Tổng quan luận án

Hệ đầm phá Tam Giang - Cầu Hai thuộc địa bàn tỉnh Thừa Thiên Huế là hệ đầm phá ven bờ lớn nhất Việt Nam với gần 1000 loài động vật, thực vật thủy sinh có giá trị kinh tế. Vùng đầm phá tập trung nhiều hoạt động kinh tế - xã hội như nông nghiệp, nghề cá, khai thác biển, giao thông - cảng và du lịch - dịch vụ. Thủy vực này đồng thời tiếp nhận nguồn xả thải ven bờ từ các huyện giáp ranh cũng như vùng miền núi đổ về. Sự gia tăng liên tục của tải lượng chất hữu cơ và muối dinh dưỡng trong khi thiếu vắng các biện pháp giám sát, cảnh báo làm nảy sinh nguy cơ suy thoái chất lượng nước và suy giảm nguồn giống thủy sản tự nhiên. Mỗi hệ thống tự nhiên chỉ sở hữu một khả năng chịu tải hữu hạn; nếu vượt ngưỡng dung nạp, cấu trúc và chức năng sinh thái của thủy vực sẽ biến đổi, thậm chí mất khả năng tự phục hồi.

Trước sức ép đó, tác giả lựa chọn thực hiện 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)". Các yếu tố được chọn để đánh giá gồm chất hữu cơ ($BOD_5$, $COD$) và chất dinh dưỡng ($N-NH_4^+$, $N-NO_3^-$, $N-NO_2^-$, tổng nitơ T-N, $P-PO_4^{3-}$, tổng photpho P-T), xuất phát từ thực tế nguồn thải đổ vào đầm phá chủ yếu phát sinh từ sinh hoạt cư dân, du lịch, chăn nuôi và nuôi trồng thủy sản. Khoảng trống nghiên cứu được xác định là: dù đã có các khảo sát môi trường chung, khu vực đầm phá Tam Giang - Cầu Hai vẫn chưa có công trình nào đánh giá sức tải môi trường dựa trên bức tranh tổng thể mọi nguồn thải kinh tế - xã hội của các huyện ven bờ và toàn tỉnh. Công trình trước đây trong khuôn khổ dự án IMOLA mới chỉ tính sức tải cho riêng hoạt động nuôi trồng thủy sản tập trung tại đầm Sam Chuồn bằng phần mềm Ecopath.

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 Tam Giang - Cầu Hai làm cơ sở cho quản lý, phát triển bền vững hệ đầm phá.

Nội dung nghiên cứu:

  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) và kịch bản 2020, 2030, 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 Việt Nam, ngưỡng sức tải tối đa và ngưỡng gây bất lợi đối với sinh vật thủy sinh.

Câu hỏi nghiên cứu:

  1. Với sự phát triển kinh tế - xã hội như hiện nay thì lượng chất ô nhiễm tối đa mà đầm phá có thể tiếp nhận là bao nhiêu?
  2. Tới các năm 2020 và 2030 thì khả năng tiếp nhận của đầm phá biến đổi như thế nào?

Đối tượng nghiên cứu:

  • Các hợp chất của cacbon, nitơ, photpho (C, N, P) trong môi trường nước hệ đầm phá Tam Giang - Cầu Hai.
  • Các nguồn thải đổ vào hệ thống đầm phá.

Phạm vi nghiên cứu:

  • Không gian: Hệ đầm phá Tam Giang - Cầu Hai (chiều dài 68 km, diện tích mặt nước 216 $\text{km}^2$) cùng vùng phụ cận thuộc địa bàn 5 huyện, thị trấn ven bờ đưa chất ô nhiễm vào thủy vực.
  • Thời gian: Khảo sát thực địa vào mùa mưa (tháng 11) và mùa khô (tháng 5) các năm 2011, 2012, 2016; dự báo xu thế sức tải cho các mốc năm 2020 và 2030.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Tổng quan tài liệu của luận án hệ thống hóa các hướng tiếp cận sức tải môi trường (STMT) trên thế giới và ở Việt Nam:

Các hướng nghiên cứu quốc tế:

