Nghiên cứu biến động chất lượng nước vùng cửa sông ven biển tỉnh Quảng Bình

i ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ===    === Phạm Thị Thủy NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỘNG CHẤT LƯỢNG NƯỚC VÙNG CỬA SÔNG VEN BIỂN TỈNH QUẢNG BÌNH LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – Năm 2014 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHI ÊN ===    === Phạm Thị Thủy NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỘNG CHẤT LƯỢNG NƯỚ C VÙNG CỬA SÔNG VEN BIỂN TỈNH QUẢNG BÌNH LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – Năm 2014 ii ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ===    === Phạm Thị Thủy NGHIÊN CỨU BIẾN ĐỘNG CHẤT LƯỢNG NƯỚC VÙNG CỬA SÔNG VEN BIỂN TỈNH QUẢNG BÌNH Chuyên ngành: Hải dương học Mã số: 60440228 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGUYỄN THỌ SÁO Hà Nội – Năm 2014 1 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn này, tác giả xin chân thành cảm ơn sự chỉ bảo tận tình của thầy hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Thọ Sáo, các thầy giáo, cô giáo trong khoa Khí tượng – Thủy văn – Hải dương học, trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc Gia Hà Nội. Tác giả cũng xin cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp trong và ngoài cơ quan công tác đã giúp đỡ trong việc thu thập số liệu, đồng thời góp ý về chuyên môn để tác giả hoàn thành luận văn tốt hơn. Tác giả cũng xin chân thành cảm ơn ban lãnh đạo và đồng nghiệp cơ quan công tác hiện tại – Trung tâm Quy hoạch, Điều tra, Đánh giá tài nguyên – môi trường biển và hải đảo đã giúp đỡ, tạo điều kiện để tác giả hoàn thành khóa học cao học nói chung và luận văn này nói riêng. Trong quá trình thực hiện luận văn không tránh khỏi thiếu sót về nội dung và hình thức, vì vậy tác giả rất mong được sự góp ý, chỉ bảo thêm của các thầy cô, các anh chị và các bạn để tác giả sửa chữa và rút kinh nghiệm cho những nghiên cứu sau này. 2 MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG BIỂU 4 DANH MỤC HÌNH VẼ 5 MỞ ĐẦU 7 Chương 1 - ĐẶC ĐIỂM KHU VỰC NGHIÊN CỨU 8 1.1. Điều kiện tự nhiên 8 1.1.1. Vị trí địa lý 8 1.1.2. Địa hình, địa mạo 9 1.1.3. Khí tượng, khí hậu 10 1.1.4. Thủy văn 11 1.1.5. Hải văn 13 1.2. Đặc điểm kinh tế - xã hội 14 1.2.1. Đặc điểm 14 1.2.2. Mục tiêu phát triển 16 1.3. Hiện trạng môi trường 18 1.3.1. Các nguồn thải 18 1.3.2. Hiện trạng môi trường vùng cửa sông ven biển 20 1.3.3. Xác định tải lượng ô nhiễm 23 Chương 2 - PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 30 2.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới 30 2.2. Tình hình nghiên cứu trong nước 30 2.3. Giới thiệu phương pháp nghiên cứu áp dụng 31 2.4. Mô hình sử dụng 32 2.4.1. Giới thiệu chung về mô hình Mike 21 32 2.4.2. Cơ sở lý thuyết 33 Chương 3 - KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 37 3.1. Số liệu sử dụng 37 3.2. Quy trình thực hiện 37 3.3. Thiết lập bài toán 39 3.3.1. Thiết lập lưới tính 39 3.3.2. Điều kiện biên và điều kiện ban đầu 41 3 3.4. Hiệu chỉnh và kiểm định mô hình 43 3.4.1. Hiệu chỉnh mô hình 43 3.4.2. Kiểm định mô hình 48 3.5. Kết quả tính toán 49 3.5.1. Kết quả tính toán cho mùa khô 49 3.5.2. Kết quả tính