Mục đích nghiên cứu của luận án nhằm 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.
MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Hệ đầm phá Tam Giang - Cầu Hai (thuộc tỉnh Thừa Thiên Huế) đầm phá lớn 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 diễn sôi động bao gồm nông nghiệp, nghề cá khai thác biển, giao thông - cảng, du lịch – dịch vụ v.v Hệ đầm phá nơi tiếp nhận nguồn thải ven bờ huyện giáp ranh mà khu vực miền núi Khả suy thoái chất lượng môi trường, cạn kiệt nguồn giống xảy khơng có biện pháp quản lý hệ thống đầm phá Mỗi hệ thống tự nhiên có khả chịu tải định Vượt ngưỡng đó, hệ thống bị thay đổi kéo theo thay đổi chức hệ thống Trong đó, hoạt động phát triển kinh tế - xã hội ven bờ dẫn đến tải lượng hữu dinh dưỡng đưa vào hệ đầm phá không ngừng gia tăng mà khơng có biện pháp bảo vệ cảnh báo Trước sức ép phát triển kinh tế khu vực, nghiên cứu sinh chọn đề tài “Nghiên cứu đánh giá sức tải 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 Nghiên cứu sức tải mơi trường có số hướng tiếp cận áp dụng số lĩnh vực NTTS, quản lý nguồn thải, quản lý hệ sinh thái Hướng tiếp cận luận án tập trung vào nghiên cứu, quản lý nguồn thải, góp phần bảo vệ chất lượng môi trường nước hệ sinh thái Hiểu đánh giá sức chịu tải mơi trường có ý nghĩa quan trọng việc đưa sách phát triển kinh tế - xã hội bảo vệ môi trường Mục tiêu luận án - ánh giá sức chịu tải số yếu tố môi trường (C, N, P) hệ đầm phá TG - CH làm sở cho quản lý, phát triển bền vững hệ đầm phá Nội dung nghiên cứu - Phân tích, đánh giá dự báo tải lượng ô nhiễm từ nguồn đưa vào hệ đầm phá - Mô lan truyền chất ô nhiễm hệ đầm phá TG CH theo kịch sở (năm 2011 – 2012) kịch 2020, 2030, kịch đột xuất - Nghiên cứu, tính tốn sức tải hệ đầm phá TG - CH chất hữu chất dinh dưỡng theo ngưỡng quy chuẩn Việt Nam, ngưỡng sức tải tối đa ngưỡng gây bất lợi sinh vật thủy sinh Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu - ối tượng nghiên cứu: hợp chất C, N, P nước hệ đầm phá TG - CH; nguồn thải đưa vào hệ thống đầm phá - Phạm vi không gian: không gian nghiên cứu hệ đầm phá TG – CH vùng xung quanh đưa chất ô nhiễm vào đầm phá - Phạm vi thời gian: mùa mưa (tháng 11) mùa khô (tháng 5) năm 2011, 2012, 2016; dự báo cho năm 2020, 2030 Phƣơng pháp nghiên cứu - Tổng quan tài liệu sức tải môi trường hệ đầm phá TG-CH - iều tra, khảo sát thực nghiệm trường - Mơ hình hóa chế độ thủy động lực lan truyền chất ô nhiễm hệ đầm phá sử dụng phần mềm Delft – 3D Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài - Hệ thống hóa phương pháp đánh giá sức chịu tải mơi trường cho thủy vực ven bờ Việt Nam - Góp phần xác định sức tải mơi trường yếu tố BOD5, COD, N+ NH4 , N-NO3- P-PO43- cho hệ đầm phá Tam Giang – Cầu Hai, sử dụng làm nguồn tham khảo cho công tác quản lý môi trường Những kết khoa học đạt đƣợc đóng góp luận án - ã xác định nguồn thải ước tính lượng thải chất ô nhiễm C, N, P từ hoạt động kinh tế - xã hội đưa vào hệ đầm phá TG-CH - ã hiệu chỉnh mơ hình chất lượng nước hệ đầm phá TG-CH