Tổng quan luận án

Luận án tiến sĩ địa lý học mang tiêu đề “Nghiên cứu xác lập cơ sở địa lý cho việc sử dụng hợp lý lưu vực vịnh Cửa Lục, tỉnh Quảng Ninh” tập trung giải quyết các vấn đề tương tác giữa điều kiện tự nhiên và hoạt động kinh tế - xã hội tại một lưu vực ven biển có tính chất nhạy cảm môi trường cao.

Tính cấp thiết và khoảng trống nghiên cứu

Lưu vực vịnh Cửa Lục có diện tích tự nhiên khoảng 610 km², bao gồm phần lớn huyện Hoành Bồ, một phần thành phố Hạ Long và thị xã Cẩm Phả. Vịnh Cửa Lục có diện tích mặt nước trung bình khoảng 50 km², là một vịnh nửa kín hoạt động như cửa sông hình phễu, tiếp nhận toàn bộ các dòng chảy mặt từ các sông chính (sông Diễn Vọng, sông Trới, sông Man) và các hồ chứa (hồ Cao Vân, đập Đồng Ho) trước khi đổ ra vịnh Hạ Long qua eo Cửa Lục. Nơi đây đóng vai trò điều tiết chế độ thủy hải văn và là vùng đệm sinh thái của Di sản thiên nhiên thế giới vịnh Hạ Long.

Những năm gần đây, khu vực xung quanh vịnh Cửa Lục trở thành trọng điểm phát triển kinh tế với hàng loạt dự án hạ tầng lớn: cảng nước sâu Cái Lân, cảng dầu B12, tuyến đường sắt Hạ Long - Cái Lân, cầu Bãi Cháy, cầu Bang, khu công nghiệp Cái Lân, khu công nghiệp Việt Hưng, các nhà máy xi măng, nhà máy nhiệt điện, các khu đô thị mới ven bờ (Cao Xanh - Hà Khánh), cùng với sự gia tăng công suất khai thác than đá (bể than Hòn Gai) và khai thác đất sét làm vật liệu xây dựng (khu vực Giếng Đáy - Hà Khẩu).

Tác giả luận án chỉ ra khoảng trống nghiên cứu: các nghiên cứu trước đây chủ yếu tiếp cận theo từng bộ phận đơn lẻ, kiểm kê nguồn thải cục bộ hoặc đánh giá địa chất - sinh thái tách rời. Chưa có công trình nào nghiên cứu địa lý tổng hợp kết hợp giữa cách tiếp cận lưu vực và phân tích cấu trúc cảnh quan nhằm theo dõi dòng luân chuyển vật chất (xói mòn, rửa trôi từ sườn dốc lưu vực đổ về và quá trình bồi tụ - xói lở đáy vịnh). Tình trạng khai thác đất đá và san nền đô thị đã đẩy quá trình xói mòn và bồi lắng lên mức đột biến, đe dọa trực tiếp luồng lạch cảng biển nước sâu và làm suy thoái môi trường nước vịnh Cửa Lục cũng như vịnh Hạ Long.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu

Văn bản luận án xác định rõ ràng mục tiêu tổng quát và 4 nhiệm vụ cụ thể:

  • Mục tiêu chính: Xác lập các căn cứ khoa học địa lý tổng hợp về tài nguyên, kinh tế - xã hội và môi trường cho việc hoạch định tổ chức không gian nhằm sử dụng hợp lý tài nguyên và bảo vệ môi trường lưu vực vịnh Cửa Lục, tỉnh Quảng Ninh.
  • Nhiệm vụ 1: Phân tích đặc điểm và vai trò của các yếu tố tự nhiên, kinh tế - xã hội đối với sự hình thành và phát triển cảnh quan khu vực nghiên cứu.
  • Nhiệm vụ 2: Lập bản đồ và xác định các đặc trưng của các cảnh quan lưu vực vịnh Cửa Lục (tỷ lệ 1:50.000).
  • Nhiệm vụ 3: Xác định độ bền vững chống xói mòn của các cảnh quan trên lưu vực và mức độ bồi lắng trong các cảnh quan ngập nước trong vịnh.
  • Nhiệm vụ 4: Đề xuất định hướng tổ chức không gian sử dụng hợp lý các tiểu vùng cảnh quan và bảo vệ môi trường, cùng một số giải pháp thực hiện.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

