Nghiên cứu quá trình tự làm sạch môi trường bằng động lực triều vùng ven bờ Hải Phòng và Quảng Ninh nhằm phục vụ phát triển nghề nuôi cá lồng bè

đại để nghiên cứu mô phỏng sự phát tán vật chất, khả năng tự làm sạch môi trường dưới tác động của các quá trình động lực như sóng, triều, dòng chảy và quá trình sinh hoá tại mỗi thuỷ vự

MỤC LỤC

Các chữ viết tắt iii

Danh mục các bảng số liệu iv

Danh mục các bản đồ, biểu đồ và hình vẽ v

Mở đầu 1 Chương 1 Tổng quan về vấn đề ô nhiễm môi trường do nuôi cá lồng bè 2 1.1 Cơ sở khoa học và thực tiễn của luận văn 2 1.1.1 Tình hình nghiên cứu ở trong nước và nước ngoài 2

1.1.2 Cơ sở khoa học và thực tiễn của luận văn, tính cấp thiết của đề tài 5

1.2 Mục tiêu, nội dung và phương pháp nghiên cứu 5

1.2.1 Mục tiêu của luận văn 5

1.2.2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 5

1.2.3 Nội dung nghiên cứu 6

1.2.4 Phương pháp nghiên cứu 7

Chương 2 Phân tích tính toán khả năng tự làm sạch môi trường khu vực nuôi cá lồng bè Hải Phòng và Quảng Ninh 9 2.1 Điều kiện tự nhiên khu vực nghiên cứu 9

2.1.1 Thành phố Hải Phòng 9 2.1.2 Tỉnh Quảng Ninh 10 2.1.3 Đặc điểm thủy hải văn vùng ven biển Hải Phòng và Quảng Ninh 10 2.2 Hiện trạng nghề nuôi cá lồng bè khu vực nghiên cứu 11

2.2.1 Thành phố Hải Phòng 11 2.2.2 Tỉnh Quảng Ninh 15 2.3 Hiện trạng môi trường các khu vực nuôi cá lồng bè tại Quảng Ninh và Hải Phòng 19

2.3.1 Một số định nghĩa 19 2.3.2 Tác động của phát triển kinh tế đến môi trường khu vực nghiên cứu 19 2.3.3 Thực trạng vấn đề môi trường tại khu vực nghiên cứu 23 2.4 Tính toán khả năng tự làm sạch môi trường tại khu vực nghiên cứu 24 2.4.1 Giới thiệu mô hình MIKE 21WQ 24

2.4.2 Các số liệu sử dụng trong mô hình 33

2.4.3 Sử dụng các số liệu địa hình để thiết lập hệ lưới lồng cho mô hình toán MIKE 21 WQ 44

2.4.4 Hiệu chỉnh và thẩm định mô hình thủy lực MIKE 21HD 47

2.4.5 Hiệu chỉnh và thẩm định mô hình chất lượng nước 57

2.4.6 Tính toán chế độ thủy lực, môi trường và vết dòng chảy 70

2.4.7 Khả năng tự làm sạch môi trường do quá trình vận chuyển vật chất 81

2.4.8 Kết quả tính toán khả năng trao đổi nước và thời gian lưu trú của nước 85

Chương 3 Một số giải pháp qui hoạch, quản lý phát triển nghề nuôi cá lồng bè

khu vực nghiên cứu

90

3.1 Tính toán sức chịu tải của môi trường thủy vực nuôi cá lồng bè

ven bờ Hải Phòng và Quảng Ninh

90 3.1.1 Đánh giá mức độ ô nhiễm môi trường do hệ thống lồng bè 90 3.1.2 Tính toán sức chịu tải của môi trường khu vực nghiên cứu 91 3.1.3 Tính toán sức chịu tải của môi trường đối với khu vực nuôi cá lồng bè 93 3.2 Tính toán mật độ và đề xuất giải pháp qui hoạch, quản lý phát triển

CÁC CHỮ VIẾT TẮT

CDB Conference biodiversity - Hội nghị Đa dạng sinh học

CDM Clean development mechanistm - Cơ chế phát triển sạch

CEETIA Trung tâm kỹ thuật môi trường đô thị và khu công nghiệp DIN Dissolved Inorganic Nitrogen - Tổng Nitơ vô cơ hòa tan

DIP Dissolved Inorganic Phosphogen - Tổng Phospho vô cơ hòa tan ĐKTC Điều kiện tiêu chuẩn

EC Environment Capacity - Năng lực môi trường

ECC Environment Carrying Capacity - Sức chịu tải môi trường FAO Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Thế giới

GESAMP Nhóm chuyên gia khoa học bảo vệ môi trường biển

GIS Geographycal information system - Hệ thống thông tin địa lý IOC Ủy ban liên chính phủ về đại dương

KTTV Khí tượng thủy văn

NPESD Kế hoạch Quốc gia về môi trường và phát triển bền vững NTTS Nuôi trồng thủy sản

TC/TCMT Tiêu chuẩn - Tiêu chuẩn môi trường

TCVN/TCCP Tiêu chuẩn Việt Nam/Tiêu chuẩn cho phép

TSS Tổng chất rắn lơ lửng

UBKHKT – NN Ủy ban Khoa học kỹ thuật Nhà nước

UNEP Chương trình môi trường của Liên hợp quốc

UNFCCC Công ước khung của Liên hợp quốc về biến đổi khí hậu

VCEP Chương trình bảo vệ môi trường Việt Nam - Canađa

DANH MỤC CÁC BẢNG SỐ LIỆU

Bảng 2.2 Tình hình nuôi cá lồng bè tại vịnh Tùng Gấu và Phất Cờ 14 Bảng 2.3 Những loại cá nuôi chủ yếu ở vịnh Tùng Gấu – Cát Bà 14 Bảng 2.4 Tổng diện tích nuôi trồng thủy sản nước mặn, lợ tỉnh Quảng Ninh 2003 16 Bảng 2.5 Thông tin tình hình nuôi cá lồng bè khu vực Phất Cờ - Quảng Ninh 18

Bảng 2.9 Thống kê thời gian và địa điểm đo vận tốc và mực nước khu vực nghiên

cứu tháng 3 năm 2004

40

Bảng 2.10 Thống kê thời gian và địa điểm đo vận tốc và mực nước khu vực

nghiên cứu tháng 9 năm 2004

40

Bảng 2.11 Tốc độ phát thải từ vị trí nuôi cá lồng bè vào môi trường nước tại hai

vị trí đại diện cho Vịnh Tùng Gấu và Phất Cờ trên diện tích 900 m2

41

Bảng 2.12 Vị trí, thời gian và các yếu tố đo đạc khảo sát môi trường tại hai khu

vực Cái Bầu và Cát Bà vùng biển Hải Phòng – Quảng Ninh

42-43

Bảng 2.13 Kết quả đánh giá sai số trung bình, sai số lớn nhất các biến môi trường

DO, BOD, N-NH4, N-NO2, N-NO3, P-PO4 tại 4 trạm quan trắc tháng 9 năm 2004

61

Bảng 2.14 Kết quả đánh giá sai số trung bình, sai số lớn nhất các biến môi trường

DO, BOD, N-NH 4 , N-NO 2 , N-NO 3 , P-PO 4 tại 4 trạm quan trắc tháng 3/2005

67

Bảng 2.15 Các hệ số sử dụng tính toán mô hình chất lượng nước MIKE 21 WQ

cho vùng biển Hải Phòng – Quảng Ninh

Bảng 2.18 Kết quả tính toán quĩ vật chất trong vịnh cho một con triều lớn (24

giờ) bằng mô hình toán

83

Bảng 2.19 Kết quả tính toán phần trăm quĩ vật chất trong vịnh cho một con triều

(24 giờ) bằng số liệu quan trắc

83

Bảng 2.20 Kết quả tính toán diện tích mặt chiếu ướt, diện tích mặt ướt và thể tích

Vịnh Tùng Gấu cho một con triều lớn và con triều nhỏ

85

Bảng 2.21 Kết quả tính toán diện tích mặt chiếu ướt, diện tích mặt ướt và thể tích

Vịnh Phất Cờ cho một con triều lớn và con triều nhỏ

86

Bảng 3.1 Mức ô nhiễm do các chất hữu cơ từ hệ thống lồng bè 90 Bảng 3.2 Kết quả tính toán năng lực môi trường khu vực nghiên cứu 92 Bảng 3.3 Kết quả tính toán sức chịu tải môi trường tại 2 khu vực với N-NH4+ và

P – PO 4 3-

94

Bảng 3.4 So sánh khả năng tăng/giảm (%)* theo giá trị trung bình các yếu tố môi

trường khi số lượng lồng bè tại hai Vịnh Phất Cờ và Tùng Gấu chiếm 10%, 20%

diện tích Vịnh

95

Bảng 3.5 Giá trị giới hạn cho phép của các thông số và nồng độ các chất ô nhiễm

trong nước biển ven bờ TCVN 5934 – 1995

96

Bảng 3.6 So sánh các yếu tố môi trường với tiêu chuẩn nuôi trồng thuỷ sản theo

tiêu chuẩn nước biển ven bờ TCVN 5934 – 1995 (các giá trị trung bình) tại trạm

Phất Cờ

97

Bảng 3.7 So sánh các yếu tố môi trường với tiêu chuẩn nuôi trồng thuỷ sản theo

tiêu chuẩn nước biển ven bờ TCVN 5934 – 1995 (các giá trị cực đại, cực tiểu) tại

Hình 1.1; 1.2 Bố trí nuôi cá lồng bè ở Kimagro Indonesia và Trung Quốc 4

Hình 2.10 Lưới tính lớn bậc 1 cho vùng Hải Phòng – Quảng Ninh

Hình 2.18 So sánh vận tốc thực đo và tính toán tại trạm Tùng Gấu 1 (hiệu chỉnh

Hình 2.32 So sánh nồng độ DO, BOD tính toán và khảo sát tại Trạm Cái Bầu 1,

Hình 2.33 So sánh nồng độ N-NH 4 , N-NO 2 , N-NO 3 , P-PO 4 tính toán và khảo sát

Hình 2.34 So sánh nồng độ DO, BOD tính toán và khảo sát tại Trạm Cái Bầu 2,

đường mực nước tính toán (hiệu chỉnh mô hình)

58

Hình 2.35 So sánh nồng độ N-NH4, N-NO2, N-NO3, P-PO4 tính toán và khảo sát

tại Trạm Cái Bầu 2 (hiệu chỉnh mô hình)

59

Hình 2.36 So sánh nồng độ DO, BOD tính toán và khảo sát tại Trạm Cát Bà 1,

đường mực nước tính toán (hiệu chỉnh mô hình)

59

Hình 2.37 So sánh nồng độ N-NH 4 , N-NO 2 , N-NO 3 , P-PO 4 tính toán và khảo sát

Hình 2.38 So sánh nồng độ DO, BOD tính toán và khảo sát tại Trạm Cát Bà 2,

đường mực nước tính toán (hiệu chỉnh mô hình)

60

Hình 2.39 So sánh nồng độ N-NH4, N-NO2, N-NO3, P-PO4 tính toán và khảo sát

tại Trạm Cát Bà 2 (hiệu chỉnh mô hình)

