo đạc dòng chảy, thu và phân tích mẫu chất lượng nước tại hệ đầm phá TG – CH. - Mô hình hóa: mô phỏng chế độ thủy động lực và sự lan truyền chất ô nhiễm trong hệ đầm phá sử dụng phần mềm Delft – 3D. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 2 - Hệ thống hóa được phương pháp đánh giá sức chịu tải môi trường cho một thủy vực ven bờ Việt Nam.

- Góp phần xác định sức tải môi trường các yếu tố BOD5, COD, N-NH4+, N- NO3- và P-PO43- cho hệ đầm phá Tam Giang – Cầu Hai, có thể sử dụng làm nguồn tham khảo cho công tác quản lý môi trường. Những kết quả khoa học đạt được và đóng góp mới của luận án - Đã xác định nguồn thải và ước tính lượng thải các chất ô nhiễm C, N, P từ các hoạt động kinh tế - xã hội đưa vào hệ đầm phá TG-CH. - Đã hiệu chỉnh mô hình chất lượng nước hệ đầm phá TG-CH và mô phỏng chất lượng nước theo các kịch bản phát triển đến năm 2020 và 2030. - Đã tính được sức tải môi trường cho hệ đầm phá TG-CH theo các ngưỡng của QCVN và theo khả năng tự làm sạch (đồng hóa) của đầm phá.

TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU VÀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU 1. Tổng quan về sức tải môi trường 1. Các khái niệm Sức tải môi trường (STMT) là một hướng nghiên cứu của khoa học môi trường, mới được phát triển trong hơn ba thập kỷ gần đây. Bắt đầu từ cuối những năm 1980, Nhóm các chuyên gia về khoa học ô nhiễm biển (GESAMP) [3] đã tìm hiểu về khái niệm, cách tiếp cận liên quan đến STMT.

Sau này, với việc phát triển của các công cụ mô hình hóa, hướng nghiên cứu này đã được áp dụng tại một số lĩnh vực như trong nuôi trồng thủy sản, du lịch, kiểm soát nguồn thải v. Đặc biệt, trong khoảng 15 năm trở lại đây, dưới sức ép của các quy hoạch phát triển và sự suy thoái của tài nguyên và môi trường, hướng nghiên cứu STMT được phát triển và áp dụng khá rộng rãi. Vấn đề đặt ra là cần làm rõ các khái niệm, hiểu đúng bản chất của STMT và có phương pháp tính toán đúng đắn để có thể áp dụng vào trong thực tiễn quản lý nguồn thải và bảo vệ môi trường. Ngoài khái niệm về STMT, các khái niệm về khả năng tự làm sạch và cân bằng chất ô nhiễm trong thủy vực cũng có mối liên quan chặt chẽ với nhau, bổ sung cho nhau.

Khả năng tự làm sạch của thủy vực: Các chất ô nhiễm khi đi vào các thủy vực tự nhiên như sông, hồ và biển sẽ bị biến mất dần dần theo thời gian. Việc loại bỏ các chất ô nhiễm từ các thủy vực mà không có bất kỳ can thiệp nào của con người được gọi là quá trình tự làm sạch, hoặc sự làm sạch tự nhiên [4]. Cơ chế của quá trình tự làm sạch tự nhiên có thể chia làm 3 nhóm: vật lý, hóa học và sinh học [2]. Quá trình vật lý đóng góp vào việc loại bỏ chất ô nhiễm từ thủy vực tự nhiên bao gồm pha loãng/trộn lẫn bằng các dòng chảy, khuyếch tán chất ô nhiễm trong nước và kết tủa/lắng đọng chất ô nhiễm xuống trầm tích đáy.

Sự bay hơi của các chất ô nhiễm dễ bay hơi vào bầu khí quyển cũng làm giảm chất ô nhiễm trong nước. Quá trình hóa học liên quan đến việc loại bỏ các chất ô nhiễm khỏi vực nước là sự oxi hóa bởi các chất ô xi hóa như ozon và oxy, sự oxi hóa bởi tia tử ngoại; quá trình khử và sự trung hòa. 4 Quá trình sinh học bao gồm sự thoái hóa/chuyển đổi các chất ô nhiễm hữu cơ bởi vi khuẩn dưới các điều kiện hiếu khí hoặc yếm khí, cũng như sự tham gia của các vi khuẩn trong quá trình nitrat hóa và phản nitrat hóa tương ứng. Quá trình sinh học giữ một vai trò quan trọng trong cơ chế làm sạch nước ở các thủy vực tự nhiên.

Việc loại bỏ chất ô nhiễm khỏi thủy vực bằng phương pháp sinh học thường được gọi là “tự làm sạch đúng nghĩa” và sự tự làm sạch tổng số “lý, hóa, sinh” được gọi là “tự làm sạch biểu kiến”. Cân bằng chất ô nhiễm trong thủy vực: Nghiên cứu về cân bằng các chất ô nhiễm cung cấp cơ sở để dự báo động thái ô nhiễm của các vùng nước biển và đại dương theo những giá trị cho trước về phát thải các chất ô nhiễm, xây dựng những khuyến cáo về chế độ phát thải tối ưu và xác định các mức chịu tải cho phép tới hạn hay dung lượng dung hòa của biển với các chất ô nhiễm. Vlađimirov trong cuốn “Bảo vệ Môi trường” [5], về định tính, cân bằng các chất ô nhiễm đối với biển nói chung có thể biểu diễn bằng sơ đồ sau: ∆C = C vào – C ra Ở đây ∆C là gia lượng nồng độ chất ô nhiễm sau thời gian t, C vào là phát thải chất ô nhiễm vào thủy vực (bao gồm phát thải từ bờ, phát thải do sông mang ra, phát thải trực tiếp từ biển như tàu, giàn khoan v.v; lượng chất tới trong quá trình trao đổi nước, lượng chất xâm nhập từ khí quyển vào nước) và C ra là lượng chất ô nhiễm ra khỏi thủy vực trong thời gian t (bao gồm lượng chất đi do trao đổi nước, lượng chất đi từ biển vào không khí, lượng chất bị phân hủy hóa học, sinh hóa và lượng chất lắng đọng vào bùn đáy). Sự bảo tồn trạng thái bình thường của môi trường biển đòi hỏi phải thỏa mãn những điều kiện hạn chế: 0< C ≤ NĐTHCP và ∆C < 0 trong đó NĐTHCP là nồng độ tới hạn cho phép của các chất ô nhiễm.