  • Đối tượng nghiên cứu: Các địa hệ thống cảnh quan trên lưu vực và cảnh quan ngập nước vịnh Cửa Lục; các quá trình động lực di chuyển vật chất (xói mòn sườn dốc, rửa trôi bề mặt, bồi - xói đáy vịnh) và mối quan hệ với các hoạt động nhân sinh.
  • Phạm vi không gian (lãnh thổ): Toàn bộ diện tích lưu vực trên cạn và không gian đất ngập nước vịnh Cửa Lục, nằm trong tọa độ địa lý 106°50’ - 107°15’ Đ và 20°54’47” - 21°15’ B. Ranh giới hành chính gồm 22 xã, phường thuộc 3 đơn vị hành chính của tỉnh Quảng Ninh:
    • Huyện Hoành Bồ: Thị trấn Trới và 8 xã: Sơn Dương, Dân Chủ, Vũ Oai, Hoà Bình, Đồng Lâm, Lê Lợi, Thống Nhất, Kỳ Thượng.
    • Thành phố Hạ Long: 9 phường: Hà Khánh, Cao Xanh, Cao Thắng, Hà Lầm, Yết Kiêu, Trần Hưng Đạo, Bãi Cháy, Giếng Đáy, Hà Khẩu và xã Việt Hưng.
    • Thị xã Cẩm Phả: Một phần địa bàn xã Dương Huy và xã Quang Hanh.
  • Phạm vi thời gian: Sử dụng chuỗi số liệu quan trắc khí tượng thủy văn 50 năm, tài liệu độ sâu đáy vịnh và không ảnh/viễn thám các thời kỳ 1965, 1978, 1989, 1999, 2002 và 2004 - 2005. Tầm nhìn định hướng tổ chức không gian được xác lập đến năm 2010 và định hướng tới năm 2015.
Thông số phạm vi Giá trị và mô tả theo văn bản luận án
Diện tích lưu vực trên cạn Khoảng 610 km²
Diện tích mặt nước vịnh Trung bình khoảng 50 km²
Tọa độ địa lý 106°50’ – 107°15’ kinh độ Đông; 20°54’47” – 21°15’ vĩ độ Bắc
Đơn vị hành chính trực thuộc 22 xã/phường thuộc huyện Hoành Bồ, thành phố Hạ Long, thị xã Cẩm Phả
Giai đoạn dự báo quy hoạch Đến năm 2010 và định hướng đến năm 2015

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Tác giả luận án hệ thống hóa các nhóm công trình nghiên cứu trong và ngoài nước liên quan đến khu vực vịnh Cửa Lục theo 4 hướng chính:

1. Nghiên cứu địa lý tổng hợp và cảnh quan

Trên thế giới, tiếp cận cảnh quan phục vụ quy hoạch môi trường và sử dụng hợp lý tài nguyên được Shishenko P. đề cập chi tiết qua các chỉ số độ bền vững cảnh quan; James K. Lain (2003, Đại học Ohio, Hoa Kỳ) phát triển trong tác phẩm Integrated Environmental Planning. Tại Việt Nam, hướng tiếp cận cảnh quan ứng dụng vào quy hoạch lãnh thổ và quản lý môi trường được triển khai bởi Phạm Quang Anh (1985, 1996, 2002), Đào Thế Tuấn (1984), Nguyễn Văn Trương (1992), Phạm Hoàng Hải (1997), Nguyễn Thành Long và nnk (1992), Nguyễn Thơ Các (1999), Nguyễn Cao Huần và nnk (2002 tại Lào Cai; 2004, 2005, 2006 tại Uông Bí và Cửa Lục), Trương Quang Học và nnk (2004 tại Quảng Bình, Quảng Trị).

2. Nghiên cứu địa chất, địa mạo và tự nhiên lưu vực

Các nghiên cứu địa chất sớm thời kỳ Pháp thuộc được thực hiện bởi J. Deprat, Ch. Jacob, các công trình cổ sinh của J. Patte (1912–1927, 1931 của Sở Địa chất Đông Dương). J. Renaud từng đăng báo cáo trên tạp chí của Hiệp hội Địa lý Paris, khẳng định ưu thế tự nhiên của vịnh Cửa Lục (vịnh Courbet hay Hone-gac) là vịnh nửa kín, luồng lạch sâu và ổn định, thích hợp xây dựng cảng biển nước sâu. Giai đoạn sau năm 1954, các nhà khoa học Việt Nam và Liên Xô cũ như Nguyễn Văn Chiển, Lê Đình Hữu, Phạm Đình Long, Trần Đức Lương, Bùi Phú Mỹ, Phạm Văn Quang, Nguyễn Trường Tri, A. E. Dovjikov, A. Vaxilevxkaia (1971) đã hoàn thiện bản đồ địa chất vùng Hạ Long - Cẩm Phả. Sau khi vịnh Hạ Long trở thành Di sản thế giới (1994), Bộ Khoa học Công nghệ và Môi trường triển khai dự án về ô nhiễm do khai thác than (Đặng Văn Bát và nnk, 1996). Môi trường địa chất hiện đại và địa động lực khu vực được Nguyễn Cẩn, Nguyễn Đình Hoè và nnk (1994), Nguyễn Hữu Cử và nnk (1998), Trần Đức Thạnh (1996, 1998) phân tích sâu. Về khí tượng thủy văn có công trình của Đài Khí tượng Thủy văn (1974, 1999), Nguyễn Văn Tấn (1997); hệ thực vật có nghiên cứu của Nguyễn Khắc Khôi (Viện Sinh thái và Tài nguyên sinh vật).

3. Nghiên cứu chất lượng môi trường nước và tải lượng ô nhiễm

Dự án “Nghiên cứu ô nhiễm môi trường vịnh Hạ Long” do Công ty ESSA (Canada, 1997–1998) tính toán tải lượng ô nhiễm nước (BOD, DO, Coliform, TSS) theo từng lưu vực nhỏ. ESSA từng cho rằng TSS từ rửa trôi lưu vực không phải nguồn chính gây ô nhiễm vịnh Hạ Long, với hàm lượng ven bờ Cửa Lục chỉ 1–2 mg/l, Bãi Cháy 1–2 mg/l, Cái Lân 10 mg/l (thấp hơn giới hạn TCVN 5945-1995 đối với vùng bãi tắm 25 mg/l và nuôi trồng thủy sản 50 mg/l). Tuy nhiên, đến năm 1998, khảo sát của Hoàng Việt và nnk, Nguyễn Xuân Tuyến và nnk (1999), Lưu Quang Diệu và nnk (1999) chỉ ra hàm lượng TSS tại Cửa Lục đã tăng vọt lên 45,7 đến 98,2 mg/l, vượt xa tiêu chuẩn quy định, trong khi hàm lượng kim loại nặng (Zn, Cu, Pb, Cd, Ni, Mn, Fe, As, Hg) vẫn ở dưới ngưỡng cho phép của TCVN 5943-1995. Nghiên cứu quy hoạch môi trường của JICA (1999) đã mô hình hóa sự phát tán chất ô nhiễm và chia khu vực thành 4 phân vùng quản lý.