61

Hình 2.40 So sánh nồng độ DO, BOD tính toán và khảo sát tại Trạm Cái Bầu 1,

đường mực nước tính toán (thẩm định mô hình)

63

Hình 2.41 So sánh nồng độ N-NH4, N-NO2, N-NO3, P-PO4 tính toán và khảo sát

tại Trạm Cái Bầu 1 (thẩm định mô hình)

63

Hình 2.42 So sánh nồng độ DO, BOD tính toán và khảo sát tại Trạm Cái Bầu 2,

đường mực nước tính toán (thẩm định mô hình)

64

Hình 2.43 So sánh nồng độ N-NH4, N-NO2, N-NO3, P-PO4 tính toán và khảo sát

tại Trạm Cái Bầu 2 (thẩm định mô hình)

64

Hình 2.44 So sánh nồng độ DO, BOD tính toán và khảo sát tại Trạm Cát Bà 1,

đường mực nước tính toán (thẩm định mô hình)

65

Hình 2.45 So sánh nồng độ N-NH 4 , N-NO 2 , N-NO 3 , P-PO 4 tính toán và khảo sát

Hình 2.46 So sánh nồng độ DO, BOD tính toán và khảo sát tại Trạm Cát Bà 2,

đường mực nước tính toán (thẩm định mô hình)

Hình 2.50 Biến trình mực nước con triều kém từ 10h 16/09/04-10h 17/09/04

vùng Hải Phòng – Quảng Ninh

71

Hình 2.51 So sánh vận tốc dòng chảy của con triều lớn và con triều nhỏ tại hai

điểm Vịnh Cái Bầu và Vịnh Cát Bà

Hình 2.54 Trường vận tốc dòng triều tại thời điểm sườn triều lên, xuống

khu vực hai Vịnh, lưới tính 30m x 30m

Hình 2.62 Thể tích nước trong một con triều lớn và con triều nhỏ Vịnh Cái Bầu 86 Hình 2.63 Đường cong luỹ tích thể tích nước vào và ra Vịnh đảo Phất Cờ và

Tùng Gấu của con triều lớn và con triều nhỏ

87

Hình 2.64 Thể tích nước trong một con triều lớn và con triều nhỏ Vịnh Cát Bà 88

MỞ ĐẦU

Trong vài thập kỷ gần đây nghề nuôi trồng thủy sản trên các thủy vực ven bờ biển nước ta ngày càng phát triển Sản lượng nuôi trồng thủy sản ven biển nước ta năm 1955 chỉ đạt 601.038 tấn nhưng đến năm 2004 đã đạt 30.219.472 tấn, tăng hơn

50 lần Khu vực ven biển các tỉnh Hải Phòng và Quảng Ninh là một trong những khu vực phát triển rất mạnh nghề nuôi trồng thủy sản, đặc biệt nghề nuôi cá lồng bè đang mang lại lợi ích to lớn cho nền kinh tế tỉnh Tuy nhiên theo hiệu ứng đám đông, sự phát triển ồ ạt vì lợi ích kinh tế dẫn đến quá tải cho môi trường các thủy vực do các chất thải như: chất thải của cá, sự phân hủy thức ăn thừa của cá, chất thải do sinh hoạt của con người và các khu du lịch, khu công nghiệp làm các chất ô nhiễm bị đẩy

từ lục địa ra các cửa sông Các chất gây ô nhiễm không kịp phân hủy mà bị khuếch tán dần ra biển gây ô nhiễm môi trường biển

Theo thống kê của Bộ Tài nguyên và Môi trường, tính đến tháng 7 năm 2008, riêng khu vực vịnh Cát Bà thuộc huyện Cát Hải - Hải Phòng đã có tới 570 bè cá, trên 10.400 ô lồng các loại Gần đây tại khu vực này đã xảy ra hiện tượng cá chết hàng loạt vì mắc bệnh do môi trường nước biển ở các vịnh đang bị ô nhiễm nghiêm trọng, làm xuất hiện trong nước một loại tảo bẩn Khi cá ăn loại tảo này thì bị tiêu chảy và mắc bệnh làm cá chết rất nhanh Ngoài ra, hiện tượng cá chết còn do khâu chọn giống không được kiểm soát kỹ lưỡng, một số hộ nhập giống cá từ Trung Quốc không qua kiểm dịch Nghiêm trọng hơn, số cá chết này đã không được người nuôi thu gom để xử lý mà vớt ra khỏi ô lồng rồi tiếp tục tống xuống biển, mặc cho cá chết trôi nổi trên mặt nước Có ngày, lực lượng thu gom rác thải của địa phương đã phải huy động thêm người, làm việc cật lực cũng không vớt được hết số cá chết Những xác cá còn lại tiếp tục trôi nổi, thối rữa khiến cảnh quan và môi trường trên các Vịnh

bị ảnh hưởng nặng nề

Hàng năm, các khu du lịch ven bờ Hải Phòng và Quảng Ninh thu hút hàng triệu lượt khách du lịch Các tỉnh đang đẩy mạnh việc quy hoạch đầu tư xây dựng cơ sở hạ tầng như hệ thống khách sạn, nhà nghỉ, khu vui chơi giải trí, tạo điều kiện cho các nhà đầu tư vào Cát Bà Tuy nhiên, những cố gắng trên sẽ đạt hiệu quả không như mong đợi nếu như môi trường du lịch biển bị ô nhiễm nặng nề bởi những lồng bè nuôi cá phát triển tự do Một quy hoạch vùng nuôi cụ thể mang tính khoa học đang là đòi hỏi cấp bách cho những khu vực này

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG DO NUÔI CÁ LỒNG BÈ

1.1 Cơ sở khoa học và thực tiễn của luận văn

1.1.1 Tình hình nghiên cứu ở trong nước và nước ngoài

Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam

Ở nước ta, mối liên hệ về môi trường và hoạt động của những khu vực nuôi trồng thủy sản đã được quan tâm từ những năm 80 của thế kỷ XX

Năm 1995 – 1998, chương trình hợp tác với JICA của Phân viện Hải Dương học tại Hải Phòng đã bước đầu sử dụng phương pháp tính dòng vật chất bổ sung (flux) và quỹ nguồn (Budget) chạy trên phần mềm chuyên dụng CABARET of LOICZ (Mỹ)

để đánh giá mức độ tích tụ và khuếch tán vật chất tại một số điểm thuộc vịnh Hạ Long Sau đó, phương pháp nghiên cứu này còn được sử dụng để tính toán mức độ dinh dưỡng của hệ đầm phá Tam Giang – Cầu Hai (Thừa Thiên – Huế) Tuy nhiên phương pháp này chưa tính toán đến quá trình khuếch tán vật chất trong không gian

và chỉ giới hạn tại một số điểm nhất định

Năm 1999, Phan Minh Thụ, Nguyễn Hữu Huân sử dụng phương pháp mô hình hoá quá trình sinh học nghiên cứu quá trình tự làm sạch của môi trường biển tại khu vực vịnh Nha Trang với nguồn thải là nước bị ô nhiễm sinh hoạt từ sông Cái Kết quả nghiên cứu cho thấy, sau 24h khả năng tự làm sạch các chất hữu cơ của nước biển đạt từ 42 – 90% Nghiên cứu này không tính đến ảnh hưởng của các quá trình động lực ven biển (vận chuyển, khuếch tán vật chất dưới tác động của thuỷ triều)

Năm 1998, Trương Văn Bốn đã thực hiện luận án tiến sĩ nghiên cứu chất lượng nước trong hồ Veluwe (Hà Lan) bằng mô hình chất lượng nước 1 chiều có tính đến

sự phát triển của 3 loại phù du, các yếu tố môi trường DO, BOD, COD, NH4+, NO3-,

PO4-3, quá trình giải phóng các chất NH4+ và PO4-3 từ trầm tích, quá trình phát triển

và phân huỷ cây mộc thuỷ v.v Những kết quả thu được cho phép đánh giá được vai trò đặc biệt của cây mộc thuỷ trong việc hồi phục các hồ phú dưỡng nông

Năm 2004 trong phạm vi luận án tiến sĩ, Hoàng Dương Tùng đã sử dụng phần mềm Deldft3D - WAQ đánh giá khả năng chịu tải ô nhiễm của Hồ Tây với mục đích đưa ra căn cứ khoa học trong việc xây dựng kế hoạch bảo vệ và phát triển Hồ Tây Trong nội dung đã xem xét đến khả năng biến động các yếu tố DO, BOD, COD,

NH4+, NO3-, PO43 theo không gian 2 chiều và thời gian

Hiện nay ở Việt Nam, việc ứng dụng các phương pháp mô hình hoá trong nghiên cứu đánh giá sức chịu tải, khả năng tự làm sạch của những vùng nuôi trồng thuỷ sản ven bờ biển còn chưa được rộng rãi Do đó việc áp dụng các công cụ tính toán hiện

đại để nghiên cứu mô phỏng sự phát tán vật chất, khả năng tự làm sạch môi trường dưới tác động của các quá trình động lực như sóng, triều, dòng chảy và quá trình sinh hoá tại mỗi thuỷ vực là rất cần thiết trong qui hoạch nuôi trồng thuỷ sản theo hướng phát triển bền vững

Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài

Trên Thế giới, các nghiên cứu về tác động của ngành nuôi trồng thủy sản đối với môi trường đã được nhiều tổ chức, cơ quan nghiên cứu và các nhà khoa học tại nhiều Quốc gia quan tâm Từ năm 1985 một số nghiên cứu tại khu vực bè nuôi cá hồi phía Tây đảo Mull – bờ biển Scotland cho thấy 60% lượng Cacbon, 10% lượng P và 65% lượng N có trong thức ăn của cá chuyển thành dạng các chất dinh dưỡng hòa tan, độ đục do các hạt chất rắn lơ lửng trong nước gia tăng quá giới hạn cho phép gây ô nhiễm môi trường nước, ảnh hưởng xấu đến cá nuôi

Trong những năm cuối thế kỷ XX, những nghiên cứu đánh giá mức độ ô nhiễm tại các khu vực nuôi trồng thủy sản ở vịnh Chinhae - Hàn Quốc, cảng Tolo - Hồng Kông, cửa sông Sungai Merbok - Malaysia cho thấy một trong những nguyên nhân quan trọng gây suy thoái môi trường đối với vùng nuôi thuỷ sản là nguyên nhân tự ô nhiễm Mức độ phú dưỡng của thủy vực do phát triển nuôi trồng thủy sản có thể dẫn đến hiện tượng thủy triều đỏ, cơ chế tích lũy kim loại nặng gây độc cho sinh vật Tại Trung Quốc, một số nghiên cứu trong khu vực nuôi thủy sản ở vịnh Bột Hải chỉ ra rằng: nước thải từ các ao hồ nuôi tôm đã làm tăng độ dinh dưỡng ở một số nơi trong vịnh, đặc biệt là tại những nơi có mật độ nuôi thả lớn và thường xảy ra vào khoảng tháng 7, tháng 8, khi mà lượng thức ăn cho tôm cá được sử dụng nhiều nhất Tại Thái lan, nuôi tôm công nghiệp phát triển là nguyên nhân cơ bản tác động lên môi trường cửa sông ven biển Sản lượng nuôi tôm hàng năm của Thái lan là 150.000 tấn, hệ số thức ăn FCR = 1,5 thì chất thải từ các khu vực nuôi tôm là 131.250 tấn hữu cơ, 8.400 tấn Nitrogen và 3.150 tấn Phospho

