Đánh giá và dự báo chất lượng nước nuôi trồng thủy sản ở đầm phá tam giang – cầu hai, tỉnh thừa thiên huế

TÓM TẮT Nghiên cứu được thực hiện với mục tiêu là đánh giá tổng thể về hiện trạng nuôi trồng thủy sản NTTS của các xã ven đầm phá Tam Giang – Cầu Hai đồng thời đánh giá và dự báo diễn bi

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ

KHOA THỦY SẢN

TRƯƠNG VĂN ĐÀN

ĐÁNH GIÁ VÀ DỰ BÁO CHẤT LƯỢNG NƯỚC NUÔI TRỒNG THỦY SẢN Ở ĐẦM PHÁ TAM GIANG – CẦU HAI,

TỈNH THỪA THIÊN HUẾ

LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH NUÔI TRỒNG THỦY SẢN

MÃ NGÀNH: 9620301

CẦN THƠ, 2018

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ

KHOA THỦY SẢN

TRƯƠNG VĂN ĐÀN

ĐÁNH GIÁ VÀ DỰ BÁO CHẤT LƯỢNG NƯỚC NUÔI TRỒNG THỦY SẢN Ở ĐẦM PHÁ TAM GIANG – CẦU HAI,

TỈNH THỪA THIÊN HUẾ

LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH NUÔI TRỒNG THỦY SẢN

MÃ SỐ: 9620301

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN PGS.TS VŨ NGỌC ÚT

CẦN THƠ, 2018

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành luận án tốt nghiệp này ngoài sự nỗ lực, cố gắng của bản thân tác giả đã nhận được rất nhiều sự quan tâm giúp đỡ của thầy cô giáo trong khoa Thủy sản của trường Đại học Cần Thơ và trường Đại học Nông Lâm, Đại học Huế

Trước hết, xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến PGS.TS Vũ Ngọc Út

đã tận tình hướng dẫn trong suốt thời gian học tập và thực hiện luận án

Xin cám ơn chương trình VLIR-Network đã hỗ trợ kinh phí cho quá trình thực hiện luân án Tác giả xin gởi lời cám ơn sâu sắc đến PGS.TS Trương Quốc Phú, TS Trần Văn Việt, TS Huỳnh Trường Giang, PGS.TS Văn Phạm Đăng Trí đã góp ý và hướng dẫn tìm kiếm các tài liệu tham khảo bổ ích về lĩnh vực môi trường, GIS và mô hình toán để giúp tôi tìm ra những hướng đi hay trong quá trình thực hiện nghiên cứu này Tác giả cũng xin chân thành cám ơn đến tập thể cán bộ Bộ môn Quản lý Thủy sản, Khoa Thủy sản, Trường Đại học Nông Lâm, Đại học Huế đã tạo điều kiện tốt nhất để tôi có đầy đủ các trang thiết bị thu mẫu và phân tích mẫu cũng như sắp xếp các công việc chuyên môn phù hợp

để tôi có đủ thời gian hoàn thành luận án đúng hạn Xin chân thành cảm ơn tập thể cán bộ Bộ môn Thủy sinh học ứng dụng, Khoa Thủy sản, Đại học Cần Thơ

đã tạo điều kiện tốt nhất cho tôi sinh hoạt về mặt chuyên môn trong thời gian học tập trung Xin gửi lời cám ơn đến Chi cục Thủy sản tỉnh Thừa Thiên Huế

và UBND các xã ven đầm phá tỉnh Thừa Thiên Huế đã tạo điều kiện giúp đỡ và cung cấp tài liệu để tôi hoàn thành luận án này Xin chân thành cảm ơn sự hỗ trợ nhiệt tình và quý báu về chuyên môn mô hình toán dự báo chất lượng nước của ThS Nguyễn Thành Luân, Phòng thí nghiệm trọng điểm quốc gia về động lực học sông biển, Viện khoa học Thủy lợi Việt Nam Tác giả xin gởi lời cám

ơn chân thành đến các bạn sinh viên thuộc các lớp Quản lý Nguồn lợi Thủy sản K46, K47, K48, lớp Nuôi trồng thủy sản K47 đã không ngại khó khăn cùng tác giả tham gia các đợt thu thập mẫu và phân tích mẫu nhằm ghi nhận được các kết quả nghiên cứu một cách tốt nhất Cuối cùng, tôi xin gửi lời cám ơn đến gia đình, bạn bè đã động viên, giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học nghiên cứu sinh Mặc dù tôi có nhiều cố gắng nhưng do hạn chế về thời gian và kinh nghiệm bản thân, do đó không tránh khỏi những thiếu sót Kính mong được sự đóng góp

ý kiến của quý thầy cô, bạn bè để đề tài của tôi được hoàn thiện hơn

Xin cám ơn!

Tác giả

Trương Văn Đàn

TÓM TẮT

Nghiên cứu được thực hiện với mục tiêu là đánh giá tổng thể về hiện trạng nuôi trồng thủy sản (NTTS) của các xã ven đầm phá Tam Giang – Cầu Hai đồng thời đánh giá và dự báo diễn biến chất lượng nước (CLN), phân vùng CLN làm cơ sở cho việc quy hoạch vùng nuôi tôm ven đầm phá hợp lý và hiệu quả Thông tin về hiện trạng NTTS các xã ven đầm phá Tam Giang – Cầu Hai được thực hiện thông qua việc khảo sát 90 hộ ở 9 xã ven đầm phá CLN được đánh giá qua việc thu mẫu các thông số môi trường nước bao gồm nhiệt độ, pH,

DO, độ mặn, độ kiềm, tổng chất rắn lơ lửng (TSS), tổng chất rắn hòa tan (TDS), BOD5, N-NH3, N-NO3-, P-PO43-, tổng coliform Việc thu mẫu được thực hiện với 5 đợt/năm vào các thời điểm mùa khô (tháng 5), mùa mưa (tháng 10, 12),

và giao mùa (tháng 2 và tháng 8), tại 44 điểm để đánh giá CLN theo mùa Đối với đánh giá CLN theo ngày đêm, mẫu được thu liên tục tại 4 trạm (Tam Giang, Thuận An, Trường Hà, Tư Hiền) vào thời điểm mùa khô (tháng 5) và mùa mưa (tháng 11), trong 7 ngày liên tục/mùa, với chu kỳ 3 giờ/lần Việc đánh giá CLN

ở đầm phá Tam Giang – Cầu Hai phục vụ cho hoạt động NTTS được thực hiện bằng cách so sánh các thông số đo đạc với các Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia và chỉ số CLN đầm phá (WQITGCH) Mô hình MIKE 21 được sử dụng để mô phỏng,

dự báo CLN ở vùng đầm phá Tam Giang – Cầu Hai Kết quả cho thấy hoạt động NTTS ven đầm phá Tam Giang – Cầu Hai diễn ra với 3 mô hình chính là nuôi

ao đất, nuôi cá lồng và nuôi chắn sáo với diện tích 4.215 ha năm 2017 với các đối tượng nuôi chính là tôm sú, cua, cá dìa, cá kình Về CLN, nhóm các thông

số cơ bản đều thích hợp cho NTTS Các yếu tố như nhiệt độ, pH, DO, độ mặn,

độ kiềm ở thời điểm ban ngày cao hơn ban đêm, mùa khô cao hơn mùa mưa Giá trị pH ở các điểm gần bờ, gần cửa sông, gần kênh thải NTTS và sinh hoạt vào mùa mưa thì không thích hợp cho nuôi tôm Hàm lượng DO ở đầm Hà Trung – Thủy Tú thấp hơn so với phá Tam Giang và đầm Cầu Hai Đầm Hà Trung – Thủy Tú có độ mặn cao nhất Vào mùa mưa độ kiềm không thích hợp cho nuôi tôm Độ kiềm ở đầm Hà Trung – Thủy Tú cao nhất Hàm lượng TDS không biến động lớn theo ngày đêm nhưng ở mùa khô cao hơn mùa mưa Nhóm các thông số hữu cơ đã vượt ngưỡng cho NTTS ngoại trừ yếu tố TSS Hàm lượng TSS ít biến động theo ngày đêm và theo không gian đầm phá, mùa mưa cao hơn mùa khô BOD5 ít biến động theo quy luật ngày đêm nhưng mùa mưa cao hơn mùa khô Hàm lượng BOD5 thấp nhất ở khu vực đầm Hà Trung – Thủy

Tú Thông số khí độc N-NH3 đã tiệm cận giới hạn Hàm lượng N-NH3 ban ngày cao hơn ban đêm, mùa mưa cao hơn mùa khô Nhóm các thông số dinh dưỡng

đã vượt giới hạn cho phép, ngoại trừ yếu tố N-NO3- Hàm lượng N-NO3-,

P-PO43- ban ngày thấp hơn ban đêm, mùa mưa cao hơn mùa khô Khu vực đầm

Sam Chuồn có hàm lượng N-NO3-, P-PO43- cao nhất Thông số vi sinh vẫn nằm

trong giới hạn cho phép Tổng coliform ban ngày cao hơn ban đêm, mùa mưa

cao hơn mùa khô Các yếu tố môi trường ảnh hưởng đến CLN ở đầm phá Tam

Giang – Cầu Hai chia làm 2 nhóm chính Nhóm 1 (hữu cơ, vi sinh, khí độc) bao

gồm NH3, tổng coliform, BOD5, TSS, N-NO3-, P-PO43-, DO và giải thích 60,7%

sự biến động CLN đầm phá Nhóm 2 (vật chất hòa tan, yếu tố nền) bao gồm pH,

TDS, độ mặn, độ kiềm và giải thích 18,7% sự biến động CLN đầm phá Chỉ số

CLN đầm phá Tam Giang – Cầu Hai được xây dựng theo phương pháp Delphi

với 10 thông số bao gồm nhiệt độ, pH, DO, độ mặn, độ kiềm, N-NO3-, P-PO43-,

BOD5, N-NH3 và tổng coliform Chỉ số CLN đầm phá Tam Giang - Cầu Hai

biến động từ 44 – 79 (mùa mưa) và 52 – 84 (mùa khô) CLN đầm phá Tam

Giang – Cầu Hai có xu hướng ngày càng gia tăng các chất hữu cơ, các chất dinh

dưỡng theo thời gian hay nói cách khác là ngày càng bị ô nhiễm hữu cơ Nghiên

cứu đã xây dựng được mô hình dự báo CLN đầm phá Tam Giang – Cầu Hai và

đã tiến hành dự báo CLN ven các khu NTTS tập trung vào tháng 2, 5, 8 năm

2020 Kết quả dự báo cho thấy, khu vực ven các xã Phú Mỹ và Lộc Điền bị ô

nhiễm hữu cơ nghiêm trọng với hàm lượng cao của các yếu tố BOD5 và P-PO43-

ABSTRACT

The objectives of the study were to assess the overall status of aquaculture

in the communes along the Tam Giang - Cau Hai lagoon, analyze the variation

of water quality, formulate long-term water quality change, water quality zoning

to support a rational and effective planning of shrimp culture along the lagoon The status of current aquaculture activity was surveyed by investigating 90 households in 9 communes along the lagoon using prepared questionnaires Water quality was assessed by periodical sampling parameters including temperature, pH, DO, salinity, alkalinity, total suspended solids (TSS), total dissolved solids (TDS), BOD5, N-NH3, N-NO3-, P-PO43- and total coliform All samples were collected in 5 periods including the dry season (May), rainy season (October and December), and transitional seasons (February and August), at 44 stations to have a time series for seasonal change comparison For diurnal variation assessment, samples were collected continuously at four stations (Tam Giang, Thuan An, Truong Ha, Tu Hien) during 24 hours in the dry season (May) and rainy season (November) for 7 days with 3 hours intervals Assessment of water quality in Tam Giang - Cau Hai lagoon for aquaculture activities was conducted by comparing each parameter with the National Technical Regulation and lagoon water quality index (WQITGCH) The MIKE 21 model was applied to formulate and predict water quality in Tam Giang - Cau Hai lagoon The results on aquaculture status showed that pond, cage and enclosed nets are the main aquaculture systems along the Tam Giang – Cau Hai lagoon with total area of 4,215 ha in 2017 Black tiger shrimp

