Nghiên cứu đánh giá sức tải một số yếu tố môi trường (c, n, p) khu vực đầm phá tam giang cầu hai (tỉnh thừa thiên huế)

Cân bằng chất ô nhiễm trong thủy vực: Nghiên cứu về cân bằng các chất ô nhiễm cung cấp cơ sở để dự báo động thái ô nhiễm của các vùng nước biển và đại dương theo những giá trị c

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng cá nhân tôi Các số liệu về kết quả nghiên cứu nêu trong luận án này là trung thực và chưa từng được công bố bởi tác giả khác Một số số liệu, tài liệu tham khảo từ đề tài “Đánh giá sức tải môi trường vùng đầm phá Tam Giang – Cầu Hai và đề xuất các giải pháp phát triển bền vững” và dự án “Điều tra tổng thể hiện trạng

và biến động đa dạng sinh học trong các hệ sinh thái ven biển Việt Nam” thuộc nhiệm vụ số 8 (giai đoạn 2016-2020), đề án 47 đã được sự cho phép của các chủ nhiệm đề tài, dự án

Hà Nội, ngày 28 tháng 2 năm 2019

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên tôi xin trân trọng cảm ơn các thầy giáo, cô giáo Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường, Viện Đào tạo sau Đại học - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập cũng như thực hiện công trình này

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS Trịnh Thành - Viện khoa học và Công nghệ Môi trường, GS.TS Trần Đức Thạnh– Viện Tài nguyên và Môi trường biển đã tận tình hướng dẫn, định hướng và tạo điều kiện tốt cho tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và học tập

Xin chân thành cảm ơn Ban Lãnh đạo Viện Tài nguyên và Môi trường Biển đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình nghiên cứu

Trong thời gian qua tôi cũng đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ, tạo điều kiện của đồng nghiệp, sự giúp đỡ về tinh thần vật chất của gia đình và người thân

Xin trân trọng cảm ơn sự giúp đỡ quý báu đó

Tác giả

Cao Thị Thu Trang

MỤC LỤC

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT vi

DANH MỤC HÌNH vii

DANH MỤC BẢNG ix

1 MỞ ĐẦU 1

2 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU VÀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU 4

1.1 Tổng quan về sức tải môi trường 4

1.1.1 Các khái niệm 4

1.1.2.Tình hình nghiên cứu ngoài nước 8

1.1.3 Tình hình nghiên cứu trong nước 20

1.2 Tổng quan về tình hình nghiên cứu môi trường trong hệ đầm phá Tam Giang - Cầu Hai 24

1.2.1 Khái quát về hệ đầm phá Tam Giang - Cầu Hai và các hoạt động kinh tế xã hội 24

1.2.2 Các nghiên cứu về môi trường hệ đầm phá Tam Giang - Cầu Hai 30

1.2.3 Môi trường và chất lượng nước hệ đầm phá Tam Giang - Cầu Hai 32

1.3 Sử dụng công cụ mô hình hóa trong nghiên cứu sức tải môi trường 37

1.4 Tổng quan cuối chương và hướng nghiên cứu của luận án 41

CHƯƠNG II PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 45

2.1.Khu vực nghiên cứu 45

2.2 Phương pháp nghiên cứu 45

2.2.1 Phương pháp điều tra, khảo sát 46

2.2.1.1 Kỹ thuật thu mẫu, bảo quản mẫu 47

2.2.1.2 Kỹ thuật đo đạc, phân tích mẫu trong phòng thí nghiệm 47

2.2.2 Phương pháp tính tải lượng thải 48

2.2.2.1 Tính toán lượng thải phát sinh 48

2.2.2.2 Ước tính tải lượng ô nhiễm đưa vào khu vực đầm phá Tam Giang - Cầu Hai51 2.2.3 Phương pháp mô hình hóa 52

2.2.3.1 Cơ sở lý thuyết của mô hình Delft -3D 52

2.2.3.2 Triển khai mô hình Delft 3D mô phỏng chất lượng nước hệ đầm phá Tam Giang - Cầu Hai và tính toán sức tải môi trường 60

CHƯƠNG III KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 74

3.1 Tính toán lượng chất thải đưa vào đầm phá Tam Giang - Cầu Hai 74

3.1.1 Tính toán lượng chất thải phát sinh từ các nguồn khu vực đầm phá Tam Giang – Cầu Hai thời điểm năm 2011 và dự báo năm 2020, 2030 74

3.1.2 Tải lượng thải C, N, P đưa vào vùng đầm phá: năm 2011 và dự báo năm 2020, 2030 81

3.2 Hiệu chỉnh mô hình 83

3.2.1 Mô hình thủy động lực 83

3.2.2 Mô hình chất lượng nước 88

3.4 Mô phỏng chất lượng nước theo các kịch bản 104

3.4.1 Các kịch bản mô phỏng 104

3.4.2 Mô phỏng chất lượng nước đầm phá Tam Giang – Cầu Hai thời điểm năm 2011 – 2012 105

3.4.2.1 Nồng độ oxy hòa tan 105

3.4.2.2 Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD5) 106

3.4.2.3 Nhu cầu oxy hóa học (COD) 107

3.4.2.4 Nồng độ muối amoni (N-NH4++NH3) 108

3.4.2.5 Nồng độ muối nitrat (N-NO3-) 109

3.4.2.6 Nồng độ muối phosphat (P-PO43-) 110

3.4.3 Kịch bản thấp 2020 111

3.4.4 Kịch bản cao 2020 113

3.4.5 Kịch bản thấp 2030 114

3.4.6 Kịch bản cao 2030 116

3.4.7 Kịch bản đột xuất 2020 118

3.4.8 Kịch bản đột xuất 2030 121

3.5 Tính toán sức tải môi trường khu vực đầm phá Tam Giang – Cầu Hai đối với các hợp chất của C, N và P 124

3.5.1 Sức chịu tải môi trường trên cơ sở quy chuẩn Việt Nam (QCVN

10-MT:2015/BTNMT và QCVN 08-10-MT:2015/BTNMT) 124

3.5.2 Sức chịu tải tối đa hay kịch bản nguy hiểm 127

3.5.3.Đề xuất mức sức tải môi trường phù hợp 130

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 133

TÀI LIỆU THAM KHẢO 135

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

AAP Phosphat hấp thụ (Adsorbed phosphate)

BOD Nhu cầu oxy sinhhóa (Biochemical oxygen demand)

BTNMT Bộ Tài nguyên Môi trường

BVMT Bảo vệ môi trường

COD Nhu cầu oxy hóa học (Chemical oxygen demand)

CSDL Cơ sở dữ liệu

DO Oxy hoàn tan (Dissolved oxygen)

ĐDSH Đa dạng sinh học

GHCP Giới hạn cho phép

HCBVTV Hóa chất bảo vệ thực vật

HST Hệ sinh thái

IMOLA Quản lý tổng hợp các họat động của đầm phá (Integrated

Management of Lagoon Activities)

KCN Khu công nghiệp

QCVN Quy chuẩn Việt Nam

SOD Nhu cầu oxy trầm tích (Sediment Oxygen Demand)

STMT Sức tải môi trường

TG-CH Tam Giang - Cầu Hai

TSS Tổng chất rắn lơ lửng (Total Suspended Solid)

TTH Thừa Thiên Huế

TMDL Tổng tải lượng tối đa hàng ngày (Total Maximum Daily Load )

DANH MỤC HÌNH

Hình 2.1 Phạm vi nghiên cứu: khu vực đầm phá TG - CH 45

Hình 2.2 Sơ đồ nghiên cứu của luận án 46

Hình 2.3.Trường độ sâu của mô hình thủy động lực 60

Hình 2.4.Hình thái và phạm vi lưới tính của mô hình 62

Hình 2.5 Vị trí các điểm thải khu vực TG - CH phục vụ chạy mô hình 65

Hình 3.1 Sai số giữa mô hình và quan trắc về vận tốc dòng chảy theo phương ngang - U tại hệ đầm phá TG - CH - mùa mưa (RSE = 0,0046) 86

Hình 3.2 Sai số giữa mô hình và quan trắc về vận tốc dòng chảy theo phương thẳng đứng -V tại hệ đầm phá TG - CH -mùa khô (RSE =0,0042) 86

Hình 3.3.Tính tương hợp giữa mô hình và quan trắc của dòng chảy theo phương U – (R2= 0,696) 87

Hình 3.4.Tính tương hợp giữa mô hình và quan trắc của dòng chảy theo phương V – (R2 = 0,690) 87

Hình 3.5 Ảnh hưởng của các tham số đến các biến số trong hệ thống 93

Hình 3.6 Sai số của DO giữa mô hình và quan trắc (g/m3) 95

Hình 3.7 Sai số của BOD giữa mô hình và quan trắc (g/m3) 95

Hình 3.8 Sai số của COD giữa mô hình và quan trắc (g/m3) 97

Hình 3.9 Sai số của N-NH4++NH3 giữa mô hình và quan trắc (g/m3) 97

Hình 3.10 Sai số của N-NO3- giữa mô hình và quan trắc (g/m3) 98

Hình 3.11 Sai số của P-PO43- giữa mô hình và quan trắc (g/m3) 98

Hình 3.12.Trường tốc độ dòng chảy trong thời kỳ a) nước ròng-mùa mưa; b- nước lớn-mùa mưa; c) nước ròng-mùa khô; d- nước lớn-mùa khô 101

Hình 3.13.Mô phỏng nồng độ oxy hòa tan trong nước hệ đầm phá TG-CH năm 2011 -2012 (a – triều xuống, mùa mưa; b – triều lên, mùa mưa; c – triều xuống, mùa khô; d – triều lên mùa khô) 106

Hình 3.14 Mô phỏng nhu cầu oxy sinh hóa trong nước hệ đầm phá TG-CH năm 2011 -2012 (a – triều xuống, mùa mưa; b – triều lên, mùa mưa; c – triều xuống, mùa khô; d – triều lên mùa khô) 107

Hình 3.15.Mô phỏng nhu cầu oxy hóa học trong nước hệ đầm phá TG-CH năm

2011 -2012 (a – triều xuống, mùa mưa; b – triều lên, mùa mưa; c – triều xuống, mùa khô; d – triều lên mùa khô) 108 Hình 3.16 Mô phỏng nồng độ muối amoni trong nước hệ đầm phá TG-CH năm

2011 -2012 (a – triều xuống, mùa mưa; b – triều lên, mùa mưa; c – triều xuống, mùa khô; d – triều lên mùa khô) 109 Hình 3.17 Mô phỏng nồng độ muối nitrat trong nước hệ đầm phá TG-CH năm

2011 -2012 (a – triều xuống, mùa mưa; b – triều lên, mùa mưa; c – triều xuống, mùa khô; d – triều lên mùa khô) 110 Hình 3.18 Mô phỏng nồng độ muối phosphat trong nước hệ đầm phá TG-CH năm

2011 -2012 (a – triều xuống, mùa mưa; b – triều lên, mùa mưa; c – triều xuống, mùa khô; d – triều lên mùa khô) 111 Hình 3.19 Mô phỏng chất lượng nước hệ đầm phá TG-CH theo kịch bản thấp 2020 – thời điểm triều xuống, mùa mưa 112 Hình 3.20 Mô phỏng chất lượng nước hệ đầm phá TG-CH theo kịch bản cao 2020 – thời điểm triều xuống, mùa mưa 114 Hình 3.21 Mô phỏng chất lượng nước hệ đầm phá TG-CH theo kịch bản thấp 2030 – thời điểm triều xuống, mùa mưa 116 Hình 3.22 Mô phỏng chất lượng nước hệ đầm phá TG-CH theo kịch bản cao 2030 – thời điểm triều xuống, mùa mưa 118 Hình 3.23 Mô phỏng chất lượng nước hệ đầm phá TG-CH theo kịch bản đột xuất

2020 – thời điểm triều xuống, mùa mưa 120 Hình 3.24 Mô phỏng chất lượng nước hệ đầm phá TG-CH theo kịch bản đột xuất

2030 – thời điểm triều xuống, mùa mưa 123 Hình 3.25 Mô phỏng chất lượng nước hệ đầm phá TG-CH theo kịch bản đạt mức sức tải trên cơ sở quy chuẩn Việt Nam – thời điểm triều xuống, mùa khô 126 Hình 3.26 Mô phỏng chất lượng nước đầm phá TG-CH theo kịch bản đạt mức sức tải tối đa – thời điểm triều xuống, mùa khô 128 Hình 3.27 Mô phỏng chất lượng nước hệ đầm phá TG-CH theo kịch bản đạt mức sức tải đề xuất – thời điểm triều xuống, mùa khô 131

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Những đặc trưng dòng chảy của các sông đổ vào hệ đầm phá TG – CH 27

Bảng 1.2.Tốc độ dòng chảy (cm/s) trung bình và cực đại ở tầng mặt 28

Bảng 1.3 Đặc điểm môi trường nước hệ đầm phá TG – CH giai đoạn 2004 -2012 32 Bảng 1.4 Nồng độ oxy hòa tan và nhu cầu tiêu thụ ô xy trong nước hệ đầm phá TG - CH giai đoạn 2004 - 2012 (mg/l) 34