Theo nghiên cứu của K J Lehtinen và đồng nghiệp ở các trại nuôi cá Hồi chấm ven biển Archipelago Sea – Tây Nam Phần Lan, hàm lượng Amoni NH4 thải ra từ trại nuôi cá là nguyên nhân chính gây ra hiện tượng phú dưỡng, nó tác động trực tiếp đến năng suất sinh học sơ cấp thủy vực, làm tăng đột biến những loài tảo bám và động vật không xương sống ở đáy Tại đây, những nơi nuôi cá lồng với mật độ cao thì chỉ có 21 – 30% Nitơ và 15 – 30% Phospho chứa trong thức ăn được hấp thụ; 49 – 60% Nitơ và 16 – 26% Phospho bị hòa tan vào trong nước; 15 – 30% Nitơ và 51 – 59% Phospho bị lắng xuống đáy Tải lượng trung bình cho mỗi kg cá nuôi tác động lên môi trường vào khoảng 0,05 – 0,43g/kg cá/24h đối với Phospho tổng và 3,8g/kg cá/24h với Nitơ tổng

Theo kết luận của các nghiên cứu tại khu vực nuôi cá lồng bè ở Hồng Kông, Hàn Quốc, do tỷ lệ chuyển hóa thức ăn thấp nên lượng thức ăn dư thừa nhiều, các chất thải và hợp chất hữu cơ khi vệ sinh lồng bè bị lắng xuống tích tụ ở đáy khu vực lồng

bè làm phú dưỡng vực nước và gây ra nhiều loại khí độc Đối với những thủy vực nửa kín và có biên độ triều thấp, lượng trao đổi nước thấp thì hàm lượng dinh dưỡng

có thể tăng cao tới mức làm nở hoa một số loài tảo độc gây nguy hiểm cho các lồng

cá hoặc bãi nuôi thủy sản

Hình 1.1 Bố trí nuôi cá lồng bè ở Kimagro

Indonesia

Hình 1.2 Nuôi cá lồng bè ở Trung Quốc

Để đánh giá mức độ ô nhiễm và suy thoái môi trường ven biển do hoạt động nuôi trồng thuỷ sản gây ra, người ta sử dụng các phương pháp mô hình hóa khác nhau như thí nghiệm trên mô hình vật lý, sử dụng mô hình toán trong đó phần mềm MIKE 21

WQ đã và đang được áp dụng ở nhiều nơi trên thế giới như:

Tính toán sự phân bố các chất lơ lửng tại khu vực thải các chất tại Skagen (Đan Mạch) Tính toán môi trường và thuỷ lực khu vực Causeway tại Ả rập Tính toán thuỷ lực, bùn cát và chất lượng nước tại vùng cửa sông Loire tại Pháp (1995) Tính toán hiệu ứng lũy tích các tham số môi trường tại khu vực cảng Hồng Kông (1995-1997) Tính toán và đề suất giải pháp quản lý môi trường đầm phá Obidos của Bồ Đào Nha (1997-1998) Tính toán môi trường vùng cửa sông Meghna của Băng La Đét (1995-1998) Tính toán lan truyền ô nhiễm cho vùng vịnh Tokyo Nhật bản, tính toán lan truyền dầu vùng ven bờ biển Châu Giang – Trung Quốc, tính toán lan truyền dầu tại Vịnh Thái Lan

Phần mềm MIKE21 của Đan Mạch còn được áp dụng để tính toán khả năng khuếch tán của trường nồng độ vật chất cho một vùng biển bất kỳ, hiện nay đang được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như: đánh giá lan truyền ô nhiễm biển, tính toán mức độ xói lở, bồi lắng, vận chuyển bùn cát ven bờ phục vụ các công trình biển

1.1.2 Cơ sở khoa học và thực tiễn của luận văn, tính cấp thiết của đề tài

Các chức năng cơ bản của môi trường là: cung cấp không gian sống cho con người và sinh vật, cung cấp các loại tài nguyên cần thiết cho hoạt động sống, là nơi tiếp nhận và xử lý các chất thải sinh ra từ các hoạt động sống, làm sạch môi trường, đồng thời môi trường là nơi giảm nhẹ các tác động có hại của thiên nhiên tới con người và sinh vật, là nơi lưu trữ và cung cấp thông tin cho con người

Sức chịu tải của môi trường chính là khả năng đồng hóa vật chất thông qua sự hấp thu chất thải của sinh vật, là khả năng pha loãng và lan truyền các chất ô nhiễm trong đất, nước và không khí, khả năng phân hủy các chất gây ô nhiễm môi trường thông qua các phản ứng hóa lý, hóa sinh

Như vậy, để có thể phát triển bền vững nghề nuôi cá lồng bè kết hợp với bảo vệ cảnh quan và môi trường sinh thái, cần phải có sự nghiên cứu về mật độ, mức độ phát thải của khu vực bố trí lồng bè, sức chịu tải và khả năng tự làm sạch của môi trường biển tại các thủy vực dưới tác động của các quá trình động lực như sóng, triều, dòng chảy; các yếu tố về môi trường như độ mặn, nhiệt độ, nồng độ ô xy trong nhu cầu sinh hoá BOD, nồng độ ô xy hoà tan trong nước DO, nồng độ amonia N-NH4, nồng độ nitrit N-NO2, nồng độ nitrat N-NO3, nồng độ phốt pho P-PO4 vv theo không gian và thời gian Những nghiên cứu như vậy là rất cần thiết và cần được triển khai một cách thường xuyên, đồng bộ và có hệ thống, làm cơ sở cho việc đề xuất các giải pháp qui hoạch, quản lý phát triển nghành nuôi trồng thủy sản theo hướng bền vững, trong đó

có nghề nuôi cá lồng bè

1.2 Mục tiêu, nội dung và phương pháp nghiên cứu

1.2.1 Mục tiêu của luận văn

Mục tiêu chính của luận văn là xác định sức chịu tải, khả năng tự làm sạch của các thuỷ vực hai Vịnh Phất Cờ (tỉnh Quảng Ninh) và Vịnh Tùng Gấu (Hải Phòng), đề xuất quy mô nuôi cá lồng bè hợp lý tại hai Vịnh: Vịnh Phất Cờ (Quảng Ninh), Vịnh Tùng Gấu (Hải Phòng), làm cơ sở cho việc qui hoạch, quản lý và phát triển bền vững nghề nuôi cá lồng bè và nuôi trồng thủy sản ven bờ biển các tỉnh Quảng Ninh và Hải Phòng

1.2.2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Vùng ven biển Hải Phòng – Quảng Ninh là một trong những khu vực đang phát triển rất mạnh nghề nuôi cá lồng bè theo hướng tự phát, nghề này đang mang lại lợi ích kinh tế rất lớn cho kinh tế địa phương đồng thời cũng là những nơi thủy vực bị ô nhiễm nghiêm trọng (hình 1.3)

Hình 1.3 Bản đồ khu vực nghiên cứu

Do giới hạn về thời gian và kinh phí của luận văn, đối tượng nghiên cứu của luận văn là các vị trí nuôi cá lồng bè và môi trường biển xung quanh khu vực các vịnh: vịnh Phất Cờ thuộc tỉnh Quảng Ninh và vịnh Tùng Gấu thuộc Hải Phòng Các vấn đề nghiên cứu chính là: Đánh giá sự trao đổi các chất hữu cơ giữa khu vực nuôi cá lồng

bè với bên ngoài dưới tác động của thủy triều và dòng chảy, tính toán khả năng tự làm sạch của môi trường, qua đó đề xuất số lượng, mật độ lồng bè hợp lý

1.2.3 Nội dung nghiên cứu

- Thu thập, tổng hợp các số liệu về điều kiện tự nhiên, địa hình, thủy hải văn, các đặc điểm thủy hóa, sinh địa hóa khu vực ven bờ biển các tỉnh Quảng Ninh, Hải Phòng qua hai mùa đặc trưng, mùa khô và mùa mưa

- Thu thập, phân tích các yếu tố môi trường theo 2 mùa đặc trưng

- Thu thập, phân tích số liệu về quá trình phát thải chất hữu cơ từ các lồng bè

- Điều tra khảo sát những thông tin về tình hình nuôi cá lồng bè, đặc điểm kinh tế

xã hội và môi trường tại các khu vực trên

- Nghiên cứu đánh giá sự trao đổi các chất hữu cơ giữa khu vực nuôi cá lồng bè với bên ngoài dưới tác động của thủy triều và dòng chảy

- Tính toán, phân tích khả năng tự làm sạch, sức chịu tải của môi trường tại các khu vực nuôi cá lồng bè, qua đó đề xuất số lượng, mật độ lồng bè hợp lý đảm bảo duy trì cân bằng sinh thái, bảo vệ môi trường cảnh quan, phát triển bền vững

1.2.4 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp tiếp cận

Dựa trên những đặc điểm riêng về chế độ thuỷ lực và địa hình của khu vực nghiên cứu: chế độ thuỷ triều vùng ven bờ Hải Phòng – Quảng Ninh là chế độ nhật triều và vào loại lớn nhất nước ta (Biên độ triều vào khoảng 4m) Cơ chế thuỷ triều phức tạp và đóng vai trò chủ đạo trong việc vận chuyển vật chất từ các vịnh sâu ra biển Trong lớp trầm tích đáy biển luôn diễn ra các quá trình trao đổi, chuyển hoá vật chất với sự tham gia của các tác nhân: Vật lý, Hoá học và Sinh học, đây là những động lực cơ bản thúc đẩy quá trình tự làm sạch môi trường Tuỳ thuộc vào các đặc điểm điều kiện tự nhiên của từng thuỷ vực mà các quá trình hoàn nguyên môi trường (tự làm sạch) diễn ra khác nhau, điều đó đồng nghĩa với sức chịu tải của môi trường tại mỗi thuỷ vực cụ thể cũng khác nhau Như vậy cách tiếp cận nghiên cứu của luận văn là:

- Đánh giá nguồn thải vật chất từ hệ thống nuôi cá lồng bè

- Nghiên cứu diễn biến quá trình sinh hóa: Phát tán, phân hủy, chuyển hóa các hợp chất hữu cơ, dinh dưỡng

- Mô phỏng quá trình vận chuyển, hòa tan, phát tán vật chất từ các khu vực nuôi thả ra khu vực xung quanh dưới tác động của quá trình động lực: triều, dòng chảy bằng mô hình thủy động lực và mô hình chất lượng nước

Các phương pháp nghiên cứu cụ thể của luận văn

- Kế thừa các công trình nghiên cứu về môi trường tại vùng biển Hải Phòng – Quảng Ninh trước đây của các đơn vị, tổ chức trong nước và Quốc tế

- Phương pháp chuyên gia tư vấn thông qua các cuộc trao đổi và hội thảo

- Khảo sát thu thập, phân tích số liệu về hải văn và môi trường để cung cấp nguồn số liệu đầu vào cho mô hình toán

