Tổng quan luận án
Luận án tiến sĩ địa lý với đề tài "Nghiên cứu biến động môi trường trầm tích trong Holocen muộn phục vụ quy hoạch phát triển bền vững khu vực cửa sông Đồng Nai" được thực hiện bởi nghiên cứu sinh Nguyễn Đình Thái, thuộc chuyên ngành Sử dụng và bảo vệ tài nguyên môi trường (mã số: 62851501), dưới sự hướng dẫn khoa học của GS.NGND Trần Nghi và PGS.TS Đặng Văn Bào tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội (năm 2015).
Về tính cấp thiết, hạ lưu sông Đồng Nai là một địa hệ sinh thái vũng vịnh cửa sông Soài Rạp gắn liền với hệ thống lạch triều sông Thị Vải, nơi diễn ra quá trình phá hủy một đồng bằng châu thổ để hình thành một vùng rừng ngập mặn rộng lớn. Khu vực này chịu áp lực nhân sinh lớn khi tiếp nhận khoảng 480.000 m³/ngày nước thải công nghiệp từ hơn 10.000 doanh nghiệp và cơ sở sản xuất thuộc 56 khu công nghiệp, khu chế xuất trên toàn lưu vực (theo thống kê năm 2008). Đồng thời, lưu vực là nơi cư trú của 8,4 triệu người thuộc 77 khu đô thị với lượng nước thải sinh hoạt lớn, kết hợp với chất thải từ khai thác khoáng sản, làng nghề, y tế và nông nghiệp. Kết quả thanh tra của Bộ Tài nguyên và Môi trường năm 2008 và 2009 ghi nhận một đoạn sông Thị Vải dài khoảng 11 km ở thượng nguồn bị suy thoái nghiêm trọng, biến thành dòng nước không còn sự sống sinh học thông thường do ô nhiễm từ chế biến mủ cao su, tinh bột sắn, xi mạ và dệt nhuộm.
Khoảng trống nghiên cứu được tác giả chỉ rõ: các chương trình quan trắc quốc gia và địa phương trước đây chỉ dừng lại ở việc đánh giá hiện trạng chất lượng môi trường và khí tượng thủy văn cơ bản. Chưa có công trình nào tiếp cận bản chất và quy luật tiến hóa của quá trình biến động môi trường trầm tích cũng như mối quan hệ thủy - thạch động lực như nguyên nhân chi phối sự lan truyền, tích tụ chất ô nhiễm, xác định ngưỡng chịu tải môi trường và hỗ trợ phân vùng không gian quy hoạch.
Mục tiêu chính của luận án gồm ba nội dung:
- Xác định biến động môi trường trầm tích khu vực hạ lưu sông Đồng Nai theo phạm vi không gian và thời gian trong Holocen muộn.
- Làm rõ nguyên nhân, cơ chế lan truyền, tích tụ và vận chuyển các chất gây ô nhiễm hiện đại dựa trên các nghiên cứu về thủy - thạch động lực.
- Xây dựng các giải pháp định hướng trong quy hoạch phát triển bền vững nhằm giảm thiểu thiệt hại liên quan đến biến đổi khu vực cửa sông.
Nhiệm vụ của luận án được đánh số cụ thể theo văn bản:
- Phân tích và đánh giá các dạng số liệu về điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội và môi trường, đồng thời tiến hành khảo sát thực địa, lấy mẫu trầm tích và nước, khảo sát cảnh quan sinh thái vùng hạ lưu sông Đồng Nai.
- Đánh giá ảnh hưởng của hoạt động thủy - thạch động lực đến sự hình thành và biến đổi, thoái hóa địa hệ khu vực cửa sông Đồng Nai.
- Nghiên cứu biến động môi trường trầm tích theo các mốc thời gian khác nhau trong Holocen.
- Phân tích nguyên nhân và cơ chế tích lũy, lan truyền vật chất gây ô nhiễm môi trường trầm tích và môi trường nước.
- Đề xuất định hướng quy hoạch bền vững và giải pháp khắc phục ô nhiễm cho khu vực nghiên cứu.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
- Đối tượng nghiên cứu: Quy luật biến động môi trường trầm tích, cơ chế thủy - thạch động lực chi phối sự vận chuyển, tích tụ trầm tích và các chất gây ô nhiễm (chất hữu cơ, kim loại nặng) trong môi trường nước và trầm tích đáy.
- Phạm vi không gian: Giới hạn từ điểm hợp lưu giữa sông Đồng Nai và sông Sài Gòn tại Nam Cát Lái kéo dài ra đến cửa Soài Rạp và hệ thống lạch triều sông Thị Vải đổ ra vịnh Gành Rái. Địa bàn hành chính bao gồm huyện Nhơn Trạch (tỉnh Đồng Nai), huyện Cần Giờ (Thành phố Hồ Chí Minh) và một phần huyện Tân Thành (tỉnh Bà Rịa - Vũng Tàu).