4. Nghiên cứu xói mòn, rửa trôi và bồi lắng

Hiện tượng trượt lở, xói mòn khe rãnh và dòng lũ bùn đá do đổ thải khai thác than được Đặng Văn Bát (1996), Nguyễn Quang Tuấn (1997), Nguyễn Hữu Cử (1998), Nguyễn Quang Côn (1999) ghi nhận. Nguyễn Quang Tuấn và Trần Đình Lân (2001) xác nhận mảnh vụn than xuất hiện phổ biến trong trầm tích đáy vịnh Cửa Lục và lan ra vịnh Hạ Long. Đến năm 2004, đề tài của Khoa Địa lý - Trường Đại học Khoa học Tự nhiên (Nguyễn Cao Huần và nnk) ứng dụng viễn thám và GIS cảnh báo nguy cơ phá vỡ thế cân bằng bồi - xói ổn định lâu đời của vịnh Cửa Lục. Về quy hoạch lãnh thổ có đề tài cấp Nhà nước KHCN 07/06 của Đặng Trung Thuận (1998), mô hình chỉ số chất lượng môi trường EQI của Đặng Trung Thuận và Trần Yêm (2001), dự án VIE 95/003/1998 về khai thác than lộ thiên, và dự án hợp tác Việt Nam - Bỉ (1997–2000).

Khoảng trống luận án lựa chọn giải quyết

Mặc dù các tài liệu trên cung cấp nhiều dữ liệu thực nghiệm, tác giả luận án nhận thấy các nghiên cứu trước chưa đặt vấn đề xói mòn - bồi lắng trong mối liên kết động lực học giữa lưu vực trên cạn và vực nước ngập mặn dưới vịnh thông qua cấu trúc cảnh quan. Luận án chọn giải quyết việc định lượng tính nhạy cảm xói mòn trên nền địa hình tự nhiên lẫn nhân sinh (bãi thải mỏ than), tính toán tốc độ bồi xói đáy vịnh qua mô hình số độ cao (DEM) đa thời gian, từ đó lấy đơn vị cảnh quan làm cơ sở vạch định không gian phát triển và bảo vệ môi trường.


Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Quan điểm và khung lý thuyết tiếp cận

Văn bản luận án vận dụng đồng bộ 5 quan điểm lý luận địa lý:

  1. Quan điểm hệ thống: Lưu vực vịnh Cửa Lục được xem như một địa hệ thống hoàn chỉnh gồm các hợp phần tự nhiên (nền địa chất, vỏ phong hóa, địa hình, khí hậu, thủy văn, thổ nhưỡng, sinh vật) và hợp phần nhân sinh (con người, hoạt động kinh tế). Mắt xích liên kết hệ thống là chu trình di chuyển vật chất và năng lượng.
  2. Quan điểm tổng hợp: Xem xét tổng thể mọi yếu tố tự nhiên, tài nguyên và kinh tế - xã hội trong phạm vi ranh giới lưu vực; kết hợp giữa địa lý tự nhiên và địa lý nhân văn.
  3. Quan điểm lịch sử: Phân tích sự ổn định tương đối của lưu vực từ thời kỳ biển tiến Flandrian và tính kế thừa qua các giai đoạn biến đổi nhân sinh.
  4. Quan điểm di chuyển vật chất trong thống nhất lãnh thổ: Cấu trúc cảnh quan bên trong lưu vực chi phối trực tiếp dòng vật chất bóc mòn, rửa trôi từ sườn dốc xuống lòng sông suối và bồi tụ tại đáy vịnh.
  5. Quan điểm phát triển bền vững: Kết hợp hài hòa giữa phát triển kinh tế với bảo vệ môi trường, kiểm soát xói mòn, bồi lắng và ô nhiễm nước.
  • Hai tiếp cận cốt lõi: Tiếp cận lưu vực (hệ thống bồn thu nước) kết hợp tiếp cận cảnh quan (coi lưu vực tương đương cấp vùng cảnh quan, phân chia thành các dạng và tiểu vùng cảnh quan).

Quy trình nghiên cứu 2 bước

  • Bước 1: Khảo sát, đánh giá điều kiện tự nhiên, tài nguyên và kinh tế - xã hội; xác định đặc điểm hình thành, cấu trúc cảnh quan và phân chia các tiểu vùng cảnh quan.
  • Bước 2: Phân tích thực nghiệm xói mòn, bồi lắng và ô nhiễm môi trường; phân tích tác động của các quy hoạch phát triển; đề xuất định hướng tổ chức không gian sử dụng hợp lý tài nguyên và giải pháp quản lý xói mòn - bồi lắng theo tiểu vùng cảnh quan.