- Áp dụng phần mềm hai chiều: Mô hình tính toán động lực và chất lượng môi trường MIKE 21 WQ/HD của Đan Mạch để tính toán các quá trình động lực như thuỷ triều và vận chuyển vật chất, sự lan truyền và phát tán các chất ô nhiễm (các biến môi trường) trong khu vực nghiên cứu Phần mềm này giải hệ phương trình vi phân mô tả các quá trình vật lý, hoá học và sinh học liên quan đến sự tồn tại của vi khuẩn, sự phân huỷ các chất hữu cơ cho các kết quả là điều kiện ôxy và mức độ chất dinh dưỡng quá tải cho phép trong vùng nghiên cứu Các tham số sau đây được mô hình hoá: Nồng độ BOD, Ammoniac (NH4-N), Nitrit (NO2-N), Nitrat (NO3-N), Ô xy hoà tan, Photpho v.v

- Luận văn được xây dựng theo sơ đồ trên hình 1.4 trang

CHƯƠNG 2 PHÂN TÍCH TÍNH TOÁN KHẢ NĂNG TỰ LÀM SẠCH MÔI TRƯỜNG KHU VỰC NUÔI CÁ LỒNG BÈ HẢI PHÒNG VÀ QUẢNG NINH

2.1 Điều kiện tự nhiên khu vực nghiên cứu

2.1.1 Thành phố Hải Phòng

Hải Phòng là thành phố ven biển nằm ở Đông Bắc đồng bằng Bắc Bộ có tọa độ địa lý: 20030’39” đến 21001’15” vĩ độ Bắc và 106023’39” đến 107008’39” kinh độ Đông Phía Bắc giáp tỉnh Quảng Ninh, phía Nam giáp tỉnh Thái Bình, phía Tây giáp tỉnh Hải Dương Tổng diện tích tự nhiên là 152.318,49 ha theo số liệu thống kê năm

2001 Chiều dài bờ biển là 128Km với 3 loại hình bờ biển chính: Đường bờ từ cửa Thái Bình đến Đồ Sơn có dạng cửa sông châu thổ Đường bờ từ Đồ Sơn đến Cát Bà

có dạng hình phễu còn từ Cát Bà đến Hạ Long đường bờ có dạng vũng vịnh Diện tích mặt nước ven vùng biển Hải Phòng khoảng trên 4.000 km2 phần lớn có độ sâu nhỏ hơn 20m được bao quanh là hệ quần đảo Cát Bà, Thượng Mai, Hạ Mai, Long Châu, Hòn Dấu và đảo Bạch Long Vĩ có diện tích 2,5km2 (hình 2.1)

Hình 2.1 Vịnh Tùng Gấu - thành phố Hải Phòng

2.1.2 Tỉnh Quảng Ninh

Tỉnh Quảng Ninh có tọa độ địa lý 20044’17” đến 21039’54” vĩ độ Bắc và

106026’19” đến 108004’12” kinh độ Đông Phía Bắc có chung đường biên giới với Trung Quốc cả trên đất liền và biển, phía Nam giáp Hải Phòng, Tây Bắc và Tây Nam giáp với các tỉnh Lạng Sơn, Bắc Giang, Hải Dương Diện tích đất tự nhiên khoảng 5.900 km2, diện tích vùng biển khoảng 10.000 km2, bờ biển khúc khuỷu có chiều dài 250km với nhiều cửa sông và bãi triều, bên ngoài là hơn hai nghìn hòn đảo lớn nhỏ tạo cho Quảng Ninh có hệ sinh thái phong phú Vùng biển là nơi sinh sống của nhiều loài hải sản có giá trị kinh tế cao (hình 2.2.)

Biên độ triều ở Hòn Gai max = 4,38m; min = 1,8m; mean = 3,15m

Biên độ triều ở Cửa Ông max = 4,8m; min = 1,95m; mean = 3,4m

Dòng chảy:

Dòng chảy khu vực ven bờ Hải Phòng, Quảng Ninh là dòng chảy do tổ hợp Sóng – Gió – Triều Trong đó dòng chảy do biên độ triều lớn đóng vai trò chủ đạo Dòng chảy ven phụ thuộc vào địa hình và dạng đường bờ, đặc biệt là tại các cửa sông Tại khu vực Đông nam Cát Bà, hướng dòng chảy cũng thay đổi phức tạp, vận tốc dòng chảy qua khảo sát đo đạc chỉ vào khoảng 8 – 12cm/s, tại một số nơi vận tốc dòng chảy lên đến 20 – 30cm/s và đạt đến 50cm/s ở các lạch hẹp Chế độ triều ở khu vực này biến đổi theo mùa nên chế độ dòng chảy cũng thay đổi, vì vậy nước bị đục vào mùa hè do dòng chảy vận chuyển nước đục theo hướng Tây nam từ Đồ Sơn lên Ở khu vực Vịnh Hạ Long vận tốc dòng chảy cũng không vượt quá 60cm/s mà thường chỉ đạt 25 – 40cm/s Trong kỳ triều cường, vận tốc dòng chảy lớn gấp 3 lần so với kỳ triều kém, vận tốc dòng chảy khi triều rút có thể gấp 1,5 – 2 lần khi triều dâng

Sóng:

Do địa hình vùng Vịnh Bắc Bộ, và dạng đường bờ, sóng ở vùng ven bờ Hải Phòng, Quảng Ninh không lớn trừ khi có bão Sóng hướng Bắc và Đông Bắc thịnh hành vào mùa Đông, sóng hướng Đông và Đông Nam thịnh hành vào mùa Hạ

Thủy văn sông:

Các sông thuộc hệ thống sông cửa Lục và Yên Lập có diện tích lưu vực nhỏ, sông ngắn nên có lưu lượng rất nhỏ Sông Diễn Vọng có tổng lưu lượng nước 0,087

x 109 m3/năm, hàm lượng bùn cát trung bình là 47,6g/m3 , max = 950g/m3 , min = 0,4g/m3 , tổng lưu lượng bùn cát vận chuyển là 0,0125 x 106 tấn/năm Sông Yên Lập

có tổng lưu lượng nước 0,088 x 109 m3/năm và tổng lưu lượng bùn cát vận chuyển là 0,008 x 106 tấn/năm Sông Cấm có lưu lượng lớn nhất trong vùng, mỗi năm đổ ra biển lượng nước khoảng 10 - 11 x 109 m3/năm và gần 4 triệu tấn bùn cát Sông Lạch Tray vận chuyển lượng nước 1,5 x 109 m3/năm và khoảng 1 triệu tấn bùn cát Theo thống kê thì tại các sông này lưu lượng dòng chảy mùa mưa lũ tháng 6 đến tháng 10 chiếm tới 75 – 80% lưu lượng cả năm, 90 – 95% lượng bùn cát cả năm Thống kê cho cả vùng nghiên cứu thì hàng năm các sông đổ ra khoảng 14 – 15 km3 nước và 5

hướng đầu tư vào các dự án nuôi trồng thuỷ sản áp dụng công nghệ, kỹ thuật cao, đồng thời từng bước khuyến khích phát triển mô hình nuôi trồng thuỷ sản biển tập trung ở các eo, vịnh tại Cát Bà; nghiên cứu và áp dụng kỹ thuật nuôi lồng bè tiên tiến của Na Uy tại các vùng biển lớn như Bạch Long Vĩ, Long Châu Việc đa dạng hoá phương thức nuôi, hình thành các vùng nuôi có sản lượng hàng hoá lớn mang lại hiệu quả kinh tế cao cũng được thành phố khuyến khích đầu tư Tổng diện tích các cồn bãi, eo, vũng, vịnh có khả năng nuôi biển của Hải Phòng ước tính khoảng 26.000 – 27.000ha Tính đến năm 2003, diện tích nuôi trồng thủy sản khoảng 14.624 ha bao gồm cả nuôi nước ngọt, mặn và nước lợ

Cát Bà được quy hoạch là vùng trọng điểm nuôi hải sản nước mặn của thành phố Năm 2001, khu vực Cát Bà mới có 34 nhà bè với 910 ô lồng, sản lượng khoảng

70 tấn, đến nay đã tăng lên 570 bè, khoảng 10400 ô lồng, sản lượng trên 2 nghìn tấn Như vậy, trong thời gian 7 năm, số lồng bè tăng gấp 5-6 lần Điều đáng quan tâm là nghề nuôi hải sản lồng bè trên biển phát triển nhanh nhưng mang tính tự phát, không

có quy hoạch cụ thể Đến cuối tháng 6 năm 2005, số lượng lồng bè đã tăng đột ngột lên tới 411 bè với trên 6000 ô lồng, nhiều hộ dân tự do khoanh vùng mặt nước để nuôi thả; các bè nuôi lắp đặt không theo quy định, vị trí quá gần nhau, đồng thời ngư dân từ một số huyện khác đã di chuyển địa điểm nuôi từ Quảng Ninh về khu vực Cát

(Nguồn: Viện nghiên cứu Hải sản)

Hiện nay trong số 570 bè chỉ có 150 bè của ngư dân huyện đảo, còn 420 bè của ngư dân đến từ huyện Thuỷ Nguyên, tỉnh Quảng Ninh và các nơi khác Bên cạnh hơn

400 lồng bè được cấp phép là hàng trăm lồng bè không phép hoạt động bất chấp những quy định về diện tích, cách thức sản xuất, an ninh trật tự và nhất là ý thức bảo đảm vệ sinh môi trường Nhiều chủ lồng bè tự ý đóng mới ô lồng vi phạm quy định

mà không được xử lý triệt để Do vậy, dù vùng quy hoạch nuôi hải sản nước mặn kéo dài từ biển Cát Hải đến Bạch Long Vĩ và đảo Long Châu, nhưng thực tế, các ô lồng

tập trung quá dày tại khu vực Cát Bà, gây ra tình trạng quá tải ô nhiễm môi trường nặng nề ở khu vực này Nhiều vùng nuôi cá nước ngọt tại Tiên Lãng, Kiến Thụy, Thủy Nguyên, An Dương cũng xảy ra tình trạng các hộ nuôi thủy sản phát triển tự phát không tuân thủ quy hoạch dẫn đến hậu quả đầm nuôi cá xen với ruộng cấy lúa, trồng màu hoặc lấn chiếm bãi sông, phá rừng chắn sóng ven biển làm ao nuôi thủy sản khá phổ biến

Một thực tế hiện nay là diện tích nuôi trồng thuỷ sản trên địa bàn Hải Phòng đang giảm đáng kể Từ năm 2000 đến nay, gần 2.000 ha nuôi thuỷ sản chủ yếu là nước lợ phải nhường đất cho các dự án công nghiệp, du lịch, dịch vụ Dự kiến đến năm 2010 sẽ có thêm 1.000 ha nuôi trồng thuỷ sản nữa được chuyển đổi mục đích Mặt khác, hầu hết các dự án nuôi trồng thuỷ sản nước lợ đều bị dở dang, chậm tiến

độ thi công do thiếu vốn hoặc chưa xác định rõ mô hình sản xuất thích hợp, cơ sở hạ tầng thiếu đồng bộ, chắp vá Tỷ lệ nuôi quảng canh, bán thâm canh trên địa bàn còn rất cao, đạt năng suất, hiệu quả kinh tế thấp