- Phạm vi thời gian: Tập trung vào giai đoạn Holocen muộn (từ 3.000 năm cách ngày nay đến nay, đặc biệt là giai đoạn 1.000 năm trở lại đây) đến giai đoạn Hiện đại; các đợt khảo sát thực nghiệm và lấy mẫu được triển khai từ năm 2007 đến 2011, cùng chuỗi số liệu quan trắc thu thập từ năm 2002 đến năm 2011.
Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án
Về tình hình nghiên cứu trên thế giới, luận án tổng thuật các công trình nghiên cứu cơ bản về hình thái, động lực bờ biển và châu thổ:
- Phân loại hình thái và động lực cửa sông: Khái niệm cửa sông (estuary) của Ketchum (1951), Pritchard (1967) với 4 kiểu hình thái (thung lũng ngập chìm, fjord sông băng ngập chìm, đê cát chắn ngoài, vùng sụt hạ ven bờ); Dionne (1963) phân chia cấu trúc cửa sông thành 3 đới trao đổi nước; Day (1981) và Xaphianov (1987) mở rộng khái niệm cửa sông đầm mặn; Roy (1984) phân loại estuary tại Úc thành 3 dạng; Dalrymple (1992) chuẩn hóa định nghĩa cửa sông hình phễu theo quan điểm địa chất học.
- Động lực châu thổ: Galloway (1975) đề xuất tam giác phân loại châu thổ theo 3 yếu tố động lực thống trị: dòng chảy sông (river-dominated), sóng (wave-dominated) và thủy triều (tidal-dominated). Cửa sông Đồng Nai được đối sánh thuộc nhóm chịu sự chi phối mạnh của thủy triều và có hình thái estuary tương ứng phân loại của Xamoilov (1952).
- Tiến hóa trầm tích châu thổ: Các công trình nghiên cứu cổ điển và hiện đại về châu thổ sông Mississippi của Barrell (1912, 1914), Johnston (1921, 1922), Trowbridge (1930), Russell (1936), Fisk (1944), Hutchison (1989), cùng các nghiên cứu mở rộng của Coleman và Gagliano (1964), Wright và Coleman (1973, 1975), Curray (1969), Elliott (1965, 1986), Mackay (2005) trên các hệ thống sông Rhine, Niger, Mahakam, Hoàng Hà. Chapman (1976, 1978) phân tích điều kiện sinh thái đầm lầy rừng ngập mặn ven bờ.
- Dao động mực nước biển và xói lở đới bờ: Các công trình của Van Straaten (1959), Baeteman (1981), mô hình cân bằng động bãi biển của Bruun (1962), nghiên cứu đường cong dao động mực nước biển Biển Đông của Zhao Shongling (1986), và các chỉ thị xói lở bờ biển của Slaymaker (2003).
Bảng dưới đây tổng hợp các nghiên cứu biến động cửa sông ven biển do ảnh hưởng của mực nước biển dâng trên thế giới được luận án điểm lại:
| Kiểu thay đổi |
Những thay đổi quan sát được |
Vị trí |
Giai đoạn |
Nguồn trích dẫn |
| Xói lở đường bờ |
75% đường bờ cấu tạo bằng cát bị xói lở |
Bờ đông nước Mỹ |
Giữa thế kỷ 19 - 2000 |
Zhang và nnk (2004) |
| Xói lở đường bờ |
Giật lùi đường bờ 0,61 m/năm; 0,94 m/năm |
Louisiana, Mỹ |
1855 - 2002; 1988 - 2002 |
Penland và nnk (2005) |
| Xói lở đường bờ |
Xói lở bãi do mực nước biển dâng, phá rừng ngập mặn |
Fiji |
1960s - 1990s |
Mimura và Nunn (1998) |
| Xói lở đường bờ |
Xói lở do tẩy sạch san hô, phá rừng, khai thác cát |
ĐN Á, Úc, Barbados |
1950 - 2000 |
Wong (2003) |
| Xói lở đường bờ |
19% đường bờ nghiên cứu bị giật lùi |
Eo biển Manitounuk, Canada |
1950 - 1995 |
Beaulieu và Allard (2003) |
| Xói lở đường bờ |
Xói lở bãi do đắp đập sông Nin và giảm lũ |
Alexandria, Ai Cập |
Cuối thế kỷ 20 |
Frihy và nnk (1996) |
| Xói lở đường bờ |
Xói lở bờ biển |
Nước Anh |
1843 đến nay |
Taylor và nnk (2004) |
| Thay đổi đất ngập nước |
Thoái hóa khoảng 1.700 ha đầm lầy; đầm lầy còn lại giảm 1.200 ha |
Vịnh Chesapeake, Mỹ |
1938 - 1989 |
Kearney và nnk (2002) |
| Thay đổi đất ngập nước |
Giảm diện tích đầm lầy mặn do nước biển dâng và con người |
Đảo Dài ở Connecticut, Mỹ |