Bảng 1.5.Nồng độ một số chất dinh dưỡng khoáng (g/l) trong nước hệ đầm phá TG - CH giai đoạn 2004 - 2012 Bảng 2.1 Đơn vị tải lượng ô nhiễm hàng năm từ nước thải sinh hoạt 48

Bảng 2.2.Thành phần nước thải một số ngành công nghiệp điển hình 49

Bảng 2.3 Hệ số phát thải đối với sản xuất sợi tổng hợp 49

Bảng 2.4 Hệ số phát thải do chăn nuôi (kg/con/năm) 50

Bảng 2.5 Hệ số phát thải từ nuôi thuỷ sản 50

Bảng 2.6 Hệ số phát thải ô nhiễm do rửa trôi đất (kg/km2/ngày mưa) 51

Bảng 2.7 Những đặc trưng dòng chảy của các sông đổ vào hệ đầm phá TG – CH 61 Bảng 2.8 Điều kiện biên của mô hình thủy động lực 63

Bảng 2.9 Mối liên hệ giữa N-(NH4++NH3) và N-NH3 tại pH = 8, nhiệt độ 30oC 71

Bảng 2.10 Mối liên hệ giữa N-(NH4++NH3) và N-NH3 tại pH = 9, nhiệt độ 30oC 72 Bảng 3.1.Tải lượng ô nhiễm phát sinh năm 2011 và dự báo cho năm 2020, 2030 từ nguồn sinh hoạt của tỉnh Thừa Thiên - Huế (tấn/năm) 75

Bảng 3.2.Tải lượng ô nhiễm phát sinh năm 2011 và dự báo cho năm 2020 và 2030 từ nguồn công nghiệp của tỉnh Thừa Thiên Huế (tấn/năm) 77

Bảng 3.3.Tải lượng ô nhiễm phát sinh năm 2011 và dự báo cho năm 2020, 2030 từ nguồn chăn nuôi của tỉnh Thừa Thiên Huế (tấn/năm) 78

Bảng 3.4.Tải lượng ô nhiễm phát sinh năm 2011 và dự báo cho năm 2020, 2030 từ nguồn nuôi trồng thủy sản của tỉnh Thừa Thiên Huế (tấn/năm) 79

Bảng 3.5.Tải lượng ô nhiễm phát sinh năm 2011 và dự báo cho năm 2020 từ rửa trôi

đất của tỉnh Thừa Thiên Huế (tấn/năm) 80

Bảng 3.6 Tổng tải lượng ô nhiễm phát sinh năm 2011 và dự báo cho năm 2020, 2030 từ các nguồn của tỉnh Thừa Thiên Huế và khu vực TG - CH (tấn/năm) 80

Bảng 3.7 Tổng tải lượng ô nhiễm đưa vào hệ đầm phá TG - CH năm 2011 và dự báo cho năm 2020 và 2030 (tấn/năm) 83

Bảng 3.8 Hiệu chỉnh thủy động lực: hế số nhám Manning (n) 84

Bảng 3.9 Các giá trị mặc định của hệ số nhớt và hệ số khuếch tán

trong mô hình thủy động lực 85

Bảng 3.10 Kết quả hiệu chỉnh hệ số khuếch tán (DH) và độ nhớt theo phương ngang (νH) 85

Bảng 3.11 Tóm tắt các thông tin thiết lập mô hình thủy động lực 88

Bảng 3.12 Điều kiện biên của mô hình chất lượng nước 89

Bảng 3.13 Tổng hợp lượng chất thải từ các vị trí điểm thải đổ vào hệ đầm phá TG-CH 90

Bảng 3.14 Kết quả quan trắc chất lượng nước hệ đầm phá TG - CH ngày 25-26/11/2011 (mùa mưa) (g/m3) 91

Bảng 3.15 Kết quả quan trắc chất lượng nước hệ đầm phá TG - CH ngày 19-20/5/2012 (mùa khô) (g/m3) 91

Bảng 3.16 Mức độ ảnh hưởng của các biến số từ cao xuống thấp trong thủy vực 92 Bảng 3.17 Sai số giữa mô hình và quan trắc hệ đầm phá TG-CH 96

Bảng 3.18 Các tham số chất lượng nước được hiệu chỉnh cho hệ đầm phá TG-CH99 Bảng 3.19 Sai số giữa mô hình và quan trắc qua kết quả so sánh chất lượng nước tháng 4/2017 tại đầm Cầu Hai (đơn vị: mg/l) 100

Bảng 3.20.Lượng nước và tỷ lệ trao đổi nước qua một ngày đêm tại ba khu vực Tam Giang - Thủy Tú - Cầu Hai 103

Bảng 3.21 Tải lượng thải đưa vào hệ đầm phá TG-CH theo các kịch bản 105

Bảng 3.22 Nồng độ một số thông số chất lượng nước hệ đầm phá TG – CH tại các điểm quan trắc – kịch bản đột xuất 2020 (mg/l) 119

Bảng 3.23 Nồng độ một số thông số chất lượng nước hệ đầm phá TG – CH tại các điểm quan trắc – kịch bản đột xuất 2030 (mg/l) 122 Bảng 3.24 Giá trị giới hạn trong QCVN đối với một số thông số chất lượng nước để bảo vệ đời sống động vật thủy sinh 125 Bảng 3.25 Sức tải môi trường hệ đầm phá TG - CH đối với các hợp chất của C, N

và P – trên cơ sở ngưỡng là các quy chuẩn Việt Nam 126 Bảng 3.26 Nồng độ các thông số chất lượng nước tại các điểm quan trắc hệ đầm phá TG-CH - kịch bản sức tải theo QCVN (mg/l) 127 Bảng 3.27 Giá trị ngưỡng của các chất ô nhiễm trong kịch bản sức tải tối đa 127 Bảng 3.28 Nồng độ các thông số chất lượng nước tại các điểm quan trắc vùng TG-

CH - kịch bản sức tải tối đa (mg/l) 129 Bảng 3 29 Sức tải môi trường đầm phá Tam Giang – Cầu Hai đối với các hợp chất của C, N và P – kịch bản sức tải tối đa 129 Bảng 3 30 Đề xuất giá trị giới hạn đối với một số thông số chất lượng nước để bảo

vệ đời sống động vật thủy sinh 130 Bảng 3 31 Đề xuất sức tải môi trường hệ đầm phá TG - CH đối với các hợp chất của C, N và P 131

1 MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Hệ đầm phá Tam Giang - Cầu Hai (thuộc tỉnh Thừa Thiên Huế) là đầm phá lớn nhất ở ven bờ Việt Nam với gần 1000 loài động vật, thực vật thủy sinh có giá trị kinh

tế [1] Các hoạt động kinh tế - xã hội vùng đầm phá đang diễn ra hết sức sôi động bao gồm nông nghiệp, nghề cá và khai thác biển, giao thông - cảng, du lịch – dịch vụ v.v

Hệ đầm phá là nơi tiếp nhận các nguồn thải ven bờ không những của các huyện giáp ranh mà còn cả của các khu vực miền núi Khả năng suy thoái chất lượng môi trường, cạn kiệt nguồn giống sẽ xảy ra nếu không có những biện pháp quản lý hệ thống đầm phá Mỗi một hệ thống tự nhiên có một khả năng chịu tải nhất định Vượt quá ngưỡng

đó, hệ thống sẽ bị thay đổi kéo theo sự thay đổi chức năng của hệ thống Trong khi đó, các hoạt động phát triển kinh tế - xã hội ven bờ đã dẫn đến tải lượng hữu cơ và dinh dưỡng đưa vào hệ đầm phá không ngừng gia tăng mà không có biện pháp bảo vệ hoặc cảnh báo Trước sức ép phát triển kinh tế của khu vực, nghiên cứu sinh đã chọn đề tài

“Nghiên cứu đánh giá sức tải một số yếu tố môi trường (C, N, P) khu vực đầm phá Tam Giang - Cầu Hai (tỉnh Thừa Thiên Huế)” làm luận án nghiên cứu của mình

Do các nguồn thải đưa vào hệ đầm phá Tam Giang - Cầu Hai (TG – CH) chủ yếu là các chất thải sinh hoạt từ dân cư, khách du lịch, chăn nuôi và nuôi trồng thủy sản (NTTS) trong vùng nên các yếu tố môi trường được chọn để đánh giá sức chịu tải

là các chất hữu cơ (BOD5, COD), các chất dinh dưỡng (amoni, phosphat, nitrat, nitrit, T-N, P-P) Đây là các hợp chất có mặt thường xuyên trong nước thải sinh hoạt, chăn nuôi và NTTS

Sức tải môi trường là một hướng tiếp cận có tính phòng ngừa trong đó khả năng chịu tải môi trường của mỗi hệ thống tự nhiên là hữu hạn Khi các chất ô nhiễm

đi vào các thủy vực ven bờ, chúng sẽ tham gia vào các quá trình tự làm sạch tự nhiên bao gồm hóa học, lý học và sinh học [2] Nếu lượng chất ô nhiễm đi vào thủy vực lớn hơn khả năng tự làm sạch tự nhiên của nó, thủy vực sẽ bị thay đổi về cấu trúc và chức năng, thậm chí mất khả năng tự phục hồi Nghiên cứu sức tải môi trường có một số hướng tiếp cận và được áp dụng trong một số lĩnh vực như trong NTTS, đánh giá sức

tải du lịch, quản lý nguồn thải, quản lý hệ sinh thái Hướng tiếp cận của luận án tập trung vào nghiên cứu, quản lý nguồn thải, góp phần bảo vệ chất lượng môi trường nước và hệ sinh thái Hiểu và đánh giá đúng sức chịu tải môi trường có ý nghĩa quan trọng trong việc đưa ra các chính sách phát triển kinh tế - xã hội và bảo vệ môi trường

2 Mục tiêu của luận án

- Đánh giá được sức chịu tải của một số yếu tố môi trường (C, N, P) trong hệ đầm phá TG - CH làm cơ sở cho quản lý, phát triển bền vững hệ đầm phá

3 Nội dung nghiên cứu

- Phân tích, đánh giá và dự báo tải lượng ô nhiễm từ các nguồn đưa vào hệ đầm phá

- Mô phỏng lan truyền các chất ô nhiễm trong hệ đầm phá TG - CH theo các kịch bản cơ sở (năm 2011 – 2012) và kịch bản 2020, 2030, kịch bản đột xuất

- Nghiên cứu, tính toán sức tải hệ đầm phá TG - CH đối với các chất hữu cơ và chất dinh dưỡng theo các ngưỡng của quy chuẩn Việt Nam, ngưỡng sức tải tối đa và ngưỡng gây bất lợi đối với sinh vật thủy sinh

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu: các hợp chất C, N, P trong nước hệ đầm phá TG - CH; các nguồn thải đưa vào hệ thống đầm phá

- Phạm vi không gian: không gian nghiên cứu là hệ đầm phá TG – CH và các vùng xung quanh đưa các chất ô nhiễm vào đầm phá

- Phạm vi thời gian: mùa mưa (tháng 11) và mùa khô (tháng 5) của các năm

2011, 2012, 2016; dự báo cho các năm 2020, 2030

5 Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu tổng quan, hồi cứu tài liệu: Thu thập các tài liệu đã công bố trên thế giới và trong nước về sức tải môi trường; các tài liệu về đặc điểm tự nhiên, kinh tế- xã hội, chất lượng môi trường hệ đầm phá TG – CH

- Điều tra, khảo sát và thực nghiệm ngoài hiện trường: đo đạc dòng chảy, thu

và phân tích mẫu chất lượng nước tại hệ đầm phá TG – CH

- Mô hình hóa: mô phỏng chế độ thủy động lực và sự lan truyền chất ô nhiễm trong hệ đầm phá sử dụng phần mềm Delft – 3D

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- Hệ thống hóa được phương pháp đánh giá sức chịu tải môi trường cho một thủy vực ven bờ Việt Nam

- Góp phần xác định sức tải môi trường các yếu tố BOD5, COD, N-NH4+,

N-NO3- và P-PO43- cho hệ đầm phá Tam Giang – Cầu Hai, có thể sử dụng làm nguồn tham khảo cho công tác quản lý môi trường

7 Những kết quả khoa học đạt được và đóng góp mới của luận án

- Đã xác định nguồn thải và ước tính lượng thải các chất ô nhiễm C, N, P từ các hoạt động kinh tế - xã hội đưa vào hệ đầm phá TG-CH

- Đã hiệu chỉnh mô hình chất lượng nước hệ đầm phá TG-CH và mô phỏng chất lượng nước theo các kịch bản phát triển đến năm 2020 và 2030

- Đã tính được sức tải môi trường cho hệ đầm phá TG-CH theo các ngưỡng của QCVN và theo khả năng tự làm sạch (đồng hóa) của đầm phá