Khu vực vịnh Tùng Gấu - Cát Bà Hải Phòng

Vịnh Tùng Gấu thuộc xã Việt Hải – Cát Hải có diện tính khoảng 106ha Đây là vịnh kín gió được đan xen bởi các đảo nhỏ nên khả năng trao đổi nước kém Giữa vịnh là hòn Than và hòn Quây Tơ, phía Bắc và phía Tây là các núi đá lớn, phía Đông

và Nam gồm nhiều núi đá nhỏ che chắn, toàn vịnh có 7 cửa có khả năng trao đổi nước nhưng chỉ có 4 cửa hở trao đổi nước trực tiếp với bên ngoài Ở đây có luồng Ben Pac-xơ-van có độ sâu lớn là nơi tham gia của các phương tiện giao thông thủy

Độ sâu vịnh lúc triều lớn vào khoảng 7,8m; khi triều kiệt là 6,3m Địa hình đáy vịnh

tương đối bằng phẳng với trầm tích chủ yếu là cát và bùn (hình 2.1)

Từ đầu năm 2004, số lượng lồng bè trong khu vực đã tăng đột biến do các hộ tăng thêm lồng nuôi mới cộng thêm lồng bè của ngư dân ở khu vực khác di chuyển vào, tại thời điểm này trong khu vực đã có 20 hộ nuôi cá lồng Qua phỏng vấn 16 chủ

hộ thì tại đây đã có 410 ô lồng với số vốn đầu tư gần 4 tỉ đồng, trong đó có 2 đơn vị nhà nước là Viện nghiên cứu nuôi trồng thủy sản I và Xí nghiệp 433 – công ty 128 thuộc Bộ tư lệnh Hải quân với số ô lồng chiếm 75% toàn khu vực

Đa số các lồng được cấu tạo bằng sợi nylon đan thành lưới, chiều cao lưới thường là 3m Tại Viện nghiên cứu nuôi trồng thủy sản I có 96 ô lồng với chiều cao lưới 3,5m Kích thước mắt lưới phụ thuộc vào loại cá nuôi và giai đoạn phát triển của

cá, khung lồng làm bằng gỗ kích thước 3 x 3m hoặc 4 x 3m có khi lớn hơn Phao của

bè cá được làm bằng phuy nhựa hoặc phao xốp Các lồng được liên kết với nhau bằng những tấm gỗ tạo thành bè Các bè được cố định bằng dây neo để không bị ảnh hưởng của dòng chảy Độ sâu nơi đặt lồng khi triều kiệt khoảng từ 4 – 6m (hình 2.3)

Bảng 2.2 Tình hình nuôi cá lồng bè tại vịnh Tùng Gấu và Phất Cờ

Sinh khối:

Hầu hết các ô lồng được nuôi cá thương phẩm và cá bố mẹ nên sinh khối của cá nuôi tại đây khá lớn, cá Song có sinh khối từ 1,1 – 11 kg/m3; sinh khối trung bình là 5,3 kg/m3; cá Giò có sinh khối trung bình là 6,9 kg/m3 (bảng 2.3)

Bảng 2.3 Những loại cá nuôi chủ yếu ở vịnh Tùng Gấu – Cát Bà

Loại cá Min/max Số lượng

(con/lồng)

Khối lượng (kg/lồng)

Mật độ (con/m 3 )

Sinh khối (kg/m 3 )

Tỷ lệ thức

ăn (%)

Tổng ô lồng (chiếc)

cá thay đổi từ 6 – 7%, lớn hơn so với các hộ nuôi khác trong vùng Đơn vị có số ô lồng nuôi cá thương phẩm lớn nhất là 3 bè của Bộ tư lệnh Hải quân với 130 ô lồng, tỉ

lệ thức ăn là 3%, khoảng 400kg thức ăn/13.625kg (toàn bộ trọng lượng cá trong 70 ô lồng bè số II) Nếu tính trung bình, với tỷ lệ thức ăn như vậy và tổng khối lượng cá trong khu vực là 44.765kg thì khối lượng thức ăn tươi là 2.792kg/ngày

2.2.2 Tỉnh Quảng Ninh

Theo số liệu của Sở Thủy sản Quảng Ninh, tổng diện tích nuôi trồng thủy sản của tỉnh năm 2003 là 16.700ha, trong đó diện tích nuôi nước ngọt vào khoảng 1880ha, diện tích nuôi nước mặn – lợ khoảng 14.820ha Diện tích nuôi thủy sản tập trung ở các huyện có tiềm năng như Yên Hưng – 7.200ha; thị xã Móng Cái – 1.502ha; huyện Tiên Yên – 1.320ha; thành phố Hạ Long – 1.220ha; huyện Hoành Bồ

- 970ha Các huyện thị xã còn lại có diện tích nuôi trồng thủy sản nhỏ hơn

Tổng diện tích các cồn bãi, eo, vũng, vịnh có khả năng nuôi biển của Quảng Ninh là 19.417ha theo thống kê chưa đầy đủ Năm 2000, số lượng lồng bè nuôi biển

là 406 bè với 1644 ô lồng Năm 2003, riêng số lồng bè nuôi cá biển đã lên tới hơn 5.000 ô lồng, chủ yếu là loại lồng có kích thước 3 x 3 x 3m, tổng sản lượng nuôi thủy sản nước mặn – lợ đạt khoảng 17.260 tấn chủ yếu là các loại cá lồng bè, ngao, sò huyết, ngọc trai, tu hài, tôm vv (bảng 2.4) Năm 2004 toàn tỉnh có 8 huyện thị có nghề nuôi cá lồng bè trên biển với tổng diện tích có thể nuôi bè là 5100ha, tổng số bè

là 1.380 với 6085 ô lồng cho tổng sản lượng là 1200 tấn Diện tích bè nuôi từ 18 – 108m2 và mỗi hộ nuôi từ 1 đến 6 bè, mỗi bè có 4 – 8 ô lồng Bình thường mỗi hộ nuôi sử dụng 3 – 6 công nhân tùy số lượng lồng bè Một số doanh nghiệp nuôi theo kiểu công nghiệp như Công ty TNHH Việt Mỹ ở khu vực đảo Phất Cờ - Vân Đồn sử dụng lồng kiểu Nauy có kích thước ô lồng lớn, số công nhân trên 40 người

Các loại các nuôi lồng bè chủ yếu là cá Song, cá Giò, Rô Phi biển, các loại cá khác như cá Hồng Mỹ, cá Vược, cá Tráp, cá Đù đỏ nuôi với số lượng không nhiều

Bảng 2.4 Tổng diện tích nuôi trồng thủy sản nước mặn, lợ tỉnh Quảng Ninh 2003

Địa điểm Nuôi tôm (ha) Nhuyễn thể (ha) Khác (ha) Nuôi cá biển (ha)

Nguồn: Sở thủy sản Quảng Ninh, tháng 8/2004

Khu vực đảo Phất Cờ - Vân Đồn

Khu vực nghiên cứu đảo Phất Cờ thuộc xã Hạ Long – Huyện đảo Vân Đồn có diện tích mặt nước khoảng 250ha Đây là khu vực thông thoáng khác hẳn khu vực Tùng Gấu, phía Đông bị chắn bởi 2 đảo lớn là Cái Lim và Lão Vọng, phía Nam được bao quanh bởi nhiều đảo nhỏ, phía Tây là đảo Cái Bầu có dân cư sinh sống với số dân trên 7000 người Địa hình đáy chủ yếu là bùn cát và tương đối bằng phẳng Đây

là vùng có biên độ thủy triều lớn, dòng chảy mạnh và là nơi chịu nhiều hoạt động của giao thông thủy, phần lớn số lượng tàu thuyền vận tải biển trong vùng đều đi qua 2 cửa trao đổi nước của khu vực nghiên cứu (hình 2.2 )

Tính đến năm 2004 chỉ có 4 đơn vị và cá nhân nuôi cá lồng bè tại khu vực này với số lượng nhân công trực tiếp là 48 người Trong đó công ty TNHH Việt Mỹ có

132 ô lồng nuôi theo qui mô công nghiệp với số vốn đầu tư trên 20 tỷ đồng, là đơn vị nuôi cá lồng bè lớn nhất ở khu vực Quảng Ninh Kích thước lồng nuôi của công ty này lớn hơn các loại lồng đã giới thiệu và có 2 loại chính: loại lồng khung gỗ có kích thước 6 x 3 x 4m khoảng 100 ô lồng, loại lồng khung nhựa tròn kiểu Nauy có kích thước 9 x 4m với 32 ô lồng Độ sâu nơi đặt lồng khi triều kiệt khoảng từ 4 – 6m Xem hình 2.3

Hình 2.3a Lồng nuôi khung nhựa tròn kiểu Nauy

Sinh khối:

Sinh khối của các loại cá nuôi trong khu vực này không lớn, cá Song có sinh khối trung bình 5,5kg/m3; cá Giò 9,9kg/m3; cá Hồng Mỹ 2,8kg/m3; cá Trác 2,8kg/m3

Nguồn thức ăn:

Cũng như các nơi khác, thức ăn cho cá lồng bè tại khu vực này chủ yếu là cá tạp

và thức ăn chế biến từ cá tạp Tỷ lệ thức ăn phụ thuộc vào loại cá và các giai đoạn phát triển của chúng Với cá Song bố mẹ, tỷ lệ thức ăn là 0,5%; cá Song thương phẩm là 1%; cá Giò bố mẹ 4%; cá Giò thương phẩm 5%; cá Hồng Mỹ bố mẹ 2%, cá Hồng Mỹ thương phẩm 3% cho ăn 2 lần/ngày; cá Trác thương phẩm 1% cho ăn 1 lần/ngày Xem bảng 2.5

Theo số liệu điều tra khảo sát thì tổng khối lượng cá trong khu vực Phất Cờ khoảng 40.636kg trong đó công ty TNHH Việt Mỹ chiếm tới 98% Căn cứ theo thành phần và tỉ lệ thức ăn, tổng khối lượng thức ăn tương ứng là 2.225kg/ngày

Công tác chăm sóc quản lý:

Thực tế cho thấy, nuôi cá theo đúng phương pháp công nghiệp với mật độ cao trên biển vẫn có thể hạn chế tình trạng ô nhiễm gây bệnh cho cá vì thức ăn thừa và chất thải đều trở thành thức ăn cho các sinh vật biển Mỗi ngày hai lần dùng thuyền

ra lồng cho cá ăn vào lúc 9 giờ và 15 giờ Vài tháng một lần làm vệ sinh đáy lồng, loại bỏ các loài ốc biển bám vào để chờ ăn chất thải Chu kỳ nuôi công nghiệp thường kéo dài từ 12 đến 14 tháng Các lồng nhập khẩu từ Nauy có thể được thả ở độ sâu hơn 6m và được neo cố định bằng những khối bê-tông chìm dưới đáy biển, chịu được gió bão cấp 8, cấp 9

Bảng 2.5 Thông tin tình hình nuôi cá lồng bè khu vực Phất Cờ - Quảng Ninh

Loại cá

Số lượng (con/lồng) Khối lượng (kg/lồng) (con/mMật độ 3 )

Sinh khối (kg/m3)

Tỷ lệ thức ăn (%)

Tổng

ô lồng (chiếc)