(Penaeus monodon), mud crabs (Scylla paramamosain), rabbit fish (Siganus guttatus and Siganus canaliculatus) are commonly cultured species In terms of

water quality, the basis parameters were suitable for using water in the lagoon for aquaculture Temperature, pH, DO, salinity, alkalinity were higher during daytime than nighttime, and higher in the dry season than in the rainy season

In the rainy season, pH values in the near-shore areas, estuaries, aquaculture sewage and domestic sewage channels were unsuitable for shrimp culture DO content in Ha Trung - Thuy Tu lagoon was lower than that of Tam Giang and Cau Hai lagoons Highest salinity was recorded in Ha Trung - Thuy Tu lagoon

In the rainy season, alkalinity was not suitable for shrimp culture Highest alkalinity was also recorded in Ha Trung – Thuy Tu lagoon TDS content did not vary largely diurnally, but higher in the dry season than in the rainy season The organic parameters were exceeded the threshold for aquaculture except TSS TSS did not fluctuate largely both diurnaly and spatially TSS content in the rainy season was higher than that in the dry season Similarly, BOD5 did not

fluctuate greatly during day and time but higher in the rainy season than in the dry season The content of BOD5 in Ha Trung - Thuy Tu lagoon was lowest Toxic parameter N-NH3 was close to the limit N-NH3 content in daytime was higher than in nighttime, and in rainy season was higher than in dry season Nutrient parameters exceeded the limit, except N-NO3- Concentration of N-

NO3- and P-PO43- were lower in daytime than in nighttime, and higher in the rainy season than in the dry season Highest N-NO3- and P-PO43- concentration were highest in Sam Chuon lagoon Microbial parameter remained within the acceptable limits Total coliform in daytime was higher than in nighttime, and

in rainy season was higher than in dry season From an analysis of principle components (PCA), the water quality in Tam Giang - Cau Hai lagoon were classified into two main groups Group 1 (organic, microbial, toxic gas) included NH3, total coliform, BOD5, TSS, N-NO3-, P-PO43-, DO and explains 60.7% of water quality variations in the lagoon Group 2 (dissolved matter, background factors) consisted of pH, TDS, salinity, alkalinity and explained 18.7% of variations of water quality in the lagoon Water quality index (WQI)

in Tam Giang - Cau Hai lagoon was formulated using Delphi method based on

10 parameters including temperature, pH, DO, salinity, alkalinity, N-NO3-,

P-PO43-, BOD5, N-NH3 and total coliform The result presents a range of 44 - 79 (rainy season) and 52 - 84 (dry season) of the index in Tam Giang – Cau Hai lagoon The organic matter and nutrient contents gradually increased by time in several areas of Tam Giang – Cau Hai lagoon that could lead to a potential organic pollution In this study, a hydro-dynamic model has been developed for water quality simulation and prediction in Tam Giang - Cau Hai lagoon The model was then succesfully applied for intensive areas during the months of February, May, and August in 2020 The forecast results showed that the area near Phu My and Loc Dien communes was seriously polluted with high levels

of BOD5 and P-PO43- parameters

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam kết luận án “Đánh giá và dự báo chất lượng nước nuôi trồng thủy sản ở đầm phá Tam Giang – Cầu Hai, tỉnh Thừa Thiên Huế” được hoàn thành dựa trên các kết quả nghiên cứu của tôi và các kết quả của nghiên cứu này chưa được dùng cho bất cứ luận án cùng cấp nào khác

MỤC LỤC

Chương 1: GIỚI THIỆU 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục tiêu nghiên cứu của luận án 2

1.3 Ý nghĩa của luận án 3

1.3.1 Ý nghĩa khoa học 3

1.3.2 Ý nghĩa thực tiễn 3

1.4 Nội dung nghiên cứu 3

1.5 Điểm mới của luận án 3

Chương 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 4

2.1 Giới thiệu chung về đầm phá ven biển 4

2.2 Tình hình nghiên cứu về CLN ở các đầm phá ven biển 5

2.2.1 Trên Thế giới 6

2.2.2 Trong nước 9

2.3 Tổng quan về chỉ số CLN WQI 10

2.3.1 Khái niệm về chỉ số CLN WQI 10

2.3.2 Chỉ số CLN WQI ở một số quốc gia 11

2.3.3 Quy trình xây dựng WQI 22

2.4 Tình hình ứng dụng GIS trong nghiên cứu thủy sản 24

2.4.1 Trên thế giới 24

2.4.1.1 Giai đoạn thập niên 90 của thế kỷ 20 24

2.4.1.2 Giai đoạn năm 2000 – nay 25

2.4.2 Trong nước 28

2.5 Tổng quan về mô hình toán dự báo CLN 32

2.5.1 Khái niệm về mô hình toán 32

2.5.2 Quy trình thiết lập mô hình CLN mặt 32

2.5.3 Các mô hình toán và điều kiện vận hành mô hình trong dự báo CLN mặt 34

2.5.4 Tình hình ứng dụng mô hình toán trong mô phỏng CLN ở một số loại hình thủy vực 37

2.5.4.1 Thủy vực đầm phá ven biển 37

2.5.4.2 Thủy vực khác 38

Chương 3: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 43

3.1 Vật liệu nghiên cứu 43

3.2 Phương pháp nghiên cứu 43

3.2.1 Phương pháp nghiên cứu hiện trạng NTTS ven đầm phá 43

3.2.2 Phương pháp đánh giá CLN ven đầm phá thông qua từng thông số 44

3.2.2.1 Phương pháp thu và bảo quản mẫu nước 44

3.2.2.2 Phương pháp phân tích mẫu 46

3.2.2.3 Cơ sở đánh giá CLN đầm phá Tam Giang – Cầu Hai thông qua từng thông số 47

3.2.3 Phương pháp đánh giá CLN ven đầm phá thông qua chỉ số CLN WQI 47

3.2.3.1 Phương pháp xây dựng chỉ số CLN đầm phá WQITGCH 47

3.2.3.1.1 Phương pháp lấy ý kiến chuyên gia 47

3.2.3.1.2 Phương pháp xác định các yếu tố quan trọng 49

3.2.3.1.3 Phương pháp xác định trọng số các yếu tố quan trọng 49

3.2.3.1.4 Phương pháp xác định chỉ số phụ qi 49

3.2.3.1.5 Phương pháp xác định công thức tính WQITGCH và bảng phân loại CLN nuôi tôm 49

3.2.3.2 Phương pháp đánh giá và phân loại CLN đầm phá cho hoạt động nuôi tôm theo chỉ số CLN WQI 50

3.2.4 Phương pháp dự báo CLN thông qua mô hình toán 50

3.2.5 Phương pháp GIS 55

3.2.6 Phương pháp phân tích và xử lý số liệu 56

Chương 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 57

4.1 Hiện trạng NTTS ven đầm phá Tam Giang – Cầu Hai 57

4.2 Đánh giá CLN đầm phá Tam Giang – Cầu Hai 69

4.2.1 Lựa chọn các yếu tố môi trường ảnh hưởng đến CLN đầm phá Tam Giang – Cầu Hai 69

4.2.1.1 Phân nhóm các yếu tố môi trường ảnh hưởng đến CLN đầm phá 69

4.2.1.2 Sự tác động của các yếu tố môi trường đến CLN ở đầm phá Tam Giang – Cầu Hai 70

4.2.1.3 Mối quan hệ giữa các yếu tố môi trường ở đầm phá Tam Giang – Cầu Hai 74 4.2.2 Đánh giá CLN đầm phá Tam Giang – Cầu Hai thông qua từng thông số 75

4.2.1.1 Đánh giá nhóm các thông số cơ bản (pH, DO, độ mặn, độ kiềm, TDS) 75

4.2.2.2 Đánh giá nhóm các thông số hữu cơ 91

4.2.2.3 Đánh giá hàm lượng khí độc N-NH3 theo thời gian và không gian 98

4.2.2.4 Đánh giá nhóm các yếu tố dinh dưỡng (N-NO3- và P-PO43-) 102

4.2.2.5 Đánh giá thông số vi sinh tổng coliform (TC) theo thời gian và không gian 109

4.2.3 Đánh giá CLN đầm phá Tam Giang – Cầu Hai thông qua chỉ số CLN (WQITGCH)

113

4.2.3.1 Xây dựng chỉ số CLN (WQITGCH) 113

4.2.3.2 Ứng dụng chỉ số CLN (WQITGCH) đánh giá CLN đầm Tam Giang - Cầu Hai, tỉnh Thừa Thiên Huế 121

4.3 Dự báo CLN đầm phá Tam Giang – Cầu Hai 124

4.3.1 Xu hướng biến đổi CLN ở đầm phá Tam Giang – Cầu Hai 124

4.3.2 Dự báo CLN ở một số khu NTTS tập trung ven đầm phá Tam Giang – Cầu Hai 127

4.3.2.1 Dự báo CLN cho NTTS ven đầm phá Tam Giang – Cầu Hai đợt tháng 2/2020 128

4.3.2.2 Dự báo CLN cho NTTS ven đầm phá Tam Giang – Cầu Hai đợt tháng 5/2020 133

4.3.2.3 Dự báo CLN cho NTTS ven đầm phá Tam Giang – Cầu Hai đợt tháng 8/2020 138

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 144

5.1 Kết luận 144

5.2 Đề xuất 145

TÀI LIỆU THAM KHẢO 146

PHỤ LỤC 156

PHỤ LỤC 1: BẢNG CÂU HỎI ĐIỀU TRA HIỆN TRẠNG NUÔI TRỒNG THỦY SẢN VEN ĐẦM PHÁ TAM GIANG – CẦU HAI, TỈNH THỪA THIÊN HUẾ 156

PHỤ LỤC 2: CÁC THÔNG SỐ CLN KHẢO SÁT TẠI CÁC THỜI ĐIỂM VÀ ĐỊA ĐIỂM Ở KHU VỰC ĐẦM PHÁ TAM GIANG- CẦU HAI, TỈNH THỪA THIÊN HUẾ 160

PHỤ LỤC 3: XÂY DỰNG MÔ HÌNH DÒNG CHẢY VÀ CLN Ở ĐẦM PHÁ TAM GIANG – CẦU HAI, TỈNH THỪA THIÊN HUẾ 189

DANH SÁCH BẢNG

Bảng 2.1: Phân loại CLN theo NSF – WQI 12

Bảng 2.2: Phân loại CLN theo VN-WQI 18

Bảng 2.3: Mức hướng dẫn của các thông số 22

Bảng 3.1: Cơ cấu mẫu khảo sát các mô hình NTTS khu vực đầm phá Tam Giang - Cầu Hai 43

Bảng 3.2: Tọa độ các điểm thu mẫu trong khu vực đầm phá Tam Giang- Cầu Hai 45

Bảng 3.3: Phương pháp phân tích các thông số CLN 46

Bảng 3.4: Thang điểm tương quan giữa giá trị các yếu tố và điểm số đánh giá CLN 49

Bảng 3.5: Thông số đầu vào cơ bản của mô hình MIKE 21 51

Bảng 3.6: Các thông số trong modun ECOLAB của mô hình MIKE 53

Bảng 4.1: Phương thức NTTS ven đầm phá theo mô hình nuôi (%) 59

Bảng 4.2: Mật độ con giống các đối tượng nuôi ở đầm phá Tam Giang – Cầu Hai 59

Bảng 4.3: Tỷ lệ kiểm tra giống theo mô hình nuôi trong khu vực NTTS ở đầm phá Tam Giang - Cầu Hai 61