toán cho mùa mưa 56 3.6. Dự báo chất lượng nước 66 3.6.1. Dự báo theo tải lượng chất thải tính theo quy hoạch phát triển kinh tế - xã hội đến năm 2020 66 3.6.2. Dự báo theo mục tiêu về bảo vệ môi trường đến năm 2020 69 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 71 1. Kết luận 71 2. Kiến nghị 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO 73 Phụ lục 1 - Ứng dụng mô hình Mike NAM khôi phục số liệu dòng chảy lưu vực sông Gianh và sông Nhật Lệ i Phụ lục 2 - Ứng dụng mô hình Mike 11 HD tính toán thủy lực cho hệ thống sông Gianh và sông Nhật Lệ v Phụ lục 3 - Trường sóng ổn định tại vùng biển Quảng Bình x 4 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1. Đặc điểm địa hình tỉnh Quảng Bình 9 Bảng 1.2. Lượng mưa trung bình tháng trong năm 2012 10 Bảng 1.3. Nhiệt độ trung bình tháng trong năm 2012 10 Bảng 1.4. Đặc điểm hình thái lưu vực các sông tại tỉnh Quảng Bình 11 Bảng 1.5. Thống kê phân phối dòng chảy bình quân nhiều năm sông Gianh và sông Nhật Lệ 12 Bảng 1.6. Diện tích và dân số năm 2012 vùng ven biển tỉnh Quảng Bình 14 Bảng 1.7. Lao động đang làm việc trong các ngành kinh tế ở vùng ven biển 15 Bảng 1.8. Dân số các huyện ven biển tỉnh Quảng Bình năm 2012 và dự báo cho năm 2020 23 Bảng 1.9. Tải lượng ô nhiễm phát sinh từ nguồn sinh hoạt 24 Bảng 1.10. Diện tích đất công nghiệp các huyện ven biển tỉnh Quảng Bình năm 2012 và dự báo cho năm 2020 24 Bảng 1.11. Tải lượng ô nhiễm phát sinh từ công nghiệp 25 Bảng 1.12. Số lượng vật nuôi khu vực ven biển tỉnh Quảng Bình năm 2012 25 Bảng 1.13. Tải lượng ô nhiễm phát sinh từ chăn nuôi 26 Bảng 1.14. Tải lượng ô nhiễm phát sinh từ nuôi trồng thủy sản 26 Bảng1.15. Tải lượng ô nhiễm phát sinh từ bệnh viện 27 Bảng 1.16. Tải lượng ô nhiễm phát sinh từ du lịch 27 Bảng 1.17. Tổng tải lượng ô nhiễm phát sinh trong khu vực 28 Bảng 1.18. Tổng tải lượng ô nhiễm thải ra ngoài môi trường 29 Bảng 3.1. Giá trị các thông số tính toán tại biên sông Gianh và sông Nhật Lệ . 43 Bảng 3.2. Các chỉ tiêu thống kê 45 Bảng 3.3. Giá trị các thông số được lựa chọn trong mô hình 45 Bảng p1.1. Bộ thông số sử dụng trong mô hình NAM ii 5 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1. Bản đồ hành chính tỉnh Quảng Bình[25] 8 Hình 1.2. Hoa sóng cả năm tại trạm Cồn Cỏ (1975-2008) 13 Hình 3.1. Sơ đồ sử dụng mô hình 38 Hình 3.2. Miền tạo lưới vùng biển Quảng Bình 39 Hình 3.3. Lưới địa hình tính toán cho khu vực Quảng Bình 40 Hình 3.4. Vị trí các nguồn thải 42 Hình 3.5. Mực nước thực đo và tính toán tại trạm Tân Mỹ (cửa Gianh) từ 17/05 đến 31/05/2012 44 Hình 3.6. Giá trị số Manning theo miền tính 46 Hình 3.7. Hàm lượng BOD quan trắc và thực đo trung bình (tháng XI) 47 Hình 3.8. Hàm lượng COD quan trắc và thực đo trung bình (tháng XI) 47 Hình 3.9. Mực nước thực đo và tính toán tại trạm Tân Mỹ (cửa Gianh) từ 12/11 đến 24/11/2012 48 Hình 3.10. Dòng chảy vùng biển cửa sông tại chân triều (tháng V/2012) 49 Hình 3.11. Dòng chảy cửa Gianh tại chân triều (tháng V/2012) 50 Hình 3.12. Dòng chảy cửa Nhật Lệ tại chân triều (tháng V/2012) 50 Hình 3.13. Dòng chảy vùng biển cửa sông tại đỉnh triều (tháng V/2012) 51 Hình 3.14. Dòng chảy cửa Gianh tại đỉnh triều (tháng V/2012) 51 Hình 3.15. Dòng chảy cửa