mô chất lượng nước theo kịch phát triển đến năm 2020 2030 - ã tính sức tải mơi trường cho hệ đầm phá TG-CH theo ngưỡng QCVN theo khả tự làm (đồng hóa) đầm phá CHƢƠNG TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU VÀ KHU VỰC NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan sức tải môi trƣờng 1.1.1 Các khái niệm Sức tải môi trường (STMT) hướng nghiên cứu khoa học môi trường Vấn đề hiểu chất STMT có phương pháp tính tốn đắn để áp dụng vào thực tiễn quản lý nguồn thải BVMT Mỗi định nghĩa, khái niệm STMT có cách tiếp cận riêng, vấn đề kiểm sốt nguồn nhiễm từ lục địa mối quan tâm lớn nghiên cứu STMT 1.1.2 Tình hình nghiên cứu ngồi nước Nghiên cứu STMT giới tiếp cận theo hướng sau: a) Áp dụng mơ hình sinh địa hóa để tính tốn mật độ ni thả tối đa lồi ni trồng (cá, tơm, hai mảnh vỏ, v.v.) b) Tính toán lượng thải tối đa hàng ngày phép đưa vào thủy vực c) Xây dựng hệ thống số, thị để đánh giá STMT cho vùng ven biển d) Một số hướng tiếp cận khác liên quan đến sử dụng đất, sức tải xã hội 1.1.3 Tình hình nghiên cứu nước Ở Việt Nam, STMT nghiên cứu từ cuối năm 1990 dạng nghiên cứu tải lượng thải, suất sơ cấp, khả tự làm thủy vực, khả trao đổi nước, v.v STMT đưa vào Luật BVMT từ năm 2005 nội dung bắt buộc phải thực cho tất sông, suối, kênh, rạch, hồ Tuy nhiên, nghiên cứu Việt Nam dừng lại việc tính STMT qua khả trao đổi nước, chưa tính đến chất thực sức tải môi trường khả đồng hóa thủy vực ngưỡng gây bất lợi đến sinh vật thủy sinh 1.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu mơi trƣờng hệ đầm phá TG - CH 1.2.1 Khái quát hệ đầm phá TG - CH hoạt động kinh tế xã hội Hệ đầm phá TG - CH có chiều dài 68km, tổng diện tích mặt nước 216 km huyện liên quan Phong iền, Phú Lộc, Phú Vang, Quảng iền Hương Trà với tổng số dân khoảng 615.946 người, diện tích 2648.76km2 Các hoạt động kinh tế - xã hội vùng đầm phá bao gồm nông nghiệp, nghề cá khai thác biển, giao thông - cảng, du lịch – dịch vụ Năm 2016, diện tích NTTS tồn khu vực 7175 ha; số lượng đàn trâu khu vực đạt 22,4 nghìn con, đàn bò đạt 33,6 nghìn con, đàn lợn đạt 205,6 nghìn đàn gia cầm đạt 2,7 triệu con; lượng khách du lịch 1,7 triệu khách [66] 1.2.2 Các nghiên cứu môi trường hệ đầm phá TG - CH Các nghiên cứu môi trường bao gồm: địa chất, địa mạo, vận chuyển trầm tích, hình thái động lực, xói lở bờ biển; chất lượng nước nguồn thải; chất lượng trầm tích; nguồn lợi, thủy sinh, đa dạng sinh học; vấn đề kinh tế - xã hội quản lý 1.2.3 Môi trường chất lượng nước hệ đầm phá TG - CH Nước hệ đầm phá có dấu hiệu nhiễm cục chất hữu , amoni TSS Nồng độ chất có xu hướng tăng theo thời gian 1.3 Sử dụng cơng cụ mơ hình hóa nghiên cứu sức tải mơi trƣờng Hiện có nhiều mơ hình sử dụng để mơ chất lượng nước: Mơ hình EFDC (Mỹ), WASP7, AQUATOX, SWAT, MIKE21, MIKE-3, Delft3D v.v Delft-3D mơ hình thương mại hóa, áp dụng cho khu vực sông biển có lưới cong trực giao giúp cho việc mơ khu vực đường bờ, cửa sơng Mơ hình Delft-3D mơ hình có quyền, kiểm nghiệm kỹ nên NCS chọn phần mềm làm công cụ nghiên cứu 