2 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU VÀ KHU VỰC

mô hình hóa, hướng nghiên cứu này đã được áp dụng tại một số lĩnh vực như trong nuôi trồng thủy sản, du lịch, kiểm soát nguồn thải v.v Đặc biệt, trong khoảng 15 năm trở lại đây, dưới sức ép của các quy hoạch phát triển và sự suy thoái của tài nguyên và môi trường, hướng nghiên cứu STMT được phát triển và áp dụng khá rộng rãi Vấn đề đặt ra là cần làm rõ các khái niệm, hiểu đúng bản chất của STMT và có phương pháp tính toán đúng đắn để có thể áp dụng vào trong thực tiễn quản lý nguồn thải và bảo vệ môi trường

Ngoài khái niệm về STMT, các khái niệm về khả năng tự làm sạch và cân bằng chất ô nhiễm trong thủy vực cũng có mối liên quan chặt chẽ với nhau, bổ sung cho nhau

Khả năng tự làm sạch của thủy vực: Các chất ô nhiễm khi đi vào các thủy vực

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

xi hóa như ozon và oxy, sự oxi hóa bởi tia tử ngoại; quá trình khử và sự trung hòa

Quá trình sinh học bao gồm sự thoái hóa/chuyển đổi các chất ô nhiễm hữu cơ bởi vi khuẩn dưới các điều kiện hiếu khí hoặc yếm khí, cũng như sự tham gia của các vi khuẩn trong quá trình nitrat hóa và phản nitrat hóa tương ứng Quá trình sinh học giữ một vai trò quan trọng trong cơ chế làm sạch nước ở các thủy vực tự nhiên Việc loại

bỏ chất ô nhiễm khỏi thủy vực bằng phương pháp sinh học thường được gọi là “tự làm sạch đúng nghĩa” và sự tự làm sạch tổng số “lý, hóa, sinh” được gọi là “tự làm sạch biểu kiến”

Cân bằng chất ô nhiễm trong thủy vực: Nghiên cứu về cân bằng các chất ô

nhiễm cung cấp cơ sở để dự báo động thái ô nhiễm của các vùng nước biển và đại dương theo những giá trị cho trước về phát thải các chất ô nhiễm, xây dựng những khuyến cáo về chế độ phát thải tối ưu và xác định các mức chịu tải cho phép tới hạn hay dung lượng dung hòa của biển với các chất ô nhiễm

Theo A.M Vlađimirov trong cuốn “Bảo vệ Môi trường” [5], về định tính, cân bằng các chất ô nhiễm đối với biển nói chung có thể biểu diễn bằng sơ đồ sau:

∆C = C vào – C ra

Ở đây ∆C là gia lượng nồng độ chất ô nhiễm sau thời gian t, C vào là phát thải chất ô nhiễm vào thủy vực (bao gồm phát thải từ bờ, phát thải do sông mang ra, phát thải trực tiếp từ biển như tàu, giàn khoan v.v; lượng chất tới trong quá trình trao đổi nước, lượng chất xâm nhập từ khí quyển vào nước) và C ra là lượng chất ô nhiễm ra khỏi thủy vực trong thời gian t (bao gồm lượng chất đi do trao đổi nước, lượng chất đi

từ biển vào không khí, lượng chất bị phân hủy hóa học, sinh hóa và lượng chất lắng đọng vào bùn đáy) Sự bảo tồn trạng thái bình thường của môi trường biển đòi hỏi phải thỏa mãn những điều kiện hạn chế:

0< C ≤ NĐTHCP và ∆C < 0 trong đó NĐTHCP là nồng độ tới hạn cho phép của các chất ô nhiễm

Sức tải môi trường:

Với quan điểm tiếp cận phòng ngừa ô nhiễm, năm 1986, UNESCO đã công bố báo cáo của Nhóm các chuyên gia về khoa học ô nhiễm biển (GESAMP), theo đó, sức tải môi trường (Environmental carrying capacity hay Environmental capacity) được

định nghĩa "là một tài sản của môi trường và được xác định như khả năng chứa đựng các hoạt động hay là tốc độ các hoạt động (ví dụ thể tích chất thải trên một đơn vị

thời gian, số lượng chất thải nạo vét trên một đơn vị thời gian, số lượng các muối khoáng được chiết trên một đơn vị thời gian) mà không có các tác động bất lợi" [3] STMT sẽ biến đổi theo đặc trưng khu vực, loại và lượng thải, các hoạt động hoặc các nguồn tài nguyên, các tiện ích bị ảnh hưởng Theo định nghĩa này, cần phải làm rõ ngưỡng nào của môi trường thì có các tác động bất lợi

Trong cuộc hội thảo diễn ra từ ngày 12 -15/5/2002 tại Malaysia về “Xác định sức tải môi trường khu vực biển và ven bờ: tiến trình, sự bắt buộc và lựa chọn tương lai”, một loạt các khái niệm và cách hiểu về STMT được đưa ra Đây là một sự tổng hợp toàn diện các kết quả nghiên cứu về STMT cho tới thời điểm đó Về phía nuôi trồng loài hai mảnh vỏ, STMT được định nghĩa là ”trữ lượng tối đa của một hệ sinh thái cụ thể với mức sản xuất tối đa mà không có các ảnh hưởng bất lợi đến tốc độ tăng trưởng’’ [6] Định nghĩa này khá hẹp do chỉ tập trung vào các loài hai mảnh vỏ trong NTTS Mục đích là tối đa sức sản xuất và tối ưu sự kết hợp các loài và đóng góp vào việc giảm thiểu các tác động môi trường do việc nuôi trồng Cũng liên quan đến nuôi trồng loài hai mảnh vỏ, khả năng tải đã được điều chỉnh thành bốn loại [7]: 1) Khả năng tải vật lý - "tổng diện tích các trang trại biển có thể được chứa đựng trong không gian vật lý sẵn có"; 2) Khả năng tải sản xuất - "mật độ thả của loài hai mảnh vỏ sao cho thu hoạch đạt tối đa "; 3) Khả năng tải sinh thái - "mật độ thả giống hoặc mật độ trang trại mà tại đó gây ra các tác động sinh thái không thể chấp nhận được"; 4) Khả năng tải xã hội - "mức phát triển nông trại mà tại đó gây ra các tác động xã hội không thể chấp nhận."

Do hệ sinh thái có nhiều chức năng nên nhu cầu quản lý bền vững càng ngày càng gia tăng Vì vậy, một định nghĩa chung về sức tải ở mức hệ sinh thái có thể là

“một sự thay đổi mà một quá trình phải chịu trong một hệ sinh thái cụ thể mà không

có sự thay đổi về cấu trúc và chức năng của nó quá các giới hạn cho phép” [8] Tương

tự như vậy, “khả năng tải” đề cập đến mức sản xuất (quy mô sản xuất hoặc mật độ nuôi trồng) mà không gây ra “tác động bất lợi đến môi trường rộng hơn” [9] Ngắn gọn hơn, khả năng tải (CC – Carrying Capacity), tức là mật độ thả giống mà tại đó sức khỏe hệ sinh thái không bị tổn hại [10]

Ken Furuya (2003) [11], đề cập rằng STMT có thể được định nghĩa theo nhiều cách bởi vì các thủy vực ven bờ có các chức năng khác nhau Hiểu biết về chu kỳ vật

chất trong tự nhiên và các HST sẽ cho ta những kiến thức quan trọng trọng việc định nghĩa STMT Định nghĩa của Furuya về STMT khá đơn giản, là sức sản xuất tối đa hoặc trữ lượng tối đa với tác động môi trường ít nhất Khái niệm STMT này cũng khá hẹp như các khái niệm của Pedro Duarte (2003) [6] chỉ tập trung vào 1 số loài trong HST, trong khi ngoài NTTS, thủy vực còn chịu tác động của nhiều hoạt động khác

Chang Hee- Lee, (2003) [12] tiếp cận STMT qua việc tính toán tổng lượng thải tối đa thải ra hồ Shihwa để điều chỉnh và xử lý nguồn phát thải sao cho chất lượng nước trong hồ đạt đến mức có thể sử dụng cho công nghiệp và tưới tiêu Công trình này được thực hiện dựa vào ý tưởng tổng tải lượng ô nhiễm từ các lưu vực và các nguồn nội tại cần phải được kiểm soát trong năng lực đồng hóa của nguồn nước tiếp nhận Hệ thống này đã được thực hiện ở Nhật Bản và Mỹ dưới dạng “Hệ thống kiểm soát tổng tải lượng ô nhiễm phạm vi rộng” và “tổng tải lượng tối đa hàng ngày” (TMDL), tương ứng

Trong vòng 10 năm trở lại đây, khái niệm “sức tải môi trường nước” (water environmental carrying capacity) được nghiên cứu khá nhiều, mang ý nghĩa rộng hơn

và có nhiều cách hiểu Trong một nghiên cứu ở thành phố Hoài An nằm ở lưu vực sông Huaihe, STMT nước được định nghĩa là “quy mô dân số và kinh tế lớn nhất mà môi trường nước có thể hỗ trợ ở một khu vực cụ thể trong một khoảng thời gian mà không ảnh hưởng xấu đến môi trường nước khu vực” [13] Cũng mang ý nghĩa như vậy, STMT nước được hiểu là “tốc độ tiêu thụ tài nguyên và xả thải tối đa có thể được duy trì vô thời hạn trong một khu vực nhất định mà không làm giảm tính toàn vẹn chức năng và năng suất của HST có liên quan” [14] Ở đây, STMT nước không chỉ đề cập đến chất thải, chất lượng môi trường mà còn mở rộng đến tài nguyên, mức tiêu thụ tài nguyên, tính dễ tổn thương của môi trường nước và cả các yếu tố kinh tế - xã hội khác như trình độ công nghệ, thể chế v.v

Trong số rất nhiều định nghĩa về STMT, Han Mei và cs (2010) đã tổng hợp và chia STMT nước thành 4 loại [15], theo đó STMT nước là: (1) tỷ lệ của tổng lượng phát thải cho phép của chất ô nhiễm và nồng độ tương ứng trong tiêu chuẩn môi trường; (2) khả năng đồng hóa, tự làm sạch môi trường, (3) khả năng tải chất ô nhiễm tối đa mà không gây ô nhiễm môi trường; (4) tổng năng lực môi trường nước cơ bản

được xác định dựa trên các giá trị tiêu chuẩn môi trường và giá trị nền;sự thay đổi STMT nước được xác định dựa trên khả năng tự làm sạch

Như vậy, khái niệm về STMT khá phong phú và có nhiều cách hiểu Mỗi một định nghĩa, khái niệm về STMT có cách tiếp cận riêng, nhưng vấn đề kiểm soát nguồn thải, nguồn ô nhiễm từ lục địa là mối quan tâm lớn nhất trong các nghiên cứu về STMT

1.1.2 Tình hình nghiên cứu ngoài nước

Do có các khái niệm, định nghĩa khác nhau về STMT nên cách tiếp cận, phương pháp luận để tính toán STMT cũng khác nhau Các cách tiếp cận chính được

sử dụng trong đánh giá STMT bao gồm:

1.1.2.1 Áp dụng mô hình sinh địa hóa – dinh dưỡng để tính toán mật độ nuôi thả tối

đa của các loài nuôi trồng (cá, tôm, hai mảnh vỏ, v.v.)

Điển hình cho hướng nghiên cứu này là Duarte và cs (2003) [6], Brigolin và cs (2008) [16], Ramón và cs (2010) [17], Carrie Byron và cs (2011) [18], Lotta và cs (2016) [19] v.v Trong hướng tiếp cận này, một mô hình sinh địa hóa – dinh dưỡng được xây dựng (hoặc áp dụng) cho từng khu vực cụ thể trong đó quan tâm đến các yếu

tố đầu vào của mô hình như sinh khối loài, lượng thức ăn, sinh khối thực vật phù du, mật độ thả giống, tỷ lệ chuyển hóa thức ăn v.v Mục đích là tối ưu hóa sức sản xuất của loài nuôi trồng ở quy mô trang trại Trong một mô hình nghiên cứu tại vịnh Goseung, Hàn Quốc, mô hình thủy động lực – phú dưỡng 3 chiều (HEM-3D) đã được

áp dụng trong việc đánh giá STMT cho việc nuôi ngao [20] Mô hình được thiết kế đặc biệt để mô phỏng tương tác giữa sự tăng trưởng của ngao và mối liên hệ với môi trường bao gồm các quá trình vật lý và sinh hóa trong hệ thống loài có vỏ Các kết quả

mô phỏng đã đưa ra 16 cá thể/m3 là mật độ thả giống hợp lý để thu được kích cỡ thương mại trọng lượng 6 g thịt khi kết thúc 9 tháng nuôi Dựa trên những kết quả này, sức chịu tải tối ưu của vịnh Goseung được ước tính là 1.500 MT trọng lượng thịt xem xét diện tích nước mặt cho nuôi ngao Nghiên cứu kết luận rằng việc nuôi ngao hiện nay là trong khả năng tải của vịnh