  • Hướng tiếp cận mô hình sinh địa hóa - dinh dưỡng xác định mật độ nuôi thả thủy sản: Duarte và cs (2003), Brigolin và cs (2008), Ramón và cs (2010), Carrie Byron và cs (2011), Lotta và cs (2016). Điển hình là nghiên cứu tại vịnh Goseung (Hàn Quốc) sử dụng mô hình thủy động lực - phú dưỡng ba chiều HEM-3D xác định mật độ thả ngao thích hợp là 16 cá thể/$\text{m}^3$ và sức chịu tải 1.500 MT trọng lượng thịt; nghiên cứu tại vịnh Hiroshima (Nhật Bản, 1984 - 1996) xác định ngưỡng nồng độ chlorophyll a là 7 $\mu\text{g/l}$ và tải lượng photpho từ sông Ohta cần khống chế ở mức 0,5 tấn/ngày; nghiên cứu của Paul Shin (2003) phân tích mức tiêu thụ oxy của cá biển từ 83 đến 400 $\text{gO}_2\text{/tấn/h}$.
  • Hướng tiếp cận tổng tải lượng xả thải tối đa hàng ngày (TMDL) kết hợp mô hình hóa lan truyền chất: Bắt nguồn từ công thức của GESAMP (1986): $EC_{max} = (C_{tiêu\ chuẩn} - C_{hiện\ tại}) \times V / \tau$. Nhóm nghiên cứu Enhui và cs (2013) tại vịnh Hạ Môn (Trung Quốc) đề xuất giảm 67 - 74% tải lượng để đưa nồng độ photphat từ 0,06 mg/l về chuẩn 0,03 mg/l; Li KeQiang và cs (2012) tính sức tải chì tại vịnh Jiaozhou đạt 60 tấn/năm; Li KeQiang và cs (2014) tính sức tải kẽm (17 tấn/tháng) và cadmi (8 tấn/tháng) tại vịnh Jinzhou; Zhao và cs (2012) mô phỏng hồ Fuxian cho thấy cần cắt giảm 66% TN, 68% TP và 57% COD; Zhao và cs (2015) tính toán phát thải tại vịnh Quanzhou giai đoạn 2008 - 2012; Dingjiang và cs (2012) tại sông ChangLe; Ruibin Zhang và cs (2012) tại sông Hồng Kỳ (lưu vực hồ Taihu); Boyacioglu và Alpaslan (2008) tại lưu vực Tahtali (Thổ Nhĩ Kỳ); Chang Hee-Lee (2003) kiểm soát COD về 2 ppm ở hồ Shihwa; Ayeon Lee và cs (2013) dùng mô hình HSPF trên lưu vực Anyangcheon (Hàn Quốc) làm giảm nồng độ BOD từ 11,21 mg/l xuống 7,39 mg/l; các báo cáo TMDL tại Mỹ ở 4 hồ bang Michigan (2002), cửa sông Snohomish qua mô hình WASP5 (1999), sông Straight (1999) và hồ Yonah (2005).
  • Hướng tiếp cận xây dựng hệ thống chỉ thị (AHP): Han Mei và cs (2010), Yongquan Yin (2010) tại Shandong Rencheng (chỉ số CAI giảm từ 3,149 năm 2007 xuống 0,829 năm 2010), Meriem Naimi Ait-Aoudia và cs (2016) tại Algiers với ngưỡng dân số 7 triệu người, Shuping Wang (2017) tại Thanh Đảo với 34 chỉ tiêu chọn lọc từ 124 yếu tố.
  • Các tiếp cận khác: Nghiên cứu nhiệt điện đốt than tại miền Nam Thái Lan xác định sức tải cá biển là 0,009258 kg/$\text{m}^3$; Bacher (2008) phân định 4 loại sức tải (sản xuất, sinh thái, điều tiết, xã hội); chương trình kiểm soát lưu vực sông Tha Chin (Thái Lan) giai đoạn 2000 - 2004 và 2005 - 2009.