Nhật Lệ tại đỉnh triều (tháng V/2012) 52 Hình 3.16. Phân bố nồng độ BOD tại chân triều (tháng V/2012) 53 Hình 3.17. Phân bố nồng độ BOD tại đỉnh triều (tháng V/2012) 54 Hình 3.18. Phân bố COD tại chân triều và đỉnh triều (tháng 05/2012) 55 Hình 3.19. Dòng chảy vùng biển cửa sông tại tại chân triều với sóng hướng Đông Bắc (NE) 56 Hình 3.20. Dòng chảy cửa Gianh tại tại chân triều với sóng hướng Đông Bắc (NE) 57 Hình 3.21. Dòng chảy cửa Nhật Lệ tại chân triều với sóng hướng Đông Bắc (NE) 57 Hình 3.22. Dòng chảy vùng biển cửa sông tại đỉnh triều với sóng hướng Đông Bắc (NE) 58 6 Hình 3.23. Dòng chảy cửa Gianh tại đỉnh triều với sóng hướng Đông Bắc (NE) 59 Hình 3.24. Dòng chảy cửa Nhật Lệ tại đỉnh triều với sóng hướng Đông Bắc (NE) 59 Hình 3.25. Dòng chảy vùng biển cửa sông tại chân triều 60 với sóng hướng Bắc (N) 60 Hình 3.26. Dòng chảy vùng biển cửa sông tại đỉnh triều 61 với sóng hướng Bắc (N) 61 Hình 3.27. Phân bố BOD tại chân triều và đỉnh triều với sóng hướng Đông Bắc (NE) 62 Hình 3.28: Phân bố BOD tại chân triều và đỉnh triều với sóng hướng Bắc (N) 63 Hình 3.29. Phân bố COD tại chân triều và đỉnh triều với sóng hướng Đông Bắc (NE) 64 Hình 3.30. Phân bố COD tại chân triều và đỉnh triều với sóng hướng Bắc (N) 65 Hình 3.31. Hàm lượng BOD dự báo trong mùa mưa (kịch bản A) 67 Hình 3.32. Hàm lượng COD dự báo trong mùa mưa (kịch bản A) 68 Hình 3.33. Hàm lượng BOD dự báo trong mùa mưa (kịch bản B) 69 Hình 3.34. Hàm lượng COD dự báo trong mùa mưa (kịch bản B) 70 Hình p1.1. Lưu lượng thực đo và tính toán tại trạm Đồng Tâm năm 1980 iii Hình p1.2. Lưu lượng thực đo và tính toán tại trạm Đồng Tâm năm 1981 iii Hình p2.1. Sơ đồ mạng lưới sông Gianh vi Hình p2.2. Sơ đồ mạng lưới sông Nhật Lệ vii Hình p2.3. Mực nước thực đo và tính toán tại trạm Đồng Hới tháng V/2012 .viii Hình p2.4. Mực nước thực đo và tính toán tại trạm Đồng Hới tháng XI/2012 ix Hình p3.1. Trường sóng ổn định hướng Đông Nam (tháng V) tại vùng biển Quảng Bình x Hình p3.2. Trường sóng ổn định hướng Đông Bắc (tháng XI) tại vùng biển Quảng Bình xi Hình p3.3. Trường sóng ổn định hướng Bắc (tháng XI) tại vùng biển Quảng Bình xii 7 MỞ ĐẦU Quảng Bình có đường bờ biển dài 116,04 km, dọc theo bờ biển có 5 cửa sông chính đó là: Sông Ròon, sông Gianh, sông Dinh, sông Lý Hòa và sông Nhật Lệ. Tại vùng ven biển đang hình thành các vùng du lịch nghỉ dưỡng nổi tiếng như bãi biển Nhật Lệ, Đá Nhảy, Vũng Chùa - Đảo Yến cùng với di sản thiên nhiên thế giới Phong Nha-Kẻ Bàng đang góp phần thúc đẩy phát triển kinh tế du lịch, đóng góp tỷ trọng đáng kể vào GDP của tỉnh. Cơ cấu kinh tế của tỉnh đang dịch chuyển theo chiều hướng tăng tỷ trọng công nghiệp và dịch vụ, hình thành các khu công nghiệp, cụm công nghiệp, tiêu biểu là khu kinh tế cảng biển Hòn La với ngành công nghiệp tàu thủy, xuất khẩu hàng hóa, công nghiệp chế biến và cảng biển. Bên cạnh sự chuyển biến và phát triển mạnh mẽ của kinh tế vùng ven biển tỉnh Quảng Bình thì đó là vấn đề về ô nhiễm môi trường vùng cửa sông ven biển rất đáng lo ngại. Theo các báo cáo hiện trạng môi trường tỉnh trong thời gian gần đây thì chất lượng nước biển ven bờ chưa ô nhiễm nghiêm trọng nhưng đã có dấu hiệu ô nhiễm, do đó cần phải có những nghiên cứu