Trong một nghiên cứu tương tự ở vịnh Goseung năm 2001, để xác định mối quan hệ giữa sự tăng trưởng của loài hai mảnh vỏ và môi trường của chúng thông qua việc tiêu thụ TVPD, bài tiết chất dinh dưỡng, và phân hủy sinh học, đã sử dụng mô

hình hệ sinh thái [21] Ba mô hình đã được sử dụng gồm mô hình thủy động lực, mô hình sinh thái và mô hình tăng trưởng ngao trong việc mô phỏng các động lực của sự tăng trưởng ngao và các điều kiện môi trường trong hệ thống loài có vỏ Mô hình thủy động lực được xây dựng bởi Nakata và cộng sự năm 1983 Mô hình mô phỏng trường vật lý 3 chiều trong vịnh biển và minh họa sự thay đổi theo thời gian của trường dòng chảy, muối và vận chuyển nhiệt Mô hình sinh thái mô phỏng dòng các bon, nitơ và phospho cộng với sức sản xuất và tiêu thụ oxy hòa tan trong trong hệ thống biển khơi

Mô hình tăng trưởng ngao dựa trên quy mô tăng trưởng, trong đó được tính toán dưới dạng kết quả lưới năng lượng nhận được từ việc cho ăn, mất năng lượng, duy trì năng lượng (hô hấp và loại trừ) và sản xuất năng lượng Mô hình HST mới được thiết kế để

mô phỏng tương tác giữa họat động của ngao và môi trường của chúng bao gồm các quá trình vật lý và sinh hóa trong hệ thống loài có vỏ Chuỗi thời gian của việc quan sát, đo đạc môi trường và sinh thái từ hệ thống loài có vỏ được sử dụng để hiệu chuẩn

mô hình Sự mô phỏng đã làm sáng tỏ rằng con ngao trong hệ thống loài có vỏ giữ một vai trò quan trọng trong việc loại bỏ TVPD và thải ra các chất dinh dưỡng cho việc tái tạo TVPD ở trong cột nước Hơn nữa, việc phân tích cho rằng các thông số vật

lý của TVPD và hiệu suất hấp phụ của ngao là nhân tố quan trọng nhất đối với sự tăng trưởng của ngao

Trong vịnh Hiroshima (Nhật Bản), sự biến đổi hàng năm trong hệ sinh thái có mức dinh dưỡng thấp bao gồm cả việc nuôi ngao đã được quan sát từ năm 1984 –

1996 sử dụng mô hình hệ sinh thái để kiểm tra các nguyên nhân làm suy giảm mùa vụ của ngao trong vịnh [22] Kết quả cho thấy rằng, khi không nuôi ngao, nồng độ chlorophyll a, phôt pho hữu cơ hòa tan, và các mảnh vụn tăng ở lớp trên và nồng độ

DO giảm ở lớp dưới Điều đó có nghĩa là việc nuôi ngao giữ một vai trò quan trọng trong việc giữ gìn môi trường của vịnh Sản lượng của ngao cao nhất khi nồng độ chlorophyll a ở lớp trên là 7g/l và tải lượng phôt pho tổng số từ sông Ohta là 0,5 tấn/ngày Vì vậy cần thiết phải giữ cho tải lượng phôt pho tổng số từ sông Ohta là 0,5 tấn/ngày cho việc nuôi ngao bền vững trong vịnh Hiroshima

Paul Shin (2003) [23], khi xem xét đến việc nuôi cá biển đã cho rằng sức tải của một thủy vực phụ thuộc vào chế độ triều, dòng chảy, và khả năng đồng hóa chất ô nhiễm của thủy vực Một ví dụ đơn giản đối với oxy hòa tan Giả sử rằng lượng oxy

tiêu thụ của các loài nuôi trồng nằm trong khoảng từ 83-400gO2/tấn/h và giả sử rằng lượng oxy hòa tan trong nước biển là 7mgO2/l thì cần ít nhất 17 – 57m3/h của nước biển sạch để bù vào cho lượng oxy tiêu thụ của 1 tấn cá nuôi trồng - là lượng oxy cần thiết được sử dụng cho việc đồng hóa các chất thải của các hoạt động trong trang trại Phép tính đơn giản trên thể hiện rằng sức chứa tối đa của nước (đối với oxy hòa tan) với tốc độ dòng 17-57m3/h nhỏ hơn 1 tấn cá trữ lượng Sử dụng các tiếp cận tương tự

và các mô hình chất lượng nước, có thể ước tính trữ lượng tối đa cho phép trong một thủy vực nhất định mà không làm suy thoái chất lượng nước/trầm tích Như vậy, sản lượng bền vững tối đa đã trở thành một thuật ngữ được sử dụng nhiều trong quản lý nghề cá nhưng vẫn rất có giá trị khi kết nối với sức tải môi trường

Ở vịnh Otsuchi (Nhật Bản), một dự án 3 năm (2000 - 2002) đã được thực hiện nhằm mục đích tìm hiểu về chu trình vật chất của loài có vỏ và nền đáy nuôi trồng rong biển [11] Vì các sinh vật có sự cạnh tranh tự nhiên về muối dinh dưỡng và thức

ăn, nên việc đánh giá STMT cho các thủy vực ven bờ là rất quan trọng cho việc khai thác bền vững năng suất sinh học Hai tiêu chí chính được đề xuất là: a) tính toán chính xác sức sản xuất sơ cấp của TVPD vì nó chi phối độ lớn của năng suất sinh học

tổng số; b) có sự hiểu biết về động học của oxy Hơn nữa, đối với tảo bẹ (Undaria pinnatafida), việc nuôi trồng tập trung con sò (Patinopecten yessoensis) và hầu Nhật Bản (Crasstrea gigas) là một nhiệm vụ chính trong vịnh Tảo bẹ và loài hai mảnh

được nuôi kết hợp trong một mô hình 3 chiều sinh - lý học Kết quả cho thấy rằng năng suất sơ cấp của TVPD vượt quá năng suất sơ cấp của tảo bẹ Vì vậy, việc tiêu thụ TVPD bởi các loài ĐVPD và các loài có vỏ là rất quan trọng trong việc đánh giá STMT của vịnh Trong khi việc tiêu tốn nhanh oxy hòa tan được quan sát thấy ở lớp trầm tích đáy phía dưới bè nuôi là do sự tích lũy mạnh của các chất bẩn thì không quan sát thấy có sự thiếu oxy trong nước Các quan sát đã chỉ ra rằng việc cung cấp liên tục oxy hòa tan qua dòng nước chảy dọc đáy là rất có giá trị mà điều này được cho là do tuần hoàn gió, dòng chảy, và thủy triều Điều này gợi ý rằng địa hình của vịnh đã tạo ra một sự trao đổi nước tích cực và nó phù hợp với NTTS từ quan điểm cung cấp oxy

Ưu điểm của hướng tiếp cận này là khá thực tiễn với các kết quả rõ ràng về mật

độ thả giống tối đa, sản lượng nuôi tối đa mà không gây ảnh hưởng đến chất lượng

môi trường Các nghiên cứu ở quy mô trang trại nên có thể áp dụng trong NTTS Tuy nhiên, hướng tiếp cận này khá hẹp, mới chỉ đề cập đến một hoặc một số loài nuôi trồng mà không tính đến những tác động, ảnh hưởng của các nguồn ô nhiễm khác từ lục địa

1.1.2.2 Tính toán lượng thải tối đa hàng ngày (TMDL) được phép đưa vào thủy vực

Năm 1986, nhóm các chuyên gia về khoa học ô nhiễm biển (GESAMP) đã đưa

ra công thức tính STMT theo hướng tiếp cận này:

EC max = (C tiêu chuẩn - C hiện tại ) V/τ [2]

Trong đó:

ECmax: : Năng lực tải tối đa của thủy vực (kg/ngày)

Ctiêu chuẩn: Nồng độ GHCP của chất trong quy chuẩn, tiêu chuẩn (mg/l)

Chiện tại: Nồng độ trung bình của chất trong thủy vực (mg/l)

τ : Thời gian lưu của nước trong thủy vực (ngày)

V : thể tích trung bình của thủy vực (m3)

Trong công thức này, thời gian lưu của nước trong thủy vực là yếu tố quan trọng nhất quyết định khả năng tiếp nhận chất thải Thời gian lưu được tính toán qua khả năng trao đổi nước của thủy vực với biển Các chất thải từ lục địa đi vào thủy vực sau khi trải qua các quá trình đồng hóa, tự làm sạch sẽ được tích lũy hay chuyển hóa phụ thuộc vào lượng thải, và điều này thể hiện ở giá trị nồng độ các chất ô nhiễm trong thủy vực STMT tính theo công thức này khá đơn giản và dễ áp dụng, tuy nhiên mới chỉ đề cập đến khả năng trao đổi nước, còn các quá trình chuyển hóa, lắng đọng, phân hủy xảy ra bên trong thủy vực chỉ được đề cập gián tiếp thông qua giá trị “nồng

độ chất ô nhiễm” Ngoài ra, STMT tính theo công thức này phụ thuộc và các giá trị GHCP trong tiêu chuẩn, quy chuẩn, chưa đi đến ngưỡng “tự làm sạch” của thủy vực, trong khi các quy chuẩn, tiêu chuẩn chất lượng nước hay thay đổi và phụ thuộc nhiều vào các bên liên quan như ngành công nghiệp, nông nghiệp, dịch vụ, quản lý môi trường v.v Công thức tính STMT theo GESAMP được áp dụng nhiều trong quản lý môi trường

Cũng theo hướng tiếp cận này nhưng với sự phát triển của các phần mềm, các

mô hình thủy động lực, mô hình sinh địa hóa của toàn thủy vực được xây dựng Các

mô hình sẽ mô phỏng sự trao đổi nước, hướng và độ lớn của dòng chảy, sóng, các quá

trình chuyển hóa trong thủy vực do đó có độ chính xác cao hơn Trên cơ sở chế độ thủy động lực của các thủy vực nghiên cứu, mô hình lan tryền chất ô nhiễm được xây dựng để mô phỏng chất lượng nước, từ đó tính toán lượng thải tối đa được phép đưa vào thủy vực sao cho không vi phạm các quy chuẩn môi trường

Cách tiếp cận này được sử dụng khá nhiều qua các nghiên cứu của Enhui và đồng nghiệp (2013) [24]; Li KeQiang và đồng nghiệp (2012, 2014) [25, 26], Zhao và đồng nghiệp, (2012, 2015) [27, 28]; Ayeon Lee và đồng nghiệp (2013) [29] v.v Kết quả của các nghiên cứu này được sử dụng làm căn cứ để giảm thiểu lượng thải hay phát triển kinh tế- xã hội theo hướng không tổn hại đến môi trường Hướng tiếp cận này cũng đã được áp dụng để tính toán STMT cho 4 hồ (Pine, Upper Crooked, Gull và Sherman) ở Mỹ do Uỷ ban Tài nguyên nước Four Township tiến hành năm 2002 hay tính tải lượng thải tối đa hàng ngày cho các vùng cửa sông [30] Phòng Sinh thái của

bang Washington (Mỹ) cũng đã công bố báo cáo về Tổng tải lượng thải hàng ngày tối

đa tại vùng cửa sông Snohomish năm 1999 sử dụng mô hình chất lượng nước WASP5

[31] Năm 1999, Uỷ ban Chất lượng nước (Mỹ) đã xuất bản báo cáo Đánh giá tải lượng thải hàng ngày tối đa tại sông Straight, hạt Summit, Colorado Vào tháng 3 năm 2005, Cục bảo vệ Môi trường Mỹ đã công bố Tổng tải lượng thải hàng ngày tối

đa đối với thuỷ ngân tổng số trong cá ở hồ Yonah [32]

Có thể thấy, sự phát triển nhanh chóng về kinh tế của Trung Quốc đã đặt quốc gia này ở trạng thái báo động về chất lượng môi trường Rầt nhiều nghiên cứu về TMDL và STMT được thực hiện trong những năm gần đây ở Trung Quốc cho ta thấy các nước đang phát triển (trong đó có Việt Nam) đang và sẽ phải đối mặt với các vấn

đề môi trường

Trong nghiên cứu của Enhui và đồng nghiệp [24], 3 phương án để giảm thiểu nồng độ phôt phat trong nước vịnh Hạ Môn (Trung Quốc) từ 0,06 mg/l xuống mức tiêu chuẩn quốc gia là 0,03mg/l đã được đề xuất, trong đó chủ yếu dựa trên việc giảm 67-74% tải lượng thải và phân bổ lại lượng thải của 22 nguồn thải đổ vào vịnh Đây là một nghiên cứu có tính chất gợi ý cho các nhà hoạch định chính sách nhằm lựa chọn phương án tối ưu trong phục hồi môi trường mà vẫn thỏa mãn các bên liên quan