2.3 Hiện trạng môi trường các khu vực nuôi cá lồng bè tại Quảng Ninh

và Hải Phòng

2.3.1 Một số định nghĩa

Theo định nghĩa của nhóm chuyên gia trong lĩnh vực bảo vệ môi trường biển Liên hợp quốc – GESAMP (Group of Experts on the Scientific Aspects of Marine Environmental Protection): “Ô nhiễm biển và ven bờ là: con người đưa những loại vật chất hoặc năng lượng vào môi trường biển (kể cả vùng cửa sông), có tác dụng gây độc, làm tổn hại đến nguồn lợi tự nhiên, gây nguy hiểm cho sức khỏe con người, gây cản trở cho các hoạt động trên biển (trong đó có thủy sản), làm suy giảm chất lượng sử dụng nước biển phục vụ các mục đích ”

Có hai nhóm nguồn chính gây ô nhiễm biển là: Ô nhiễm nguồn lục địa (Land based pollution) và ô nhiễm biển (Sea based pollution) Trong đó nguồn ô nhiễm từ

lục địa chiếm tới trên 80% nguồn gây ô nhiễm biển, do đó vùng ven bờ, đặc biệt là các vùng cửa sông là nơi tập trung hầu hết các chất ô nhiễm biển Có hai loại nguồn chính gây ô nhiễm môi trường ven biển Hải Phòng và Quảng Ninh là:

- Nguồn thải từ lục địa:

Bao gồm các chất thải sinh hoạt, du lịch, sản xuất công nghiệp, nông nghiệp, chất thải tự nhiên như bùn cát do lũ lụt, tro bụi do cháy rừng những chất thải loại này do các con sông vận chuyển ra biển, sau đó lan truyền do các quá trình động lực biển như sóng, triều, dòng chảy

- Nguồn thải ngay trên biển:

Là các chất thải do hoạt động giao thông biển, hoạt động khai thác tài nguyên biển, du lịch, nuôi trồng hải sản và những nguồn ô nhiễm khác ngoài khơi

2.3.2 Tác động của phát triển kinh tế đến môi trường khu vực nghiên cứu

Mục tiêu phát triển kinh tế ven biển Bắc Bộ và tầm nhìn đến năm 2050 bao gồm các tỉnh ven biển: thành phố Hải Phòng, các tỉnh Quảng Ninh, Thái Bình, Nam Định

và Ninh Bình vừa được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt Là khu vực phát triển kinh

tế trọng điểm phía Bắc Việt Nam, với tiềm năng và lợi thế của mình, các ngành kinh

tế biển khu vực Hải Phòng và tỉnh Quảng Ninh như phát triển vận tải biển, du lịch, nuôi trồng hải sản được đặc biệt ưu tiên phát triển Kèm theo đó là hàng loạt các vấn

đề về môi trường cần được quan tâm nhằm đạt mục tiêu phát triển kinh tế bền vững

Tác động của ngành nuôi trồng thủy sản đối với môi trường

Ngành nuôi trồng thủy sản phát triển mạnh với mức độ công nghiệp hóa ngày càng cao kéo theo hàng ngàn hecta rừng ngập mặn bị chặt phá để ngăn đắp ao đầm,

diện tích rừng ngập mặn bị thu hẹp tác động xấu đến môi trường sinh thái, làm suy giảm nghiêm trọng đa dạng sinh học vùng ven biển, làm mất đi các chức năng quí giá của rừng ngập mặn như điều hòa vi khí hậu, chắn sóng, chống sạt lở bờ biển, là nơi

cư trú cho các loài sinh vật ven bờ, bảo vệ đa dạng sinh học

Hoạt động nuôi trồng thủy sản phát sinh khối lượng lớn các chất thải gây ô nhiễm trực tiếp môi trường nước, thức ăn thừa, chất thải do bài tiết từ các lồng cá, các chất dinh dưỡng hữu cơ bị phân hủy hòa vào nước biển, lắng đọng xuống lớp trầm tích đáy là nguyên nhân của hiện tượng phú dưỡng thủy vực ven bờ, nhất là ở những nơi có mật độ lồng bè cao, khả năng trao đổi nước kém Một thực tế đang diễn

ra là nghề nuôi cá lồng bè đang phát triển một cách thiếu qui hoạch và ngày càng khó kiểm soát, nhiều hộ dân tự do khoanh vùng mặt nước để nuôi thả; các bè nuôi lắp đặt không theo quy định, vị trí quá gần nhau, sử dụng phương thức nuôi đơn giản Bên cạnh các lồng bè được cấp phép là hàng trăm lồng bè không phép hoạt động bất chấp những quy định về diện tích, cách thức sản xuất, an ninh trật tự và nhất là ý thức bảo đảm vệ sinh môi trường, các chủ lồng bè vi phạm quy định lại không được xử lý triệt

để Mặc dù vùng quy hoạch nuôi hải sản nước mặn khu vực ven biển Hải Phòng, Quảng Ninh tương đối dài nhưng thực tế, các lồng bè phân bố không đều, tập trung quá dày tại một số khu vực như Cát Bà, xã Hạ Long, huyện đảo Vân Đồn gây ra tình trạng quá tải ô nhiễm môi trường nặng nề ở những khu vực này

Nhiều vùng nuôi cá nước ngọt tại Tiên Lãng, Kiến Thụy, Thủy Nguyên, An Dương cũng xảy ra tình trạng các hộ nuôi thủy sản phát triển tự phát không tuân thủ quy hoạch dẫn đến hậu quả đầm nuôi cá xen với ruộng cấy lúa, trồng màu hoặc lấn chiếm bãi sông, phá rừng chắn sóng ven biển làm ao nuôi thủy sản Như vậy việc phát triển nghề nuôi trồng thủy sản thiếu qui hoạch, thiếu sự quản lý chặt chẽ cùng với sự phát triển các khu du lịch, khu công nghiệp đang làm ô nhiễm nghiêm trọng môi trường biển và làm mất đi cảnh quan sinh thái, suy giảm đa dạng sinh học ở khu vực Cát Bà, Vịnh Hạ Long

Tác động của giao thông thủy

Hoạt động giao thông thủy và sự phát triển mở rộng các cảng biển ở khu vực Hải Phòng, Quảng Ninh đang đứng đầu khu vực phía Bắc Kèm theo đó là một loạt các tác động tiêu cực đến cảnh quan môi trường

Tại Hải Phòng ngoài các cảng biển như cảng Hải Phòng, cảng container Chùa

Vẽ, 2 bến neo đậu tàu biển tại bến Gót- Lạch Huyện và các cảng bốc dỡ neo đậu, trong quý III năm 2008, 2 bến tàu đầu tiên của Cảng cửa ngõ quốc tế Hải Phòng sẽ khởi công xây dựng tại Lạch Huyện để khi hoàn thành năm 2010 cho phép đón tàu 5 vạn tấn Đây là dự án quan trọng thu hút các nhà đầu tư trong nước và nước ngoài đầu tư xây dựng Tổng mức đầu tư của giai đoạn khởi động là 7579,3 tỷ đồng Cảng

Hải Phòng cũng đang phát triển ra hướng biển bằng việc triển khai dự án cảng Đình

Vũ qua 2 giai đoạn; dự kiến đến năm 2010 sẽ có thêm 4 bến mới dài 785 m nối với Chùa Vẽ cùng hệ thống các công trình kho bãi Tập đoàn Công nghiệp tàu thủy Việt Nam cũng vừa khởi công thực hiện dự án xây dựng cảng tổng hợp và cụm công nghiệp VINASHIN - Đình Vũ ngay sát cảng Hải Phòng với tổng nguồn vốn đầu tư hơn 5.000 tỷ đồng trên diện tích 260,3ha

Tại Quảng Ninh, từ vùng cửa biển Yên Lập đến Cửa Ông chịu ảnh hưởng mạnh

mẽ từ hoạt động khai thác than Nước thải từ các mỏ than thường có độ pH thấp và nồng độ các chất lơ lửng cao được thải trực tiếp ra môi trường đã ảnh hưởng xấu đến môi trường sống vùng ven bờ Đặc biệt, mức độ ô nhiễm đang có chiều hướng gia tăng, do ở đây tập trung nhiều cảng biển lớn như cảng than Cửa Ông, Cảng chuyển tải Hòn Nét, Cảng nước sâu Cái Lân UBND tỉnh Quảng Ninh vừa trao giấy phép đầu

tư cho Công ty TNHH cảng container quốc tế Cái Lân Theo đó, Công ty này sẽ đầu

tư 120 triệu USD để xây dựng, vận hành và khai thác cầu tàu số 2, 3 và 4 cảng Cái Lân có thể đón tàu trọng tải tới 40.000 DWT Dự án được thực hiện từ nay đến năm

2014, được chia làm 2 giai đoạn Giai đoạn 1 (từ 2008-2011), Công ty sẽ xây dựng hơn 300m cầu cảng bến số 2, 3 và 4; nạo vét khu vực bến cảng và xây dựng các công trình phụ trợ cũng như đầu tư trang thiết bị Giai đoạn từ 2011-2014, Công ty sẽ tiếp tục đầu tư mở rộng các cầu cảng và nạo vét bến cảng, để từ năm 2014 trở đi hoàn thiện các hạng mục và đưa vào khai thác vận hành 3 cầu cảng

Các tàu biển của ta hiện tại có tuổi thọ trung bình cao, khoảng trên 16 năm nên các trang thiết bị cũ, các trang thiết bị về bảo vệ phòng ngừa ô nhiễm môi trường như máy phân tách dầu – nước, thiết bị lọc dầu, thiết bị báo nồng độ khí thải, thiết bị vệ sinh phương tiện và xử lý nước thải sinh hoạt từ tàu thuyền chưa được kiểm soát chặt chẽ Thêm vào đó, năng lực bộ máy quản lý kiểm soát môi trường của các địa phương đối với các phương tiện vận tải, các cảng biển còn rất hạn chế, ý thức bảo vệ môi trường của các cá nhân doanh nghiệp tham gia giao thông thủy còn thấp là nguyên nhân chính khiến môi trường biển trong khu vực bị ô nhiễm do chất thải từ các tàu thuyền cảng biển như dầu mỡ, bao bì, các chất thải sinh hoạt trên tàu xả ra Ngoài ra vùng biển Hải Phòng, Quảng Ninh là trung tâm nghề cá ở Bắc Bộ nên hoạt động khai thác và dịch vụ vận chuyển chế biến cung cấp thủy sản ở đây rất sối động, trên biển thường xuyên có hàng trăm tàu thuyền khai thác vận chuyển thủy sản hoạt động Các cảng cá Cát Bà, Hạ Long, Đồ Sơn, Vân Đồn mỗi năm tiếp nhận hàng ngàn lượt tàu ra vào Riêng vịnh Cát Bà thường xuyên có khoảng 300 – 400 tàu neo đậu Chất thải từ hoạt động đánh bắt hải sản và các cảng cá gây ô nhiễm nghiêm trọng cho môi trường biển, nhất là tại các cảng cá, mùi hôi thối do cá chết dầu mỡ bốc lên suốt ngày đêm