Các nghiên cứu tại Việt Nam:

  • Cơ sở pháp lý: Luật Bảo vệ Môi trường 2005, Luật Bảo vệ Môi trường 2014, Thông tư 76/2017/TT-BTNMT (thay thế Thông tư 02/2009/TT-BTNMT), nghiên cứu lý luận của Đặng Ngọc Thanh và cs (2014).
  • Ứng dụng nguồn thải sông: Nguyễn Chí Công và cs (2007) ở hạ lưu sông Thương; Huỳnh Thị Minh Hằng và cs (2006) ở sông Đồng Nai.
  • Vùng ven biển và đầm phá: Võ Duy Sơn và Nguyễn Tác An (2001) dùng đồng vị đánh dấu tại đầm Thủy Triều và đầm Nha Phu ($BOD_5 \le 5\text{ mg/l}$, $\text{chlorophyll a} \le 7\ \mu\text{g/l}$); Hoàng Dương Tùng (2004) dùng Delft-3D mô phỏng Hồ Tây; Viện Tài nguyên và Môi trường biển ứng dụng Delft-3D nghiên cứu đảo Cát Bà, vịnh Hạ Long - Bái Tử Long, sông Bạch Đằng; Viện Nghiên cứu Nuôi trồng thủy sản 2 (2010) nghiên cứu sông Tiền và sông Hậu phục vụ nuôi cá tra; Nguyễn Hữu Huân và cs (2011 - 2012 tại Nam Trung Bộ; 2014 tại vịnh Bình Cang - Nha Phu); Phan Minh Thụ và cs (2013) tại đầm Thủy Triều.

Khoảng trống luận án giải quyết: Các nghiên cứu ở Việt Nam chủ yếu dựa vào nồng độ giới hạn cho phép trong quy chuẩn kỹ thuật quốc gia (QCVN) - vốn có thể bị chi phối bởi các bên liên quan và mục tiêu kinh tế - hoặc chỉ xem xét riêng lẻ một hoạt động (nuôi trồng thủy sản, du lịch). Luận án định vị nghiên cứu thông qua việc tích hợp toàn diện các nguồn thải lục địa của toàn bộ lưu vực, kết hợp công cụ mô hình hóa số trị ba chiều để tính toán sức tải không chỉ theo QCVN mà còn theo ngưỡng dung nạp sinh thái tự nhiên nhằm duy trì sự sống của sinh vật thủy sinh.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Luận án dựa trên cơ sở lý thuyết về khả năng tự làm sạch và cân bằng chất ô nhiễm trong thủy vực:

  • Khả năng tự làm sạch tự nhiên gồm ba nhóm cơ chế: vật lý (pha loãng, xáo trộn dòng chảy, khuếch tán, lắng đọng trầm tích, bay hơi), hóa học (oxi hóa bởi ozon, oxy, tia tử ngoại; phản ứng khử và trung hòa), sinh học (vi khuẩn phân hủy hiếu khí hoặc yếm khí chất hữu cơ, nitrat hóa, phản nitrat hóa). Sự tự làm sạch bằng vi sinh vật được gọi là "tự làm sạch đúng nghĩa", còn tổng hợp lý - hóa - sinh gọi là "tự làm sạch biểu kiến".
  • Phương trình cân bằng chất ô nhiễm của Vladimirov: $$\Delta C = C_{vào} - C_{ra}$$ Để môi trường biển duy trì trạng thái bình thường, hệ thống phải thỏa mãn: $0 < C \le NĐTHCP$ và $\Delta C < 0$ ($NĐTHCP$ là nồng độ tới hạn cho phép).
  • Luận án xác lập định nghĩa: "Sức tải môi trường là lượng chất tối đa mà thủy vực có thể chấp nhận sao cho vẫn duy trì được sự sinh trưởng và phát triển của các loài sinh vật".
  • Ba ngưỡng giới hạn sinh thái được luận án lựa chọn:
    1. Oxy hòa tan ($DO$): $\ge 5\text{ mg/l}$ (theo Robert R Stickney, 2005).
    2. Khí amoniac tự do ($NH_3$): $< 0,05\text{ mg/l}$ (theo Boardman và cs, 2004). Ở điều kiện pH 7 - 8,5 và nhiệt độ cực đại $33^\circ\text{C}$, nồng độ $N-NH_4^+$ giới hạn được chọn là $0,1\text{ mg/l}$ (khớp với QCVN 10-MT:2015/BTNMT đối với nước biển ven bờ).
    3. Phosphat ($P-PO_4^{3-}$): $\le 0,045\text{ mg/l}$ (theo tiêu chuẩn ASEAN; các mốc cảnh báo nở hoa tảo của WHO 2002 là 0,1 mg/l và SteffIii 2003 là 0,05 mg/l).