1.4 Tổng quan cuối chƣơng hƣớng nghiên cứu luận án Tiếp cận luận án theo hướng kiểm sốt nguồn thải, phòng ngừa nhiễm, thể việc tính tốn lượng chất tối đa mà đầm phá TG - CH tiếp nhận cho không gây ảnh hưởng đến phát triển sinh vật thủy sinh NCS tính tốn STMT theo ngưỡng an toàn cho sinh vật thủy sinh, ngưỡng theo QCVN ngưỡng sức tải tối đa Ngưỡng an toàn cho sinh vật thủy sinh chọn nồng độ phosphat - 0,045 mg/l, nồng độ khí NH3 - 0,05mg/l, nồng độ DO - mg/l Ngưỡng ”sức tải tối đa” – ngưỡng mà thủy vực khơng khả tự làm với giá trị chọn nồng độ DO = 2mg/l; N-NH4+ = 1mg/l P-PO43- = 1mg/l CHƢƠNG II PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Khu vực nghiên cứu Hình 2.1 Phạm vi nghiên cứu: khu vực đầm phá TG - CH 2.2 Phƣơng pháp nghiên cứu Chuẩn bị liệu đầu vào (Dữ liệu khí tượng, thủy văn, liệu chất lượng nước, liệu nguồn thải …) Triển khai mơ hình thủy động lực cho hệ đầm phá TG-CH Thẩm định mơ hình chất lượng nước Triển khai kịch tính sức tải mơi trường Hiệu chỉnh mơ hình thủy động lực Hiệu chỉnh mơ hình chất lượng nước Triển khai kịch mô chất lượng nước Hình 2.2 Sơ đồ nghiên cứu luận án 2.2.1 Phương pháp điều tra, khảo sát Hai chuyến khảo sát vào hai mùa: mùa mưa (tháng 11/2011) mùa khô (tháng 5/2012) thực đầm phá TG - CH Thời gian khảo sát từ 17h ngày 25/11/2011 đến 17h ngày 26/11/2011 – đại diện cho mùa mưa; từ 16h ngày 19/5/2012 đến 16h ngày 20/5/2012 – đại diện cho mùa khô, 4h/ốp Các khảo sát gồm: (1) khảo sát đo đạc thủy văn trạm liên tục 24h (hình 2.1) vào mùa, yếu tố đo đạc hướng tốc độ dòng chảy; (2) Khảo sát chất lượng nước theo thời gian liên tục, 4h/op 24 h, thông số chất lượng nước khảo sát nhiệt độ, pH, DO, độ muối, độ đục, BOD5, COD, N(NH4++NH3), N-NO2-, N-NO3- P-PO43- Các phương pháp điều tra khảo sát tuân theo Hướng dẫn Thông tư 34/2010/TT-BTNMT ngày 14/12/2010 Quy định kỹ thuật điều tra, khảo sát hải văn, hóa học mơi trường vùng ven bờ hải đảo 2.2.2 Phương pháp tính tải lượng thải 2.2.2.1 Tính tốn lượng thải phát sinh Lượng thải phát sinh nguồn (dân cư du lịch, NTTS, chăn nuôi gia súc, gia cầm, công nghiệp, rửa trôi đất) tính tốn theo hướng dẫn WHO (1993) số nghiên cứu khác [126, 127, 128] 2.2.2.2 Ước tính tải lượng ô nhiễm đưa vào khu vực đầm phá TG - CH Tải lượng ô nhiễm đưa vào khu vực đầm phá tính dựa tình hình thực tế giảm thiểu chất thải khu vực trình xử lý chất thải loại nguồn ô nhiễm 2.2.2.3 Dự báo nguồn ô nhiễm Nguồn ô nhiễm dự báo tính sở định hướng phát triển kinh tế- xã hội khu vực đến năm 2020, 2030 quy hoạch bảo vệ môi trường tỉnh 2.2.3 Phương pháp mơ hình hóa 2.2.3.1 Cơ sở lý thuyết mơ hình Delft -3D a Mơ hình thủy động lực [113] Cơ sở tốn học mơ hình thuỷ động lực giải phương trình Navier Stokes với chất lỏng không nén nước nông phương pháp xấp xỉ Boussinesq b Mơ hình chất lượng nước Cơ sở tốn học mơ hình lan truyền nhiễm phương trình lan truyền khuyếch tán vật chất Các q trình xảy mô Delft-3D-WAQ liên quan đến hợp chất C, N, P là: thống khí, sản xuất sơ cấp, nitrat hóa đề nitrat hóa, khống hóa