Hoạt động du lịch

Hoạt động du lịch chủ yếu phục vụ khách tham quan nghỉ dưỡng tại các khu vực ven bờ, eo vịnh, các đảo và ngay trên biển Trong vài năm gần đây, hệ thống dịch vụ nhà hàng khách sạn mọc lên nhanh chóng, số lượng tàu thuyền du lịch ở khu vực Hải Phòng, Quảng Ninh cũng đang tăng rất nhanh Riêng trên vùng vịnh Hạ Long thuộc Quảng Ninh đã có trên 300 tàu thuyền, khu vực Cát Bà - Hải Phòng có khoảng 200 tàu thuyền phục vụ khách du lịch, lượng khách du lịch trên mỗi tàu từ 30 – 50 người/lượt Hải Phòng có khu nghỉ mát Đồ Sơn vươn ra biển tới 5km Từ Đồ Sơn, du khách có thể tới thăm đảo và vườn quốc gia Cát Bà, thăm vịnh Bái Tử Long và vịnh

Hạ Long – Quảng Ninh bằng tàu cao tốc Quần đảo Cát Bà đã được công nhận là khu

dự trữ sinh quyển thế giới, Cát Bà là thị trấn của huyện đảo Cát Hải, thành phố Hải Phòng Nơi đây có hơn 300 hòn đảo lớn nhỏ nằm trong quần thể vịnh Hạ Long - Di sản thiên nhiên thế giới

Quảng Ninh có những điểm du lịch như Trà Cổ, Mũi Ngọc cách Trà Cổ 6km Phía Đông và Đông Nam là vịnh Bái Tử Long và vịnh Hạ Long, phía Đông bắc là vịnh Vân Đồn rộng lớn nằm trong ranh giới bảo vệ quốc gia và cũng có một số đảo nằm trong vùng đệm của khu di sản thế giới Ở đây, bên cạnh những đảo hoang rừng vắng là một số đảo đất lẫn đá được con người khai thác trong trường kỳ lịch sử và từng là bộ mặt ngoại thương của dân tộc trong nhiều thế kỷ Nằm bên bờ vịnh Hạ Long là Khu Du lịch và giải trí quốc tế Tuần Châu nổi tiếng

Hiện nay các điểm du lịch ngày càng được mở rộng đã lấn dần diện tích của các khu vực nuôi trồng thủy sản đồng thời cũng là những nguồn xả thải lớn ra môi trường, các chất thải là thức ăn thừa, dầu mỡ, chất thải sinh hoạt như vỏ chai, lon, bao bì, túi ni lông Ngay cả tại các đảo trong vịnh Hạ Long, nơi du khách thường đến thăm như hang Đầu Gỗ, Thiên Cung cũng dễ dàng thấy rác thải, lon chai, ni lông khắp nơi, tại các bến đậu là mùi hôi thối do cá chết, nước thải, làm cảnh quan môi trường khu vực di sản thiên nhiên thế giới bị ảnh hưởng nghiêm trọng

Ngoài ra các hoạt động khai thác than, sản xuất vật liệu xây dựng hạ tầng đô thị

và khu công nghiệp trên địa bàn đã làm gia tăng sức ép lên môi trường sinh thái làm suy giảm chất lượng nước vùng ven biển Theo kết quả quan trắc môi trường năm

2003 do trung tâm ứng dụng tiến bộ Khoa học, Công nghệ và môi trường thực hiện cho thấy tại khu vực bến Phà rừng chất lượng nước mặt còn tốt nhưng độ đục tương đối cao, vượt tiêu chuẩn cho phép 4,1 lần, thông số hàm lượng chất rắn lơ lửng, hàm lượng dầu đều vượt quá tiêu chuẩn cho phép

Như vậy, nghề nuôi trồng hải sản nói chung và nghề nuôi cá lồng bè trên biển nói riêng đang phải đối mặt với những nguy cơ ô nhiếm môi trường từ nhiều nguồn

2.3.3 Thực trạng vấn đề môi trường tại khu vực nghiên cứu

Theo con số mà phòng chức năng huyện đảo Cát Hải thống kê mới đây thì 531

bè cá, gồm hàng chục nghìn ô lồng chưa phải là con số cuối cùng Bởi vì vẫn còn nhiều hộ gia đình, doanh nghiệp có ý định tiếp tục đầu tư, lắp đặt lồng bè mới để nuôi cá biển do người nuôi cá lồng bè không chỉ thu lợi từ việc nuôi cá, mà còn "lợi kép" do nuôi cá gắn với dịch vụ du lịch

Tuy nhiên, do phát triển thiếu quy hoạch đã dẫn đến việc quản lý về môi trường rất khó khăn Các số liệu quan trắc và cảnh báo cho thấy ô nhiễm môi trường biển ở đây đang diễn biến hết sức phức tạp Mỗi ngày người ta đã đưa xuống vịnh Bến Bèo một lượng thức ăn nuôi cá gồm hàng chục tấn các loại Cá ăn không hết, thức ăn hoặc lọt qua lưới xuống đáy biển, hoặc bị khuếch tán ra khắp khu vực biển gần đó

Đã vậy, mỗi bè lại có một kiểu cho cá ăn riêng Nghĩa là, các loại cá sống, cá chết đựơc băm nhỏ dùng làm thức ăn cùng tinh bột, rau tươi Thực tế năm 2007, nhiều hộ nuôi cá lồng bè ở vịnh Bến Bèo, do phương pháp cho cá ăn tuỳ hứng kiểu trên, đã phải trả giá, bởi nguồn nước ở vùng biển này bị ô nhiễm đã làm cá trong các lồng bè của họ chết hàng loạt Nhiều hộ bị "dính" cá chết ở đây, đã liều di chuyển bè cá vào tận vịnh Lan Hạ (cũng thuộc Cát Bà) Và đến nay, vịnh Lan Hạ cũng đang có nguy

cơ ô nhiễm cao như đã từng xảy ra ở Bến Bèo Trong bối cảnh nền kinh tế khó khăn, lãi xuất cho vay của các ngân hàng cao như hiện nay cộng với việc thu mua rất bấp bênh thì rất nhiều hộ nuôi cá đang đứng trước nguy cơ phá sản (hình 2.4)

Hình 2.4 Cá chết hàng loạt do ô nhiễm ở vịnh Lan Hạ – Cát Bà

Ngư dân ở khu vực Bến Bèo cho biết, mùa sứa năm 2008 vừa qua, mỗi ngày có đến hàng trăm tàu thuyền ra vào cung ứng sứa nguyên liệu cho các xưởng chế biến trên đảo Trong quá trình sản xuất, xưởng chế biến sứa này đã thải toàn bộ lượng

nước thải, bao gồm cả hóa chất, phèn chua muối sứa xuống biển Nghiêm trọng hơn, trong khi chế biến, sứa chỉ được cắt lấy đầu, còn phần thân thì công nhân tiện tay quăng luôn xuống biển khiến vùng biển Cát Bà, nhất là khu vực Bến Bèo nước chuyển màu đen đục, bốc mùi hôi rất khó chịu Trong một thời gian ngắn đã có khoảng 2,5 vạn con cá được nuôi trong các lồng bè của 500 hộ dân trên mặt vịnh Cái Bèo bị chết nổi trắng bụng Cá chết chủ yếu là những loại cho giá trị kinh tế cao, cần nhiều tiền vốn đầu tư như cá vược, cá sủ sao, cá song, cá giò Nhiều thời điểm, cá chết nhiều tới mức người dân chôn lấp không xuể, đành phải vứt nổi trắng trên mặt vịnh hoặc đóng bao tải, mang lên núi xếp thành đống Do cá chết nhiều lại không có đội thu gom, xử lý rác thải chuyên nghiệp nên mùi hôi thối bốc lên nồng nặc quanh các xóm lồng bè Theo Trung tâm Khuyến nông - khuyến ngư Cát Bà, nguyên nhân

cá chết hàng loạt là do chất lượng cá giống được nhập về từ Trung Quốc kém, không được kiểm dịch Tuy nhiên, nguyên nhân chính là do môi trường nước biển đã xuất hiện quá nhiều tảo do ô nhiễm các chất thải hữu cơ, làm nước bị ô nhiễm nặng nên gây ra bệnh tiêu chảy cho cá Tình trạng càng trở nên cấp bách khi người dân không

tổ chức thu gom, tiêu hủy cá mà vứt ra biển, để trôi dạt quanh khu lồng bè, làm mầm bệnh càng phát tán nhanh

Hiện tại các điểm nuôi được quan trắc trong khu vực Quảng Ninh đều đã có biểu hiện ô nhiễm và ô nhiễm cục bộ, đặc biệt là ở những khu nuôi tập trung với mật độ lớn như ở Vạn Giờ, Hòn Phất Cờ

2.4 Tính toán khả năng tự làm sạch môi trường tại khu vực nghiên cứu

2.4.1 Giới thiệu mô hình MIKE 21 WQ

MIKE 21 là hệ thống mô hình 2 chiều tính toán dòng chảy Các module phụ trợ khác để mô phỏng và tính toán các quá trình vật lý, hoá học và sinh học liên quan đến các vấn đề về môi trường và sự ô nhiễm của nước

Module chất lượng nước của MIKE 21 WQ được sử dụng để tính toán, nghiên cứu các vấn đề về môi trường liên quan đến các nguồn ô nhiễm và nước thải bao gồm

cả nước thải ra vùng ven bờ Mô hình này có khả năng diễn tả nồng độ vi khuẩn trong môi trường nước, nồng độ ô xy thiếu hụt do nồng độ BOD, sự quá tải của nồng

độ các chất dinh dưỡng, tương tác giữa chất dinh dưỡng và phù du, sự phân huỷ của các chất hoá học Module chất lượng nước được liên kết với module đối lưu-khuếch tán để mô phỏng các quá trình vận chuyển vật lý tại từng điểm lưới miền nghiên cứu Các số liệu yêu cầu khác là nồng độ các chất tại biên, dòng chảy, nồng độ từ nguồn gây ô nhiễm, nhiệt độ nước v.v

Đây là mô hình tính toán dòng chảy và mực nước không ổn định với giả thiết là dòng chảy có tính chất đồng nhất về mật độ theo chiều thẳng đứng Các phương trình

mô phỏng các quá trình bảo toàn khối nước, động lượng được tích phân theo chiều thẳng đứng như sau:

2

2 2 2

xy xx

w

p x

h fVV

q

h y

h x h

C

q p gp x

gh h

pq y h

p x

2

2 2 2

xy yy

w

p y

h fVV

p

h x

h y h

C

q p gq y

gh h

pq x h

q y

S Fhc y

c hD y x

c hD x

vhc y

)(

)()(

h (x, y): độ sâu mực nước tại (x,y)

Dx, Dy: hệ số khuếch tán theo chiều x và y

Qs : lưu lượng nguồn hoặc mất

Cs : nồng độ nguồn hoặc mất

Phần mềm MIKE 21 WQ được áp dụng trong các lĩnh vực sau đây:

 Nghiên cứu các vấn đề vệ sinh liên quan đến vi khuẩn từ nước cống thải, và từ các nguồn khác

 Sự sống sót của vi khuẩn liên quan đến các điều kiện môi trường khác nhau

 Điều kiện ô xy ảnh hưởng tới BOD, amoniac và các chất sử dụng ô xy

 Sự phát tán, phân huỷ và tương tác giữa các chất dinh dưỡng vô cơ như: amoniac, nitrat và photphat