Phương pháp thực tế của luận án:

  • Điều tra, khảo sát thực địa: Thực hiện 2 đợt đo đạc tại 3 trạm liên tục (phá Tam Giang, đầm Sam, đầm Cầu Hai) trong 24 giờ với chu kỳ 4 giờ/ốp:
    • Mùa mưa: từ 17h ngày 25/11/2011 đến 17h ngày 26/11/2011.
    • Mùa khô: từ 16h ngày 19/5/2012 đến 16h ngày 20/5/2012.
  • Quy chuẩn và kỹ thuật phân tích: Tuân thủ Thông tư 34/2010/TT-BTNMT; TCVN 5998:1995 (ISO 5667-9:1992) lấy mẫu bằng thiết bị Bathomet ở tầng mặt (cách mặt 0,5 m) và tầng đáy (cách đáy 0,5 m); TCVN 5993:1995 (ISO 5667-3:1985) bảo quản mẫu. Phân tích nhiệt độ bằng nhiệt kế chuyên dụng ($0,1^\circ\text{C}$); độ muối bằng khúc xạ kế cầm tay Hand Refractometer ($1‰$); pH bằng máy đo (0,01 đơn vị); DO bằng máy hoặc chuẩn độ Winkler (0,01 mg/l); $BOD_5$ đo trực tiếp không pha loãng ủ ở $20^\circ\text{C}$; COD oxy hóa bằng $KMnO_4$ trong môi trường kiềm; TSS lọc - sấy và cân; các dạng muối dinh dưỡng ($PO_4^{3-}, NO_2^-, NH_3+NH_4^+$) phân tích bằng quang phổ kế DR/2800 HACH (Hoa Kỳ) hoặc so màu tiêu chuẩn.
  • Phương pháp tính toán tải lượng ô nhiễm phát sinh:
    • Nguồn sinh hoạt: tính theo quy mô dân số và hệ số thải đơn vị của WHO (1993); khách du lịch tính theo số ngày lưu trú: $Q_{sh} = Q_{dc} + Q_{dl}$.
    • Nguồn công nghiệp: nhân sản lượng với định mức nước thải và nồng độ chất ô nhiễm đặc thù.
    • Nguồn chăn nuôi: số lượng đàn gia súc, gia cầm nhân với hệ số phát thải đơn vị (WHO, 1993).
    • Nguồn nuôi trồng thủy sản: dựa trên sản lượng tôm nuôi thâm canh và cá lồng.
    • Nguồn rửa trôi đất bề mặt.
  • Công cụ mô hình hóa: Luận án sử dụng bộ phần mềm Delft3D của Viện Thủy lợi Delft (Hà Lan) với 2 phân hệ: Delft3D-FLOW (mô phỏng trường thủy động lực, dòng chảy, dao động triều) và Delft3D-WAQ (mô phỏng quá trình lan truyền, biến đổi sinh địa hóa các thông số C, N, P). Mô hình ứng dụng lưới cong trực giao bám sát đường bờ và cửa sông.

Nội dung chính theo từng chương

Chương I: Tổng quan vấn đề nghiên cứu và khu vực nghiên cứu

Chương I tổng thuật cơ sở lý luận về STMT, phân tích các mô hình toán học (1D, 2D, 3D như EFDC, WASP7, AQUATOX, SWAT, MIKE21, MIKE-3, Delft3D), đồng thời phân tích chi tiết điều kiện tự nhiên và hiện trạng môi trường hệ đầm phá Tam Giang - Cầu Hai.

Về điều kiện tự nhiên:

  • Khí hậu: Nhiệt độ không khí trung bình năm đạt $25,42^\circ\text{C}$ (năm 2010), tháng 1 lạnh nhất khoảng $20^\circ\text{C}$ (có thể xuống dưới $10^\circ\text{C}$ khi có gió mùa Đông Bắc), tháng 6 - 7 nóng nhất đạt $28 - 29^\circ\text{C}$ (khi có gió Tây Nam khô nóng có thể lên $40 - 41^\circ\text{C}$). Bức xạ lý thuyết $232 - 233\text{ kcal/cm}^2\text{/năm}$, bức xạ thực tế $124 - 126\text{ kcal/cm}^2\text{/năm}$. Tổng số giờ nắng đạt $1900 - 2000\text{ giờ/năm}$. Lượng mưa trung bình năm vượt $2700\text{ mm/năm}$ do kề cận tâm mưa Bạch Mã ($> 3000\text{ mm/năm}$); năm 2009 đạt $3817\text{ mm}$, năm 2010 đạt $3538\text{ mm}$ (riêng tháng 10/2010 đạt $1130\text{ mm}$). Mùa mưa tập trung từ tháng 9 đến tháng 12. Tần suất bão trung bình giai đoạn 1884 - 2000 là 0,84 cơn/năm (tháng 9 chiếm 35%, tháng 10 chiếm 28%).
  • Thủy văn sông ngòi: Đầm phá tiếp nhận nước từ hệ thống sông Ô Lâu, sông Hương (gồm Tả Trạch, Hữu Trạch, sông Bồ), sông Truồi và sông Nong. Mùa lũ chiếm 70 - 75% tổng lượng dòng chảy năm, mùa kiệt chỉ chiếm 20 - 25%.
Lưu vực sông Chiều dài (km) Diện tích lưu vực ($\text{km}^2$) Lưu lượng trung bình năm ($\text{m}^3\text{/s}$) Modul dòng chảy ($\text{l/s.km}^2$) Tổng lưu lượng năm ($\text{tỷ m}^3$)
Sông Ô Lâu 66 900 7,27 66,7 0,545
Sông Tả Trạch 54 717 50,3 70,2 1,580
Sông Hữu Trạch 51 729 37,6 66,0 1,180
Sông Bồ 64 720 45,3 63,0 1,420
Sông Truồi 24 149 7,27 66,7 0,229
Sông Nong 20 99 3,57 54,2 0,112
  • Thủy văn, hải văn đầm phá: Ăn thông với biển qua hai cửa Thuận An và Tư Hiền. Tại Thuận An là chế độ bán nhật triều đều, biên độ ngày $35 - 50\text{ cm}$; tại Cầu Hai là bán nhật triều không đều, biên độ $55 - 100\text{ cm}$. Mùa khô mực nước đầm phá thấp hơn biển từ $5 - 15\text{ cm}$ (Tam Giang) đến $25 - 30\text{ cm}$ (Cầu Hai). Mùa lũ mực nước đầm phá cao hơn biển tới $70\text{ cm}$ tại Cầu Hai.

Về hiện trạng môi trường nước và các tác nhân ô nhiễm:

  • Dinh dưỡng: Nồng độ $N-NO_2^-$ tăng rõ rệt giai đoạn 2008 - 2009; $N-NO_3^-$ dao động $88,5 - 204,2\ \mu\text{g/l}$ (vượt tiêu chuẩn ASEAN từ 1,4 đến 3,4 lần); amoni ($N-NH_4^++NH_3$) dao động $17,1 - 112,5\ \mu\text{g/l}$; photphat ($P-PO_4^{3-}$) dao động $3,6 - 44,1\ \mu\text{g/l}$ (nằm trong giới hạn ASEAN $45\ \mu\text{g/l}$); silicat ($Si_2O_3^{2-}$) dao động $718 - 4400\ \mu\text{g/l}$.
  • Dầu mỡ: Nồng độ giai đoạn 2004 - 2009 dao động $0,19 - 0,87\text{ mg/l}$, vượt quy chuẩn cho phép.
  • Kim loại nặng: Nằm trong ngưỡng an toàn theo QCVN 10-MT:2015/BTNMT gồm Cu ($2,5 - 12,21\ \mu\text{g/l}$), Pb ($5 - 18\ \mu\text{g/l}$, hệ số rủi ro $0,1 - 0,4$), Zn ($5,75 - 59,9\ \mu\text{g/l}$), Cd ($0,54 - 6,55\ \mu\text{g/l}$, hệ số rủi ro trung bình 0,8), As ($0,01 - 8,73\ \mu\text{g/l}$), Hg ($0,01 - 1,32\ \mu\text{g/l}$).
  • Hóa chất bảo vệ thực vật cơ clo: Quan trắc 7 hợp chất (Lindan, Aldrin, Dieldrin, Endrin, DDE, DDD, DDT), thường xuyên phát hiện 4 chất (Lindan, Aldrin, Endrin, tổng DDT), không có chất nào vượt QCVN 10-MT:2015/BTNMT.