Phương pháp nghiên cứu cụ thể

  • Phương pháp tổng hợp và phân tích tài liệu: Thu thập, đối chiếu dữ liệu thứ cấp từ các dự án ESSA, JICA, VIE 95/003, các chuỗi số liệu khí tượng thủy văn và quy hoạch phát triển.
  • Phương pháp nghiên cứu địa lý tổng hợp ngoài thực địa:
    • Khảo sát địa mạo, thổ nhưỡng, thảm thực vật theo tuyến và điểm; phỏng vấn dân cư địa phương.
    • Đo vẽ bổ sung địa hình đáy vịnh bằng máy đo sâu hồi âm chuyên dụng Knudsen 320B/P trên các tuyến luồng chính (luồng sông Diễn Vọng, sông Trới, sông Man và Cửa Lục).
    • Quan trắc thực nghiệm xói mòn đất bề mặt bằng phương pháp đóng cọc tại các ô tiêu chuẩn kích thước 10 m x 10 m trong thời gian 1 năm trên các cảnh quan nhân sinh quanh vịnh.
    • Trắc đạc địa mạo khe rãnh xói mòn trên sườn các bãi thải khai thác than: đo đạc trực tiếp chiều rộng bề mặt, chiều rộng đáy, chiều sâu và tiết diện cắt ngang để tính lượng đất đá bị bóc mòn.
    • Quan trắc nền nhiệt - ẩm đồng bộ tại 4 trạm có độ cao khác nhau: (1) Trạm Khí tượng Thủy văn Bãi Cháy; (2) Trạm bãi triều ven biển phía nam thị trấn Trới; (3) Trạm đỉnh Đèo Gió; (4) Trạm trung tâm xã Kỳ Thượng.
  • Phương pháp mô hình hóa tính toán xói mòn:
    • Đánh giá độ bền vững chống xói mòn cảnh quan theo công thức và bảng phân cấp của Shishenko P. (1988).
    • Ứng dụng Phương trình mất đất phổ dụng USLE (Universal Soil Loss Equation) của W. Wischmeier và D. Smith (1965) tích hợp trong hệ thống thông tin địa lý (GIS) để tính toán xói mòn tiềm năng và xói mòn thực tế trên các cảnh quan tự nhiên.
    • Văn bản quy định rõ: Không áp dụng USLE cho cảnh quan khai thác than, mà tính lượng xói lở bãi thải bằng phương pháp đo đạc thực tế khe rãnh địa mạo.
  • Phương pháp viễn thám và GIS nghiên cứu bồi lắng:
    • Sử dụng ảnh vệ tinh Landsat TM (kênh 2) năm 1989 và 2002; bản đồ địa hình UTM năm 1978 (tỷ lệ 1:50.000); hải đồ năm 1989 (tỷ lệ 1:25.000); bình đồ độ sâu luồng năm 2004 (tỷ lệ 1:10.000).
    • Số hóa và xây dựng hai mô hình số độ cao: DEM đáy vịnh Cửa Lục năm 1965 và DEM đáy vịnh năm 2004; chồng xếp lớp bản đồ trên GIS để phân tích không gian phân bố bồi tụ - xói lở và tính toán tốc độ biến đổi địa hình ngập nước.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1. Cơ sở lý luận và phương pháp nghiên cứu

Chương 1 trình bày tổng quan về bối cảnh tự nhiên, kinh tế - xã hội lưu vực vịnh Cửa Lục, phân tích lịch sử nghiên cứu liên quan, xác lập cơ sở khái niệm và hệ phương pháp luận. Tác giả luận giải khái niệm lưu vực vịnh Cửa Lục như một địa hệ thống mở dạng phễu hướng tâm. Lưu vực bao gồm hai phân hệ có quan hệ mật thiết: phần lưu vực sườn đồi núi trên cạn (nơi phát sinh quá trình xâm thực, xói mòn, rửa trôi do nước mưa và hoạt động đào đắp của con người) và phần vịnh ngập nước (nơi tiếp nhận dòng bùn cát, diễn ra các quá trình bồi tụ, xói lở đáy và phân tán chất ô nhiễm).

Chương này khẳng định vai trò cốt lõi của nghiên cứu địa lý tổng hợp phục vụ tổ chức không gian: phải liên kết cấu trúc đứng (các hợp phần tự nhiên - nhân văn tại chỗ) với cấu trúc ngang (dòng vật chất vận chuyển giữa các đơn vị cảnh quan). Tác giả thiết lập quy trình nghiên cứu 2 bước và mô tả chi tiết các phương pháp thu thập dữ liệu, đo đạc trắc địa, phân tích viễn thám Landsat TM và mô hình tính toán mất đất (kết hợp USLE và chỉ số Shishenko P.), làm tiền đề phương pháp cho các chương kế tiếp.