Bảng 4.4: Tỷ lệ xử lý nước cấp và nước thải khu vực NTTS ở đầm phá Tam Giang - Cầu Hai 62

Bảng 4.5: Tỷ lệ xử lý nước cấp và nước thải theo không gian trong khu vực NTTS ở đầm phá Tam Giang - Cầu Hai 62

Bảng 4.6 Sản lượng các đối tượng nuôi ở các mô hình nuôi ven đầm phá Tam Giang – Cầu Hai 66

Bảng 4.7: Hệ số tương quan giữa các yếu tố với thành phần chính PC1 và PC2 71

Bảng 4.8: Biến động yếu tố pH theo thời gian 75

Bảng 4.9: Biến động các thông số cơ bản theo thời gian 79

Bảng 4.10: Trọng số (wi) của 10 thông số quan trọng 115

Bảng 4.11: Hàm CLN xác định chỉ số phụ qi 117

Bảng 4.12: Giá trị WQI dùng để phân loại CLN đầm phá cho nuôi tôm 118

Bảng 4.13: Chỉ số WQI và WQI hiệu chỉnh khi đủ và thiếu số liệu 119

Bảng 4.14: Chỉ số CLN đầm phá Tam Giang - Cầu Hai theo mùa 121

Bảng 4.15: Kết quả dự báo CLN tháng 2/2020 ở ven các khu NTTS trên đầm phá Tam Giang – Cầu Hai 129Bảng 4.16: Kết quả dự báo CLN tháng 5/2020 ở ven các khu NTTS trên đầm phá Tam Giang – Cầu Hai 134Bảng 4.17: Kết quả dự báo CLN tháng 8/2020 ở ven các khu NTTS trên đầm phá Tam Giang – Cầu Hai 139

DANH SÁCH HÌNH

Hình 2.1: Mô hình đầm phá 4

Hình 3.1: Bản đồ vị trí thu mẫu theo mặt cắt 44

Hình 3.2: Các giai đoạn xây dựng chỉ số CLN 48

Hình 3.3: Sơ đồ thực hiện dự báo CLN bằng mô hình MIKE 21 51

Hình 4.1: Diện tích NTTS ven đầm phá Tam Giang – Cầu Hai 57

Hình 4.2: Đối tượng nuôi ở đầm phá Tam Giang – Cầu Hai 58

Hình 4.3: Thời gian nuôi 60

Hình 4.4: Các bệnh thường gặp trên tôm, cá nuôi ở khu vực ven đầm phá Tam Giang – Cầu Hai 63

Hình 4.5: Nguyên nhân gây bệnh trên tôm, cá nuôi ở khu vực ven đầm phá Tam Giang – Cầu Hai 63

Hình 4.6: Thuận lợi của hoạt động NTTS ven đầm phá 67

Hình 4.7: Khó khăn của hoạt động NTTS ven đầm phá 68

Hình 4.8: Giải pháp phát triển hoạt động NTTS ven đầm phá 68

Hình 4.9: Đồ thị phân cụm theo thứ bậc các yếu tố môi trường 69

Hình 4.10: Đồ thị mức đóng góp (%) của các thành phần (PC) 70

Hình 4.11: Biểu đồ giải thích nhóm các yếu tố tác động chính đến tính chất môi trường tại khu vực nghiên cứu 71

Hình 4.12: Mức độ đóng góp của mỗi yếu tố đến thành phần thứ nhất (PC1) 73

Hình 4.13: Mức độ đóng góp của mỗi yếu tố đến thành phần thứ hai (PC2) 73

Hình 4.14: Đồ thị Correlogram biểu diễn tương quan giữa các yếu tố môi trường 74

Hình 4.15: Biến động pH mùa khô trong khu vực đầm phá Tam Giang – Cầu Hai 82

Hình 4.16: Biến động pH mùa mưa trong khu vực đầm phá Tam Giang – Cầu Hai 82

Hình 4.17: Biến động DO mùa khô trong khu vực đầm phá Tam Giang – Cầu Hai 84

Hình 4.18: Biến động DO mùa mưa trong khu vực đầm phá Tam Giang – Cầu Hai 84

Hình 4.19: Biến động độ mặn mùa khô trong khu vực đầm phá Tam Giang – Cầu Hai 86

Hình 4.20: Biến động độ mặn mùa mưa trong khu vực đầm phá Tam Giang – Cầu Hai 86Hình 4.21: Biến động độ kiềm mùa khô trong khu vực đầm phá Tam Giang – Cầu Hai 88Hình 4.22: Biến động độ kiềm mùa mưa trong khu vực đầm phá Tam Giang – Cầu Hai 88Hình 4.23: Biến động TDS mùa khô trong khu vực đầm phá Tam Giang – Cầu Hai 90Hình 4.24: Biến động TDS mùa mưa trong khu vực đầm phá Tam Giang – Cầu Hai 90Hình 4.25: Biến động hàm lượng TSS theo ngày đêm trong khu vực đầm phá Tam Giang – Cầu Hai 91Hình 4.26: Biến động hàm lượng TSS theo mùa trong khu vực đầm phá Tam Giang – Cầu Hai 91Hình 4.27: Biến động TSS mùa khô trong khu vực đầm phá Tam Giang – Cầu Hai 93Hình 4.28: Biến động TSS mùa mưa trong khu vực đầm phá Tam Giang – Cầu Hai 93Hình 4.29: Biến động hàm lượng BOD5 theo ngày đêm trong khu vực đầm phá Tam Giang – Cầu Hai 94Hình 4.30: Biến động hàm lượng BOD5 theo mùa trong khu vực đầm phá Tam Giang – Cầu Hai 94Hình 4.31: Biến động BOD5 mùa khô trong đầm phá Tam Giang – Cầu Hai Hình 4.32: Biến động BOD5 mùa mưa trong đầm phá Tam Giang – Cầu Hai 97Hình 4.33: Biến động hàm lượng N-NH3 theo ngày đêm trong khu vực đầm phá Tam Giang – Cầu Hai 98Hình 4.34: Biến động hàm lượng N-NH3 theo mùa trong khu vực đầm phá Tam Giang – Cầu Hai 99Hình 4.35: Biến động hàm lượng N-NH3 mùa khô trong khu vực đầm phá Tam Giang – Cầu Hai 101Hình 4.36: Biến động hàm lượng N-NH3 mùa mưa trong khu vực đầm phá Tam Giang – Cầu Hai 101Hình 4.37: Biến động N-NO3- theo ngày đêm trong khu vực đầm phá Tam Giang – Cầu Hai 102

Hình 4.38: Biến động N-NO3- theo mùa trong khu vực đầm phá Tam Giang –

Cầu Hai 103

Hình 4.39: Biến động N-NO3- mùa khô trong khu vực đầm phá Tam Giang – Cầu Hai 104

Hình 4.40: Biến động N-NO3- mùa mưa trong khu vực đầm phá Tam Giang – Cầu Hai 105

Hình 4.41: Biến động P-PO43- theo ngày đêm trong khu vực đầm phá Tam Giang – Cầu Hai 105

Hình 4.42: Biến động P-PO43- theo mùa trong khu vực đầm phá Tam Giang – Cầu Hai 106

Hình 4.43: Biến động P-PO43- mùa khô theo không gian đầm phá Tam Giang – Cầu Hai 108

Hình 4.44: Biến động P-PO43- mùa mưa theo không gian đầm phá Tam Giang – Cầu Hai 108

Hình 4.45: Biến động mật độ TC theo ngày đêm trong khu vực đầm phá Tam Giang – Cầu Hai 109

Hình 4.46: Biến động mật độ TC theo mùa trong khu vực đầm phá Tam Giang – Cầu Hai 109

Hình 4.47: Biến động TC mùa khô theo không gian đầm phá Tam Giang – Cầu Hai 112

Hình 4.48: Biến động TC mùa mưa theo không gian đầm phá Tam Giang – Cầu Hai 112

Hình 4.49: Điểm số của các yếu tố 113

Hình 4.50: Số yếu tố sử dụng trong các bộ WQI 114

Hình 4.51: Các yếu tố xuất hiện trong các bộ WQI 114

Hình 4.52: Mối quan hệ giữa nhiệt độ và qi 116

Hình 4.53: Mối quan hệ giữa pH và qi 116

Hình 4.54: Mối quan hệ giữa DO và qi 116

Hình 4.55: Mối quan hệ giữa độ mặn và qi 116

Hình 4.56: Mối quan hệ giữa độ kiềm và qi 116

Hình 4.57: Mối quan hệ giữa P-PO43- và qi 116

Hình 4.58: Mối quan hệ giữa N-NO3- và qi 116

Hình 4.59: Mối quan hệ giữa BOD5 và qi 116

Hình 4.60: Mối quan hệ giữa N-NH3 và qi 117

Hình 4.61: Mối quan hệ giữa Tổng coliform và qi 117Hình 4.63: Phân vùng WQI ở đầm phá Tam Giang – Cầu Hai vào mùa mưa 123Hình 4.62: Phân vùng WQI ở đầm phá Tam Giang – Cầu Hai vào mùa khô 123Hình 4.64: Giao diện phần mềm tính toán trực tuyến chỉ số WQITGCH 124Hình 4.65: Xu hướng biến động DO ở đầm phá Tam Giang – Cầu Hai 125Hình 4.66: Xu hướng biến động hàm lượng BOD5 ở đầm phá Tam Giang – Cầu Hai 125Hình 4.67: Xu hướng biến động hàm lượng N-NO3- ở đầm phá Tam Giang – Cầu Hai 126Hình 4.68: Xu hướng biến động hàm lượng P-PO43- ở đầm phá Tam Giang – Cầu Hai 126Hình 4.69: Trạm dự báo CLN cho NTTS ven đầm phá Tam Giang – Cầu Hai 128Hình 4.70: Mô phỏng nhiệt độ đầm phá Tam Giang – Cầu Hai tháng 2/2020 130Hình 4.71: Mô phỏng độ mặn đầm phá Tam Giang – Cầu Hai tháng 2/2020 130Hình 4.72: Mô phỏng DO đầm phá Tam Giang – Cầu Hai tháng 2/2020 131Hình 4.73: Mô phỏng BOD5 đầm phá Tam Giang – Cầu Hai tháng 2/2020 131Hình 4.74: Mô phỏng N-NO3- đầm phá Tam Giang – Cầu Hai tháng 2/2020 132Hình 4.75: Mô phỏng P-PO43- đầm phá Tam Giang – Cầu Hai tháng 2/2020 132Hình 4.76: Mô phỏng tổng coliform đầm phá Tam Giang – Cầu Hai tháng 2/2020 133Hình 4.77: Mô phỏng nhiệt độ đầm phá Tam Giang – Cầu Hai tháng 5/2020 135Hình 4.78: Mô phỏng độ mặn đầm phá Tam Giang – Cầu Hai tháng 5/2020 135Hình 4.79: Mô phỏng DO đầm phá Tam Giang – Cầu Hai tháng 5/2020 136Hình 4.80: Mô phỏng BOD5 đầm phá Tam Giang – Cầu Hai tháng 5/2020 136Hình 4.81: Mô phỏng N-NO3- đầm phá Tam Giang – Cầu Hai tháng 5/2020 137