chất hữu cơ, hấp phụ phosphat, hòa tan silicat 2.2.3.2 Triển khai mơ hình Delft 3D mơ chất lượng nước vùng đầm phá TG-CH tính tốn STMT a Thiết lập liệu đầu vào mơ hình - Địa hình: Số liệu độ sâu đường bờ khu vực số hố từ đồ địa hình UTM tỷ lệ 1: 50.000 Cục o đạc Bản đồ xuất - Số liệu khí tượng: Các số liệu khí tượng với giá trị trung bình theo mùa, theo tuần thu thập từ trạm khí tượng Huế - Số liệu thủy văn: ặc trưng dòng chảy sông sử dụng để thiết lập mô hình thủy động lực Các số điều hồ thuỷ triều tính tốn từ chuỗi số liệu quan trắc mực nước khoảng thời gian dài số đề tài, dự án thực khu vực - Lựa chọn miền tính, lưới tính: Kích thước miền tính có phạm vi 70 km theo hướng bắc nam - 10 km theo hướng đơng tây Tồn khu vực tính tốn bao gồm 95 x 513 lưới - Thời gian tính tốn: theo hai mùa: mùa mưa (từ 0h00, ngày 01/10/2011 đến 23h00, ngày 30/11/2011) mùa khô (từ 0h00, ngày 01/4/2012 đến 23h00, ngày 31/5/2012) Bước thời gian để chạy mơ hình 30 s - Điều kiện ban đầu điều kiện biên: Với mơ hình thủy động lực: thời điểm ban đầu giá, trị mực nước lấy 0m, độ muối nhiệt độ nước biển lấy trung bình thấp Tại biên mở phía biển (Thuận An, Tư Hiền): dùng số điều hoà thuỷ triều tính tốn nội suy phù hợp với điều kiện địa phương; biên sông: sử dụng số liệu lưu lượng trung bình nhiều năm Với mơ hình chất lượng nước: thời điểm ban đầu, giá trị thiết lập Sau lần chạy, điều kiện ban đầu lấy giá trị cuối file chạy trước Lưu lượng biên sơng biên biển chạy thủy động lực Dữ liệu nguồn thải mơ hình chất lượng nước tính tốn phân bổ chi tiết cho tồn vùng (hình 2.5) b Thiết lập liệu nguồn thải Dựa đặc điểm lưu vực kinh tế- xã hội, thiết kế 74 điểm nguồn thải đổ vào khu vực đầm phá TG - CH, hình 2.5 Hình 2.5 Vị trí điểm thải khu vực TG - CH phục vụ chạy mơ hình c Hiệu chỉnh đánh giá tính tương hợp mơ hình; thẩm định mơ hình Các giá trị quan trắc dòng chảy chất lượng nước năm 2011 -2012 sử dụng để hiệu chỉnh mơ hình Cơ sở để hiệu chỉnh dựa vào sai số mơ hình quan trắc, giá trị nhỏ kết mơ gần với thực tế Mơ hình thẩm định qua kết quan trắc chất lượng nước tháng năm 2017 đầm Cầu Hai sở tham khảo kết đề án 47 “ iều tra tổng thể trạng biến động đa dạng sinh học hệ sinh thái ven biển Việt Nam” [143] d Thiết lập kịch mô Cơ sở để thiết lập kịch kết tính tốn tải lượng thải thời điểm năm 2011 – 2012 thời điểm năm 2020, 2030 kịch thiết lập, gồm: Kịch cở (năm 2011-2012); Kịch dự báo năm 2020 – kịch thấp cao; Kịch dự báo năm 2030 – kịch thấp cao; Kịch đột xuất năm 2020 2030 e Các kịch tính tốn sức tải mơi trường Tính STMT dựa ngưỡng: theo tiêu chuẩn chất lượng nước Việt Nam, ngưỡng sức tải tối đa ngưỡng STMT đề xuất CHƢƠNG III KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 3.1 Tính tốn lƣợng chất thải đƣa vào đầm phá Tam Giang - Cầu Hai 3.1.1 Tính tốn lượng chất thải phát sinh từ nguồn khu vực đầm phá Tam Giang – Cầu Hai thời điểm năm 2011 dự báo năm 2020, 2030 Lượng thải phát sinh toàn tỉnh tính tốn từ tất nguồn sinh hoạt –du lịch, công nghiệp, chăn nuôi, NTTS rửa trơi