Chương 2. Đặc điểm và vai trò của các điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội đối với sự hình thành cấu trúc cảnh quan và sử dụng lãnh thổ lưu vực vịnh Cửa Lục

Chương 2 phân tích chi tiết nền tảng tự nhiên và các nhân tố kinh tế - xã hội chi phối sự hình thành cảnh quan khu vực:

1. Điều kiện tự nhiên và vai trò nền tảng

  • Địa chất - kiến tạo: Nền rắn gồm các thành tạo từ Ordovic đến Đệ tứ:
    • Hệ tầng Tấn Mài (O3 - S tm): Trầm tích lục nguyên hạt thô (cát kết thạch anh, đá phiến thạch anh - sericit), phân bố phía bắc, kết cấu rắn chắc, ít bị phong hóa bở rời.
    • Hệ tầng Cát Bà (C1cb), Bắc Sơn (C - Pbs), Bãi Cháy (P2bc): Đá vôi carbonat khối tinh khiết vách dốc và đá dăm kết silic xám đen.
    • Hệ tầng Bình Liêu (T2a bl), Nà Khuất (T2 nk): Trầm tích núi lửa, bột kết xám lục, lớp vỏ phong hóa sét dày từ 4 đến 7 m, dễ bị xâm thực phân cắt.
    • Hệ tầng Hòn Gai (T3n - r hg): Phức nếp lõm dạng chậu chứa các vỉa than lớn, gồm cát kết, cuội kết xen bột kết và sét than, kết cấu mềm yếu, rất dễ bị bóc mòn khi bóc phủ bề mặt.
    • Hệ tầng Hà Cối (J1-2 hc), Đồng Ho (N1 đh), Tiêu Giao (N2 tg) và các trầm tích Pleistocen, Holocen hạ - trung, Holocen muộn dạng thềm biển, bãi triều và máng nước sâu.
    • Đới phá hủy kiến tạo: Hệ thống đứt gãy Trung Lương (dọc quốc lộ 18B), đứt gãy Đông Triều, các nhánh trượt thuận Yên Lập - Giếng Đáy, Cái Lân, Bang và đứt gãy Hòn Gai. Chấn tâm động đất nông (<20 km) Hòn Gai (M = 4,6 - 5,0) và Hoành Bồ (M = 4,1 - 4,5).
  • Địa hình: Lưu vực hình phễu với 4 bậc san bằng (800 - 1000 m; 400 - 600 m; 200 - 300 m; 80 - 100 m). Địa hình phân hóa thành: núi thấp phía bắc (600 - 1000 m, dốc >25°, chia cắt 3,5 - 4,5 km/km²), núi thấp 200 - 500 m, đồi bóc mòn lượn sóng (30 - 200 m, phổ biến 100 - 150 m, diện tích 45 km²), địa hình karst kéo dài Quảng La - Sơn Dương - Thống Nhất - Hoà Bình, đồng bằng tích tụ thung lũng giữa núi, cảnh quan ngập nước bãi triều và loại địa hình nhân tạo đặc thù là các sườn bãi thải khai thác than.
  • Khí hậu, thủy - hải văn: Khí hậu nhiệt đới gió mùa ven biển. Mạng lưới sông suối ngắn dốc gồm sông Diễn Vọng, sông Trới, sông Man gom nước vào vịnh Cửa Lục trước khi thoát qua luồng hẹp Bãi Cháy ra biển.

2. Tác động của các hoạt động kinh tế - xã hội

Văn bản phân tích các số liệu thống kê dân số, lao động và sản xuất:

  • Phân bố dân cư không đều, tập trung đông đúc tại dải đồng bằng ven vịnh và trục quốc lộ 18B (thành phố Hạ Long và các khu tập trung thuộc Hoành Bồ).
  • Hoạt động khai thác than lộ thiên và bãi thải đất đá phía đông vịnh Cửa Lục (lưu vực sông Diễn Vọng) gia tăng sản lượng liên tục.
  • Khai thác đất sét công nghiệp tại cụm Giếng Đáy - Hà Khẩu phục vụ các nhà máy gạch ngói gây phá hủy địa hình đồi.
  • San lấp mặt bằng, lấn biển xây dựng hạ tầng khu công nghiệp Cái Lân, khu công nghiệp Việt Hưng, các khu đô thị mới Cao Xanh - Hà Khánh, thi công cầu Bãi Cháy, nạo vét luồng cảng biển nước sâu và cảng B12 làm mất diện tích rừng ngập mặn và giải phóng khối lượng đất đá bở rời khổng lồ.

Chương 3. Đặc điểm cấu trúc cảnh quan lưu vực vịnh Cửa Lục

Chương 3 là phần nghiên cứu thực nghiệm trọng tâm, thể hiện cấu trúc phân hóa cảnh quan và định lượng các quá trình động lực:

1. Hệ thống đơn vị phân hóa cảnh quan

Dựa trên quan điểm phát sinh và hình thái học, tác giả xác định hệ thống phân loại cảnh quan lưu vực gồm các cấp: Hệ cảnh quan -> Nhóm dạng cảnh quan -> Dạng cảnh quan -> Tiểu vùng cảnh quan. Toàn bộ lưu vực được thành lập bản đồ cảnh quan tỷ lệ 1:50.000 với 4 nhóm dạng cảnh quan (NDCQ) chính:

  • NDCQ núi thấp (cấu tạo chủ yếu từ đá trầm tích lục nguyên, rừng kín thường xanh hoặc sườn bóc mòn).
  • NDCQ đồi (đồi bóc mòn lượn sóng, rừng trồng đất dốc, cây công nghiệp, đất trống đồi trọc).
  • NDCQ đồng bằng (đồng bằng tích tụ thung lũng giữa núi, đất nông nghiệp trồng lúa, màu và quần cư nông thôn).
  • NDCQ đất ngập nước (bãi triều, rừng ngập mặn, lạch triều và máng nước sâu vịnh Cửa Lục). Lưu vực được phân chia thành các tiểu vùng cảnh quan (TVCQ) đặc thù làm đơn vị cơ sở cho quy hoạch.