Các kết quả từ thực tế kiểm soát ô nhiễm trong thời gian qua cho thấy chất lượng môi trường có thể được đảm bảo bằng việc kiểm soát lượng chất ô nhiễm tạo ra

trong môi trường Li KeQiang và đồng nghiệp (2012) [25] đã tính toán năng lực môi trường đối với kim loại nặng ở vịnh Jiaozhou (Trung Quốc) Năng lực môi trường đối với các kim loại nặng được định nghĩa là lượng tối đa của kim loại nặng được phép có trong hệ môi trường biển nhằm giữ gìn sự hài hòa chu kỳ vật chất trong đại dương và để hạn chế những ảnh hưởng bất lợi lên sinh quyển, khí quyển, thủy quyển và thạch quyển Dựa trên mô hình hộp 3 chiều trong một vùng ven bờ cho trước, bao gồm khả năng tự làm sạch và tải lượng các kim loại nặng, năng lực môi trường biển đối với các kim loại nặng được tính toán trong một thời gian và tiêu chí đã có Trong nghiên cứu này, một phương pháp được đề xuất để tính toán năng lực môi trường đối với KLN trong đó bao gồm 4 bước: (1) thu thập các thông tin cơ bản của hệ sinh thái ven bờ, (2) lựa chọn các điểm kiểm soát nước và các tiêu chuẩn chất lượng nước, (3) phát triển các mô hình số về chu trình sinh địa hóa của các kim loại nặng trong các vùng đã cho và (4) tính toán năng lực dựa trên mô hình đã được xây dựng Theo phương pháp được đề xuất, năng lực môi trường đối với chì là 60 tấn/năm nếu chất lượng nước biển loại I được lựa chọn để kiểm soát chất lượng nước vịnh Jiaozhou Cũng trong một nghiên cứu khác của Li KeQiang và đồng nghiệp (2014) [26], một mô hình chất lượng nước về kim loại nặng tích hợp với mô hình thủy động lực 3D được xây dựng để đánh giá STMT và tổng tải lượng thải tối đa được phân bổ (TMAL – Total Maxium Alloctaed Loads) cho Zn và Cd của 3 lưu vực sông ở vịnh Jinzhou (Trung Quốc) Theo như mô hình, STMT cho Zn và Cd xấp xỉ là 17 và 8 tấn/tháng, tương ứng, nếu tiêu chuẩn nhận được từ các giá trị HC5 (5 phân vị của độ lệch chuẩn) được thiết lập như tiêu chuẩn kiểm soát (8,24 g/L cho Zn và 3,83 g/L cho Cd) ở vịnh Jinzhou và TMAL của 3 lưu vực sông là 4 và 1,7 tấn/tháng Một kế họach quản lý môi trường hiệu quả cũng được đề xuất dựa trên năng lực tải của các kim loại

Hồ Fuxian là hồ nước ngọt sâu nhất ở Trung Quốc Mặc dù chất lượng nước của hồ đạt tiêu chuẩn loại I của Tiêu chuẩn chất lượng nước quốc gia (CNWQS), nhưng số liệu quan trắc chỉ ra rằng chất lượng nước tiệm cận với ngưỡng loại II ở một

số khu vực Vì vậy, cần thiết giảm tải lượng thải thông qua chương trình tải lượng thải tối đa hàng ngày Một mô hình chất lượng nước và thủy động lực 3 chiều đã được xây dựng cho hồ Fuxian mô phỏng hoàn lưu dòng và hành vi, vận chuyển chất ô nhiễm Quá trình xây dựng mô hình bao gồm một số bước, như tạo lưới tính, thiết lập các

điều kiện ban đầu và điều kiện biên, và các quá trình chuẩn hóa mô hình Mô hình đã

mô phỏng chính xác sự dâng cao mặt nước quan sát được, sự thay đổi không gian và thời gian của nhiệt độ, tổng N, tổng P và nhu cầu oxy hóa học, gợi ý một sự mô tả số trị hợp lý của hệ thống nguyên mẫu cho việc phân tích TMDL sau này TMDL được tính theo hai cách sử dụng nồng độ bề mặt tức thời và nồng độ nước mặt trung bình hàng năm Phân tích kịch bản đầu tiên cho thấy tải lượng TN, TP và COD cần phải giảm 66%, 68% và 57% tương ứng Trong kịch bản thứ hai, kết quả mô hình cho thấy, dưới điều kiện hiện tại, chất lượng nước hồ đạt tiêu chuẩn loại I và vì vậy, việc giảm tải lượng thải là không cần thiết Chất lượng nước được ưu tiên cao nhất, tuy nhiên, sự phát triển kinh tế địa phương và tính khả thi về chi phí cho sự giảm tải lượng thải đặt

ra một vấn đề quan trọng Các nghiên cứu tiếp theo là cần thiết để đưa ra các đánh giá rủi ro và chi phí để hiện thực hóa đối với các nhà ra quyết định [27]

Tại vịnh Quanzhou (Trung Quốc), tổng lượng NH3-N, tổng phôt-pho và COD

xả vào vịnh được tính toán lần lượt là 888,3; 130,6 và 14527,4 tấn/năm vào thời điểm

2008, và 1518,6; 558,8 và 19986,7 tấn/năm vào thời điểm 2012 Trong đó tỷ lệ xả thải của nguồn sinh hoạt (46,5% năm 2008 và 45,2% năm 2012) cao hơn so với các nguồn khác [28] Dựa trên đặc trưng phân chia hành chính và địa lý, diện tích đất xung quanh vịnh được chia thành 3 phần: vùng bờ biển phía nam, vùng bờ biển phía Tây và vùng bờ biển phía bắc Vùng bờ biển phía nam và phía tây chiếm 59,2 và 35,4% tải lượng COD, và 49,2 và 48,0% tải lượng NH3-N năm 2008 Vùng bờ biển phía bắc đóng góp

ít hơn nguồn ô nhiễm công nghiệp, nhưng chủ yếu là ô nhiễm sinh hoạt (54,1%), tiếp đến là 26,2% ở vùng bờ biển phía nam Sự đóng góp về tải lượng thải ở các khu vực khác nhau của vịnh Quanzhou là khác nhau năm 2008 và năm 2012 Do sự khác nhau

về mức phát triển kinh tế ở 3 khu vực này, sự xả thải ở vùng biển phía bắc vào vịnh ít hơn nhiều so với hai khu vực còn lại tại thời điểm năm 2008 Tuy nhiên, do phát triển công nghiệp và sự xả thải xung quanh vịnh Quanzhou, phần đóng góp của phía tây giảm đi trong khi phần đóng góp phía bắc tăng lên nhanh chóng năm 2012 Cùng với

đó, một số dự án phục hồi sinh thái môi trường biển được triển khai ở vịnh Quanzhou trên cơ sở gợi ý bởi chương trình Kiểm soát khối lượng chất ô nhiễm đưa vào biển (TQCPS), chất lượng nước biển được cải thiện hơn vào năm 2012 Thời gian dài hơn với nỗ lực lớn hơn là cần thiết để giảm thiểu sự xả thải các chất ô nhiễm từ lục địa và

để cải thiện sức khỏe sinh thái biển và sự bền vững sau này Dựa trên các kết quả nghiên cứu và thực tế chương trình TQCPS ở vịnh Quanzhou, một số đề xuất đã được gợi ý Điều này cần thiết cho việc quản lý sau này và có thể được chuyển giao tới những cửa sông và vịnh tương tự ở các vùng bờ biển của Trung Quốc

Một số các nghiên cứu khác về STMT và tổng lượng thải tối đa hàng ngày của các tác giả Trung Quốc như nghiên cứu của Dingjiang và cộng sự (2012) [33] về TMDL nguồn nông nghiệp của sông ChangLe ở phía đông Trung Quốc; nghiên cứu của Ruibin và đồng nghiệp (2012) [34] về chất lượng nước và khả năng tải môi trường của sông Hồng Kỳ, là một nhánh sông bị ô nhiễm trong lưu vực hồ Taihu v.v Trong nghiên cứu của Zhang, năng lực môi trường nước của sông Hồng Kỳ đối với CODCr,

NH3-N, TN và TP lần lượt là 17,51 tấn/năm, 1,52 tấn/năm, 2,74 tấn/năm và 0,37 tấn/năm Các kết quả cho thấy, tải lượng ô nhiễm của NH3-N, TN, và TP cần phải giảm 50,96%; 44,11% và 22,92% để đảm bảo chất lượng nước

Ngoài Trung Quốc, còn có rất nhiều nghiên cứu về TMDL của các thủy vực ở các nước khác Nghiên cứu của Boyacioglu và Alpaslan (2008) [35] tập trung vào xây dựng và ứng dụng một tiếp cận mới “Tổng tải lượng thải tối đa hàng ngày dựa trên chiến lược quản lý và tăng trưởng lưu vực bền vững” nhằm có những hiểu biết thấu đáo hơn trong việc quản lý các thủy vực bề mặt Việc tiếp cận được triển khai qua một nghiên cứu ứng dụng hệ thống trong nghiên cứu ở Thổ Nhĩ Kỳ, tên là lưu vực Tahtali Các kết quả nghiên cứu đã giúp các nhà hoạch định chính sách phát triển các chiến lược hiện thực trong đó chú ý vào các điều kiện cụ thể của lưu vực

Tại hồ Shihwa (Hàn Quốc), hệ thống quản lý tổng tải lượng thải tối đa (TPLMS) đã được sử dụng để ước tính tải lượng ô nhiễm và khả năng đồng hóa của

hồ [12] Hệ thống quản lý tổng lượng thải tối đa là một hệ thống quản lý chất lượng nước trong đó tải lượng ô nhiễm tổng số từ các lưu vực sông và các nguồn thải xác định và không xác định được kiểm soát trong khoảng khả năng đồng hóa của nguồn nước tiếp nhận Tại hồ Shihwa, các chất ô nhiễm thường có độc tính, cụ thể là thủy ngân được xem như là nhân tố gây vấn đề chất lượng nước chính Tuy nhiên, mục tiêu quản lý lại được giới hạn tới các vật chất hữu cơ như là nhu cầu ô xy sinh hóa Đó là

do các khó khăn về kỹ thuật trong việc ước tính tải lượng ô nhiễm một cách định lượng và sự thiếu các thông tin cơ bản cho việc xác định hành vi của các chất độc Đối

với hồ Shihwa, mục tiêu quản lý của TPLMS là thiết lập cho nồng độ COD về 2ppm

vì đó là nồng độ cần thiết để hỗ trợ cho bơi lội và các hoạt động giải trí liên quan đến nước cũng như sự tăng trưởng của các loài sinh vật biển nhạy cảm theo tiêu chuẩn của chất lượng nước biển quốc gia Ước tính tải lượng ô nhiễm liên quan đến việc xác định các nguồn ô nhiễm (ví dụ thông tin về các nguồn xác định và không xác định) và xác định ba loại khác nhau của tải lượng ô nhiễm như tải lượng ô nhiễm phát sinh, tải lượng ô nhiễm thải ra, và tải lượng ô nhiễm phân tán Tải lượng ô nhiễm phát sinh phản ánh nguồn ô nhiễm mà tại đó chưa sử dụng biện pháp xử lý chất ô nhiễm Vì tải lượng ô nhiễm phát sinh giảm đáng kể sau khi đi vào nguồn nước tiếp nhận, cần xác định các quá trình và hiệu quả xử lý chi tiết để áp dụng các phương pháp xử lý cần thiết nhằm tính toán lượng thải ra từ tải lượng phát sinh Xem xét quá trình tự làm sạch tự nhiên ở các con suối, nơi có vị trí khá đặc trưng và thay đổi cao, các đo đạc đã được tiến hành trực tiếp trên dòng chảy sông cũng như đo đạc trực tiếp nồng độ chất ô nhiễm dưới các điều kiện dòng chảy khác nhau để ước tính tải lượng ô nhiễm phân tán

và tỷ lệ phân tán, ví dụ tải lượng phân tán đo được/tải lượng thải trên một lưu vực sông Trong việc quản lý chất lượng nước biển ven bờ, khả năng đồng hóa thường được quyết định bởi tải lượng chất ô nhiễm mục tiêu Vì vậy, cần xác định tải lượng ô nhiễm mục tiêu dưới dạng tải lượng ô nhiễm phát sinh, tải lượng ô nhiễm thải ra và tải lượng phân tán cho phù hợp với yêu cầu quản lý Tại hồ Shihwa, khả năng đồng hóa được quyết định bởi tải lượng phân tán vì nó được sử dụng như một đầu vào của mô hình để dự đoán chất lượng nước hồ

Tại Hàn Quốc, sự suy thoái chất lượng nước nhanh chóng đã khiến cho các nhà quản lý phải có biện pháp kiểm soát các nguồn thải Tuy nhiên, việc kiểm soát một vài nguồn thải xác định không cải thiện được chất lượng nước vì vậy các nhà nghiên cứu

đã đề ra kế hoạch kiểm soát cả nguồn không xác định trong nỗ lực quản lý lưu vực Chương trình kiểm soát tổng tải lượng thải tối đa hàng ngày-TMDL (Ayeon L và cộng sự, 2013) [29] đã được đề ra năm 2004 trong đó bao gồm 6 bước: (1) lựa chọn thủy vực có chất lượng nước bị suy thoái (2) xác định khối lượng nước và mục tiêu chất nước nước, (3) mô tả sự đóng góp của các phụ lưu gây suy thoái chất lượng nước, (4) tính toán các tải lượng xác định và không xác định, (5) xác định TMDL, (6) xây dựng chiến lược giảm thiểu nguồn thải phân bổ cho các hoạt động Chỉ số BOD được

chọn làm chỉ tiêu đánh giá chất lượng nước trong quá trình thực hiện chương trình giảm thiểu nguồn thải, sau này sẽ sử dụng thêm các chỉ tiêu dinh dưỡng Để có được các chiến lược giảm thiểu nguồn thải, cần xây dựng các mô hình mô phỏng Trường hợp ở lưu vực Anyangcheon, mô hình lập trình mô phỏng thủy động lực (HSPF) đã được sử dụng để ước tính tải lượng BOD từ 11 phụ lưu trong lưu vực Anyangcheon Sau khi phân bổ tải lượng thải BOD cho 11 phụ lưu và chạy lại mô hình HSPF thì thấy rằng nồng độ BOD trong nước đã giảm từ 11,21 mg/l xuống còn 7,39 mg/l [29].