Chương II: Phương pháp nghiên cứu

Chương II mô tả chi tiết sơ đồ khối nghiên cứu, thiết kế thực nghiệm khảo sát 24 giờ liên tục tại hiện trường, các phương pháp chuẩn độ phòng thí nghiệm và hệ thống các bảng hệ số tính toán tải lượng ô nhiễm phát sinh.

Sơ đồ quy trình mô hình hóa: Chuẩn bị dữ liệu đầu vào (khí tượng, thủy văn, chất lượng nước, nguồn thải) $\rightarrow$ Triển khai mô hình thủy động lực cho hệ đầm phá $\rightarrow$ Hiệu chỉnh mô hình thủy động lực $\rightarrow$ Triển khai mô hình chất lượng nước $\rightarrow$ Hiệu chỉnh mô hình chất lượng nước $\rightarrow$ Thẩm định mô hình chất lượng nước $\rightarrow$ Triển khai các kịch bản mô phỏng chất lượng nước $\rightarrow$ Triển khai các kịch bản tính sức tải môi trường.

Các bảng hệ số tải lượng ô nhiễm phát sinh phục vụ mô hình:

Thông số ô nhiễm Nước thải sinh hoạt (kg/người/năm) Nuôi tôm sú thâm canh (kg/tấn/năm) Nuôi cá lồng (kg/tấn/năm)
COD 26,24 28,40 15,90
BOD 16,40 8,10 4,50
N-T 2,20 5,20 2,90
P-T 0,40 4,70 2,60
$\text{NO}_3+\text{NO}_2$ 0,04 0,05 0,03
$\text{NH}_4$ 1,20 1,25 0,70
$\text{PO}_4$ 0,12 2,12 1,17
Thông số Gia cầm (kg/con/năm) Trâu, bò (kg/con/năm) Lợn (kg/con/năm)
COD 2,5700 262,400 52,640
BOD 1,6100 164,000 32,900
N-T 3,6000 43,800 7,300
P-T 0,1560 11,300 2,300
$\text{NO}_3+\text{NO}_2$ 0,0360 0,438 0,073
$\text{NH}_4$ 0,8640 10,512 1,750
$\text{PO}_4$ 0,0702 5,090 1,035
Thể tích nước thải ($\text{m}^3\text{/năm}$) 21,5000 8,000 14,600
Ngành sản xuất Lưu lượng nước thải ($\text{m}^3\text{/tấn sản phẩm}$) COD (mg/l) BOD (mg/l) N-T (mg/l) P-T (mg/l) $\text{NO}_3+\text{NO}_2$ (mg/l) $\text{NH}_4$ (mg/l) $\text{PO}_4$ (mg/l)
Sản xuất bia 11,0 150 87 43,5 3,65 0,435 16,53 1,825
Sản xuất bột mì 25,0 1500 825 42,5 34,65 0,425 10,20 17,325
Sản xuất dầu ăn 10,5 1950 1355 20,0 56,91 0,200 7,60 28,455
Hải sản đông lạnh 95,0 1950 1500 90,0 63,00 0,900 34,20 31,500
Loại sợi tổng hợp Nước thải ($\text{m}^3\text{/tấn}$) BOD (kg/tấn) COD (kg/tấn) SS (kg/tấn) TDS (kg/tấn)
Sợi Rayon 42 30 52 55 100
Sợi Acetate 75 45 78 40 100
Sợi Nylon 125 45 78 30 100
Sợi Acrylic 210 125 216 87 100
Sợi Polyeste 100 185 320 95 150

Kết quả và những đóng góp mới

Các kết quả khoa học đạt được:

  • Đã xác định được các nguồn thải và ước tính lượng thải các chất ô nhiễm C, N, P từ toàn bộ các hoạt động kinh tế - xã hội ven bờ đưa vào hệ đầm phá Tam Giang - Cầu Hai.
  • Đã hiệu chỉnh và thẩm định thành công mô hình chất lượng nước ba chiều cho hệ đầm phá Tam Giang - Cầu Hai bằng bộ công cụ Delft3D; thực hiện mô phỏng trường nồng độ chất lượng nước theo kịch bản cơ sở (2011 - 2012), kịch bản phát triển đến năm 2020, 2030 và kịch bản phát thải đột xuất.
  • Đã tính toán định lượng sức tải môi trường của hệ đầm phá đối với các thông số $BOD_5$, $COD$, $N-NH_4^+$, $N-NO_3^-$ và $P-PO_4^{3-}$ theo các ngưỡng của QCVN và theo khả năng tự làm sạch (đồng hóa) tự nhiên của đầm phá.