đất Bảng 3.1 trình bày kết tính tốn tải lượng thải phát sinh vào thời điểm 2011, 2020 2030 So với năm 2011, lượng chất thải phát sinh toàn tỉnh TTH năm 2020 2030 tăng khoảng trung bình 1,3 lần 1,6 lần Lượng chất thải phát sinh từ khu vực TG-CH chiếm tỷ trọng trung bình 60% tải lượng thải tỉnh Bảng 3.1 Tải lượng ô nhiễm phát sinh năm 2011 dự báo năm 2020, 2030 từ nguồn tỉnh TTH khu vực TG – CH (tấn/năm) 2011 2020 2030 Thơng số TG-CH Tồn tỉnh TG-CH Tồn tỉnh TG-CH Toàn tỉnh COD 47873,7 86790,4 58454,5 116594,2 79471,7 157820,5 BOD 30726,0 55925,4 39788,3 74373,6 52895,9 99759,1 N-T 18552,6 27985,7 21701,7 36040,1 31284,7 48775,9 3834,8 6418,2 4559,4 7912,5 5534,7 9313,0 P-T - NO3 +NO2 - 888,2 1411,0 802,3 1645,0 899,4 1775,4 + 4853,1 7482,0 5645,5 9499,1 7994,0 12682,4 3- 1689,9 2823,6 2014,9 3489,7 2450,5 4111,2 NH4 PO4 3.1.2 Tải lượng thải C, N, P đưa vào vùng đầm phá: năm 2011 dự báo năm 2020, 2030 Về quy họach bảo vệ mơi trường: Tỉnh TTH khơng có quy họach bảo vệ môi trường riêng mà lồng ghép vào quy họach phát triển kinh tế xã hội đến năm 2020 tỉnh Năm 2011, tỉnh chưa có nhà máy xử lý nước thải sinh hoạt Hiện nay, tỉnh triển khai xây dựng Nhà máy xử lý nước thải cho thành phố Huế, công suất 30.000 m3/ngày đêm, dự kiến hoàn thành trước năm 2020 Theo đề án xử lý chất thải rắn tỉnh định hướng bảo vệ môi trường quy họach tổng thể đến năm 2020, quy họach phát triển KT-XH khu vực TG-CH, đánh sau: Nước thải sinh họat: 95% bùn bể phốt trung tâm huyện lỵ 70% cụm dân cư tập trung thu gom xử lý đảm bảo môi trường; Nước thải công nghiệp khu công nghiệp, làng nghề: phải thu gom xử lý trước thải môi trường; Nước thải nông nghiệp: gồm chăn nuôi NTTS: chưa có kế họach thu gom, xử lý Trên sở lực xử lý chất thải từ nguồn địa phương, đặc điểm địa hình lưu vực, tính tải lượng thải đưa vào hệ đầm phá TGCH năm 2011 dự báo năm 2020, 2030 Bảng 3.7 Tổng tải lượng ô nhiễm đưa vào hệ đầm phá TG - CH năm 2011 dự báo cho năm 2020 2030 (tấn/năm) Thông số Tải lƣợng phát sinh toàn tỉnh Năm Năm Năm 2011 2020 2030 Tải lƣợng đƣa vào đầm phá Năm Năm Năm 2011 2020 2030 COD 86790,4 116594,2 157820,5 40408 44643 58602 BOD 55925,4 74373,6 99759,1 16353 18817 24517 N-T 27985,7 36040,1 48775,9 14736 18469 24511 P-T 6418,2 7912,5 9313,0 3217 3899 4515 NO3+NO2 NH4+ 1411,0 1645,0 1775,4 782 904 965 7482,0 9499,1 12682,4 3975 4838 6335 2823,6 3489,7 4111,2 1412 1721 1994 P-PO4 3- Tới năm 2020, nhóm tải lượng hữu đưa vào đầm phá tăng khoảng 1,12 lần, nhóm tải lượng dinh dưỡng tăng khoảng 1,21 lần so với năm 2011 Tới năm 2030, lượng chất thải đưa vào đầm phá tăng trung bình 1,46 lần so với năm 2011 (bảng 3.7) Nước thải sinh hoạt huyện ven biển nước thải chăn nuôi chưa xử lý 3.2 Hiệu chỉnh mơ hình 3.2.1 Mơ hình thủy động lực - Hiệu chỉnh hệ số nhám đáy Manning: Giá trị mặc định mơ hình hệ số 0,02 s/m1/3 Trên sở giá trị MSE nhỏ (MSE theo phương u = 0,5416; MSE theo phương v = 0,1443), giá trị hệ 10 số Manning = 0,028 s/m1/3 chọn cho mơ hình thủy động lực khu vực nghiên cứu - Hiệu