Hình 4.82: Mô phỏng P-PO43- đầm phá Tam Giang – Cầu Hai tháng 5/2020 137Hình 4.83: Mô phỏng tổng coliform đầm phá Tam Giang – Cầu Hai tháng 5/2020 138Hình 4.84: Mô phỏng nhiệt độ đầm phá Tam Giang – Cầu Hai tháng 8/2020 140Hình 4.85: Mô phỏng độ mặn đầm phá Tam Giang – Cầu Hai tháng 8/2020 140Hình 4.86: Mô phỏng DO đầm phá Tam Giang – Cầu Hai tháng 8/2020 141Hình 4.87: Mô phỏng BOD5 đầm phá Tam Giang – Cầu Hai tháng 8/2020 141Hình 4.88: Mô phỏng N-NO3- đầm phá Tam Giang – Cầu Hai tháng 8/2020 142Hình 4.89: Mô phỏng P-PO43- đầm phá Tam Giang – Cầu Hai tháng 8/2020 142Hình 4.90: Mô phỏng tổng coliform đầm phá Tam Giang – Cầu Hai tháng 8/2020 143

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

BOD: Nhu cầu oxy sinh hóa (Biochemical oxygen demand)

CLN: Chất lượng nước

COD: Nhu cầu oxy hóa học (Chemical oxygen demand)

DO: Oxy hòa tan (Dissolved oxygen)

FC: Coliform phân (Fecal coliform)

GIS: Hệ thống thông tin địa lý (Geographic Information System) GPS: Hệ thống định vị toàn cầu (Global Positioning System) KTTS: Khai thác Thủy sản

NLTS: Nguồn lợi Thủy sản

NNPTNT: Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn

TC: Tổng coliform (Total coliform)

TDS: Tổng chất rắn hòa tan (Total dissolved solids)

TNMT: Tài nguyên Môi trường

T-N: Tổng nitơ (Total nitrogen)

T-P: Tổng phospho (Total phosphorus)

TS: Tổng chất rắn (Total solids)

TSS: Tổng chất rắn lơ lửng (Total suspended solids)

UBND: Ủy ban nhân dân

WQI: Chỉ số chất lượng nước (Water Quality Index)

XNM: Xâm nhập mặn

Chương 1: GIỚI THIỆU 1.1 Đặt vấn đề

Hệ thống đầm phá Tam Giang – Cầu Hai ở tỉnh Thừa Thiên Huế là một thủy vực nước lợ ven biển điển hình Đây là hệ thống đầm phá lớn nhất Đông Nam Á có diện tích khoảng 22.000ha, chiều dài khoảng 70km, trải dài từ cửa sông Ô Lâu đến đầm Cầu Hai, thông với biển qua 2 cửa biển Thuận An và Tư Hiền (Nguyễn Đính và Phạm Thị Diệu My, 2005) Hệ thống đầm phá Tam Giang - Cầu Hai đóng một vai trò rất quan trọng trong quá trình điều hòa dòng chảy, ngăn chặn sự xâm nhập mặn (XNM), ngoài ra nó còn được khai thác để phục vụ giao thông, du lịch, đánh bắt và nuôi trồng thủy sản (NTTS) Nhìn chung, môi trường nước lợ của đầm phá đã tạo điều kiện thuận lợi cho sự phân

bố và phát triển đa dạng của các thủy sinh vật, mang lại một nguồn lợi thủy sản (NLTS) đáng kể cho cộng đồng 300.000 cư dân sinh sống ven bờ (Nguyễn Văn

Hợp và ctv., 2005) Những năm gần đây, diện tích NTTS ven đầm phá đã tăng

lên đáng kể, đóng góp vào tổng thu nhập quốc dân Năm 2016, diện tích nuôi tôm của tỉnh Thừa Thiên - Huế là 2.937 ha, trong đó, diện tích nuôi tôm sú đạt 2.387 ha do tỉnh có lợi thế đầm phá Tam Giang - Cầu Hai (Tổng cục Thủy sản, 2017), định hướng đến năm 2020 đạt hơn 4.735ha (UBND tỉnh Thừa Thiên Huế, 2011) Tuy nhiên để đánh giá hiệu quả hoạt động NTTS cũng như phục vụ công tác quy hoạch vùng nuôi hiệu quả thì trước hết cần phải đánh giá được hiện trạng NTTS của vùng

Trong những năm gần đây, đã có nhiều chương trình và dự án nghiên cứu

về môi trường vùng đầm phá như Dự án “Nghiên cứu phát triển bền vững vùng đầm phá ở tỉnh Thừa Thiên Huế” giai đoạn 1998 - 2003 do Vùng Nord Pas de Calais Pháp tài trợ (Thua Thien Hue – Vietnam and Nord Pas de Calais – France, 2003) và Dự án “Quản lý tổng hợp vùng ven bờ” giai đoạn 2001 - 2005 do Hà Lan tài trợ (CZMC/RIKZ, 2003)… Những dự án này đã thu thập được các dữ liệu về chất lượng nước (CLN), tình trạng ô nhiễm và đa dạng sinh học của sông Hương và hệ thống đầm phá Tam Giang – Cầu Hai Tuy nhiên các dự án này chưa liên kết được bức tranh hiện trạng với diễn biến CLN cũng như chưa dự báo được diễn biến CLN trong tương lai phục vụ hoạt động NTTS Vì vậy, các nhà quản lý rất khó để thông tin chính xác về CLN và định hướng phát triển nghề nuôi thủy sản trên vực nước này Bên cạnh đó, diễn biến dịch bệnh bùng phát ở nhiều địa phương nuôi tôm ven đầm phá làm thiệt hại lớn cho người nuôi Nguyên nhân gây ra dịch bệnh là do thức ăn, con giống, quản lý…và một trong những nguyên nhân lớn nhất là vấn đề ô nhiễm môi trường nước Nguồn nước ven phá đưa vào nuôi không được thông tin cụ thể về chất lượng và tình trạng ô nhiễm

Mặt khác, hiện trạng CLN đầm phá Tam Giang – Cầu Hai đang phải đối mặt với những vấn đề hữu cơ, sự phú dưỡng và ô nhiễm vi khuẩn (Nguyễn Văn

Hợp và ctv., 2005) Nguyên nhân chính gây ra những vấn đề đó là các nguồn

thải từ các hoạt động NTTS và nông nghiệp vì chúng đóng góp chủ yếu trên 98% vào tải lượng ô nhiễm hữu cơ và các chất dinh dưỡng Điều này càng khẳng định thêm sự cần thiết phải đánh giá CLN hiện tại và dự báo CLN trong tương lai để có một quy hoạch phát triển NTTS và bảo vệ môi trường nước đầm phá bền vững

Trong thủy sản, hệ thống thông tin địa lý (GIS) đã được ứng dụng kể từ giữa những năm 1980 Đầu thập niên 90 thì GIS mới áp dụng rộng rãi vào nghiên cứu các vùng NTTS (Aguilar-Manjarrez and Ross, 1995) GIS mang lại khả năng phân tích và biểu diễn rất nhiều dữ liệu được cung cấp từ nhiều nguồn khác nhau Vì thế, GIS có khả năng hỗ trợ quản lý, lập ra kế hoạch, quyết định việc phát triển thủy sản (Meaden and Thang, 1996) Thêm vào đó, GIS còn cung cấp các công cụ để số hóa bản đồ, xây dựng các bản đồ về các đối tượng trên mặt đất như vị trí ao hồ, kênh nước thải, vị trí nò sáo…Ở Việt Nam, các công trình nghiên cứu ứng dụng GIS trong lĩnh vực NTTS còn rất hạn chế, chủ yếu tập trung vào quy hoạch tổng thể cho các vùng ven biển hoặc một mảng đề tài nhỏ của các dự án Tuy nhiên, các nghiên cứu ứng dụng GIS này mới chỉ dừng lại ở mức vẽ bản đồ quy hoạch vùng, chưa đi sâu vào điều tra, phân tích thông tin thuộc tính và không gian (Lê Công Tuấn và Lê Thị Hạnh, 2009) Vì vậy, ứng dụng GIS để nghiên cứu hiện trạng NTTS và đánh giá CLN là một hướng đi hay trong lĩnh vực thủy sản Bên cạnh đó, việc ứng dụng mô hình toán để mô phỏng, dự báo CLN trong tương lai ở vùng đầm phá là một hướng nghiên cứu mới, chưa được áp dụng nhiều ở khu vực đầm phá ven biển Việt Nam và trong lĩnh vực thủy sản

Chính vì những lý do trên, việc nghiên cứu đánh giá và dự báo CLN cho NTTS ở đầm Tam Giang – Cầu Hai có sự hỗ trợ của GIS và mô hình toán đã

được tiến hành

1.2 Mục tiêu nghiên cứu của luận án

Mục tiêu của nghiên cứu nhằm đánh giá tổng thể về hiện trạng NTTS của các xã ven đầm phá Tam Giang – Cầu Hai đồng thời đánh giá và dự báo diễn biến CLN, phân vùng CLN làm cơ sở cho việc quy hoạch vùng nuôi tôm ven đầm phá hợp lý và hiệu quả

1.3 Ý nghĩa của luận án

1.3.1 Ý nghĩa khoa học

Đây là một hướng đi mới trong lĩnh vực nghiên cứu về môi trường nước cho NTTS Kết quả của đề tài sẽ bổ sung dẫn liệu về hiện trạng NTTS và môi trường nước ở đầm phá Tam Giang – Cầu Hai làm cơ sở để quy hoạch, phát triển NTTS trong khu vực này Đề tài còn cung cấp công cụ mới trong việc đánh giá, phân vùng và dự báo CLN vùng đầm phá và quy trình kỹ thuật tiến hành công cụ đó

1.3.2 Ý nghĩa thực tiễn

Kết quả của luận án cung cấp cho các nhà quản lý và người dân hiện trạng NTTS và CLN ở đầm phá Tam Giang – Cầu Hai phục vụ hoạt động nuôi thủy sản ở đây Việc lượng hóa được CLN sẽ giúp cho các nhà quản lý dễ dàng hơn trong việc ra các quyết định liên quan đến các hoạt động NTTS thuộc khu vực

họ quản lý Bên cạnh đó, kết quả dự báo giúp các nhà quản lý có định hướng quy hoạch NTTS trong tương lai hiệu quả

1.4 Nội dung nghiên cứu

- Khảo sát hiện trạng NTTS ven đầm phá Tam Giang – Cầu Hai

- Đánh giá CLN ở đầm phá Tam Giang – Cầu Hai

- Xây dựng chỉ số CLN và áp dụng đánh giá ở đầm phá Tam Giang – Cầu Hai

- Dự báo diễn biến CLN trong tương lai ở một số khu NTTS tập trung ven đầm phá Tam Giang – Cầu Hai thông qua mô hình MIKE 21

1.5 Điểm mới của luận án

Luận án đã cung cấp được dẫn liệu mới nhất về hiện trạng NTTS và CLN vùng đầm phá Tam Giang – Cầu Hai với sự hỗ trợ của công nghệ GIS Luận án

đã xây dựng được bộ chỉ số CLN (WQITGCH) và bộ chỉ số CLN hiệu chỉnh (WQITGCHhieuchinh) dành riêng cho đầm phá Tam Giang – Cầu Hai để đánh giá CLN nuôi tôm Luận án cũng xây dựng được mô hình dự báo CLN vùng đầm phá Tam Giang – Cầu Hai cho hoạt động NTTS và dữ liệu dự báo theo thời gian

ở các khu NTTS tập trung ven đầm phá

Chương 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 Giới thiệu chung về đầm phá ven biển

Đầm phá là vùng nước nông ven bờ ngăn cách với biển bởi các dải đất đá nằm song song với bờ biển Các cửa biển (tự nhiên hoặc nhân tạo) cắt ngang qua các dải đất đá và cho phép thủy triều đưa nước vào ra đầm phá (Hình 2.1)

(Abigail et al., 2009)

Hình 2.1: Mô hình đầm phá (Abigail et al., 2009)