Những đóng góp mới về mặt lý luận và thực tiễn:

  • Đóng góp về lý luận: Hệ thống hóa phương pháp luận đánh giá sức chịu tải môi trường cho một thủy vực đầm phá ven bờ Việt Nam thông qua liên kết giữa mô hình số trị thủy động lực - chất lượng nước (Delft3D) và điều tra thực nghiệm. Xác lập phương pháp xác định ngưỡng sức tải dựa trên khả năng duy trì sự sống và không gây bất lợi cho sinh vật thủy sinh ($DO \ge 5\text{ mg/l}$, $NH_3 < 0,05\text{ mg/l}$ tương ứng $N-NH_4^+ \le 0,1\text{ mg/l}$, $P-PO_4^{3-} \le 0,045\text{ mg/l}$), khắc phục hạn chế phụ thuộc đơn thuần vào quy chuẩn hành chính.
  • Đóng góp về thực tiễn: Cung cấp bộ số liệu khoa học định lượng về sức tải các chất hữu cơ và muối dinh dưỡng của hệ đầm phá Tam Giang - Cầu Hai. Kết quả tính toán là nguồn căn cứ kỹ thuật phục vụ công tác cấp phép xả thải, phân bổ tải lượng ô nhiễm cho các ngành kinh tế, lập kế hoạch bảo vệ môi trường và hoạch định chính sách phát triển bền vững đầm phá tỉnh Thừa Thiên Huế.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế: Phương pháp nghiên cứu đòi hỏi kết hợp khảo sát thực địa hiện trường, phân tích mẫu thí nghiệm và mô phỏng số trị trên máy tính với chi phí tốn kém và thời gian kéo dài. Do đó, luận án chỉ tập trung tính toán sức tải đối với các thông số cơ bản của C, N, P ($BOD_5$, $COD$, amoni, nitrat, photphat) mà chưa thể mở rộng đánh giá sức tải đối với các tác nhân ô nhiễm độc hại khác (như kim loại nặng, hóa chất bảo vệ thực vật cơ clo, dầu mỡ).
  • Hướng nghiên cứu tiếp: Tiếp tục mở rộng đánh giá sức tải cho các nhóm chất ô nhiễm vi lượng độc hại và duy trì chuỗi quan trắc chất lượng nước định kỳ dài hạn nhằm nâng cao độ chính xác hiệu chỉnh mô hình số trị.

Giá trị tham khảo

  • Đối tượng thụ hưởng:
    • Nghiên cứu sinh, học viên cao học, giảng viên và các nhà nghiên cứu thuộc các chuyên ngành Khoa học môi trường, Quản lý môi trường, Kỹ thuật môi trường, Hải văn và Thủy văn ven biển.
    • Các nhà quản lý tài nguyên và môi trường, Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Thừa Thiên Huế, các cơ quan quy hoạch kinh tế - xã hội vùng duyên hải miền Trung.
  • Phần nội dung có giá trị tham khảo cao:
    • Khung phương pháp luận tích hợp mô hình Delft3D-FLOW và Delft3D-WAQ trong việc mô phỏng lan truyền chất ô nhiễm trên lưới cong trực giao vùng đầm phá ven bờ.
    • Hệ thống các bảng hệ số tải lượng ô nhiễm phát sinh từ nước thải sinh hoạt, du lịch, chăn nuôi, nuôi trồng thủy sản và các ngành sản xuất công nghiệp đặc thù.
    • Phương pháp luận xác lập ngưỡng sức tải môi trường dựa trên thử nghiệm sinh thái và tiêu chuẩn bảo vệ sinh vật thủy sinh.