1.1.2.3 Xây dựng một hệ thống chỉ số, chỉ thị để đánh giá STMT cho một khu vực ven biển

Cách tiếp cận này mới được phát triển trong vòng 10 năm trở lại đây và là cách tiếp cận khá toàn diện để giải quyết một hoặc nhiều khía cạnh của sức tải môi trường Cách tiếp cận này chủ yếu đến từ các nhà nghiên cứu Trung Quốc [13, 14, 36, 37] STMT của một khu vực ven biển rất phức tạp, phụ thuộc rất nhiều yếu tố như tài nguyên nước, năng lực xử lý chất thải, quá trình động lực và chuyển hóa vật chất trong thủy vực, dân số khu vực, tốc độ đô thị hóa, GDP của khu vực v.v Phương pháp chính được sử dụng theo hướng này là quy trình phân tích phân cấp (AHP - Analytic Hierarchy Process), trong đó các nhóm yếu tố liên quan đến STMT được phân lớp, phân cấp, xác định trọng số, từ đó xác định nhóm yếu tố nào ảnh hưởng đến STMT của khu vực Ưu điểm của cách tiếp cận này khá toàn diện, tính đến các yếu tố tài nguyên, tự nhiên, kinh tế - xã hội, sinh thái của khu vực Nhược điểm của phương pháp là chuỗi số liệu đầu vào khá dài (ví dụ yêu cầu chuỗi số liệu chất lượng nước hoặc chuỗi số liệu về tiêu thụ nước hàng chục năm) để đảm bảo tính khách quan Do liên quan đến xác định trọng số và xây dựng ma trận nên phương pháp vẫn mang tính chủ quan của các chuyên gia

Yongquan Yin (2010) [38] đã xây dựng hệ thống các chỉ thị đánh giá STMT đơn giản cho khu vực phát triển kinh tế Shandong Rencheng ở Trung Quốc Chỉ số đánh giá tổng (CAI) bằng tổng của các chỉ số này CAI tại khu vực năm 2007 là 3,149, chỉ số này lớn hơn 1 cho thấy khu vực phát triển vượt quá khả năng tải của nó Năm 2010, với việc thực hiện các chính sách và hành động, chỉ số này đã giảm xuống còn 0,829

Meriem Naimi Ait-Aoudia và cộng sự (2016) [14] đã đánh giá khả năng tải của nguồn nước đối với thủ đô Algiers – là nơi được coi là khan hiếm nước và phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện khí hậu Theo đó khả năng tải của nguồn nước là tốc độ tối đa giữa tiêu thụ tài nguyên và xả thải có thể được duy trì vô thời hạn trong một khu vực nhất định mà không làm giảm tính toàn vẹn chức năng và năng suất của hệ sinh thái

có liên quan; hay là mức độ hoạt động của con người có thể chịu đựng được bởi các nguồn nước sẵn có mà không làm suy thoái nghiêm trọng môi trường thủy sinh trong khi vẫn duy trì mức sống đầy đủ Cách tiếp cận dựa trên các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng cung cấp và tiêu thụ nước trong các hộ gia đình và các ngành sản xuất, từ đó xây dựng các kịch bản cung cấp- tiêu thụ hợp lý Tác giả đã đề xuất mô hình sử dụng và tiêu thụ nước phù hợp để có thể duy trì được lượng dân số tối đa là khoảng 7 triệu người (hiện tại và tương lai) mà vẫn đảm bảo theo tiêu chuẩn của WHO

Trong nghiên cứu của Shuping Wang (2017) [36], từ 124 yếu tố liên quan đến chất lượng môi trường vùng ven biển Thanh Đảo (Trung Quốc), qua sàng lọc và phân nhóm đã chọn ra 34 yếu tố ảnh hưởng nhất trong đó 29 yếu tố thuộc nhóm “phát thải ô nhiễm từ lục địa” Từ đó, tác giả chỉ ra rằng tình trạng quá tải chủ yếu là do phát thải ô nhiễm từ lục địa và phá hủy bờ biển ở ngoài khơi Thanh Đảo, đặc biệt là ở vịnh Jiaozhou

Tương tự, STMT nước của thành phố Hoài An nằm bên lưu vực sông Huaihe

đã được đánh giá theo hướng này [13] Theo đó STMT nước được định nghĩa là “quy

mô dân số và kinh tế lớn nhất mà môi trường nước có thể hỗ trợ tại một khu vực cụ thể trong một khoảng thời gian mà không ảnh hưởng xấu đến môi trường nước khu vực” Kết quả cho thấy STMT nước của thành phố Hoài An tăng dần qua các năm, nhưng vẫn còn một số vấn đề, như thiếu nguồn nước, ô nhiễm nước nghiêm trọng và hiệu quả sử dụng nước thấp Vì vậy, để tăng khả năng tải môi trường nước của thành phố cần nâng cao mức độ xử lý nước thải, tối ưu hóa cơ cấu công nghiệp và thúc đẩy

sự phát triển hài hòa của môi trường và nền kinh tế Kinh tế là động lực phát triển của khu vực, là yếu tố hỗ trợ mạnh mẽ cho việc bảo vệ môi trường nước Nó sẽ làm giảm bớt mâu thuẫn vốn có của việc tiêu thụ tài nguyên, phát triển kinh tế và môi trường nước, và đảm bảo sự phối hợp và phát triển bền vững giữa môi trường nước, xã hội và kinh tế ở thành phố Hoài An

1.1.2.4 Một số hướng tiếp cận khác

Ngoài các hướng tiếp cận trên, còn một số cách tiếp cận khác tính toán STMT Trong vùng bờ biển phía nam Thái Lan, khái niệm STMT đã được áp dụng để xác định các tác động của nước làm lạnh từ nhà máy điện đốt than [39] Thuật ngữ STMT được chấp nhận như là một đơn vị thể tích của nước có thể chứa sinh khối của các động vật dưới nước Số liệu về sản lượng của cá đối với mỗi loại cá trên thị trường được sử dụng Phương pháp bao gồm việc đếm ấu trùng của động vật có trên 1 đơn vị thể tích nước Xem xét một khu vực đánh bắt cá trong khoảng 11.000 km2 với độ sâu trung bình 15m, tổng thể tích nước là 165 tỷ m3 Nếu lấy tổng sản lượng của động vật

là 1.5 triệu MT, mỗi m3 của nước biển trong khu vực có thể phải chịu tải 0,009258 kg của cá (động vật) Tổng khối lượng bị mất mỗi năm vì vậy là 2,2 triệu kg/năm Các biện pháp giảm thiểu đề xuất để bù trừ cho việc mất mát đó bao gồm việc lắp đặt các rạn nhân tạo và thiết lập một chương trình quản lý trang trại nuôi biển

Bacher (2008) [40] khi liên hệ giữa sức tải và NTTS đã cho rằng để tính toán mỗi loại sức tải cần phải có công cụ xác định, trong đó chỉ ra 4 loại sức tải là sức tải sản xuất – với công cụ mô hình mô phỏng; sức tải sinh thái – sử dụng mô hình mô phỏng; sức tải điều tiết – sử dụng đánh giá rủi ro và sức tải xã hội – tiếp cận phòng ngừa Ông cho rằng sản lượng NTTS sẽ giảm theo trật tự từ sức tải sản xuất đến sức tải sinh thái, sức tải điều tiết và thấp nhất là sức tải xã hội

Tại Thái Lan, việc sử dụng đất sai mục đích đã phá hủy các chức năng sản suất của một lượng lớn đất ở Thái Lan, cụ thể trong sản xuất nông nghiệp và NTTS, cũng như sự đô thị hóa, công nghiệp hóa và xây dựng cơ sở hạ tầng Các hoạt động sử dụng đất khác nhau xung quanh 4 sông chính đã gây nên tải lượng hữu cơ cao trong vịnh Thái Lan Giá trị cao nhất của tải lượng BOD, TN và TP là từ các sông Chao Phraya, Tha Chin, Mae Klong, và lưu vực sông Bang Pakong, tương ứng Nguồn chính là sinh hoạt (101.000 tấn/năm), trồng trọt (94.700 tấn/năm), nuôi trồng thủy sản (42.400 tấn/năm), và chăn nuôi (31.300 tấn/năm) Lưu vực sông Tha Chin, là lưu vực quan trọng thứ hai ở Thái Lan, đã được đề xuất trong chương trình quản lý lưu vực do các vấn đề về giảm lượng oxy hòa tan trong sông và gây chết cá năm 2006 Lưu vực rộng

13 nghìn km2 và có số dân 2 triệu người Kế hoạch hành động giai đoạn 2000-2004 đã được thiết lập (Pha 1) trong đó việc kiểm soát nước thải sinh hoạt tập trung vào phần

hạ lưu của sông, kiểm soát chất thải công nghiệp, kiểm soát chất thải chăn nuôi đối với các trang trại lớn (>500 con lợn) Thêm vào đó, kế hoạch thiết lập các nhà máy xử

lý nước thải ở vùng thượng lưu sông, kiểm soát chất thải trang trại lợn với kích cỡ trung bình (200-500 con) và kiểm soát chất thải cho các trang trại cá và tôm (>8 hecta) cũng được tập trung vào kế hoạch hành động giai đoạn 2005-2009 (pha 2), trong khi tiêu chuẩn xả thải NTTS ven bờ gần đây đã được soạn thảo [41] Điều đó cho thấy tầm nhìn và kế hoạch hành động của Chính phủ Thái Lan trong việc bảo vệ, sửa chữa

và cải thiện chất lượng nước lưu vực sông Tha Chin nhằm gia tăng tính hiệu quả của việc quản lý toàn bộ lưu vực sông và cải thiện chất lượng cuộc sống của con người và các habitat

Mặc dù đối tượng nghiên cứu và các phương pháp tiếp cận khác nhau nhưng các kết quả nghiên cứu, đánh giá về STMT đều có ý nghĩa hết sức quan trọng trong việc ngăn ngừa sự ô nhiễm và suy thoái môi trường trong khi vẫn khai thác tốt được các tiềm năng thiên nhiên cho phát triển kinh tế xã hội

1.1.3 Tình hình nghiên cứu trong nước

Ở Việt Nam, đánh giá STMT nói chung và STMT của các thuỷ vực còn là một vấn đề khá mới mẻ và chưa được quan tâm nghiên cứu nhiều Theo Luật Bảo vệ Môi

trường (2005), ”Sức chịu tải của môi trường là giới hạn cho phép mà môi trường có thể tiếp nhận và hấp thụ các chất gây ô nhiễm” Định nghĩa tập trung vào chất thải và

STMT ở đây được hiểu như mức tối đa mà tại đó môi trường còn có thể mang tải Vào

năm 2014, định nghĩa STMT đã được sửa trong Luật BVMT 2014 ”Sức chịu tải của môi trường là giới hạn chịu đựng của môi trường đối với các nhân tố tác động để môi trường có thể tự phục hồi” Với định nghĩa này thì STMT được mở rộng về đối tượng

(so với định nghĩa của Luật BVMT năm 2005 chỉ tập trung vào chất thải) nhưng thu hẹp lại các ngưỡng Theo đó, ngưỡng mà tại đó môi trường có thể phục hồi chính là sức tải môi trường Tuy nhiên, định nghĩa này đã bỏ qua các tác động của môi trường nước, trầm tích tới sự sinh trưởng và phát triển của sinh vật sống trong đó vì tại ngưỡng mà môi trường có thể tự phục hồi thì chất lượng môi trường đã có thể có các tác động bất lợi đến sinh vật thủy sinh Để hiểu được định nghĩa này và áp dụng nó trong quy hoạch và quản lý môi trường cần làm rõ hai vấn đề Trước tiên, cần xác

định đúng được “trạng thái giới hạn” mà môi trường có thể tự phục hồi cho một khu

vực Sau đó, cần đánh giá đúng thải lượng lớn nhất các chất ô nhiễm chính đưa vào

khu vực để không làm vượt quá trạng thái giới hạn được xác định [42] Như vậy, để

có thể đánh giá sức chịu tải môi trường tại một khu vực với một mục đích nhất định (ví dụ với môi trường nước để bảo tồn động thực vật thủy sinh), cần xác định đúng các chất cần quan tâm và các giới hạn: nồng độ lớn nhất của các chất ô nhiễm này tại khu vực và lượng thải tối đa của từng chất ô nhiễm đưa vào khu vực

Trước sức ép của các hoạt động kinh tế xã hội lên môi trường đang ngày một gia tăng trong những năm gần đây, một số nghiên cứu đánh giá STMT đã được thực hiện nhằm giải quyết và dung hoà mối quan hệ giữa phát triển kinh tế - xã hội và bảo vệ môi trường