1920 - 1999 |
Hartig và nnk (2002); Hartig và Gornitz (2004) |
| Thay đổi đất ngập nước |
Mất đất ngập nước do nước biển dâng, khai hoang, động lực triều |
Cửa sông Thêm, Anh |
1850s - 1990s |
Van der Wal và Pye (2004) |
| Thay đổi đất ngập nước |
Tốc độ lấn biển giảm do giảm phù sa từ việc xây đập |
Delta sông Dương Tử, Trung Quốc |
1960s - 2003 |
Yang và nnk (2005) |
Tại Việt Nam, các hướng nghiên cứu liên quan đến vùng hạ lưu sông Đồng Nai gồm:
- Địa chất và địa tầng trầm tích: Các chương trình lập bản đồ địa chất Đệ tứ của Liên đoàn Bản đồ địa chất Miền Nam và Miền Bắc; Bản đồ trầm tích Đệ tứ tỷ lệ 1:1.000.000 của Ngô Quang Toàn và Trần Nghi (2001); Đề án khảo sát thủy - thạch động lực và trầm tích tầng mặt vùng ven bờ Bà Rịa - Vũng Tàu tỷ lệ 1:500.000 của Nguyễn Biểu, Trần Nghi, Đào Mạnh Tiến (1991-1995); nghiên cứu xâm thực và địa chấn lưu vực Đồng Nai - Thị Vải của Huỳnh Thị Minh Hằng (2000-2001); Bản đồ địa chất khoáng sản loạt tờ đồng bằng Nam Bộ tỷ lệ 1:200.000 của Nguyễn Ngọc Hoa và cộng sự; các nghiên cứu tiến hóa đồng bằng sông Cửu Long dựa trên tuổi phóng xạ và lát cắt địa chất của Nguyễn Văn Lập, Tạ Thị Kim Oanh, Tanabe, Tateishi, Kobayashi, Saito (1996-2010); nghiên cứu địa tầng phân tập Cenozoi của Toshiyuki Kitazawa (2006-2007); Đề án 47 do Trần Nghi chủ trì (2012); đề tài KC.09.06/06-10 do Nguyễn Địch Dỹ làm chủ nhiệm (2007-2010); đề tài KC.09.12/06-10 do Nguyễn Kỳ Phùng chủ trì (2007-2010).
- Biến động đường bờ và tai biến bồi xói: Dự án hợp tác Việt Nam - Hà Lan (1994-1996); đề tài KT03-14 của Nguyễn Thanh Ngà; đề tài cấp Nhà nước mã số 5B và KC09-05 của Nguyễn Văn Cư và Phạm Huy Tiến; đề tài KHCN06-08 của Lê Phước Trình; sơ đồ biến động đường bờ Cần Giờ 1928-1997 của Mazda và cộng sự (2002).
- Diễn thế hệ sinh thái rừng ngập mặn Cần Giờ: Các công trình thống kê đa dạng sinh học và thảm thực vật của Phan Nguyên Hồng (2000), nghiên cứu phân vùng sinh thái của Lê Đức Tuấn (2002), và khảo sát bổ sung bò sát - lưỡng cư của Viện Sinh học Nhiệt đới (2006-2008).
- Ô nhiễm môi trường nước và quản lý lưu vực: Các nghiên cứu tài nguyên nước của Nguyễn Thanh Bình và Bouner (1998), Lâm Minh Triết (2003); nghiên cứu ngập úng và thủy văn của Nguyễn Kỳ Phùng, Lê Phước Trình (2000-2002); Đề án bảo vệ môi trường lưu vực hệ thống sông Đồng Nai của Bộ Tài nguyên và Môi trường; đề tài cấp Nhà nước KC.08.18/06-10 (2010) về quản lý tổng hợp tài nguyên nước sông Đồng Nai.
Khoảng trống luận án lựa chọn giải quyết: Nghiên cứu tích hợp giữa tiến hóa môi trường trầm tích trong Holocen muộn với hoạt động thủy - thạch động lực hiện đại; làm sáng tỏ quy luật phân bố địa hóa trầm tích đáy, định lượng mối liên hệ giữa thủy động lực với sự lan truyền, tích tụ các chất ô nhiễm hữu cơ và kim loại nặng; thành lập bản đồ địa hóa môi trường và đánh giá sức chịu tải của hệ thống thủy vực hạ lưu sông Đồng Nai và lạch triều Thị Vải.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu
Luận án dựa trên các cơ sở lý luận và khung khái niệm địa chất - địa mạo:
- Khái niệm tướng trầm tích và môi trường trầm tích theo trường phái của Rukhin và Teodorovic: môi trường trầm tích là nơi diễn ra sự vận chuyển và tích tụ vật liệu; tướng trầm tích là thể địa chất phản ánh điều kiện cổ địa lý qua thành phần thạch học, cổ sinh và đặc trưng địa hóa. Biến động môi trường trầm tích biểu hiện qua sự biến đổi hình thái địa hình đáy, bờ và sự thay đổi tướng trầm tích trong không gian và thời gian.