Câu hỏi thường gặp

  1. Khái niệm sức tải môi trường được luận án định nghĩa như thế nào đối với các hợp chất C, N, P? Theo luận án, sức tải môi trường là lượng chất tối đa mà thủy vực có thể chấp nhận sao cho vẫn duy trì được sự sinh trưởng và phát triển của các loài sinh vật. Khả năng này được hiểu là mức tiếp nhận chất ô nhiễm sau khi đã trải qua các quá trình tự làm sạch vật lý, hóa học, sinh học trong đầm phá, lượng chất còn lại trong nước không gây ảnh hưởng bất lợi tới sinh vật thủy sinh.

  2. Luận án lựa chọn những ngưỡng cụ thể nào để tính toán sức tải bảo vệ sinh vật thủy sinh? Tác giả xác định ba ngưỡng kỹ thuật gồm: nồng độ oxy hòa tan ($DO$) không thấp hơn $5\text{ mg/l}$; nồng độ khí amoniac dạng không ion ($NH_3$) nhỏ hơn $0,05\text{ mg/l}$ (tương ứng với nồng độ ion $N-NH_4^+$ là $0,1\text{ mg/l}$ ở điều kiện nhiệt độ cực đại $33^\circ\text{C}$ và pH 9); nồng độ muối photphat ($P-PO_4^{3-}$) nhỏ hơn $0,045\text{ mg/l}$ theo tiêu chuẩn ASEAN để ngăn ngừa nguy cơ phú dưỡng và nở hoa tảo.

  3. Công cụ mô hình toán học nào được luận án lựa chọn làm công cụ nghiên cứu chính? Luận án sử dụng bộ phần mềm Delft3D của Viện Thủy lợi Delft (Hà Lan) với bản quyền được cung cấp bởi Viện Tài nguyên và Môi trường biển. Hai phân hệ cốt lõi được áp dụng là Delft3D-FLOW (mô phỏng thủy động lực học, trường dòng chảy và trao đổi nước) và Delft3D-WAQ (mô phỏng quá trình lan truyền, biến đổi sinh địa hóa và chất lượng nước).

  4. Mùa vụ dòng chảy từ các sông đổ vào đầm phá Tam Giang - Cầu Hai phân bố ra sao? Toàn bộ các sông chính gồm Ô Lâu, Tả Trạch, Hữu Trạch, sông Bồ, sông Truồi và sông Nong cung cấp lưu lượng nước dồi dào nhưng phân bố rất không đều: mùa mưa (tháng 9 đến tháng 12) chiếm tới 70 - 75% tổng lượng dòng chảy cả năm; mùa kiệt chỉ chiếm 20 - 25% tổng lượng dòng chảy, dẫn tới hiện tượng dòng triều mặn lấn sâu vào vùng đầm phá và các cửa sông.

  5. Tải lượng ô nhiễm đơn vị từ nước thải sinh hoạt dân cư được tính toán dựa trên cơ sở nào? Tải lượng phát sinh từ dân cư được tính toán theo định mức phát thải hàng năm trên mỗi đầu người dựa trên tài liệu của WHO (1993) và San Diego - McGlone, cụ thể: COD là 26,24 kg/người/năm; BOD là 16,40 kg/người/năm; tổng nitơ (N-T) là 2,20 kg/người/năm; tổng photpho (P-T) là 0,40 kg/người/năm; $N-(NO_3+NO_2)$ là 0,04 kg/người/năm; $N-NH_4^+$ là 1,20 kg/người/năm và $P-PO_4^{3-}$ là 0,12 kg/người/năm.

Kết luận

Luận án tiến sĩ của tác giả đã hệ thống hóa cơ sở lý luận và phương pháp đánh giá sức chịu tải môi trường nước cho hệ đầm phá Tam Giang - Cầu Hai, thủy vực ven bờ lớn nhất Việt Nam. Bằng việc kết hợp đo đạc thực nghiệm 24 giờ liên tục tại hiện trường với công cụ mô hình hóa số trị ba chiều Delft3D, công trình đã mô phỏng thành công động thái lan truyền chất và tính toán định lượng sức tải đối với các hợp chất cacbon, nitơ và photpho theo các ngưỡng quy chuẩn kỹ thuật và ngưỡng an toàn sinh thái. Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học trực tiếp phục vụ công tác quy hoạch phát triển kinh tế - xã hội, cấp phép xả thải và kiểm soát ô nhiễm nhằm bảo vệ bền vững hệ sinh thái đầm phá tỉnh Thừa Thiên Huế.