chỉnh hệ số nhớt khuếch tán theo phương ngang: Giá trị mặc định hệ số 10m2/s Kết chạy mơ hình cho thấy, với giá trị νH = m2/s DH = 1m2/s sai số bình phương trung bình vận tốc dòng chảy theo phương u v nhỏ Do chốt giá trị hiệu chỉnh hệ số khuếch tán (DH) độ nhớt theo phương ngang (νH) 1m2/s - ánh giá tính tương hợp mơ hình Hình 3.3 Tính tương hợp mơ hình quan trắc dòng chảy theo phương U (R2 = 0,696) Hình 3.4 Tính tương hợp mơ hình quan trắc dòng chảy theo phương V (R2 = 0,690) Hệ số tương quan mơ hình quan trắc dòng chảy tính theo phương U, V, theo mùa mưa, mùa khơ trung bình 0,681 nên 11 mơ hình có độ tương hợp khá, sử dụng cho mô 3.2.2 Mơ hình chất lượng nước 3.2.2.1 Phân bổ lượng thải số liệu quan trắc chất lượng nước Dữ liệu nguồn thải 74 điểm thải đưa vào khu vực TG-CH tổng hợp bảng 3.13 Tính tốn cho thấy sơng Hương đóng góp lượng chất thải lớn tổng lượng thải đưa vào đầm phá Bảng 3.13 Tổng hợp lượng chất thải từ vị trí điểm thải đổ vào hệ đầm phá TG-CH BOD5 Chất thải (tấn/năm) NCOD N-NO3(NH4++NH3) Tam Giang ầm Sam - Thủy Tú Cầu Hai Sơng Ơ Lâu Sơng Hương Sơng Truồi 2111 2706 5069 831 4936 699 5217 6651 11902 2362 12139 2136 712 1011 1954 40 207 51 186 130 190 50 186 40 PPO43-236 328 791 41 Tổng 16352 40407 3975 782 1412 Các điểm thải sơng đưa 3.2.2.2 Hiệu chỉnh mơ hình a) ánh giá độ nhạy ã tiến hành đánh giá độ nhạy với tham số sau: Hệ số cấp khí Klrear (m/ngày) Tốc độ sản xuất sơ cấp tối đa tảo (1/ngày) Hằng số tốc độ phản ứng đề nitrrat hóa bậc (gN/m3/ngày) Hằng sốtốc độ phản ứng nitrrat hóa bậc (gN/m3/ngày) Tốc độ phân hủy chất hữu (1/ngày) Hằng số bán bão hòa Nitơ tảo (gN/m3) Hằng số bán bão hòa P tảo (gP/m3) Hằng số bán bão hòa Si tảo (gSi/m3) Hằng số tốc độ chuyển hóa phosphat hòa tan sang phosphat hấp thụ (1/ngày) 12 Kết đánh giá độ nhạy cho thấy có tham số ảnh hưởng đến hệ thống gồm số tốc độ sản xuất sơ cấp tối đa tảo, số tốc độ phân hủy chất hữu cơ, số tốc độ chuyển hóa PO43, hệ số cấp khí Klrear, số tốc độ nitrat hóa số tốc độ đề nitrat hóa Do hiệu chỉnh tham số này, tham số khác mơ hình giữ ngun giá trị mặc định b) Hiệu chỉnh tham số Sau nhiều lần chạy hiệu chỉnh giá trị mơ mơ hình sát với giá trị quan trắc Tổng sai số bình phương trung bình biến số giảm từ 4,552 (so với file chạy thông số mặc định mơ hình) xuống 0,134 Sau lần hiệu chỉnh cuối, giá trị biến số sai số trình bày bảng 3.17 Các tham số chấp nhận trình bày bảng 3.18 3.2.2.3 Thẩm định mơ hình Kết thẩm định mơ hình đầm Cầu Hai – mùa khô năm 2017 cho thấy sai số mơ hình quan trắc khoảng từ 21% 3.3 Mô thủy động lực khu hệ đầm phá Tam Giang – Cầu Hai a) Dòng chảy Mùa mưa, vận tốc dòng chảy có giá trị lớn đạt 1,0-1,2m/s cửa Thuận An, giá trị nhỏ khu vực đầm Cầu Hai, đạt 0,15m/s Vào mùa khơ, vận tốc dòng chảy đạt giá trị lớn khoảng 0,7-0,8m/s cửa Thuận An, đạt khoảng 0,06m/s khu vực đầm Cầu Hai đạt khoảng 0,09-0,28m/s khu vực đầm Thuỷ Tú b Trao đổi nước Khả trao đổi nước khoảng 43,00%/ngày phá TG, 34,18%/ngày đầm Thủy Tú khoảng 4,86%/ngày đầm Cầu Hai 13 Bảng 3.17 