- Khái niệm phân loại châu thổ theo Galloway (1975), Pritchard (1967) và Dalrymple (1992): phân biệt giữa châu thổ bồi tụ (hình thành trong các pha biển thoái hoặc biển cao LST, HST) và châu thổ phá hủy (hình thành trong pha biển tiến TST do triều hoặc sóng chiếm ưu thế).
- Mô hình cân bằng động của Bruun (1962) giải thích sự tái phân bố trầm tích ven bờ dưới tác động của mực nước biển dâng.
- Năm hướng tiếp cận nghiên cứu: tiếp cận hệ thống, tiếp cận phát triển bền vững, tiếp cận sinh thái học, tiếp cận lịch sử và tiếp cận liên ngành.
Phương pháp nghiên cứu thực địa và thu thập dữ liệu:
- Đo sâu hồi âm: Sử dụng máy tự ghi tự động trên băng giấy Japan F840 với 10 tuyến đo dọc theo các lòng dẫn sông Nhà Bè, Lòng Tàu, Soài Rạp, Đồng Tranh, Thị Vải và một số lạch triều, dựa trên vận tốc truyền sóng âm trong nước 1.500 m/s để xác định địa hình đáy.
- Đo dòng chảy: Đo tốc độ và lưu lượng qua mặt cắt tại tầng mặt và tầng đáy, chu kỳ 3 giờ/lần liên tục trong 24 giờ vào hai thời điểm: mùa khô (tháng 01/2009) và mùa mưa (tháng 09/2009) khi triều lên và triều xuống.
- Lấy mẫu trầm tích và mẫu nước: Thu thập 100 mẫu trầm tích đáy tầng mặt và mẫu ống phóng; 100 mẫu nước tầng mặt và tầng đáy. Sử dụng gầu lấy mẫu của Nhật (lấy 3-5 kg mẫu/lần); hộp trọng lực kích thước 30x50 cm, nặng 300-500 kg để lấy mẫu nguyên dạng không xáo trộn phục vụ phân tích tướng và tuổi; khoan tay bãi triều thu mẫu bùn sét ở độ sâu 1-3 m. Phân tích 20 mẫu bùn đáy tại Trường Đại học Freiburg (Cộng hòa Liên bang Đức).
- Mẫu lỗ khoan tham khảo: Tái sử dụng số liệu các lỗ khoan tại Cần Giờ và Gò Công từ các đề tài cấp Nhà nước trước đó, cùng số liệu quan trắc môi trường giai đoạn 2002-2010 của Bộ Tài nguyên và Môi trường và các Sở Tài nguyên và Môi trường liên quan.
Tiêu chuẩn áp dụng trong công tác lấy mẫu được tổng hợp trong bảng sau:
| STT |
Loại mẫu |
Số hiệu tiêu chuẩn, phương pháp áp dụng |
| 1 |
Mẫu nước sông, suối |
TCVN 6663-6:2008; ISO 5667/6: 1990 (E); APHA 1060 B |
| 2 |
Mẫu nước ao hồ |
TCVN 5994: 1995; ISO 5667/4: 1987 |
| 3 |
Mẫu phân tích vi sinh |
ISO 19458 |
| 4 |
Mẫu trầm tích đáy |
TCVN 6663/15: 2004; ISO 5667/15: 1999 |
Các phương pháp phân tích trong phòng thí nghiệm và xử lý số liệu:
- Phương pháp địa mạo:
- Phân tích hình thái - động lực: phân tích mối quan hệ nhân quả giữa hướng di chuyển doi cát, bar cát với trường sóng và dòng triều.
- Phân tích trắc lượng hình thái: phân loại độ nghiêng bề mặt địa hình gồm nghiêng (tgα > 0,01), nghiêng thoải (tgα = 0,01 - 0,001), hơi nghiêng (tgα = 0,001 - 0,0001) và gần nằm ngang (tgα < 0,0001).
- Phân tích hình thái - thạch học: xác định mối liên hệ giữa độ dốc bãi và đường kính hạt trung bình Md: độ dốc 2° tương ứng Md = 0,12 mm; 8° tương ứng Md = 0,5 mm; 12° tương ứng Md = 2 mm; 15° tương ứng Md = 5 mm; ≥ 20° tương ứng Md = 64 mm.
- Phân tích độ hạt: Sử dụng đường cong phân bố độ hạt để xác định cơ chế vận chuyển và môi trường lắng đọng trầm tích.
- Phân tích hóa học và địa hóa: Xác định pH, Eh, DO, BOD, COD, hợp chất nitơ, photpho và hàm lượng các kim loại nặng (Fe tổng số, Pb, Cd, Mn, Mg, Ni). So sánh hàm lượng với ngưỡng tác động TEL (Threshold Effect Levels) và ngưỡng có thể chịu tác động PEL (Probable Effect Levels).