để đưa ra định hướng và những giải pháp kịp thời. Vì vậy đề tài “Nghiên cứu biến động chất lượng nước vùng cửa sông ven biển tỉnh Quảng Bình” góp phần làm sáng tỏ mục tiêu này. Vấn đề môi trường cửa sông ven biển chịu ảnh hưởng trực tiếp bởi yếu tố nhân sinh, hay các hoạt động kinh tế - xã hội của con người, đồng thời chịu tác động của các yếu tố ngoại sinh (thủy động lực). Nghiên cứu này sẽ tập trung nghiên cứu biến đổi chất lượng nước vùng cửa sông ven biển tỉnh Quảng Bình thông qua việc tính toán tải lượng ô nhiễm từ các nguồn thải trong khu vực, đồng thời mô phòng sự biến đổi chất lượng nước theo thời gian và không gian. Qua đó đưa ra những bức tranh về sự biến động chất lượng nước nói riêng và thủy động lực - môi trường vùng cửa sông ven biển của tỉnh Quảng Bình nói chung, đồng thời có những kịch bản tính toán dự báo trong tương lai. 8 Chương 1 - ĐẶC ĐIỂM KHU VỰC NGHIÊN CỨU 1.1. Điều kiện tự nhiên 1.1.1. Vị trí địa lý Tỉnh Quảng Bình thuộc vùng duyên hải Bắc Trung bộ, nằm ở vĩ độ từ 1705’02” đến 1805’12” N; kinh độ 10536’55” đến 10659’37” E. Phía Bắc giáp tỉnh Hà Tĩnh với ranh giới là dãy Hoành Sơn có chiều dài 135,97 km; phía Nam giáp tỉnh Quảng Trị với chiều dài 79,32 km; phía Đông giáp Biển Đông với chiều dài 116,04 km; phía Tây giáp nước CHDCND Lào với 201,87 km đường biên giới. Chiều dài đường bờ biển tỉnh Quảng Bình là 116,04 km, diện tích tự nhiên vùng ven biển tỉnh Quảng Bình là 5.501 km 2 . Hình 1.1. Bản đồ hành chính tỉnh Quảng Bình[25] Phạm vi nghiên cứu trong luận văn là vùng cửa sông ven biển tỉnh Quảng Bình (với 05 đơn vị hành chính cấp huyện giáp biển, đó là: Đồng Hới, Bố Trạch, Quảng Ninh, Lệ Thủy, Quảng Trạch và vùng biển ven bờ tỉnh Quảng Bình). [...]... trường nước mặt lục địa; Nước thải từ các khu vực chợ, bệnh viện, trường học, nuôi cá trên lòng sông, … đều chưa được xử lý triệt để đã gây ô nhiễm cục bộ cho những điểm tiếp nhận nước thải 1.3.2 Hiện trạng môi trường vùng cửa sông ven biển Theo Báo cáo chất lượng nước và trầm tích vùng bờ của tỉnh Quảng Bình[ 7] thì hiện trạng chất lượng nước cửa sông ven biển của tỉnh như sau: a) Chất lượng nước mặt... kết quả tốt Riêng đối với khu vực cửa sông ven biển tỉnh Quảng Bình – khu vực đang ngày càng phát triển về kinh tế - xã hội vùng ven biển, thì vẫn chưa có nghiên cứu đánh giá tổng quan về thủy động lực – môi trường khu vực nói chung và sự biến động chất lượng nước vùng cửa sông ven biển nói riêng Dựa vào các điều kiện tổng quan khu vực, và hiện trạng dữ liệu về thủy động lực – môi trường thì lựa chọn... 78.320 382.076 79.237 386.749 Đồng Hới Quảng Trạch Lệ Thuỷ Tổng số 2010 2011 (Nguồn: Niên giám thống kê tỉnh Quảng Bình 2011) Lao động đang làm việc trong các ngành kinh tế vùng ven biển tỉnh Quảng Bình tăng dần từ năm 2007 đến năm 2011 Xét trong năm 2011 lao động vùng ven biển tỉnh Quảng Bình là 386.749 người, chiếm 84% lao động toàn tỉnh Sự phân bố của lực lượng lao động có trình độ kỹ thuật không đồng... chất trong nước có hàm lượng cao hơn tại các thời điểm quan trắc đợt II, III Tuy nhiên tại các vùng biển nằm gần cửa sông thì hàm lượng các chất dinh dưỡng và TSS có xu hướng cao hơn vào mùa mưa lũ Như vậy từ kết quả quan trắc chất lượng nước