Sai số mơ hình quan trắc hệ đầm phá TG-CH Thơng số Giá trị quan trắc – mùa mưa (g/m ) Giá trị theo mơ hình – mùa mưa (g/m ) Giá trị quan trắc – mùa khô (g/m ) Giá trị theo mơ hình Sai số –mùa khơ (g/m ) tương Sai số bình Chỉ phương số TG S CH TG S CH TG S CH TG S CH đối (%) DO 7,56 5,25 6,28 7,10 6,10 6,02 6,47 5,42 5,59 6,34 5,64 5,57 6,11 0,3110 0,62 BOD5 2,44 2,48 2,57 2,54 2,43 2,61 1,99 2,09 1,92 2,03 1,93 1,91 3,04 0,0290 0,68 COD 10,56 12,92 13,41 10,57 12,42 13,42 7,41 6,33 7,81 7,27 6,14 7,91 1,90 0,4816 0,94 NH4 0,078 0,084 0,096 0,080 0,081 0,094 0,081 0,07 0,069 0,079 0,07 0,071 1,92 0,0001 0,6 NO3 0,121 0,115 0,166 0,119 0,111 0,174 0,125 0,113 0,114 0,119 0,106 0,131 6,18 0,0002 0,64 PO4 0,026 0,025 0,029 0,0254 0,0244 0,0298 0,025 0,023 0,023 0,025 0,023 0,023 1,30 0,0000 0,69 14 trung bình Nash Bảng 3.18 Các tham số chất lượng nước hiệu chỉnh cho hệ đầm phá TG-CH STT Tham số Giá trị mặc định khoảng hiệu chỉnh Hệ số chuyển đổi thống khí (0,2 -1000)* (KLrear) Hằng số tốc độ sản xuất sơ 1,8 (0,1 - 2,5)** cấp tối đa tảo lục Hằng số tốc độ sản xuất sơ 2,3 (0,1 – 2,5) ** cấp tối đa tảo cát Hằng số tốc độ nitrat hóa (0 – 1) ** bậc (Rc0NitOx) Hằng số tốc độ phản ứng đề (0-1) ** nitrat hóa bậc nước Hằng số tốc độ phân hủy 0,3 (0,01 -0,45) chất hữu *** Hằng số tốc chuyển hóa (0,01 – 1,5) ** PO4 hòa tan sang AAP Giá trị hiệu chỉnh 0,88 Đơn vị m/ngày 0,5 1/ngày 0,5 1/ngày 0,0152 gN/m3/ngày 0,02 gN/m3/ngày 0,015 1/ngày 0,085 1/ngày Ghi chú: * - [112]; ** - [149], *** - [150] 3.4 Mô chất lƣợng nƣớc theo kịch 3.4.1 Các kịch mô - Kịch sở (năm 2011-2012): tương ứng với tải lượng thải năm 2011, tình hình quản lý BVMT năm 2011 - Kịch thấp năm 2020, 2030: tương ứng với tải lượng thải năm 2020, 2030, quy hoạch BVMT năm 2020, 2030 - Kịch cao năm 2020, 2030: tương ứng với tải lượng thải năm 2020, 2030, mục tiêu quy hoạch BVMT không đạt 3.4.2 Kết mô chất lượng nước đầm phá Tam Giang – Cầu Hai thời điểm năm 2011 – 2012 Nồng độ oxy hòa tan (DO) nước đầm phá TG-CH chủ yếu nằm khoảng 5,5 -7,5 mg/l BOD5 có giá trị từ 2,2 – 2,8 mg/l (mùa mưa) từ 2,0 - 2,5 mg/l (mùa khô) Nhu cầu oxy hóa học dao động từ 10,0 – 15 18,0 mg/l vào mùa mưa từ 7,0 -9,0 mg/l vào mùa khô Nồng độ muối amoni nước đầm phá chủ yếu nằm khoảng 0,06 – 0,15 mg/l vào mùa mưa từ 0,05 – 0,20 vào mùa khô Phân bố nitrat nước khoảng 0,10 -0,14 mg/l Nồng độ muối phosphat nước đầm phá TG-CH phổ biến khoảng 0,02 -0,04 mg/l So với GHCP, nước đầm phá có biểu nhiễm chất hữu vào mùa mưa 3.4.3 Kịch thấp 2020 Theo kịch này, lượng nước thải công nghiệp tỉnh xử lý hoàn toàn trước thải môi trường; 100% lượng nước thải sinh hoạt thành phố Huế xử lý, nhiên lượng chất thải sinh hoạt chăn nuôi khu vực tiếp giáp đầm phá khơng có kế hoạch xử lý Kết mô cho thấy, điểm quan trắc, nồng độ oxy hòa tan nước giảm từ 0,7% đến 3,8%; giá trị BOD5 tăng từ 1,1 - 1,3 lần, giá trị COD tăng từ 1,1 -1,2 lần, nồng độ amoni tăng cao từ 1,3 -1,8 lần, nồng độ phosphat tăng từ 1,1 – 1,3 lần so với thời điểm năm 2011-2012 Vào