- Xử lý thống kê đa biến: Ứng dụng kỹ thuật phân tích thành phần chính PCA (Principal Component Analysis) và phân tích cụm CA (Cluster Analysis) để phân nhóm chất ô nhiễm và xác định nguồn thải.
- Viễn thám và GIS: Giải đoán và chồng xếp ảnh vệ tinh, ảnh hàng không đa thời gian để tính toán mức độ dịch chuyển đường bờ và biến động lòng dẫn.
Nội dung chính theo từng chương
Chương 1: Cơ sở lý luận và phương pháp nghiên cứu biến động môi trường trầm tích
Chương 1 hệ thống hóa khung lý thuyết về phân loại hình thái cửa sông, tướng và môi trường trầm tích. Luận án phân tích chi tiết các tiêu chí phân biệt giữa vùng châu thổ bồi tụ (hình thành trong điều kiện tốc độ lắng đọng lớn hơn tốc độ tạo không gian chứa) và châu thổ phá hủy (hình thành do biển lấn, dòng triều mạnh bào mòn mạng lưới sông rạch). Chương này thiết lập cơ sở xác định cửa sông Đồng Nai là một cấu trúc estuary ngập chìm điển hình, có nguồn gốc từ một đồng bằng châu thổ bị phá hủy. Tác giả trình bày tổng quan lịch sử nghiên cứu quốc tế và Việt Nam về trầm tích Đệ tứ, dao động mực nước biển và diễn thế rừng ngập mặn. Đồng thời, chương 1 chi tiết hóa toàn bộ hệ phương pháp khảo sát thực địa (đo sâu hồi âm, đo dòng triều, khoan lấy mẫu đáy) và hệ phương pháp phân tích phòng thí nghiệm theo các quy chuẩn hiện hành.
Chương 2: Các nhân tố tác động đến sự biến động môi trường trầm tích khu vực cửa sông Đồng Nai
Chương 2 phân tích nhóm nhân tố tự nhiên và nhân sinh tác động đến sự tiến hóa của khu vực:
- Dao động mực nước biển sau pha cực đại Flandrian: Trình bày các vết lộ ngấn biển cổ tại Hà Tiên, Phú Quốc và các thế hệ đường bờ cổ ven biển Nam Bộ; xác định pha biển thoái sau cực đại cách đây khoảng 5.000 - 3.000 năm tạo lập đồng bằng châu thổ cổ, tiếp nối bởi pha mực nước dâng chậm lại trong 1.000 năm qua dẫn đến quá trình ngập chìm và xâm thực sâu.
- Cấu trúc địa chất - kiến tạo và địa mạo: Tác động của các đứt gãy kiến tạo hiện đại, hoạt động sụt lún không đều tạo điều kiện cho triều truyền sâu vào nội địa; địa hình trũng thấp chi phối phân bố các nhánh lạch triều.
- Đặc điểm thủy văn và hải văn ven bờ: Lưu lượng dòng chảy mùa mưa và mùa khô từ lưu vực Đồng Nai - Sài Gòn; chế độ bán nhật triều không đều của Biển Đông với biên độ triều lớn (vượt quá 4 m), đóng vai trò động lực chính vận chuyển vật liệu và khoét sâu các lòng dẫn.
- Khí hậu và khí tượng: Phân tích các chuỗi số liệu nhiệt độ, độ ẩm, số giờ nắng, lượng mưa phân bố không đều theo mùa và tốc độ gió, tác động đến dòng chảy tràn và sự rửa trôi bề mặt lưu vực.
- Tác động kinh tế - xã hội: Quá trình đô thị hóa, gia tăng dân số, sự phân bố của các khu công nghiệp, cơ sở tiểu thủ công nghiệp và nuôi trồng thủy sản ven bờ trực tiếp làm thay đổi đường bờ và xả thải vào lưu vực.
Chương 3: Biến động môi trường trầm tích khu vực cửa sông Đồng Nai giai đoạn Holocen muộn
Chương 3 tập trung làm rõ diễn biến môi trường trầm tích theo thang thời gian địa chất và phân bố không gian:
- Tiến hóa theo thời gian:
- Giai đoạn Holocen sớm - giữa: Trầm tích biển tiến cực đại với các tướng sét vũng vịnh, đầm lầy chứa than bùn ($Q_2^{1-2}$).
- Giai đoạn Holocen muộn: Chuyển tiếp từ đồng bằng tích tụ châu thổ sang quá trình phá hủy do triều trong 1.000 năm trở lại đây. Tác giả phân tích các lát cắt địa chất bộc lộ ranh giới giữa trầm tích bột sét sông - biển hiện đại ($amQ_2^3$) phủ trên hoặc tiếp xúc với sét xám xanh biển vũng vịnh ($mQ_2^{1-2}$) tại vách xói lở sông Lòng Tàu và Soài Rạp, cùng sự xuất hiện của kết vón laterit ($mQ_1^{3b}$) lẫn cát mịn đáy sông Đồng Tranh.