Nguyễn Chí Công và đồng nghiệp (2007) khi thực hiện đề tài "Nghiên cứu cơ sở khoa học đánh giá khả năng tiếp nhận nước thải của nguồn nước, phục vụ công tác cấp phép xả thải" đã quan tâm tới việc rà soát, tổng hợp lý thuyết và các phương pháp

tính toán lan truyền, khuyếch tán vật chất ô nhiễm, rà soát các mô hình toán v.v áp dụng với trường hợp cụ thể tại một đoạn sông thuộc phần hạ lưu sông Thương [43]

Đề tài đã thu được những kết quả đáng chú ý về phân bố hàm lượng các chất gây ô nhiễm sau khi đi ra khỏi nguồn thải và đề xuất một số phương án xả thải phù hợp Huỳnh Thị Minh Hằng và cộng sự (2006) đã nghiên cứu đề xuất các tiêu chí phân loại, đánh giá nguồn thải trên lưu vực sông Đồng Nai, từ đó đưa ra các chiến lược quản lý các nguồn thải gây ô nhiễm trên sông Đồng Nai, hướng đến mục tiêu phát triển bền vững toàn lưu vực [44] Đây có thể coi là những tiếp cận đầu tiên của STMT dựa trên

cơ sở quản lý nguồn ô nhiễm

Đối với môi trường biển và các thuỷ vực ven bờ biển Việt Nam, vấn đề khả năng tự làm sạch và STMT đã được quan tâm từ lâu, cách tiếp cận đúng hướng nhưng

do hạn chế về kỹ thuật và công cụ đánh giá, nên chưa có được những tài liệu tổng hợp,

hệ thống và định lượng Võ Duy Sơn và Nguyễn Tác An (2001) đã áp dụng phương pháp đồng vị đánh dấu để xác định khả năng trao đổi nước và đánh giá STMT ở đầm Thủy Triều và đầm Nha Phu (Khánh Hòa) [45] Trong nghiên cứu này, ngưỡng nồng

độ BOD5 không quá 5mg/l và nồng độ chlorrophyll a không vượt quá 7g/l là các giới hạn để tính sức tải Hướng tiếp cận này khá phù hợp trong thời điểm 2001, tuy nhiên mới chỉ đề cập đến trao đổi nước và bỏ qua các quá trình khác trong thủy vực

Hoàng Dương Tùng năm 2004 [46] đã sử dụng một mô hình Delft- 3D để tính toán – dự báo sự lan truyền của chất gây ô nhiễm ở Hồ Tây, tập trung vào các thông số

DO, BOD, COD, NH4+, NO3- và PO43- Tác giả đã mô phỏng thủy động lực của hồ và các quá trình chuyển hóa trong hồ từ đó đề xuất các căn cứ khoa học xây dựng kế hoạch bảo vệ Hồ Tây Đây có thể coi là một nghiên cứu mở đầu của hướng nghiên cứu STMT ở Việt Nam Tuy nhiên, điểm hạn chế của công trình là chưa đưa ra được các ngưỡng tính toán mà chủ yếu dựa vào các giá trị trong tiêu chuẩn Việt Nam, trong khi các giá trị này bị chi phối bởi các bên liên quan, các nhóm lợi ích khác nhau Trần Lưu Khanh (Viện Nghiên cứu Hải sản) và Nguyễn Đức Cự (Viện Tài nguyên và Môi trường Biển) lại tiếp cận với việc đánh giá sức tải bằng nghiên cứu khả năng tự làm sạch của một số thuỷ vực nuôi cá lồng bè ở Cát Bà [47, 48] Trong nghiên cứu này,

mô hình sinh địa hóa CABARET OF LOIZE đã được sử dụng để tính toán và STMT được tính toán trên cơ sở các tiêu chuẩn chất lượng nước của Việt Nam vào thời điểm

đó Nghiên cứu mới chỉ đề cập đến nguồn phát thải NTTS và bỏ qua các nguồn thải khác

Trong những năm gần đây, Viện Tài nguyên và Môi trường biển đã thực hiện một số đề tài nghiên cứu STMT và khả năng tự làm sạch của thủy vực cho đảo Cát Bà

- Hải Phòng [49], Vịnh Hạ Long – Bái Tử Long [50], sông Bạch Đằng [51] Trong các nghiên cứu này, dựa trên cơ sở sức tải của môi trường (chủ yếu là của thủy vực), đã tính toán được diện tích nuôi trồng thủy sản tối đa, sự phát triển đô thị tối đa, số lượng khách du lịch tối đa, số lượng tàu thuyền tối đa… cho mỗi khu vực sao cho không làm tổn hại tới môi trường Các nghiên cứu này sử dụng mô hình Delft 3D để tính toán trao đổi nước và mô phỏng lan truyền ô nhiễm trong thủy vực Hạn chế trong các nghiên cứu này là dựa trên các tiêu chuẩn chất lượng nước để tính STMT trong khi các tiêu chuẩn này bị chi phối khá nhiều bởi các doanh nghiệp, các nhà sản xuất và các nhà quản lý

Năm 2010, Viện Nghiên cứu Nuôi trồng thủy sản 2 đã thực hiện đề tài “Đánh

giá STMT sông Tiền và sông Hậu phục vụ quy hoạch nuôi cá tra (Pangasianodon hypophthalmus) bền vững trên sông Tiền, sông Hậu” Các kết quả nghiên cứu cho

thấy vùng thượng lưu vẫn còn khả năng tiếp nhận nước thải cao với các chỉ tiêu BOD, N-NO3-, tuy nhiên rất hạn chế với N-NH4+ và P-PO43- Kết quả này cũng tương tự với

vùng hạ lưu sông Hậu Trong khi đó, vùng hạ lưu sông Tiền vẫn còn khả năng tiếp nhận nước thải cao với hầu hết các chỉ tiêu Mặc dù khả năng làm sạch vào mùa lũ cao hơn mùa khô nhưng do ảnh hưởng của hoạt động tiêu thoát nước nông nghiệp, tỉ lệ tiếp nhận nước thải so với nguồn thải lại thấp hơn Từ đó, nhóm tác giả đề xuất qui mô phát triển nuôi cá tra các tỉnh dọc sông Tiền và sông Hậu đến năm 2020 được xác định

ở 3 mức: (i) Mức thấp: diện tích: 7.774,6 ha, sản lượng: 1.563.503,5 tấn; (ii) Mức trung bình: diện tích: 10.414,1 ha, sản lượng: 2.102.558,9 tấn; và (iii) Mức cao: diện tích: 13.053,6 ha, sản lượng: 2.641.614,3 tấn [52]

Trong giai đoạn 2011 - 2012, Nguyễn Hữu Huân và các cộng sự ở Viện Hải dương học đã thực hiện đề tài “Đánh giá STMT một số đầm, vịnh ven bờ Nam Trung

Bộ phục vụ quy hoạch phát triển nuôi trồng thuỷ sản và du lịch” Đề tài đã sử dụng

mô hình toán đánh giá khả năng tự làm sạch môi trường, nhưng chưa đánh giá sức chịu tải theo đúng khái niệm của từ này Mặt khác đề tài chủ yếu đánh giá sức tải phục

vụ cho phát triển du lịch và nuôi trồng thuỷ sản, chưa đánh giá được sức tải tổng hợp

do tất cả các hoạt động trong khu vực gây nên [53]

Năm 2013, Phan Minh Thụ và cộng sự đã thực hiện tính toán STMT cho vực nước Thủy Triều, vịnh Cam Ranh Kết quả cho thấy vực nước đã đạt ngưỡng sức tải tiềm năng đối với nguồn thải hữu cơ, tiệm cận ngưỡng sức tải hữu dụng đối với muối dinh dưỡng nitrat và amoni trong mùa khô và đạt ngưỡng sức tải tiềm năng đối với muối dinh dưỡng phosphat trong mùa mưa [54]

Nghiên cứu của Nguyễn Hữu Huân và cộng sự năm 2014 tại Bình Cang – Nha Phu cho thấy vực nước đã đạt ngưỡng sức tải tiềm năng đối với nguồn thải hữu cơ và muối dinh dưỡng Dự báo đến năm 2020, vực nước vẫn vượt ngưỡng chịu tải đối với amoni trong mùa khô và phosphat trong mùa mưa Các tác giả đã đề xuất cần tiến hành các biện pháp cắt giảm nguồn thải và tăng cường “các nhà máy lọc sinh học tự nhiên” như hệ sinh thái rừng ngập mặn, thảm cỏ biển v.v để nâng cao sức chịu tải của thủy vực [55]

Thông tư 76/2017/TT-BTNMT ngày 29/12/2017 (thay thế cho thông tư 02/2009/TT-BTNMT) [56]đã quy định về đánh giá khả năng tiếp nhận nước thải, sức chịu tải của nguồn nước, sông, hồ Theo đó, tất cả các sông, suối, kênh, rạch, hồ thuộc danh mục lưu vực sông liên tỉnh, nội tỉnh, danh mục nguồn nước liên quốc gia, liên

tỉnh, nội tỉnh đã được cơ quan nhà nước có thẩm quyền ban hành đều phải đánh giá khả năng tiếp nhận nguồn nước ô nhiễm Thông tư đã quy định các phương pháp tính toán STMT bao gồm phương pháp đánh giá trực tiếp, gián tiếp và phương pháp mô hình Theo phương pháp đánh giá trực tiếp và gián tiếp, STMT được tính toán trên cơ

sở tính tải lượng tối đa của chất ô nhiễm được phép thải vào sông trừ đi tải lượng của chất ô nhiễm trong nguồn hiện tại Các tải lượng chất ô nhiễm này được tính toán dựa vào giá trị GHCP trong quy chuẩn chất lượng quốc gia đối với nước mặt, lưu lượng của đoạn sông và nồng độ các chất ô nhiễm hiện tại trong sông Phương pháp mô hình không được nêu chi tiết trong thông tư, nhưng có quy định các mô hình phải được hiệu chuẩn khi áp dụng Cách tính toán này dễ dàng giúp cho các nhà quản lý môi trường có được các cơ sở khoa học để xây dựng các cấp phép xả thải chất ô nhiễm tuy nhiên, nó vẫn chưa đi đến bản chất tận cùng của STMT là khả năng tự làm sạch, khả năng đồng hóa của chất ô nhiễm

Các kết quả nghiên cứu từ trước tới nay liên quan đến lĩnh vực STMT ở Việt Nam, ngoài tạo dựng được bộ tư liệu khoa học phục vụ nhu cầu quản lý môi trường các khu vực nghiên cứu, còn từng bước góp phần hệ thống hoá và hoàn thiện các phương pháp nghiên cứu và đánh giá STMT của thuỷ vực ven biển trong điều kiện thực tế của nước ta Kinh nghiệm từ nhiều nước đã cho thấy chi phí cho việc cải tạo môi trường còn lớn hơn gấp nhiều lần chi phí sử dụng cho việc phòng ngừa ô nhiễm

Vì vậy, đánh giá STMT đối với các khu vực hoặc thuỷ vực có ý nghĩa quan trọng đối với quản lý môi trường, lập kế hoạch bảo vệ môi trường, điều chỉnh phát triển kinh tế

- xã hội theo định hướng bền vững

1.2 Tổng quan về tình hình nghiên cứu môi trường trong hệ đầm phá Tam Giang - Cầu Hai

1.2.1 Khái quát về hệ đầm phá Tam Giang - Cầu Hai và các hoạt động kinh tế xã hội

1.2.1.1 Điều kiện tự nhiên

Đầm phá (lagoon) ven bờ theo định nghĩa là [57]:

1) Một thủy vực ven bờ,

2) Được ngăn cách với biển nhờ một dạng tích tụ cát chắn ngoài,

3) Ăn thông với biển phía ngoài qua một hay nhiều cửa hoặc thẩm thấu (percolation), chảy thấm (seepage) qua chính thể cát chắn

Theo định nghĩa này, ở Việt Nam đã xác định được hệ thống 12 đầm phá ven bờ tiêu biểu phân bố ở ven bờ miền Trung trong khoảng từ vĩ độ 11o tới vĩ độ 16o bắc (từ Ninh Thuận tới Thừa Thiên Huế) và chiếm khoảng 21% chiều dài đường bờ Việt Nam trong đó hệ đầm phá Tam Giang - Cầu Hai (TG - CH) là hệ đầm phá lớn nhất Việt Nam

Hệ đầm phá TG - CH (thuộc tỉnh Thừa Thiên Huế) kéo dài theo phương Tây Bắc - Đông Nam dọc theo bờ biển, có chiều dài 68km, tổng diện tích mặt nước 216

km2 và gồm 3 đầm, phá hợp thành: phá Tam Giang, đầm Thuỷ Tú và đầm Cầu Hai

[58] Đây là đầm phá lớn nhất ở Việt Nam với hàng trăm loài động vật, thực vật có giá trị kinh tế

Nằm ở phần cuối của miền khí hậu lục địa phía Bắc Việt Nam và bị che chắn bởi đèo Hải Vân là nguyên nhân gây cho khu vực đầm phá một chế độ khí hậu khắc nghiệt hơn so với các khu vực khác ở miền Bắc Việt Nam