biển ven bờ cho thấy chất lượng nước biển ven bờ trên địa bàn tỉnh đã có dấu hiệu ô nhiễm nhẹ, đáng chú ý hơn tại các vùng biển có hoạt động du lịch phát triển... lần so với năm 2012 c) Tải lượng ô nhiễm phát sinh từ chăn nuôi: Theo Niên giám thống kê tỉnh Quảng Bình năm 2012 và Quy hoạch phát triển nông nghiệp tỉnh Quảng Bình đến năm 2020, thì số lượng vật nuôi khu vực ven biển tỉnh Quảng Bình như sau: Bảng 1.12 Số lượng vật nuôi khu vực ven biển tỉnh Quảng Bình năm 2012 ĐVT: con TT 1 2 3 4 5 Huyện/TP Đồng Hới Quảng Trạch Bố Trạch Quảng Ninh Lệ Thủy Tổng số... II, III, hàm lượng BOD5 dao động từ 14 - 20mg/l, trong khi đó vào các đợt quan trắc I, IV hàm lượng BOD5 dao động từ 13 - 15mg/l b) Chất lượng nước biển ven bờ: Tại các vùng biển gần các cửa sông phải hứng chịu trực tiếp nguồn thải từ đất liền thải ra nên chất lượng nước diễn biến theo mùa: vào mùa mưa hàm lượng các chất ô nhiễm có xu hướng tăng cao, điển hình là sự ô nhiễm chất hữu cơ và chất rắn lơ... tải lượng ô nhiễm theo từng nguồn thải a) Tải lượng ô nhiễm phát sinh từ nguồn sinh hoạt: Theo số liệu Niên giám thống kê tỉnh Quảng Bình năm 2012 [2], và Quy hoạch phát triển kinh tế - xã hội các huyện ven biển tỉnh Quảng Bình đến năm 2020 [15; 16; 17; 21; 22; 23], dân số các huyện ven biển tỉnh Quảng Bình năm 2012 và dự báo cho năm 2020 như sau: Bảng 1.8 Dân số các huyện ven biển tỉnh Quảng Bình. .. với môi trường vùng ven biển tỉnh Quảng Bình, có thể xét đến các nguồn thải như sau: a) Nguồn thải sinh hoạt, du lịch: hoạt động sinh hoạt, hoạt động sản xuất của khu dân cư vùng ven biển hay hoạt động du lịch hàng ngày đã thải ra môi trường lượng lớn các loại chất thải rắn và lỏng Tuy nhiên vấn đề thu gom và xử lý lượng chất thải này còn nhiều vấn đề tồn tại, do đó vẫn còn một lượng lớn chất thải thải... tháng 2 và tháng 3, trung bình đạt 85 – 90% 1.1.4 Thủy văn Tỉnh Quảng Bình có 5 hệ thống sông chính đổ ra biển đó là các sông: sông Roòn, sông Gianh, sông Lý Hoà, sông Dinh và sông Nhật Lệ, với tổng diện tích lưu vực là 7.980km2, tổng chiều dài là 343km Trong đó có 2 hệ thống sông lớn là sông Gianh và sông Nhật Lệ Sông Gianh có chiều dài 158km, diện tích lưu vực 4.680km2; sông Nhật Lệ có diện tích... Huyện/TP Đồng Hới Quảng Trạch Bố Trạch Quảng Ninh Lệ Thuỷ Tổng số 2012 2020 113.885 208.063 180.355 87.869 141.380 731.552 128.700 226.000 193.341 91.210 143.400 782.651 Vùng ven biển tỉnh Quảng Bình với tổng diện tích là 5.501 km2 chiếm 68% diện tích toàn tỉnh, và dân số vùng ven biển năm 2012 là 731.552 người chiếm 85% dân số toàn tỉnh Tính đến năm 2020, dân số vùng ven biển của tỉnh là 782.561 người, . kịp thời. Vì vậy đề tài Nghiên cứu biến động chất lượng nước vùng cửa sông ven biển tỉnh Quảng Bình góp phần làm sáng tỏ mục tiêu này. Vấn đề môi trường cửa sông ven biển chịu ảnh hưởng trực. văn là vùng cửa sông ven biển tỉnh Quảng Bình (với 05 đơn vị hành chính cấp huyện giáp biển, đó là: Đồng Hới, Bố Trạch, Quảng Ninh, Lệ Thủy, Quảng Trạch và vùng biển ven bờ tỉnh Quảng Bình) hoạt động kinh tế - xã hội của con người, đồng thời chịu tác động của các yếu tố ngoại sinh (thủy động lực). Nghiên cứu này sẽ tập trung nghiên cứu biến đổi chất lượng nước vùng cửa sông ven biển