- Xây dựng bản đồ tướng đá - cổ địa lý tại hai thời điểm then chốt: 3.000 năm và 1.000 năm cách ngày nay.
- Biến đổi trầm tích theo không gian: Phân tích đặc trưng thạch học và độ hạt trầm tích đáy từ hạ lưu sông Đồng Nai đến cửa Soài Rạp và hệ thống sông Thị Vải. Xác định sự phân hóa độ hạt: cát trung đến mịn phân bố tại các đoạn lòng dẫn có tốc độ dòng chảy lớn, bùn sét mịn tích tụ tại các bãi triều rừng ngập mặn và vùng lõm lòng dẫn ít trao đổi nước.
- Biến động địa hình vùng bờ và lòng dẫn: Đánh giá quá trình xói lở - bồi tụ qua tài liệu đo sâu và ảnh viễn thám. Khu vực Cần Giờ có tốc độ xói lở chiếm ưu thế, nhiều đoạn bờ lấn sâu vào đất liền tới 1.000 m; hiện tượng biến đổi lòng dẫn diễn ra phức tạp tại các điểm giao cắt giữa sông Lòng Tàu, Soài Rạp, Đồng Tranh và sông Tắc Tài; các hoạt động đào đắp đầm tôm và xây dựng công trình nhân sinh thúc đẩy xói lở cục bộ.
Chương 4: Ô nhiễm môi trường trầm tích khu vực cửa sông Đồng Nai và định hướng giải pháp khắc phục
Chương 4 liên kết số liệu trầm tích học với hiện trạng chất lượng môi trường:
- Địa hóa và ô nhiễm trầm tích: Phân loại trầm tích đáy thành các nhóm dựa trên thành phần hóa học (nhóm trầm tích sét xám xanh và nhóm trầm tích sét xám đen). So sánh hàm lượng các kim loại nặng và chất hữu cơ trong trầm tích đáy với tiêu chuẩn TEL và PEL.
- Hiện trạng ô nhiễm môi trường nước: Đánh giá các thông số ô nhiễm hữu cơ (BOD, COD, suy giảm DO) và hàm lượng kim loại nặng (Fe, Pb, Cd, Mn, Mg, Ni) theo mùa (mùa mưa và mùa khô) trên toàn lưu vực và khu vực cửa sông. Xác định đoạn sông Thị Vải thượng nguồn bị ô nhiễm hữu cơ vượt quy chuẩn nghiêm trọng.
- Mối quan hệ giữa ô nhiễm trầm tích và môi trường nước:
- Cơ chế thủy - thạch động lực: Năng lượng dòng triều chiếm ưu thế tạo ra chuyển động qua lại của khối nước và trầm tích lơ lửng, cản trở quá trình tự làm sạch; các chất ô nhiễm bám dính vào hạt mịn lắng đọng tại đáy sông và các vùng nước tù như sông Đồng Tranh, sau đó bị xáo xới và tái hòa tan khi triều cường hoặc dòng chảy xiết.
- Phân tích PCA và CA: Kết quả phân tích thống kê đa biến chỉ rõ các nguồn gốc phát thải chính gây ô nhiễm chất hữu cơ và kim loại nặng từ khu vực công nghiệp và đô thị thượng lưu.
- Đánh giá sức chịu tải: Tính toán khả năng tiếp nhận nước thải của từng đoạn sông theo giờ dựa trên các thông số ô nhiễm chính.
- Định hướng giải pháp: Đề xuất khung quy hoạch không gian tổng thể khu vực hạ lưu cửa sông; phân vùng chức năng môi trường (vùng bảo tồn sinh thái rừng ngập mặn Cần Giờ, vùng chỉnh trị lòng dẫn, vùng hạn chế xả thải công nghiệp tại sông Thị Vải); các giải pháp phi công trình (kiểm soát nguồn thải KCN, giám sát tự động) và giải pháp kỹ thuật chỉnh trị dòng chảy.
Kết quả và những đóng góp mới
Hai luận điểm bảo vệ của luận án:
- Luận điểm 1: Môi trường trầm tích khu vực cửa sông Đồng Nai có sự biến động mạnh trong Holocen muộn, đặc biệt từ 1.000 năm trở lại đây, trong đó sự dâng cao mực nước biển, các hoạt động của thủy triều, sóng biển và hoạt động nhân sinh là nguyên nhân chính dẫn tới phá hủy địa hình cổ trong phạm vi toàn lưu vực.
- Luận điểm 2: Ô nhiễm môi trường khu vực cửa sông Đồng Nai có sự gia tăng do ảnh hưởng của điều kiện tự nhiên (hệ thống lạch triều không còn khả năng tự làm sạch) và xu thế tích dồn các chất ô nhiễm do các hoạt động nhân sinh.