Đầm phá bao gồm 2 loại là đầm phá ven bờ và đầm phá xa bờ Đầm phá

ven bờ (coastal lagoon) là một vực nước ven bờ thường có hình dáng kéo dài

song song với đường bờ, tạo ra do một hệ thống cồn cát chắn và ăn thông với biển qua một hay nhiều cửa thường xuyên hay cửa mở định kỳ về mùa mưa Khác với đầm phá ven bờ, đầm phá xa bờ tạo ra do các ám tiêu vòng (bãi đá hoặc bãi cát ngầm) (Hungspreugs, 1988) Các đầm phá nhận nước ngọt từ sông

qua cửa sông (estuary) và đổ nước ra biển qua cửa biển (inlet) Những đầm phá

này hoạt động như một hồ chứa, trong mùa lũ, chúng nhận một lượng nước ngọt trước khi đổ ra biển, lúc này chúng như một con sông Vào mùa kiệt với thời gian dài và với lượng nước ngọt rất ít, mực nước đầm phá xuống thấp, lúc đó

nước biển theo thuỷ triều tràn vào nên bị mặn hoá, lúc này chúng lại mang tính chất của các đầm phá nước mặn, thường phát triển phổ biến ở ven bờ Ấn Độ - Thái Bình Dương (Birt, 1967) Trong quá trình lấn biển tự nhiên, những vận động kiến tạo, dòng biển ven bờ và dòng của các con sông đóng vai trò cực kỳ quan trọng Dòng biển ven bờ chảy song song với bờ biển, mang đến nguồn bồi tích lớn Các dòng sông thường mang nước và lượng phù sa của mình ra biển, thẳng góc với đường bờ, khi gặp dòng biển buộc chúng phải đổi dòng Nhờ lực tương tác trên mà dòng trầm tích biển ưu thế đã tạo nên dải cát chạy song song với đường bờ bao bọc lấy vụng nước phía trong

Đầm phá ven biển có vai trò rất lớn trong điều hòa sinh thái, mang lại môi trường sống cho người dân trên và ven đầm phá Tài nguyên vị thế và cảnh quan cho phép phát triển giao thông, cơ sở hạ tầng khai thác biển và du lịch Đầm phá còn là nơi cung cấp NLTS cho người dân với các giống loài đặc hữu của môi trường nước lợ Thêm vào đó, đầm phá còn cân bằng tự nhiên và sinh thái cho nghề cá ven bờ, duy trì nguồn giống cho NLTS tại chỗ và ven bờ (Trần Đức

Thạnh và ctv., 2005)

2.2 Tình hình nghiên cứu về CLN ở các đầm phá ven biển

Hiện nay, việc đánh giá CLN thường dựa vào từng thông số riêng lẻ và chỉ

số CLN (WQI) Ưu điểm của đánh giá CLN thông qua từng số là biết được chính xác diễn biến các thông số trong môi trường nước, từ đó có biện pháp kịp thời và hiệu quả trong quản lý môi trường nước Tuy nhiên, hướng đánh giá này vẫn có một số nhược điểm như: khi đánh giá CLN qua nhiều thông số riêng biệt

sẽ không nói lên diễn biến CLN tổng quát của một thủy vực, do đó khó so sánh CLN giữa các thủy vực với nhau; Khó phân vùng và phân loại CLN thủy vực cho một mục đích cụ thể, do các thông số môi trường nước không thể thỏa mãn yêu cầu của một bộ QCVN cho một mục đích nào đó và mỗi thông số có tầm quan trọng khác nhau; khi đánh giá thông qua các thông số CLN, chỉ các nhà khoa học mới hiểu được, cộng đồng và các cơ quan quản lý khó nắm bắt thông tin, dẫn đến việc ra các quyết định về sử dụng nguồn nước không hiệu quả Để khắc phục các hạn chế trên, người ta sử dụng chỉ số CLN (water quality index – WQI), cho phép lượng hóa được CLN, nghĩa là biểu diễn CLN theo một thang điểm thống nhất có khả năng mô tả tác động tổng hợp của nồng độ nhiều thành phần hóa - lý - sinh trong nguồn nước Nhược điểm của WQI là chỉ cho biết điểm số cuối cùng của CLN nên không chỉ rõ hàm lượng của từng yếu tố Do

đó, người NTTS khó có biện pháp xử lý yếu tố ô nhiễm Vì vậy, để đánh giá được toàn diện về CLN thì cần thiết phải có sự kết hợp cả đánh giá thông qua

từng thông số và chỉ số CLN (WQI)

2.2.1 Trên Thế giới

Đầm phá ven biển phân bố khắp 5 châu lục trên Thế giới từ Châu Phi, Châu Đại Dương, Châu Mỹ đến Châu Âu, Châu Á

Ở Châu Phi, các nghiên cứu CLN đầm phá ven biển điển hình ở Nigeria

(Eruola et al., 2011), Ghana (Apau et al., 2012), Togo (Bawa et al., 2007) Các

nghiên cứu CLN ở các đầm phá của Châu Phi đã tập trung đánh giá vào từng thông số môi trường về khía cạnh hữu cơ và kim loại nặng Ở Nigeria, theo

Eruola et al (2011), CLN đầm phá Lagos đang đối mặt với vấn đề ô nhiễm hữu

cơ từ các chất thải như giá trị nhu cầu oxy sinh hóa (BOD) (40-80mg/L) cao gấp 2,5 – 5,5 lần giới hạn cho phép, nhu cầu oxy hóa học (COD) (84-135mg/L) cao gấp 1,1 - 1,5 lần giới hạn cho phép của tổ chức y tế thế giới WHO (World Health Organization, 2004) Ở Ghana, CLN ở đầm phá Kpeshi rất ô nhiễm, đặc biệt là ô nhiễm hữu cơ và kim loại nặng Các địa điểm ô nhiễm nặng là những khu vực gần khu công nghiệp, đô thị và nông nghiệp Nồng độ tương đối cao của nitrat (2.905,71 mg/L), photphat (487,14 mg/L) chỉ thị cho việc khá phú dưỡng ở đầm phá này Các kim loại nặng ở mức cao như sắt (Fe) và nhôm (Al)

có hàm lượng cao nhất là 13,2 mg/L và 13,6 mg/L trong mẫu nước (Apau et al., 2012) Ở Togo, Bawa et al (2007) chỉ ra rằng nước ở đầm phá Lome có tính

kiềm mạnh (pH biến động từ 8,8-9,2) và độ dẫn điện lớn (2800-3200 μs/cm) Nhóm nghiên cứu đã xác định trong một số nơi của đầm phá, nồng độ cao của các hợp chất nitơ là nguyên nhân gây ra ô nhiễm hữu cơ (TN dao động 20-22 mg/L)

Ở Châu Đại Dương, một số nghiên cứu CLN đầm phá được thực hiện ở

các quốc gia như quần đảo Cook (Shereen et al., 2011), New Zealand (Graeme, 2015) và Australia (Josephine et al., 2006) Tất cả các nghiên cứu về CLN ở

các đầm phá của Châu Đại Dương tập trung về các thông số lý, hóa và vi sinh

Ở quần đảo Cook (chính quyền tự trị trong liên minh với New Zealand), Shereen

et al (2011) đã được Chính phủ quần đảo Cook yêu cầu nghiên cứu CLN ở đầm

Manihiki sau khi ghi nhận một tỷ lệ cao trai ngọc môi đen bị chết từ các trang trại Nghiên cứu chỉ ra rằng hàm lượng oxy hòa tan (DO) ở đầm phá thấp, biến động từ 2-6,3 mg/L, rất thấp so với các đầm phá Thái Bình Dương khác Suy kiệt nồng độ O2 và nuôi trai ngọc môi đen với mật độ cao là hai nguyên nhân

gây chết Ở New Zealand, Graeme (2015) đã chỉ ra rằng, mực nước đầm phá

Washdyke thấp nên nhiệt độ nước biến động rất lớn từ 3,6 – 27,30C, điều này ảnh hưởng rất lớn đến thủy sinh vật ở đầm phá Hàm lượng DO biến động từ 5,9 – 12,54 mg/L (DO bão hòa từ 58 – 145,9%) DO bão hòa dưới 80% sẽ gây bất lợi cho đời sống thủy sinh vật Do mực nước thấp, lượng nước ngọt đổ vào đầm lớn nên độ mặn trung bình khá thấp chỉ 2,9‰ Nồng độ nitơ vô cơ hòa tan

cao (trung bình 3,7 mg/L, lớn nhất 6,9 mg/L) vượt quá giới hạn cho phép của quốc gia về phòng chống ngộ độc nitrate (N-NO3-) (Ministry for the Environment, 2014) Cacbon hữu cơ hòa tan khá cao (trung bình 3,05 mg/L, lớn nhất 18 mg/L) Hàm lượng E.coli trong nước cao, biến động từ 1.400-2.944

MPN/100mL qua các điểm khảo sát Ở Australia, Josephine et al (2006) cho

rằng CLN đầm phá Tom Thumb đã bị ô nhiễm hữu cơ nghiêm trọng Hàm lượng tổng nitơ (T-N), tổng phospho (T-P), phosphate (P-PO43-), amoniac (N-NH3) vượt giới hạn cho phép về CLN mặn do Hội đồng bảo tồn và môi trường Úc và New Zealand ban hành (ANZECC and ARMCANZ, 2000) Hàm lượng T-P cao

từ 1,6 – 3,6 lần giới hạn cho phép Hàm lượng P-PO43- cao gấp 2 – 12,2 lần quy chuẩn T-N cao gấp 2-3,6 lần N-NH3 cao gấp 5,3 – 8,6 lần cho phép Bên cạnh

đó, hàm lượng độ đục cũng cao gấp 1,7 lần cho phép Kim loại nặng Cu và Zn

đã vượt ngưỡng cho phép từ 7,7 – 20 lần (Cu) và 2,6 – 4,6 lần (Zn)

Ở Châu Mỹ, CLN đầm phá đã được nghiên cứu ở các quốc gia như Mexico

(Jorge and Morales-Ojeda, 2010), Hoa Kỳ (Zhiqiang et al., 2012) về từng thông

số riêng biệt Ở Mexico, CLN ở 10 đầm phá ven bán đảo Yacatan từ 2001 –

2006 bao gồm đầm phá Celestún, Chelem, Dzilam, Rio Lagartos, Holbox, Chacmochuk, Nichupte, Bojorquez, Ascención Bay, Chetumal đã được tiến hành nghiên cứu (Jorge and Morales-Ojeda, 2010) CLN và sức khỏe của đầm phá đã được đánh giá dựa vào các yếu tố CLN, sự phong phú và đa dạng thực vật phù du (TVPD), số lượng tảo nở hoa, độ phủ của thảm cỏ biển Kết quả nghiên cứu đã chỉ ra rằng, các đầm phá có CLN tốt như Celestún, Dzilam, Holbox, Chacmochuk, Ascención Bay CLN được đánh giá là trung bình thuộc

về các đầm phá Chelem, Nichupte, Chetumal Đầm phá Rio Lagartos và Bojorquez được đánh giá trong tình trạng ô nhiễm Đầm phá Rio Lagartos có hàm lượng P-PO43- (1,38 µmol/L) và N-NO2- (0,84 µmol/L) và chlorophill-a (4,7 mg/m3) cao Đầm phá này nằm trong lưu vực chịu ảnh hưởng của nông nghiệp, trang trại chăn nuôi gia súc và nguồn nước thải ngầm bị ô nhiễm, do đó,

nó có các dấu hiệu của hiện tượng phú dưỡng và ô nhiễm Thời gian lưu trú nước dài (khoảng 450 ngày) nên tiền ẩn quá trình ô nhiễm cao Tương tự, đầm phá Bojorquez có hàm lượng N-NO3- (8,96 µmol/L) và P-PO43- (0,57µmol/L) cao nhất trong tất cả các đầm phá ven bán đảo Yucatan Thời gian lưu trú nước

dài 400 ngày Ở Hoa Kỳ, Zhiqiang et al (2012) đã nghiên cứu CLN ở đầm Lake

Worth nhằm hỗ trợ bảo tồn và phục hồi các nguồn tài nguyên sinh thái tại đầm Kết quả cho thấy có sự khác biệt đáng kể về CLN theo không gian giữa các khu vực (Bắc, Trung và Nam) của đầm phá Yếu tố TP có xu hướng giảm ở khu vực Bắc đầm phá và yếu tố tổng chất rắn lơ lửng (TSS) có xu hướng giảm ở khu vực Nam đầm phá