2. Định lượng tính bền vững chống xói mòn và xói mòn khe rãnh bãi thải

  • Áp dụng phương pháp Shishenko P. phân cấp các cảnh quan theo mức độ bền vững chống xói mòn: xác định các cảnh quan rừng tự nhiên có tính bền vững cao nhất, trong khi cảnh quan đồi cây bụi thưa và sườn dốc canh tác có tính bền vững kém.
  • Ứng dụng mô hình USLE tính toán xói mòn tiềm năng và xói mòn thực tế trên các đơn vị cảnh quan tự nhiên, ước tính tổng lượng đất bị xói mòn trên các tiểu vùng và các lưu vực sông chính (sông Diễn Vọng, sông Trới, sông Man).
  • Quan trắc thực tế xói mòn khe rãnh trên sườn các bãi thải khai thác than năm 2005 (khu vực mỏ than Núi Béo và lân cận): trắc đạc hình thái cho thấy sườn bãi thải đất đá than là nơi có cường độ bóc mòn mãnh liệt nhất, lượng đất đá trôi dạt từ các khe rãnh bãi thải chiếm tỷ trọng áp đảo so với xói mòn mặt trên toàn lưu vực.

3. Biến động cảnh quan ngập nước và bồi - xói đáy vịnh Cửa Lục (1965 - 2004)

  • Phân tích ảnh vệ tinh Landsat TM (1989, 2002) và hải đồ/bản đồ địa hình chỉ ra diện tích mặt nước vịnh Cửa Lục bị thu hẹp đáng kể, diện tích rừng ngập mặn và bãi triều suy giảm nghiêm trọng do san lấp đô thị, đắp đầm nuôi thủy sản và bồi lấp cửa sông (đặc biệt tại khu vực Hà Khánh và cửa sông Diễn Vọng).
  • So sánh mô hình số độ cao DEM đáy vịnh năm 1965 và DEM năm 2004:
    • Tác giả thành lập sơ đồ phân bậc độ sâu, sơ đồ phân bố các khu vực bồi tụ - xói lở và sơ đồ tốc độ bồi/xói trung bình năm thời kỳ 1965 - 2004.
    • Văn bản chỉ ra rằng nếu như trước đây vịnh Cửa Lục là cửa sông hình phễu có quá trình xói lở đáy chiếm ưu thế (giúp luồng lạch luôn sâu), thì giai đoạn 1965 - 2004, dưới tác động của đất đá thải mỏ than và san nền, quá trình bồi tụ đã phát triển lấn át tại nhiều khu vực, làm nông hóa đáy vịnh và bồi lấp luồng hàng hải.
  • Ô nhiễm môi trường: Hàm lượng bụi cao tại khai trường khai mỏ Núi Béo; hàm lượng chất rắn lơ lửng (TSS) và độ đục trong nước vịnh biến đổi mạnh theo mùa (giai đoạn 1999 - 2002), chất lượng nước suy giảm rõ rệt vào mùa mưa do tải lượng đất đá bồi lắng từ các sông đổ về.

Chương 4. Định hướng tổ chức không gian sử dụng hợp lý tài nguyên và bảo vệ môi trường theo các tiểu vùng cảnh quan

Chương 4 hiện thực hóa các căn cứ khoa học vào quy hoạch sử dụng không gian:

  • Phân tích mâu thuẫn sử dụng tài nguyên: Tác giả chỉ ra các xung đột gay gắt giữa khai thác khoáng sản (than, sét) với bảo tồn rừng đầu nguồn và cảnh quan du lịch; giữa san lấp mở rộng đô thị, khu công nghiệp với bảo vệ rừng ngập mặn và an toàn luồng lạch cảng biển Cái Lân; nguy cơ ô nhiễm nguồn nước sinh hoạt hồ Cao Vân và ô nhiễm nước vịnh Hạ Long.
  • Tiêu chí và chỉ tiêu môi trường: Thiết lập các tiêu chí bảo vệ môi trường chung cho toàn lưu vực và hệ thống tiêu chí cấp bách riêng biệt cho từng tiểu vùng cảnh quan.
  • Định hướng tổ chức không gian đến năm 2010 và định hướng 2015:
    • Phân định các không gian ưu tiên (KGƯT): Vùng bảo vệ nghiêm ngặt rừng phòng hộ đầu nguồn và Khu bảo tồn thiên nhiên Đồng Sơn - Kỳ Thượng; Vùng hạn chế và từng bước đóng cửa các mỏ than lộ thiên, chuyển sang khai thác hầm lò; Vùng bảo vệ và phục hồi hành lang rừng ngập mặn ven vịnh.
    • Định hướng phân bố không gian công nghiệp, kho bãi cảng biển Cái Lân và khu đô thị hóa tập trung theo hướng tránh bồi lấp dòng chảy tự nhiên.
  • Nội dung quy hoạch cảnh quan sau khai thác than: Đề xuất giải pháp cải tạo địa hình sườn tầng bãi thải mỏ than, xây dựng hệ thống rãnh gom nước, đập ngăn bùn đá và phủ xanh sinh học để triệt tiêu nguồn phát sinh xói mòn khe rãnh.
  • Khung quản lý tổng hợp và thống nhất lưu vực: Đề xuất mô hình thể chế điều phối liên ngành, kết hợp hành chính giữa huyện Hoành Bồ, thành phố Hạ Long và thị xã Cẩm Phả dưới sự quản lý thống nhất của tỉnh Quảng Ninh để giám sát xói mòn, bùn cát và chất lượng nước.