- Nhiệt độ không khí: Nhiệt độ trung bình năm cao (25,42oC năm 2010) Về mùa đông, nhiệt độ trung bình lạnh nhất vào tháng 1 khoảng 20°C, khi gió mùa Đông Bắc tràn về nhiệt độ thấp nhất ở đồng bằng có thể xuống dưới 10°C Trong mùa hè, vào các tháng nóng nhất (tháng 6, 7) nhiệt độ trung bình lên đến 28 - 29°C trên vùng đồng bằng duyên hải, khi có gió mùa Tây Nam khô nóng nhiệt độ cao nhất có thể lên tới 40 - 41°C

- Bức xạ mặt trời: bức xạ mặt trời của khu vực thuộc loại cao, tổng lượng bức

xạ lý thuyết đạt 232 – 233 kcal/cm2/năm, lượng bức xạ thực tế đạt 124 – 126 kcal/cm2/năm Lượng bức xạ cực đại vào tháng 6,7 đạt 8,0 – 9,3 kcal/cm2/tháng, và cực tiểu vào tháng 12 đạt 3,0 – 3,3 kcal/cm2/tháng

- Chế độ gió: khu vực đầm phá TG - CH chịu ảnh hưởng của chế độ gió mùa,

gió Đông Bắc (mùa đông) và gió Tây Nam (mùa hè) Do ảnh hưởng của địa hình núi, gió mùa Đông Bắc bị ảnh hưởng đáng kể cả về hướng và tốc độ so với ngoài khơi vịnh Bắc Bộ Về mùa đông, hướng gió Tây Bắc chiếm ưu thế, về mùa hè chủ yếu hướng gió Tây Nam và hướng Đông

- Chế độ mưa: Do nằm cạnh tâm mưa lớn Bạch Mã (lượng mưa trung bình >

3000 mm/năm) nên lượng mưa khu vực đầm phá TG - CH lớn đạt trung bình trên

2700 mm/năm, cao hơn nhiều so với lượng mưa trung bình của cả nước (1900 mm/năm) Lượng mưa trung bình năm 2009 là 3817 mm/năm, 2010 là 3538 mm/năm Điều khác biệt là mùa mưa ở đây thường đến rất muộn vào mùa đông kéo dài từ tháng

9 đến tháng 12 Mưa thường tập trung cao vào tháng 10 và 11 lên đến 1130 mm/tháng (tháng 10/2010), các tháng còn lại lượng mưa không đáng kể Do lượng mưa cao ở một vài tháng mùa đông nên rất dễ gây ra lũ lụt Mùa hè lượng mưa giảm nhiều nên thường gây khô hạn, đặc biệt vào tháng 2, 3 lượng mưa chỉ khoảng một vài chục mm

(12,7 mm vào tháng 2/2010)

- Nắng: tổng số giờ nắng trong năm cao đạt 1900 – 2000 giờ Về mùa hè, lượng

mây thấp (4/10), nắng nhiều, 264 giờ/tháng vào tháng 6/2010 và đạt trung bình 170 –

240 giờ/tháng Nắng nhiều vào tháng 5 – 8 Ngược lại, mùa đông lượng mây cao (7 – 8/10), nắng ít và chỉ đạt trung bình 100 – 110 giờ/tháng, ít nhất vào tháng 12 (90 giờ

vào tháng 12/2010)

- Bão: mùa bão bắt đầu từ tháng 6 – 11 hàng năm, hai tháng 9 vào 10 có số cơn

bão đổ bộ vào nhiều nhất Theo số liệu thống kê 116 năm (1884 - 2000) số cơn bão đổ

bộ vào Thừa Thiên Huế trung bình là 0,84 cơn/năm Tần suất bị ảnh hưởng của bão trong các tháng như sau: 35% tháng 9, 28% tháng 10, 18% tháng 8, 7,6% tháng 11, 5% tháng 6 và 1% tháng 5 Bão đổ bộ vào thường kèm theo mưa lớn và kéo dài nhiều ngày (2 – 3 ngày có khi 5 – 6 ngày) nên dễ gây lũ lụt Bão và nước dâng trong bão gây thiệt hại nặng nề, vùng biển Thừa Thiên Huế thường chịu thiệt hại nặng nề nhất so với các vùng có bão Trong vòng 10 năm (1986 - 1997), bão gây thiệt hại cho vùng này tới 1000 người chết (41,5% so với cả nước), 3572 thuyền đắm (50,8%) và 45057 ha lãnh thổ bị ngập lụt (11%)

Đặc điểm thủy, hải văn

Chế độ thuỷ văn đầm phá TG -CH bị ảnh hưởng trực tiếp bởi chế độ thuỷ văn các sông đổ vào và chế độ hải văn của vùng biển vịnh Bắc Bộ tác động thông qua cửa Thuận An và Tư Hiền

- Thuỷ văn sông: Vùng đầm phá TG - CH nằm trong khu vực có lượng mưa lớn

và có mạng lưới sông khá dày đặc Hầu hết các sông của Thừa Thiên Huế đều đổ vào phá TG - CH Các sông đổ vào đầm phá là sông Ô Lâu, sông Hương (bao gồm 3

nhánh sông Tả Trạch (dòng chính), Hữu Trạch và sông Bồ), Nong, Truồi và sông Cầu Hai Do địa hình vùng cửa sông khá bằng phẳng, lòng sông sâu hơn mực nước biển, quá trình xáo trộn theo phương thẳng đứng yếu nên ảnh hưởng của thuỷ triều lấn sâu vào lục địa, gây nên hiện tượng xâm nhập mặn và hình thành chế độ phân tầng các yếu tố thuỷ văn và dòng chảy, hình thành kiểu dòng chảy 2 chiều điển hình là cửa sông Hương, khu vực giữa đầm Thuỷ Tú vào mùa khô

Bảng 1.1 Những đặc trưng dòng chảy của các sông đổ vào hệ đầm phá TG – CH [59]

Lưu vực sông Chiều

dài (km)

Diện tích lưu vực (km 2 )

Lưu lượng

TB năm (m 3 /s)

Dòng chảy (l/s.km 2 )

Tổng lưu lượng dòng chảy năm (tỉ m 3 )

Dao động mực nước ở các vùng cửa sông tiếp giáp với đầm phá mang tính chất thuỷ triều của các cửa biển kế cận Ở vùng Tam Giang là bán nhật triều đều, còn ở vùng cầu Hai là bán nhật triều không đều

- Hải văn: Chế độ hải văn của khu vực mang đặc điểm cơ bản của vịnh Bắc

Bộ Thuỷ triều trong đầm phá TG -CH là do ảnh hưởng của thuỷ triều ngoài biển qua

2 cửa Thuận An và Tư Hiền Vùng gần Thuận An và trong phá Tam Giang chịu ảnh hưởng của chế độ dao động mực nước biển kiểu bán nhật triều đều, biên độ dao động ngày của thuỷ triều tại trạm Thuận An chỉ khoảng 35 – 50 cm, nhỏ nhất so với toàn

dải ven bờ Vùng biển phía ngoài đầm Cầu Hai chịu ảnh hưởng của chế độ bán nhật triều không đều, biên độ dao động triều tăng lên 55 – 100 cm

- Thuỷ văn đầm phá: Do ảnh hưởng của chế độ thuỷ văn sông và hải văn, mực

nước trong đầm phá biến đổi không đều giữa các vị trí trong đầm phá và giữa đầm phá với biển Về mùa khô, mực nước trong đầm phá luôn thấp hơn hơn mực nước biển 5 –

15 cm ở phá Tam Giang và 25 – 30 cm ở đầm Cầu Hai Về mùa lũ, ngược lại mực nước trong đầm phá luôn cao hơn mực nước biển và có thể lên tới 70 cm ở đầm Cầu Hai do nước lũ thoát đi chậm Dao động mực nước ở đầm phá nhỏ hơn ở biển và ở sông, tại Tam Giang 30 – 50 cm, Cầu Hai 10 – 20 cm Dao động mực nước năm lớn nhất đạt 70 cm ở Tam Giang và 100 cm ở Cầu Hai

- Chế độ sóng: Chế độ sóng chịu ảnh hưởng trực tiếp của chế độ gió và có hai

mùa rõ rệt Mùa đông, ở ngoài khơi sóng hướng Đông bắc chiếm ưu thế, nhưng khi vào bờ sóng chủ yếu theo hướng Đông Ở cửa Thuận An, sóng hướng Đông bắc chiếm

ưu thế tuyệt đối với tần suất 99% trong khoảng độ cao 0,25 – 3m Ở đầm Cầu Hai, chủ yếu sóng hướng Bắc và Tây bắc Mùa hè, ngoài khơi chủ yếu sóng hướng Tây nam và Đông nam Vùng cửa Thuận An, sóng có hướng đông, độ cao 0,2 – 1m [60].

- Chế độ dòng chảy: Dòng chảy trong đầm phá là dòng hỗn hợp nhiều thành

phần gồm dòng chảy sông, dòng chảy gió và các dòng triều với tốc độ và hướng thay đổi đáng kể theo mùa Tại cửa Thuận An, khi triều lên hướng dòng chảy chủ đạo là đông nam (tần xuất 37,6% tầng mặt và 45,9% tầng đáy), khi triều xuống dòng chảy có hướng chủ đạo là tây bắc (tần xuất là 50% tầng mặt và 41,7 % tầng đáy) Tốc độ dòng chảy lên ở tầng mặt trung bình là 51 cm/s, tầng đáy là 47 cm/s, tốc độ dòng chảy xuống ở tầng mặt trung bình là 42 cm/s, tầng đáy là 39 cm/s Các giá trị cực đại của dòng chảy trong pha triều lên (87cm/s tầng mặt, 79 cm/s tầng đáy) cũng lớn hơn trong pha triều xuống (68 cm/s tầng mặt và 61 cm/s tầng đáy)

Bảng 1.2.Tốc độ dòng chảy (cm/s) trung bình và cực đại ở tầng mặt [58]

Khu vực

Chảy ra (xuống) Chảy vào (lên) Chảy ra (xuống) Chảy vào (lên)

Tư Hiền 47 62 36 54 45 55 33 51

Cầu Hai Rất nhỏ Rất nhỏ Rất nhỏ Rất nhỏ Rất nhỏ Rất nhỏ Rất nhỏ Rất nhỏ

1.2.1.2 Các hoạt động kinh tế - xã hội liên quan

Vùng đầm phá TG - CH có 5 huyện liên quan là Phong Điền, Phú Lộc, Phú Vang, Quảng Điền và Hương Trà với tổng số dân khoảng 615.946 người (năm 2016) với diện tích 2648.76km2, mật độ dân số trung bình là 232 người/km2 [61] Các hoạt động kinh tế - xã hội vùng đầm phá đang diễn ra hết sức sôi động bao gồm nông nghiệp, nghề cá và khai thác biển, giao thông - cảng, du lịch – dịch vụ Theo giải đoán

từ ảnh viễn thám [62], từ năm 2000 đến 2006, diện tích nuôi trồng thủy sản trong đầm phá đã tăng từ 2200 đến 4650 ha Đến 2010, diện tích nuôi trồng thủy sản đã tăng lên 5.754 ha trong đó 3.884 ha là nuôi mặn, lợ, còn lại là nuôi nước ngọt [63] Năm 2016, diện tích NTTS toàn khu vực là 7175 ha [61] Chất thải từ nuôi trồng thủy sản bao gồm thức ăn thừa, chất thải thủy sản, chất thải của lao động phục vụ thủy sản không được xử lý sẽ gây ô nhiễm môi trường cục bộ và ô nhiễm trầm tích đáy

Ngoài ra, vùng đầm phá TG - CH cũng là nơi chịu tác động gián tiếp bởi các hoạt động kinh tế - xã hội từ thành phố Huế, huyện Nam Đông, huyện A Lưới và huyện Hương Thủy Các hoạt động này bao gồm nông nghiệp, chăn nuôi trang trại, công nghiệp Số lượng đàn gia súc, gia cầm của tỉnh tăng lên hàng năm Tính sơ bộ năm 2009, toàn tỉnh có 28,4 nghìn con trâu, 25,9 nghìn con bò, 242,6 nghìn con lợn Theo quy hoạch đến năm 2015, số lượng đàn trâu sẽ tăng 37 nghìn con, đàn bò tăng 52,5 nghìn con, và đàn lợn tăng 431 nghìn con Thực tế năm 2016, số lượng đàn trâu của khu vực đạt 22,4 nghìn con, đàn bò đạt 33,6 nghìn con, đàn lợn đạt 205,6 nghìn con và đàn gia cầm đạt 2,7 triệu con Nếu không có những giải pháp xử lý chất thải chăn nuôi tốt thì lượng chất thải chăn nuôi từ các huyện ven biển sẽ được xả vào thủy vực ven biển và làm gia tăng lượng chất ô nhiễm và vi sinh vật trong nước

Như vậy, với sự phát triển kinh tế - xã hội như hiện nay thì khả năng tự làm sạch của các thủy vực hệ đầm phá TG - CH là như thế nào, sức chịu tải của thủy vực

là bao nhiêu và theo quy hoạch phát triển đến năm 2020, 2030 thì sức tải môi trường