Ở Châu Âu, các nghiên cứu CLN trong hệ sinh thái đầm phá được thực

hiện ở các quốc gia như Albani (Manola et al., 2011), Italia (Deguetto et al., 1997; Piani et al., 2005) về các khía cạnh lý, hóa môi trường nước Ở Albani, Manola et al (2011) đã chỉ ra rằng giá trị pH (8,54) ở đầm phá Patoku rất cao

trong mùa hè Các giá trị nhiệt độ (7 - 32,50C), độ dẫn điện (5-72 µs/cm), pH (7,19 - 8,54), độ mặn (2-50‰), DO (1,4 – 12 mg/L), N-NO2- (0 – 0,08 mg/L), N-NO3- (0,004 – 9,1 mg/L) và P-PO43- (0 – 0,9 mg/L) đều vượt quá tiêu chuẩn cho phép ở một số khu vực Nguồn ô nhiễm được xác định chính là từ hoạt động

nông nghiệp ven đầm phá Patoku Ở Italia, CLN đầm phá Santa Gilla được đánh

giá thông qua đánh giá các yếu tố kim loại nặng Kết quả nghiên cứu cho thấy hàm lượng Cu là 33 µg/g trầm tích, Hg (6,26 µg/g trầm tích), Pb (172 µg/g trầm

tích), Zn (209 µg/g trầm tích) (Deguetto et al., 1997) Bên cạnh đó, Piani et al

(2005) cũng đã nghiên cứu ô nhiễm thủy ngân Hg ở đầm phá Marono, phía bắc của biển Adriatic và kết quả cho thấy hàm lượng Hg là 6,6 µg/g trầm tích

Ở Châu Á, các nghiên cứu CLN đầm phá chủ yếu tập trung ở Sri Lanka

(Harris and Vinobaba, 2012; Chandrasekara et al., 2014) và Việt Nam (được trình bày chi tiết ở phần sau) Ở Sri Lanka, Chandrasekara et al (2014) đã ứng

dụng công nghệ GIS thông qua phần mềm ArcGIS 9.3 để thể hiện nồng độ các kim loại nặng theo không gian đầm phá Tiêu chuẩn cho nước nội địa và nước uống của Sri Lanka đã được sử dụng để xác định mức ngưỡng của các kim loại nặng Kết quả cho thấy nồng độ Cd (0,13 – 6,9 ppb) và Pb (3,7 – 83,8 ppb) nước trong đầm phá Negombo và kênh Hamilton là tương đối cao Cũng ở Sri Lanka, Harris and Vinobaba (2012) đã đánh giá ảnh hưởng của CLN ở đầm phá Batticaloa đến những thay đổi mức độ đa dạng của cá và các sinh vật phù Kết quả nghiên cứu cho thấy có sự thay đổi theo mùa về hàm lượng các yếu tố như

DO biến động từ 4,15-15,66 mg/L, độ mặn biến động từ 8,10 - 30,16‰, N-NO3(2,07 - 3,71 mg/L) và pH (8,01-8,16) Phân tích thống kê cho thấy điều kiện môi trường nước có tác động lớn đến mức độ đa dạng của quần thể cá Một số loài vào mùa khô có số lượng nhiều hơn mùa mưa

-Như vậy, CLN ở các đầm phá trên Thế giới đã được quan tâm nghiên cứu đầy đủ trên tất cả các khía cạnh về vật lý, hóa học và sinh học Các nghiên cứu

về chỉ số CLN WQI chưa được nghiên cứu trong đánh giá CLN đầm phá Xu hướng sử dụng công nghệ GIS vào nghiên cứu CLN đang được ưu tiên nghiên cứu ở một số nơi

2.2.2 Trong nước

Ban chỉ đạo chương trình biển KHCN-06 (2001) đã xác định ở Việt Nam

có 12 đầm phá ở phần ven biển miền Trung bao gồm: phá Tam Giang - Cầu Hai, đầm Lăng Cô (Thừa Thiên Huế); đầm Trường Giang (Quảng Nam); đầm

An Khê, đầm Nước Mặn (Quảng Ngãi); đầm Trà Ổ, đầm Nước Ngọt, đầm Thị Nại (Bình Định); đầm Cù Mông, đầm Ô Loan (Phú Yên), đầm Thuỷ Triều (Khánh Hoà) và đầm Nại (Ninh Thuận) Trong 12 đầm phá ven biển thì mới chỉ

có 4 đầm phá: Tam Giang – Cầu Hai, Thị Nại, Thủy Triều, Nại được nghiên cứu nhiều, còn các đầm phá khác rất ít được nghiên cứu về CLN

Ở đầm phá Tam Giang – Cầu Hai (Thừa Thiên Huế), Nguyễn Văn Hợp và

ctv (2007) đã nghiên cứu CLN về các thông số lý, hóa và sinh học của môi

trường đầm phá Kết quả chỉ ra hàm lượng TN một vài nơi cao hơn 1 mg/L, nồng độ chlorophyll-a lớn hơn 55 µg/L, tiềm tàng gây sự phú dưỡng Như vậy, CLN ở đầm phá Tam Giang – Cầu Hai đang nổi cộm vấn đề ô nhiễm hữu cơ và cần tập trung nghiên cứu để hạn chế ảnh hưởng đến hoạt động NTTS ven đầm phá

Ở đầm Thị Nại (Bình Định), các thông số lý, hóa và vi sinh trong môi trường nước đã được nghiên cứu Kết quả chỉ ra rằng vùng đầm Thị Nại đã có

sự hiện diện của coliform trên tất cả các trạm khảo sát và trong mùa mưa, đã có nơi (trạm 2) mật độ coliform cao gấp 18 lần tiêu chuẩn cho phép (18.400 MPN/100mL) Nhóm kim loại Fe (113,00 - 299,17 µg/L) và Zn (0,72 - 21,86 µg/L) vượt giới hạn cho phép Đặc biệt đối với Fe ở đầm Thị Nại, tại tất cả các trạm khảo sát đều có hàm lượng vượt tiêu chuẩn cho phép, thậm chí trong nhiều trường hợp còn cao hơn tiêu chuẩn đến 3 lần Còn đối với Zn, mặc dù giá trị trung bình còn nằm trong tiêu chuẩn cho phép nhưng đã có một số trạm, hàm lượng Zn đã vượt quá tiêu chuẩn cho phép Như vậy, vấn đề ô nhiễm kim loại nặng ở vùng đầm Thị Nại - vịnh Quy Nhơn cũng là vấn đề cần dành sự tập trung nghiên cứu giải pháp nhằm khắc phục và hạn chế tác động (Nguyễn Hữu

Huân và ctv., 2006)

Ở đầm Nại (Ninh Thuận), Nguyễn Hồng Thu và ctv (2013) cũng nghiên

cứu môi trường nước về các khía cạnh lý, hóa và vi sinh Nghiên cứu đã chỉ ra rằng CLN đầm Nại vào mùa khô tốt hơn so với mùa mưa Các thông số vượt giới hạn tiêu chuẩn trong mùa khô bao gồm TSS (ở đỉnh đầm) (89,1 mg/L), P-

PO43- (7,8 – 32,3 µg/L), Fe (110 – 985 µg/L), hydrocarbon (302 – 405 µg/L);

và trong mùa mưa bao gồm COD (0,85 – 4,72 mg/L), TSS (20,8 – 84,5 mg/L), N-NO3- (30 – 64 µg/L), P-PO43- (16,5 – 42 µg/L), Fe (319 – 1.605 µg/L), coliform (2.100 – 43.000 MPN/100mL), hydrocarbon (233 – 433 µg/L) Các

yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng môi trường nước đầm Nại chủ yếu là vật chất

từ kênh, suối đổ vào đầm, chất thải sinh hoạt từ dân cư, hoạt động NTTS, hoạt động nông nghiệp và hoạt động của cảng cá Các tác nhân này đã làm tăng vật chất lơ lửng, giá trị BOD5, COD, nồng độ các chất dinh dưỡng (N và P) và mật

độ coliform trong nước đầm, nhất là khu vực đỉnh đầm và giữa đầm vào mùa mưa

Như vậy, trong 12 đầm phá ven biển của Việt Nam, các nghiên cứu về CLN mới chỉ tập trung vào các đầm phá lớn như đầm phá Tam Giang – Cầu Hai, đầm Thị Nại và đầm Nại CLN đã được quan tâm nghiên cứu đầy đủ trên tất cả các khía cạnh về vật lý, hóa học và sinh học Riêng ở đầm phá Tam Giang – Cầu Hai, các nghiên cứu về CLN phục vụ hoạt động NTTS ven đầm phá chưa

có, các nghiên cứu chủ yếu tập trung cho mục đích sinh hoạt, bảo vệ môi trường, giao thông và du lịch… Bên cạnh đó, các nghiên cứu về chỉ số CLN WQI còn rất ít áp dụng, mới chỉ có một số nghiên cứu riêng lẻ ở đầm phá Tam Giang – Cầu Hai Ở Việt Nam hiện nay, hướng nghiên cứu sử dụng WQI để đánh giá CLN mới chỉ tập trung ở các thủy vực lục địa (sông, hồ…) Các nghiên cứu về đánh giá CLN ở các thủy vực lợ mặn bằng WQI chưa có nhiều, nhất là việc đánh giá CLN lợ mặn phục vụ cho mục đích NTTS Vào tháng 7/2011, Bộ Tài nguyên và Môi trường ban hành sổ tay hướng dẫn tính toán chỉ số CLN cho nước mặt lục địa Đây là văn bản có tính pháp lý đầu tiên về việc ứng dụng WQI

ở Việt Nam Nhưng quy định này chỉ mới dừng lại ở nước mặt lục địa, chưa có quy định về nước lợ mặn ven biển Hệ thống đầm phá ven biển Việt Nam trải dài từ tỉnh Thừa Thiên Huế đến tỉnh Ninh Thuận (ngoại trừ Đà Nẵng) với 12 đầm phá lớn nhỏ ảnh hưởng rất lớn đến sinh kế của người dân ven đầm phá của

7 tỉnh Hệ thống này có những đặc trưng sinh thái riêng do ảnh hưởng của nước ngọt từ các sông đổ vào, nước mặn từ biển thông qua chế độ thủy triều Vì vậy cần thiết phải có các nghiên cứu ban đầu về xây dựng bộ chỉ số CLN WQI cho nước lợ mặn vùng đầm phá, làm cơ sở cho việc ban hành quy định đánh giá CLN vùng đầm phá bằng WQI ở Việt Nam trong tương lai

2.3 Tổng quan về chỉ số CLN WQI

2.3.1 Khái niệm về chỉ số CLN WQI

Chỉ số CLN (viết tắt là WQI) là một chỉ số được tính toán từ các thông số

quan trắc CLN, dùng để mô tả định lượng về CLN và khả năng sử dụng của nguồn nước đó; được biểu diễn qua một thang điểm (Tổng cục Môi trường, 2011)