Kết quả và những đóng góp mới

Những đóng góp mới về mặt khoa học (lý luận)

  1. Cách tiếp cận tổng hợp: Lần đầu tiên nghiên cứu lưu vực vịnh Cửa Lục một cách toàn diện trên quan điểm kết hợp giữa tiếp cận quản lý lưu vực và phân tích cảnh quan học, đặt trọng tâm vào việc lượng hóa dòng di chuyển vật chất thông qua quá trình xói mòn, rửa trôi đất và bồi lắng đáy vịnh.
  2. Cơ sở dữ liệu cảnh quan chuyên đề: Xác định được quy luật phân hóa, cấu trúc đứng và cấu trúc ngang của cảnh quan lưu vực; thành lập bản đồ cảnh quan lưu vực vịnh Cửa Lục ở tỷ lệ 1:50.000 kèm theo hệ thống phân loại khoa học.
  3. Lượng hóa tính nhạy cảm xói mòn và biến động đáy vịnh: Đánh giá có cơ sở khoa học về độ nhạy cảm xói mòn trên các cảnh quan tự nhiên và cảnh quan nhân sinh sau khai thác than; ứng dụng thành công công nghệ GIS và phân tích dữ liệu đa thời gian (DEM 1965 và DEM 2004) để tính toán định lượng tốc độ bồi - xói của cảnh quan ngập nước vịnh Cửa Lục.

Những đóng góp mới về mặt thực tiễn

  1. Cơ sở khoa học cho quy hoạch không gian: Cung cấp hệ thống luận cứ địa lý phục vụ việc phân vùng chức năng, hoạch định tổ chức không gian khai thác tài nguyên gắn với bảo vệ môi trường lưu vực đến năm 2010 và định hướng đến năm 2015.
  2. Giải pháp kỹ thuật kiểm soát xói mòn bãi thải than: Đề xuất quy trình cụ thể về quy hoạch, cải tạo cảnh quan sau khai thác than và các biện pháp trắc địa - công trình nhằm chủ động ngăn chặn dòng bùn đá, sạt lở từ sườn bãi thải mỏ than xuống lưu vực sông Diễn Vọng và vịnh Cửa Lục.
  3. Khung quản lý tổng hợp lưu vực: Đề xuất khung cơ chế quản lý tổng hợp và thống nhất lưu vực vịnh Cửa Lục, tạo tiền đề kiểm soát ô nhiễm xuyên ranh giới hành chính, góp phần bảo tồn Di sản thiên nhiên thế giới vịnh Hạ Long.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Căn cứ vào giới hạn khoa học và phạm vi nghiên cứu được tác giả trình bày trong luận án, một số điểm hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp được xác định:

  • Hạn chế:
    • Mô hình mất đất phổ dụng USLE chỉ áp dụng tính toán cho các cảnh quan sườn tự nhiên, chưa tích hợp được trực tiếp các thông số xói mòn đặc thù của cảnh quan nhân sinh khai trường than lộ thiên mà phải thông qua trắc đạc khe rãnh ngoài thực địa.
    • Chuỗi dữ liệu quan trắc thực nghiệm đóng cọc xói mòn trên một số cảnh quan quanh vịnh mới được thực hiện tập trung trong thời gian 01 năm, đòi hỏi chuỗi thời gian dài hơn để chuẩn hóa các biến thiên thời tiết cực đoan.
    • Phạm vi số liệu đo sâu hồi âm đáy vịnh tập trung chủ yếu vào các tuyến luồng hàng hải chính (sông Diễn Vọng, sông Trới, sông Man, luồng Cửa Lục), mật độ đo tại các vùng bãi triều nông phụ thuộc vào tài liệu giải đoán ảnh viễn thám.
  • Hướng nghiên cứu tiếp:
    • Tiếp tục xây dựng mô hình toán động lực học trầm tích chi tiết nhằm mô phỏng lan truyền bùn cát từ các bãi thải mỏ than trong điều kiện mưa lũ bão cực đoan.
    • Mở rộng nghiên cứu cơ chế bồi lắng và hấp phụ chất ô nhiễm độc hại trong trầm tích đáy vịnh Cửa Lục đối với vùng lõi Di sản vịnh Hạ Long.

Giá trị tham khảo

Luận án là tài liệu tham khảo học thuật và thực tiễn hữu ích cho các đối tượng chuyên môn:

  • Đối với các cơ quan quản lý nhà nước và hoạch định chính sách: Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Quảng Ninh, Ban Quản lý vịnh Hạ Long, Sở Xây dựng, UBND thành phố Hạ Long, UBND huyện Hoành Bồ và Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam. Luận án cung cấp căn cứ trực tiếp để thẩm định các báo cáo đánh giá tác động môi trường (ĐTM), quy hoạch đổ thải mỏ than, quy hoạch các khu công nghiệp ven bờ và quản lý luồng lạch hàng hải cảng Cái Lân.
  • Đối với nghiên cứu sinh, học viên cao học và giảng viên: Chuyên ngành Địa lý tự nhiên, Quản lý tài nguyên và môi trường, Địa mạo và Địa sinh thái. Chương 1 và Chương 3 là tài liệu tham khảo tiêu biểu về phương pháp luận kết hợp phân tích cảnh quan với quản lý lưu vực, quy trình ứng dụng GIS xây dựng mô hình số độ cao DEM đáy biển đa thời kỳ và phương pháp tính toán xói mòn sườn dãi thải mỏ.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao nói lưu vực vịnh Cửa Lục có cấu trúc hình phễu và điều này chi phối dòng vật chất ra sao?