Những đóng góp mới của công trình:
- Về mặt lý luận và khoa học:
- Làm rõ quy luật phát triển và biến động môi trường trầm tích khu vực hạ lưu sông Đồng Nai theo thời gian và không gian trong Holocen muộn (từ 3.000 năm đến nay) dưới sự chi phối của dao động mực nước biển. Luận giải chi tiết cơ chế phá hủy đồng bằng châu thổ cổ thành địa hệ cửa sông hình phễu (estuary) do năng lượng dòng triều chiếm ưu thế.
- Thiết lập mối quan hệ nhân quả giữa hoạt động thủy - thạch động lực với quy luật lan truyền, tích lũy các chất ô nhiễm hữu cơ và kim loại nặng trong môi trường nước và trầm tích đáy hệ lạch triều sông Thị Vải và cửa sông Đồng Nai.
- Về mặt thực tiễn:
- Cung cấp tập dữ liệu đo đạc thực nghiệm về địa hình đáy, đặc trưng độ hạt, địa hóa môi trường nước và trầm tích tầng mặt giai đoạn 2007-2011; thành lập các bản đồ tướng đá - cổ địa lý (giai đoạn 3.000 năm và 1.000 năm B.P), bản đồ thủy - thạch động lực và bản đồ địa hóa môi trường khu vực hạ lưu.
- Đánh giá sức chịu tải môi trường nước cho các đoạn sông chính, làm luận cứ khoa học trực tiếp cho công tác quy hoạch không gian phát triển kinh tế - xã hội bền vững, quy hoạch phân vùng chức năng và đề xuất giải pháp giảm thiểu ô nhiễm cho các tỉnh Đồng Nai, Bà Rịa - Vũng Tàu và Thành phố Hồ Chí Minh.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
Dựa trên các nội dung văn bản đề cập, luận án tồn tại một số điểm giới hạn:
- Thiết bị khoan tay bãi triều bị hạn chế về độ sâu thu mẫu (chỉ đạt 1-3 m) và mẫu trầm tích ở tầng sâu dễ bị xáo trộn kiến trúc ban đầu; tại các vị trí đáy sông lộ sét dẻo tuổi Holocen giữa hoặc kết vón laterit Pleistocen muộn, gầu lấy mẫu không thu thập được đủ khối lượng mẫu định lượng.
- Công tác giải đoán đường bờ đa thời gian bằng ảnh viễn thám còn có sự phân kỳ nhất định về kết quả giữa các nghiên cứu trước do khác biệt về độ phân giải ảnh và thời điểm mực nước triều khi chụp.
- Luận án chưa định lượng hóa hoàn toàn lượng tồn lưu tuyệt đối của toàn bộ các chất ô nhiễm tích tụ trong trầm tích sông Thị Vải qua các năm, và chưa xây dựng mô hình chỉnh trị thủy lực chi tiết riêng biệt cho từng nhánh lạch triều cấp nhỏ.
- Hướng nghiên cứu tiếp theo cần mở rộng mạng lưới khoan sâu lấy mẫu phân tích tuổi tuyệt đối OSL và $^{14}C$ đa tầng, kết hợp mô phỏng số trị 3 chiều độ phân giải cao về trường thủy lực và vận chuyển trầm tích lơ lửng phục vụ giám sát ô nhiễm trực tuyến.
Giá trị tham khảo
Luận án là tài liệu tham khảo cho các đối tượng chuyên môn sau:
- Nghiên cứu sinh, học viên cao học và giảng viên chuyên ngành Địa lý tự nhiên, Trầm tích học, Địa mạo, Địa lý môi trường và Hải dương học: Luận án cung cấp phương pháp tiếp cận liên ngành kết hợp giữa thạch học trầm tích, cổ địa lý với động lực học cửa sông và hóa học môi trường. Các phần đáng tham khảo gồm: Chương 1 (phương pháp luận phân loại châu thổ và tiêu chuẩn lấy mẫu) và Chương 3 (phương pháp thành lập bản đồ tướng đá - cổ địa lý).
- Các nhà quản lý môi trường, chuyên viên quy hoạch đới bờ tại Chi cục Bảo vệ Môi trường, Sở Tài nguyên và Môi trường Thành phố Hồ Chí Minh, Đồng Nai, Bà Rịa - Vũng Tàu: Có thể khai thác trực tiếp số liệu Chương 4 về sức chịu tải môi trường nước, phân bố tích tụ kim loại nặng đáy sông và bản đồ địa hóa môi trường để thẩm định đánh giá tác động môi trường của các dự án công nghiệp, cảng biển và nạo vét luồng tàu.