 Đánh giá tiềm năng cho các vấn đề phú dưỡng liên quan đến các mức của chất dinh dưỡng (nitơ và photpho) và phù du (chlorophyll-a)

 Sự phân rã của các chất hoá học và sự đánh giá hiệu ứng qua các mức nồng

độ

Phần mềm MIKE 21/3 WQ được kết nối với phần mềm MIKE 21/3 AD để tính toán các quá trình thuỷ động lực và sinh hoá Phần mềm này giải hệ phương trình vi phân mô tả các quá trình vật lý, hoá học và sinh học liên quan đến sự sống của vi khuẩn, sự phân huỷ các chất hữu cơ cho các kết quả là điều kiện ôxy và mức độ chất dinh dưỡng quá tải cho phép trong vùng nghiên cứu

Các tham số sau đây có thể đƣợc mô hình hoá:

Trực khuẩn tổng : CT

Một hoặc nhiều chất nhiễm bẩn do người sử dụng : (UDP1 )

Các quá trình và nồng độ các tham số chịu ảnh hưởng bới các nhân tố ngoại lai như bức xạ mặt trời và sự thải ra từ nguồn

Có thể tóm tắt các quá trình chuyển đổi vật chất trong mô hình theo các sơ đồ như trên hình 2.5, hình 2.6 dưới đây

Hình 2.5 Các quá trình ảnh hưởng đến sự vận chuyển của Nitơ

Hình 2.6 Các quá trình ảnh hưởng đến sự vận chuyển của Phốt pho

Ô xy

Sự cân bằng nồng độ ô xy phụ thuộc vào mức độ phức tạp của mô hình Trong phần mềm này có 4 mức mô tả sự cân bằng của ô xy, trong phần áp dụng dạng đơn giản nhất được sử dụng

SOD HS

DO

DO R

R t

t

t t a

P

BOD HS

DO

DO BOD

K dt

dDO

T T

T down

up

down up T

T

_

.

] , [ , 0

] , [ , ).

/ ( 2 cos {

_

- DO) - K2(Cs

) 20 ( 3 ) 20 ( 2 2 ) 20 ( 1 1

) 20 ( 1 max

) 20 ( 3 3

Các thành phần trong phương trình thể hiện:

Hồi lại ô xy: BOD phân rã

Quang hợp:

- Hô hấp

- Nhu cầu ô xy cho chất lắng xuống

Sự hồi ôxy là quá trình trao đổi ôxy giữa ôxy hoà tan trong nước và ôxy trong khí quyển Biểu thức đưa vào mức độ nồng độ ôxy bão hoà trong nước Cs phụ thuộc vào độ muối và nhiệt độ nước

Sự khử nitơ là quá trình làm ảnh hưởng đến sự cân bằng về ôxy vì sự mất ôxy trong quá trình khử ni tơ khi amoniac chuyển thành nitrit

Ôxy trong quá trình quang hợp mô phỏng sản lượng lớn nhất tại trưa và thay đổi theo thời gian trong ngày tương đối với khoảng thời gian trong ngày

Sự hô hấp của sinh vật tự dưỡng và dị dưỡng là quá trình khác tiêu dùng ôxy phụ thuộc vào nhiệt độ Sự phân huỷ chất hữu cơ là quá trình tiêu dùng ôxy Nó phụ thuộc vào nhiệt độ, nồng độ ôxy và nồng độ chất hữu cơ

Nhu cầu ôxy lớp đáy (SOD) từ sự phân huỷ các chất hữu cơ mà các chất này không phải từ các nguồn gây ô nhiễm được mô phỏng riêng rẽ SOD được giả thiết phụ thuộc vào nồng độ ôxy và nhiệt độ Biểu thức Michaelis-Menten được sử dụng tính toán cho các quá trình khi nồng độ ôxy nhỏ

Giới hạn của chất dinh dưỡng trong quá trình quang hợp được tính toán bởi hàm số:

KSP PO

PO KSN

IN IN P

2 )

,

(

Mức độ bão hoà của ôxy trong nước thay đổi theo nhiệt độ và độ mặn và được tính bởi:

00007777

0 0000374

0 007991

0 (

41022 0 00256

.

0

.{

0841 0 652 14

T S

T S

93

3 0 5 1 5

2 5

.

0 0 371 0 0372

728

 : hệ số nhiệt độ trong quá trình khử nitơ

HS_nitr : nồng độ nửa bão hoà trong quá trình khử nitơ (mg O2/l)

quang hợp : sản lượng thực (gO2/m2/ngày)

Pmax : sản lượng lớn nhất tại trưa (gO2/m2/ngày)

 : thời gian thực của ngày liên quan đến giữa trưa

tup, down : rthời gian mặt trời mọc và lặn

hô hấp : tốc độ hô hấp thực của cây, vi khuẩn

BOD : nồng độ thực của BOD (mgO2/l)

K3 : hằng số phân huỷ các chất hữu cơ (1/day)

3

HS_BOD : nồng độ ôxy nửa bão hoà cho BOD (mgO2/l)

BOD : nồng độ chất hữu cơ hoà tan (mgO2/l)

Kd3 : hằng số phân huỷ các chất hữu cơ hoà tan(1/day)

3

HS_SOD : nồng độ ô xy nửa bão hoà cho SOD

Amoniac

Cân bằng amoniac

20 2 2 3

3

3 20

3 3

) 20 ( 1 1 )

20 ( 4 3 4 )

20 ( 3 3

3

_

.

.

)

.(

_

.

T b

T P

T T

BOD

R UN NH

HS NH

NH BOD

K

UN

R P UN NH

K BOD HS

DO

DO BOD

K Y

Amoniac từ sự phân rã BOD

- Sự chuyển hoá từ amoniac sang nitrat

- Amoniac cho cây

- Amoniac cho vi khuẩn

Sự hô hấp của các sinh vật dị dưỡng

Giải thích các ký hiệu

UNp : lượng amoniac cho cây (mgN/mgO2)

UNb : lượng amoniac cho vi khuẩn (mgN/mgBOD)

Y : hàm lượng nitơ trong chất hữu cơ hoà tan (mgNH3-N/mg BOD) F(N,P) : hàm giới hạn quá trình quang hợp qua chất dinh dưỡng

HS_NH3 : nồng độ nửa bão hoà dùng cho vi khuẩn lấy N (mg N/l)

Nitrit

Cân bằng Nitrit

) 20 ( 54 2 5 )

20 ( 4 3 4

_



nitr HS DO

DO NH

K dt

- Sự chuyển đổi từ amoniac sang nitrit

- Sự chuyển đổi nitrit sang nitrat

Giải thích các ký hiệu

K4 : tốc độ nitơ hoá tại 20oC (1/day)

4

 : hệ số nhiệt độ của quá trình nitơ hoá

HS_nitr : nồng độ nửa bão hoà trong quá trình nitơ hoá

K5 : tốc độ riêng chuyển hoá từ nitrit sang nitrat tại 20oC (1/day)

) 20 ( 6 3 6 ) 20 ( 5 2 5

) 20 ( 3 3

) 20 ( 1 1 4

) 20 ( 3 3

2

4

_

.

.

) , ( ).

.(

_ θ

.

T b

T P

T

R UP PO HS DO

DO BOD

K

UP

P N F R

P UP PO HS DO

DO BOD

Photpho từ sự phân huỷ BOD bao gồm

- Photpho tiêu dùng cho cây

- Photpho tiêu dùng cho vi khuẩn

- Hô hấp của các sinh vật dị dưỡng

Giải thích các ký hiệu

UPp : lượng photpho cho cây (mgP/mgO2)

UPp : lượng photpho cho vi khuẩn (mgP/mgBOD)

Yb2 : hàm lượng photpho trong chất hữu cơ lắng động (mgP/mgO2)

Yd2 : hàm lượng photpho trong chất hữu cơ hoà tan (mgP/mgO2)

Ys2 : hàm lượng photpho trong chất hữu cơ lơ lửng (mgP/mgO2) F(N,P) : hàm giới hạn quá trình quang hợp do dinh dưỡng

HS_PO4 : nồng độ nửa bão hoà dùng photpho do vi khuẩn (mgP/l)

Chlorophyll-a

Sản lượng của Chlorophyll-a được giả thiết là tỷ lệ với sản lượng carbon nên là phụ thuộc vào ô xy Tỷ số carbon/chlorophyll-a được giả thiết là không đổi Tiếp theo Cloroơhyll-a chết và lắng đọng được đưa vào các phương trình:

CHL K CHL K K P N F K R

P

dt

.

).

, (

) 20 ( 1

Giải thích các ký hiệu

CHL : nồng độ chlorophyll-a (mg/l)

K10 : tỷ số chrorophyll-a/carbon (mg CHL/mg carbon)

K8 : tốc độ chết chrorophyll-a (1/ngày)

K11 : tỷ số carbon/ô xy (mg carbon/mg ô xy)

Các quá trình về nhiệt độ

Cơ sở chi tiết về mô hình nhiệt độ trong MIKE 21 được trình bày trong phần cơ sở lý thuyết của mô hình MIKE 21 về đối lưu và khuếch tán nên sau đây chỉ giới thiệu vắn tắt

Nhiệt độ trong MIKE 21 có tính đến sự trao đổi nhiệt từ lớp trên mặt nước với lớp nước bề mặt theo phương trình:

) /(

)) (

Các quá trình của vi khuẩn

Mô hình MIKE 21/WQ có khả năng mô phỏng tổng lượng trực khuẩn và trực khuẩn ruột già qua phương trình:

F dF

K : hệ số phân rã của trực khuẩn ruột già (1/ngày)

Hệ số phân rã phụ thuộc vào điều kiện ánh sáng, độ muối và độ mặn

2.4.2 Các số liệu sử dụng trong mô hình

2.4.2.1 Phương pháp thu thập số liệu

Phương tiện khảo sát:

Để phục vụ các thiết bị đo đạc vận hành trên biển, đoàn khảo sát sử dụng 3 tàu thuê của các hộ dân trong vịnh tiến hành đo đạc vận tốc dòng chảy và các thông số môi trường trên 06 trạm, trong đó:

Khu vực đảo Tùng Gấu – Cát Bà

Hình 2.7a Sơ đồ khảo sát đo đạc thủy văn khu vực đảo Tùng Gấu – Cát Bà

- Đo đạc thủy văn và địa hình (hình 2.7a)

1 trạm liên tục 03 ngày đêm (72 giờ) – Trạm TG 1

2 trạm liên tục 01 ngày đêm (24 giờ) – Trạm TG 2, TG 3

Hình 2.7b Sơ đồ quan trắc đo đạc môi trường khu vực đảo Tùng Gấu – Cát Bà

- Đo đạc quan trắc các thông số môi trường (hình 2.7b):

Khu vực đảo Phất Cờ – Cái Bầu

- Đo đạc thủy văn và địa hình (hình 2.8a):

1 trạm liên tục 03 ngày đêm (72 giờ) – Trạm FC1

2 trạm liên tục 01 ngày đêm (24 giờ) – Trạm FC2, FC3

- Đo đạc quan trắc các thông số môi trường (hình 2.8b):

2 trạm quan trắc liên tục: FC-LT1, CB-LT2

4 trạm quan trắc lắng đọng: FC-LD1, 2, 3, 4