Việc sử dụng sinh vật trong nước làm chỉ thị cho mức độ sạch ở Đức từ năm 1850 được coi là nghiên cứu đầu tiên về WQI Chỉ số Horton (1965) (được

trích dẫn bởi Tổng cục Môi trường, 2010) là chỉ số WQI đầu tiên được xây dựng trên thang số Hiện nay có rất nhiều quốc gia xây dựng và áp dụng chỉ số WQI, thông qua một mô hình tính toán, từ các thông số khác nhau ta thu được một chỉ

số duy nhất Sau đó, CLN có thể được so sánh với nhau thông qua chỉ số đó, đây là phương pháp đơn giản so với việc phân tích một loạt các thông số hóa sinh để đánh giá CLN (Tổng cục Môi trường, 2010)

Mục đích của việc sử dụng WQI để đánh giá nhanh CLN mặt lục địa một

cách tổng quát; có thể được sử dụng như một nguồn dữ liệu để xây dựng bản đồ phân vùng CLN; cung cấp thông tin môi trường cho cộng đồng một cách đơn giản, dễ hiểu, trực quan; nâng cao nhận thức về môi trường (Tổng cục Môi trường, 2011)

2.3.2 Chỉ số CLN WQI ở một số quốc gia

a Hoa Kỳ (Tổng cục Môi trường, 2010)

Chỉ số CLN của Quỹ vệ sinh Quốc gia Mỹ NSF-WQI (National Sanitation Foundation – Water Quality Index) là một trong những chỉ số CLN nổi tiếng và được sử dụng phổ biến nhất, được xây dựng năm 1970 như là một công cụ để truyền thông thông tin về CLN đến cộng đồng và các nhà ban hành luật NSF – WQI là kiểu chỉ số CLN tổng quát, chung cho các mục đích sử dụng NSF – WQI được xây dựng bằng cách sử dụng kỹ thuật Delphi của tập đoàn Rand NSF-WQI sử dụng 9 thông số để tính toán bao gồm: thay đổi nhiệt độ (ΔT), độ đục, tổng chất rắn (TS), pH, BOD5, DO, N-NO3-, P-PO43-, coliform phân (FC) NSF- WQI được tính theo một trong 2 công thức: công thức dạng tổng (ký hiệu

là WA-WQI) và công thức dạng tích (ký hiệu là WM-WQI)

Chỉ số phụ qi được xác định dựa vào các đồ thị qi = f(xi) Trên mỗi đồ thị

qi = f(xi), giá trị trung bình và khoảng tin cậy 80% được biểu diễn, qi nhận giá trị 0÷100

Sau khi có kết quả tính toán WQI, giá trị WQI xác định được nằm trong khoảng 0 đến 100 (Bảng 2.1) WQI = 0 ứng với mức CLN xấu nhất, WQI = 100 ứng với mức CLN tốt nhất

Bảng 2.1: Phân loại CLN theo NSF – WQI

I 91 – 100 Ecellent( Chất lượng tuyệt hảo)

Ở Hoa Kỳ, WQI được xây dựng cho mỗi bang, đa số các bang tiếp cận

theo phương pháp của Quỹ Vệ sinh Quốc gia Mỹ

* Mô hình WQI áp dụng tại bang Oregon – Hoa Kỳ (O-WQI) (Tổng cục Môi trường, 2010)

WQI áp dụng ở bang Oregon – Hoa Kỳ (O-WQI) là một con số đại diện cho CLN được tính toán từ 8 thông số: Nhiệt độ, DO, BOD, pH, N-NH3, N-

NO3-, T-P, TS, FC O-WQI được đưa ra từ năm 1970 và liên tục được cải tiến OWQI được sử dụng để đánh giá CLN cho các mục đích thông thường (câu cá, bơi…) O-WQI được xây dựng cho các lưu vực thuộc bang Oregon, việc áp dụng cho các nơi khác cần có cân nhắc và điều chỉnh phù hợp WQI đầu tiên được xây dựng khi chỉ số CLN của Quỹ vệ sinh quốc gia Mỹ được thành lập Các chỉ số WQI này (chỉ số WQI ban đầu và chỉ số WQI được sử dụng hiện tại) đều sử dụng phương pháp tiếp cận Delphi Điểm số O-WQI được tính thông qua trọng số và chỉ số phụ của các thông số môi trường được chọn

Lựa chọn thông số: Việc lựa chọn các thông số sử dụng phương pháp

Delphi và tập hợp lại bằng phương pháp chuyên gia Các thông số được phân loại thành các nhóm nhân tố khác nhau: tiêu thụ oxy, phú dưỡng, thông số vật

lý, các chất hòa tan và yếu tố ảnh hưởng đến sức khoẻ Kết quả có 8 thông số: nhiệt độ, DO, BOD, pH, N-NH3, N-NO3-, T-P, TS, FC được lựa chọn

thông qua một đường phi tuyến xây dựng trước Mỗi một chỉ số phụ có giá trị

n

i i i



 , trong đó O-WQI là chỉ số CLN, qi là chỉ số phụ đối với thông

số i, wi là trọng số tương ứng Tuy nhiên, hiện tại O-WQI được sử dụng ở Oregon là hàm bình phương điều hòa không trọng số theo công thức sau:

2 1

Thang điểm đánh giá CLN: Sau khi O-WQI cuối cùng được xác định, CLN

được đánh gia theo các thang như sau:

Lựa chọn thông số: Mô hình WQI áp dụng ở bang Floria sử dụng 11 yếu

tố bao gồm độ đục, TSS, DO, COD, BOD, tổng cacbon hữu cơ, T-N, N-NO3-, T-P, tổng coliform (TC), và FC cho mục đích sử dụng nước tổng quát và sức khỏe con người

Tính toán chỉ số phụ: Chỉ số phụ được tính toán từ giá trị thông số bằng

phương pháp đường cong tỉ lệ (rating curve), đường cong này được xây dựng

từ các tiêu chuẩn về nước mặt và các nghiên cứu về nồng độ các chất ô nhiễm trong nước

b Canada

Năm 2001, mô hình WQI do Hội đồng Bộ trưởng Môi trường Canada (Canadian Council of Ministers of Environment – WQI hay CCME-WQI) đề xuất được sử dụng ở nhiều bang tại Canada Tại các bang, tùy thuộc vào điều kiện thực tế để điều chỉnh mô hình WQI phù hợp dựa trên WQI-CCME Thực

tế đã có nhiều mô hình WQI được ra đời thông qua các phương pháp khác nhau

ở Canada như phương pháp được đưa ra bởi trung tâm St Laurent, phương pháp của QUEBEC, phương pháp British Columbia, phương pháp Manitoba, Phương pháp Ontario, phương pháp tính toán WQI áp dụng tại Alberta…(Tổng cục Môi trường, 2010)

* Phương pháp đưa ra bởi trung tâm St Laurent (CSL-WQI)

Trung tâm St Laurent (CSL) là một trung tâm chịu trách nhiệm báo cáo CLN của sông St Lawrence Chỉ số WQI được CSL đưa ra như sau:

i i

A F CSL WQI

n

  , trong đó A

i là giá trị trung bình mức độ vượt mức hướng dẫn của các biến Khi giá trị của thông số vượt quá mức hướng dẫn đối với thông số đó tỉ lệ “giá trị thông số/mức hướng dẫn” được tính toán Ai là trung bình của các giá trị đó Fi là tần số của giá trị vượt quá mức hướng dẫn so với tổng số giá trị thu được của biến đó (Fi = Faccced/Ftotal) CSL tính toán các chỉ số CLN khác nhau cho các mục đích sử dụng khác nhau như: bảo vệ các loài thủy sinh, dùng làm nước sinh hoạt, môi trường nước mặn…(Tổng cục Môi trường, 2010)

* Phương pháp của Quebec (Q-WQI)

Phương pháp này dựa trên cách tiếp cận của New Zealand Phương pháp này được sử dụng ở bang Quecbec – Canada Q-WQI là giá trị nhỏ nhất của các giá trị WQI phụ Mỗi chỉ số phụ được tính toán từ một thông số quan trắc môi trường nước

Q-WQI = min(Isub1, Isub2,…,Isubn)

Phương pháp tính toán các chỉ số phụ khác các phương pháp áp dụng tại Canada đó là phương pháp này sử dụng đường cong Delphi Đường cong Delphi xây dựng bằng phương pháp chuyên gia về mức độ quan trọng của các thông số trong môi trường nước Họ sử dụng một đường phi tuyến (dựa trên ý kiến tổng hợp các chuyên gia) để xác định mức WQI phụ dựa trên giá trị các thông số Chỉ số Quebec là giá trị xấu nhất của các giá trị WQI phụ (Tổng cục Môi trường, 2010)

* Phương pháp British Columbia (BC-WQI)

Chỉ số CLN theo phương pháp British Columbia (BC-WQI) được áp dụng

ở bang British Columbia – Canada và được tính theo công thức sau:

Trong đó: F1 là phần trăm các mẫu vượt quá mức hướng dẫn; F2 là phần trăm các thông số có một hoặc nhiều hơn 1 mẫu vượt quá mức hướng dẫn; F3

là giá trị cao nhất của mẫu vượt quá mức hướng dẫn

Trong 3 thành phần F1, F2, F3 thì có 2 thành phần giống với các phương pháp tính WQI khác: F2 giống với chỉ số của bang Alberta, F3 tương tự chỉ số của trung tâm St Laurent, còn thành phần F1 thì không giống bất kỳ phương pháp nào khác Các mức WQI khác nhau phù hợp với các mục đích sử dụng khác nhau Chỉ số CLN BC-WQI cũng được bang Manitoba sử dụng để đánh giá CLN (Tổng cục Môi trường, 2010)

* Phương pháp Ontario

Bang Ontario sử dụng phương đã áp dụng tại British Columbia nhưng sửa đổi giá trị F3 là giá trị trung bình chứ không phải giá trị cao nhất Họ đưa ra đánh giá về một số vấn đề xảy ra đối với phương pháp British Columbia khi một

số giá quá lớn so với mục tiêu chất lượng Các thông số môi trường sử dụng để tính toán WQI bao gồm: Clorua, FC, đồng, sắt, chì, kẽm, magan, natri, T-N, T-

P, DO, sunfat, pH, TS (Tổng cục Môi trường, 2010)

* Phương pháp tính toán WQI áp dụng tại Alberta (A-WQI) (Tổng cục Môi trường, 2010)

Lựa chọn thông số: Các thông số dùng để tính toán A-WQI là hầu hết các

thông số có trong chương trình quan trắc tại Alberta WQI được tính toán thông qua các bước như sau:

Bước 1: Tính toán giá trị phạm vi - SCOBE F1

F1 là tỉ số các thông số không đáp ứng được so với mức hướng dẫn trong khoảng thời gian tính chỉ số

F1 = (số thông số vượt quá tiêu chuẩn/tổng số thông số)*100

Bước 2: Tính toán giá trị tần suất F2

F2 là phần trăm số mẫu không đáp ứng được mức hướng dẫn

F2 = (Số mẫu không đáp ứng tiêu chuẩn/Tổng số mẫu)*100

Bước 3: Tính toán giá trị biên độ F3

Giá trị F3 được tính toán qua 3 bước sau:

- Với các giá trị không đáp ứng được tiêu chuẩn (cao hơn giới hạn trên hoặc thấp hơn giới hạn dưới), ta tính giá trị sau:

Khi giá trị thông số cao hơn giới hạn trên của mức hướng dẫn:

Khi giá trị thông số thấp hơn giới hạn dưới của mức hướng dẫn:

- Tính toán giá trị nse: 1

ex

k

i i

cusio nse

Mô hình Bhargava-WQI (B-WQI) được sử dụng từ năm 1983 cho mỗi

mục đích sử dụng riêng và được tính theo công thức sau:

Trong đó: Fi là giá trị hàm nhạy của thông số i, nhận giá trị trong khoảng 0,01

÷1 và Fi được xác định từ "hàm nhạy" đối với thông số i; n là số thông số CLN lựa chọn (n tùy thuộc vào mục đích sử dụng nước) Theo mô hình này WQI = 0 khi một trong các thông số mô tả chất độc (kim loại độc, chất ô nhiễm hữu cơ

tồn lưu…) không đạt yêu cầu theo tiêu chuẩn quốc gia hoặc quốc tế (Nguyễn

Văn Hợp và ctv., 2010)

d Việt Nam

Hiện nay, Tổng Cục Môi trường - Bộ Tài nguyên Môi trường mới chỉ ban

hành sổ tay hướng dẫn tính toán chỉ số CLN cho nước mặt lục địa vào năm 2011 (VN-WQI) Các chỉ số CLN cho các thủy vực lợ mặn, nhất là đầm phá vẫn chưa được nghiên cứu và công bố Quy trình tính toán và sử dụng VN-WQI trong đánh giá chất lượng môi trường nước mặt lục địa bao gồm các bước sau (Tổng cục Môi trường, 2011):

Bước 1: Thu thập, tập hợp số liệu quan trắc từ trạm quan trắc môi trường nước mặt lục địa Các thông số được sử dụng để tính VN-WQI bao gồm: DO, nhiệt độ, BOD5, COD, amoni (N-NH4+), P-PO43-, TSS, độ đục, TC, pH

Bước 2: Tính toán các giá trị WQI thông số cho các yếu tố riêng lẻ theo các công thức

Bước 3: Tính toán VN-WQI Sau khi tính toán WQI đối với từng thông

số, việc tính toán VN-WQI được áp dụng theo công thức sau:

WQIb: Giá trị WQI đã tính toán đối với 2 thông số: TSS, độ đục

WQIc: Giá trị WQI đã tính toán đối với thông số TC

WQIpH: Giá trị WQI đã tính toán đối với thông số pH

Bước 4: So sánh VN-WQI với bảng các mức đánh giá CLN (Bảng 2.2) Sau khi tính toán được VN-WQI, sử dụng bảng xác định giá trị VN-WQI tương ứng với mức đánh giá CLN để so sánh, đánh giá

Bảng 2.2: Phân loại CLN theo VN-WQI

Giá trị

91 - 100 Sử dụng tốt cho mục đích cấp nước sinh

hoạt

Xanh nước biển

76 - 90 Sử dụng cho mục đích cấp nước sinh hoạt

nhưng cần các biện pháp xử lý phù hợp Xanh lá cây

51 - 75 Sử dụng cho mục đích tưới tiêu và các

26 - 50 Sử dụng cho giao thông thủy và các mục

0 - 25 Nước ô nhiễm nặng, cần các biện pháp xử

Bên cạnh đó, trước khi bộ chỉ số CLN WQI do Tổng cục Môi trường ban hành chính thức, một số nghiên cứu điển hình về WQI ở Việt Nam như sau: Nghiên cứu của Tôn Thất Lãng và Phạm Thị Minh Hạnh (được trích dẫn bởi Tổng cục Môi trường 2010) với cách tiếp cận cải tiến từ NSF-WQI; Nguyễn

Văn Hợp và ctv., (2010) với cách tiếp cận cải tiến từ WQIBhargava; phương pháp WQI đưa ra bởi Ủy ban sông Mê Kông (được trích dẫn bởi Tổng cục Môi trường 2010) với cách tính toán tổng hợp;…

* Mô hình WQI đưa ra bởi Tôn Thất Lãng (Tổng cục Môi trường, 2010)

Lựa chọn thông số theo phương pháp Delphi Các thông số được lựa chọn

để tính WQI cho sông Đồng Nai bao gồm: BOD, T-N, DO, TSS, pH, TC

tỉ lệ: Từ điểm số trung bình do các chuyên gia cho ứng với từng khoảng nồng

độ thực tế, đối với mỗi thông số CLN, tác giả xây dựng một đồ thị và hàm số tương quan giữa nồng độ và chỉ số phụ Dựa vào phương pháp thử với sự trợ giúp của phần mềm xử lý bảng tính Excel, các hàm CLN được biểu thị bằng các phương trình sau:

- Hàm CLN với thông số BOD5: y = -0,0006x2 - 0,1491x + 9,8255

- Hàm CLN với thông số DO: y = 0,0047x2 + 1,20276x - 0,0058

- Hàm CLN với thông số TSS: y = 0,0003x2 - 0,1304x + 11,459

- Hàm CLN với thông số pH y = 0,0862x4 - 2,4623x3 + 24,756x2 - 102,23x + 150,23

- Hàm CLN với thông số T-N: y = -0,04x2 - 0,1752x + 9,0244

- Hàm CLN với thông số TC: y = 179,39x - 0,4067

Tuy nhiên, chỉ số phụ qi được tính theo các hàm CLN ở trên chưa phù hợp

vì nếu tính theo các hàm CLN đó thì chỉ số phụ qi sẽ biến động ngoài khoảng giá trị từ 0-100, trong khi đó tổng trọng số wi là 1 Vì vậy, điểm số WQI cuối cùng sẽ không nằm trong khoảng giá trị từ 0-100 Ví dụ, trường hợp giá trị đo được của pH = 0 thì qi = 150,23 Điều này sẽ được khắc phục trong các công thức tính chỉ số phụ qi của luận án khi xây dựng chỉ số CLN WQITGCH

Trọng số: Thep phương pháp Delphi, các mẫu phỏng vấn được biên soạn

và gởi đến 40 chuyên gia CLN ở các trường Đại học, các Viện nghiên cứu, các trung tâm Môi trường để lấy ý kiến Các mẫu phỏng vấn được gởi đi hai đợt: đợt một là các câu hỏi để xác định các thông số CLN quan trọng, đợt hai là các câu hỏi để xác định trọng số của các thông số CLN để xây dựng chỉ số phụ và hàm CLN Kết quả trọng số của 6 thông số CLN như sau: BOD5 (0,23), DO (0,18), TSS (0,16), pH (0,15), T-N (0,15) và TC (0,13)

Để đánh giá CLN hệ thống sông Đồng Nai, dựa vào một số kết quả nghiên cứu của nhiều tác giả và kinh nghiệm thực tế đề xuất phân loại nguồn nước mặt theo chỉ số WQISDN như sau:

90 < WQISDN ≤ 100: Không ô nhiễm

70 < WQISDN ≤ 90: Ô nhiễm rất nhẹ

50 < WQISDN ≤ 70: Ô nhiễm nhẹ

30 < WQISDN ≤ 50: Ô nhiễm trung bình

10 < WQISDN ≤ 30: Ô nhiễm nặng WQISDN ≤10: Ô nhiễm rất nặng

* Mô hình WQI đưa ra bởi Phạm Thị Minh Hạnh (Tổng cục Môi

trường, 2010)

Chỉ số CLN được chia làm 2 loại là: Chỉ số CLN cơ bản IB và chỉ số CLN tổng hợp IO Chỉ số CLN cơ bản được tính cho 8 thông số chính (COD, BOD5,

DO, độ đục, SS, N-NH4+, P-PO43- và TC) Chỉ số CLN tổng hợp ngoài 8 thông

số trên được tính thêm các thông số pH, nhiệt độ, các kim loại nặng và dư lượng thuốc bảo vệ thực vật trong nước Chỉ số CLN tổng hợp cung cấp nhiều thông

tin hơn cho việc đánh giá CLN Mỗi thông số sẽ xác định một chỉ số CLN phụ, chỉ số WQI cuối cùng được xác định bằng việc kết hợp phương pháp trung bình cộng và trung bình nhân không trọng số

Chuyển các thông số về cùng một thang đo

Sử dụng phương pháp đường cong tỉ lệ (rating curve), các tiêu chuẩn được sử dụng để xây dựng đường cong tỉ lệ là: QCVN 08:2008/BTNMT quy chuẩn quốc gia về nước mặt và TCVN 5945: 2005 tiêu chuẩn nước thải công nghiệp WQI được chia làm 5 mức như sau:

- Mức 1: Nguồn nước có thể sử dụng với mục đích nước sinh hoạt

- Mức 2: Nguồn nước có thể sử dụng làm nguồn nước sinh hoạt nhưng phải có các biện pháp xử lý thích hợp và bảo vệ đời sống thủy sinh

- Mức 3: Nguồn nước sử dụng cho mục đích tưới tiêu

- Mức 4: Sử dụng cho các mục đích cần chất lượng thấp như giao thông thủy

- Mức 5: Nguồn nước bị ô nhiễm nặng, cần có kế hoạch xử lý trong tương lai

Trong đó : IB: giá trị WQI cơ bản

qi: Chỉ số phụ của nhóm các thông số DO, BOD5, N-NH4+, COD, P-PO43-

qj: Chỉ số phụ đối với nhóm thông số độ đục, TSS

qk: Chỉ số phụ của nhóm vi sinh vật bao gồm TC

WQI tổng hợp: WQI tổng hợp được tính toán từ chỉ số phụ của: 8 thông

số sử dụng cho IB, pH và các chất độc hại (phenols, pesticides, cyanide, kim loại nặng: As, Cd, Cr, Pb, Hg, Zn, Cu và Ni)

Công thức như sau :

Trong đó: IO: giá trị WQI tổng hợp

Ci: Chỉ số phụ tương đương của nhiệt độ, pH và các chất độc hại Chỉ

số phụ tương đương có thang đo từ 0,01 đến 1 và chỉ được tính đến khi chỉ số phụ của các thông số nhiệt độ, pH, các chất độc hại nhỏ hơn IB Chỉ số phụ của

các chất độc hại được tính bằng trung bình cộng các chỉ số phụ các thông số độc hại (phenols, pesticides, cyanide, kim loại nặng: As, Cd, Cr, Pb, Hg, Zn, Cu và Ni)

WQI cơ bản và WQI tổng hợp được sử dụng để phân loại CLN theo các mức như sau:

Rất tốt: 91 – 100 Tốt: 76 – 90 Trung bình: 51 – 75 Xấu: 26 – 50

Kém: 1 – 25

* Mô hình WQI đưa ra bởi Nguyễn Văn Hợp và cộng tác viên

Theo mô hình gốc của Bhargava, WQI cho mỗi mục đích sử dụng riêng được tính theo công thức:

1 arg

mà vẫn chấp nhận áp dụng công thức WQIBhargava, nhưng để tăng tính đại diện,

số thông số CLN lựa chọn (n) tăng lên, gồm 9 – 10 thông số: pH, DO, TSS, EC, BOD5, COD, N-NO3- và/hoặc N-NH4+, P-PO43-, TC Bằng cách đó, mỗi thông

số CLN chỉ đóng góp một lần vào WQI tổng quát, chứ không bị tính lặp lại và lúc này mô hình được gọi là mô hình Bhargava-WQI điều chỉnh (hay cải tiến) Hàm nhạy Fi là đại lượng mô tả chất lượng của thông số CLN i, tương tự như chỉ số phụ (sub-index) qi trong mô hình NSF-WQI Nếu Fi = 0,01 - thông số i

có chất lượng kém nhất (hay tồi nhất); nếu Fi = 1 - thông số i có chất lượng tốt nhất Hàm nhạy Fi là một hàm dạng tuyến tính và được xây dựng dựa vào Quy chuẩn Kỹ thuật Quốc gia về CLN mặt (QCVN 08:2008/BTNMT; từ đây viết tắt

là QCVN 08:2008) Riêng hàm nhạy cho thông số EC được xây dựng dựa vào tiêu chuẩn CLN cấp cho nông nghiệp TCVN 6773 – 2000 CLN sông được đánh giá dựa vào WQI Theo thang điểm WQI, CLN được chia thành 5 loại (hay 5 mức) - loại I: WQI = 90 ÷ 100 (rất tốt); loại II: 65 ÷ 89 (tốt); loại III: 35 ÷ 64

(trung bình); loại IV: 11 ÷ 34 (xấu); loại V: 1 ÷ 10 (rất xấu) (Nguyễn Văn Hợp