- Các đơn vị tư vấn quy hoạch đô thị và thủy lợi: Tham khảo số liệu trắc diện đáy lòng dẫn, hiện trạng xói lở bờ biển Cần Giờ và các khuynh hướng biến động lòng sông để thiết kế các công trình bảo vệ bờ và phân kỳ khai thác không gian mặt nước.
Câu hỏi thường gặp
1. Phân loại hình thái của vùng hạ lưu cửa sông Đồng Nai được xác định theo mô hình quốc tế nào?
Luận án căn cứ vào mô hình tam giác động lực của Galloway (1975) và tiêu chí phân loại của Pritchard (1967), Dalrymple (1992) để xác định cửa sông Đồng Nai là kiểu châu thổ bị phá hủy do triều chiếm ưu thế (tidal-dominated estuary), có cấu trúc dạng hình phễu ngập chìm, biên độ triều cao (trên 4 m) và không có sự đền bù trầm tích lục địa đầy đủ. Xếp loại này trùng khớp với phân loại hình thái của Xamoilov (1952).
2. Quá trình biến đổi từ đồng bằng châu thổ sang địa hệ cửa sông hình phễu diễn ra vào thời gian nào và do nguyên nhân nào?
Quá trình này diễn ra chủ yếu trong 1.000 năm trở lại đây. Nguyên nhân chính là sự kết hợp giữa dao động dâng cao của mực nước biển tương đối sau pha biển thoái, hoạt động sụt lún kiến tạo địa phương, biên độ thủy triều mạnh gây xói sâu lòng dẫn và sự thiếu hụt bồi tích sông bù đắp, dẫn đến phá hủy đồng bằng châu thổ tích tụ trước đó để biến thành hệ thống lạch triều và đầm lầy rừng ngập mặn Cần Giờ.
3. Khối lượng mẫu vật thực địa và thiết bị khảo sát đáy được triển khai như thế nào?
Tác giả đã thu thập 100 mẫu trầm tích đáy tầng mặt và ống phóng (sử dụng gầu lấy mẫu của Nhật Bản và hộp trọng lực 30x50 cm, nặng 300-500 kg); 100 mẫu nước tầng mặt và đáy; 20 mẫu bùn đáy gửi phân tích tại Đại học Freiburg (Đức); khoan tay bãi triều sâu 1-3 m; đo sâu 10 tuyến bằng máy đo sâu hồi âm tự động Japan F840; đo dòng chảy 24 giờ liên tục (chu kỳ 3 giờ/lần) trong mùa mưa và mùa khô năm 2009.
4. Kỹ thuật thống kê nào được sử dụng để phân tích dữ liệu ô nhiễm môi trường?
Luận án sử dụng phương pháp phân tích thành phần chính PCA (Principal Component Analysis) và phân tích cụm CA (Cluster Analysis) để xử lý tập số liệu quan trắc nhiều năm. Kỹ thuật này giúp phân nhóm các chất ô nhiễm hữu cơ và kim loại nặng (Fe, Cd, Mn, Mg, Pb, Ni), từ đó truy nguyên mối liên hệ giữa các điểm quan trắc với các nguồn phát thải công nghiệp và sinh hoạt trong lưu vực.
5. Luận án áp dụng tiêu chí định lượng nào để phân loại độ nghiêng địa hình và kích thước hạt bãi bồi?
Tác giả dựa vào phương pháp trắc lượng hình thái chia độ nghiêng thành 4 cấp: nghiêng (tgα > 0,01), nghiêng thoải (tgα = 0,01 - 0,001), hơi nghiêng (tgα = 0,001 - 0,0001) và gần nằm ngang (tgα < 0,0001). Về tương quan thạch học, độ dốc bãi bồi liên hệ trực tiếp với đường kính hạt trung bình: dốc 2° ứng với Md = 0,12 mm; 8° ứng với Md = 0,5 mm; 12° ứng với Md = 2 mm; 15° ứng với Md = 5 mm; và ≥ 20° ứng với Md = 64 mm.
Kết luận
Luận án của nghiên cứu sinh Nguyễn Đình Thái đã làm rõ lịch sử tiến hóa và quy luật biến động môi trường trầm tích hạ lưu sông Đồng Nai trong Holocen muộn, xác định bản chất của khu vực là một địa hệ châu thổ bị phá hủy chuyển dần sang cửa sông hình phễu chịu chi phối bởi thủy triều. Nghiên cứu chứng minh mối liên hệ giữa chế độ thủy - thạch động lực với cơ chế lan truyền, tích tụ các chất ô nhiễm hữu cơ và kim loại nặng trong hệ thống lòng dẫn và trầm tích đáy, đặc biệt tại sông Thị Vải. Các kết quả khảo sát thực nghiệm giai đoạn 2007-2011, hệ thống bản đồ tướng đá - cổ địa lý và đánh giá sức chịu tải môi trường nước cung cấp cơ sở khoa học cho công tác quy hoạch không gian và quản lý phát triển bền vững đới bờ khu vực Đông Nam Bộ.