Theo Chương 2 của luận án, địa hình lưu vực được bao bọc bởi các dãy núi thấp ở phía bắc chạy theo phương á vĩ tuyến, kết hợp với dãy núi Chùa Lôi (cao 500 - 600 m) ở phía tây chạy theo hướng tây bắc - đông nam và dãy núi Giáp Khẩu (cao 200 - 300 m) ở phía đông chạy theo hướng đông bắc - tây nam. Cấu trúc này tạo thành một bồn thu nước hình phễu khổng lồ rộng khoảng 610 km², dồn toàn bộ dòng chảy mặt từ các con sông chính (sông Diễn Vọng, sông Trới, sông Man) đổ hội tụ về vịnh Cửa Lục (rộng 50 km²) trước khi thoát qua eo Cửa Lục hẹp ra vịnh Hạ Long. Do đó, toàn bộ đất đá bị xói mòn, rửa trôi từ các vùng đồi núi và bãi thải mỏ đều tích tụ trực tiếp tại lòng vịnh.

2. Sự khác biệt căn bản trong việc tính toán xói mòn giữa cảnh quan tự nhiên và cảnh quan khai thác than trong luận án là gì?

Tác giả luận án xác định phương trình mất đất phổ dụng (USLE) không thể áp dụng cho cảnh quan khai thác than do đặc thù địa hình nhân tạo biến đổi liên tục và cấu trúc đất đá đổ thải bở rời. Đối với cảnh quan tự nhiên, tác giả sử dụng USLE kết hợp phương pháp phân cấp độ bền vững của Shishenko P. tích hợp trên GIS. Riêng đối với cảnh quan sau khai thác than (sườn bãi thải), tác giả áp dụng phương pháp trắc đạc địa mạo ngoài thực địa: đo đạc trực tiếp các thông số hình học của hệ thống khe rãnh xói mòn (chiều rộng bề mặt, chiều rộng đáy, chiều cao, tiết diện cắt ngang) tại bãi thải mỏ than năm 2005 để tính toán khối lượng đất đá thực tế bị cuốn trôi.

3. Diễn biến bồi - xói đáy vịnh Cửa Lục thời kỳ 1965 - 2004 đã thay đổi như thế nào theo kết quả phân tích DEM?

Văn bản luận án chỉ ra rằng vịnh Cửa Lục vốn là một cửa sông hình phễu điển hình có tốc độ xói lở cao hơn bồi tụ, giúp luồng lạch tự nhiên duy trì được độ sâu hàng nghìn năm qua. Tuy nhiên, kết quả so sánh mô hình số độ cao DEM năm 1965 và DEM năm 2004 (kết hợp đo sâu hồi âm Knudsen 320B/P và ảnh Landsat TM) cho thấy quá trình bồi tụ đã phát triển vượt bậc, đặc biệt tại khu vực cửa sông Diễn Vọng và phía đông bắc vịnh. Sự cân bằng bồi - xói tự nhiên bị phá vỡ, lòng vịnh bị nông hóa cục bộ, diện tích mặt nước vịnh bị co hẹp, đe dọa luồng tàu của cảng nước sâu Cái Lân.

4. Tác giả luận án đã sử dụng những cơ sở thực tiễn nào từ các dự án nghiên cứu môi trường trước đó?

Tác giả luận án trực tiếp tham gia với tư cách Thư ký điều hành hoặc thành viên thực hiện các dự án nghiên cứu trọng điểm trên địa bàn:

  • Dự án “Nghiên cứu ô nhiễm môi trường vịnh Hạ Long” do Công ty ESSA (Canada) thực hiện năm 1997.
  • Dự án “Nghiên cứu Quy hoạch Quản lý môi trường vịnh Hạ Long” do JICA và Nippon Koei thực hiện năm 1999.
  • Dự án “Đánh giá tải lượng bồi lắng và ô nhiễm môi trường nước vịnh Cửa Lục” do Khoa Địa lý - Trường Đại học Khoa học Tự nhiên thực hiện năm 2004.
  • Chuỗi báo cáo Hiện trạng môi trường tỉnh Quảng Ninh hàng năm của Sở Tài nguyên và Môi trường.

Kết luận

Luận án của tác giả đã xác lập hệ thống căn cứ địa lý tổng hợp làm cơ sở khoa học cho việc tổ chức không gian và sử dụng hợp lý tài nguyên trên lưu vực vịnh Cửa Lục, tỉnh Quảng Ninh. Bằng việc kết hợp chặt chẽ cách tiếp cận lưu vực và phân tích cấu trúc cảnh quan, nghiên cứu đã lượng hóa thành công các quá trình xói mòn sườn dốc, xói mòn bãi thải khai thác than và biến động bồi lắng đáy vịnh Cửa Lục giai đoạn 1965 - 2004. Các định hướng phân vùng cảnh quan và giải pháp quản lý tổng hợp được đề xuất trong luận án có giá trị khoa học và thực tiễn cao, trực tiếp phục vụ công tác phát triển bền vững kinh tế ven biển gắn liền với bảo vệ môi trường Di sản thiên nhiên thế giới vịnh Hạ Long.