mùa mưa nước đầm phá có biểu nhiễm chất hữu từ khu vực đầm Thủy Tú đến đầm Cầu Hai Nồng độ amoni nước có giá trị lớn GHCP 3.4.4 Kịch cao 2020 Với kịch này, việc thực kế hoạch BVMT không triệt để nên việc xử lý chất thải sinh hoạt, công nghiệp, chăn nuôi xả đầm phá tương tự thời điểm 2011-2012 Kết mô cho thấy, điểm quan trắc, nồng độ oxy hòa tan nước giảm từ 3,4% đến 19,5%; giá trị BOD5 tăng từ 1,3 3,0 lần, giá trị COD tăng từ 1,3 -1,9 lần, nồng độ amoni tăng cao từ 1,6 - 2,7 lần, nồng độ nitrat tăng từ 1,4 đến 2,1 lần, nồng độ phosphat tăng từ 1,3 – 1,5 lần so với thời điểm năm 2011-2012 Với kịch tất khu vực đầm phá bị ô nhiễm chất hữu amoni vào mùa mưa, nồng độ muối phosphate bắt đầu có ảnh hưởng đến sinh vật thủy sinh 16 3.4.5 Kịch thấp 2030 Kịch xây dựng tương tự kịch thấp năm 2020 tính tốn theo quy hoạch phát triển kinh tế - xã hội đến năm 2030 Khi đó, nồng độ DO điểm quan trắc giảm từ 3,7% – 20,3%, nhu cầu oxy sinh hóa nước chủ yếu khoảng 3,0 – 5,0 mg/l, giá trị COD tăng lên từ 1,3 đến 1,8 lần, nồng độ amoni tăng từ 1,9 đến 3,0 lần, nồng độ nitrat tăng từ 1,7 -2,2 lần, nồng độ phosphat tăng khoảng từ 1,3 đến 1,6 lần Kịch thấp 2030 cho thấy, có xử lý nước thải thành phố Huế sở công nghiệp, nước đẫm phá bị ô nhiễm chất hữu amoni, đặc biệt mùa mưa 3.4.6 Kịch cao 2030 Kịch cao năm 2030 xây dựng tương tự kịch cao năm 2020 tính tốn theo quy hoạch phát triển kinh tế - xã hội đến năm 2030 Kết mô cho thấy, nồng độ DO điểm quan trắc có giá trị thấp 5mg/l mùa mưa khô Nhu cầu oxy sinh hóa chủ yếu khoảng 3,5 - 8,0 mg/l Giá trị COD chủ yếu khoảng 10 -18 mg/l vào mùa khô từ 20 - 35 mg/l mùa mưa (hình 3.22) Nồng độ amoni tăng cao từ 2,9 - 4,4 lần, nồng độ muối nitrat tăng từ 2,5 - 3,0 lần, nồng độ muối phosphat tăng từ 1,6 – 1,8 lần 17 Hình 3.22 Mơ chất lượng nước hệ đầm phá TG-CH theo kịch cao 2030 – thời điểm triều xuống, mùa mưa 3.4.7 Kịch đột xuất 2020 Kịch đột xuất 2020 chủ yếu diễn khu vực phá Tang Giang đầm Sam nơi tiếp nhận nguồn thải công nghiệp: KCN Phong iền (Huyện Phong iền - Phá Tam Giang), KCN Phú Bài (thị xã Hương Trà, đổ vào sông Hương) Trên sở kịch thấp, xây dựng kịch đột xuất thời điểm 2020, với giả thiết lượng chất thải công nghiệp không xử lý mà xả thẳng môi trường thời gian ngày mùa Lượng chất thải tăng lên chủ yếu vào phá Tam Giang đầm Sam Kết mơ cho thấy nồng độ oxy hòa tan điểm quan trắc giảm mạnh, đặc biệt nồng độ DO đầm Sam thấp, 4mg/l, số khu vực thông với cửa sông Hương giá trị DO 3mg/l (hình 3.23), làm chết sinh vật sống nước Khu vực cửa sông Hương phía huyện Phong iền, giá trị BOD5 lên đến -10 mg/, COD lên tới 30mg/l, nồng độ muối amoni lên tới 0,9mg/l (hình 3.23), kết hợp với giá trị pH cao tạo nhiều 18 khí amoniac làm chết sinh vật Nồng độ muối phosphat dao động quanh giá trị 0,04mg/l; khoảng 0,18mg/l khu vực KCN Phong iền Với kịch xả thải đột xuất nước thải không xử lý KCN Phong iền KCN Phú Bài, gây thiếu hụt oxy hòa tan khu vực gần điểm xả, gây chết sinh vật sống nước tác nhân ô nhiễm amoniac phosphat Hình 3.23 Mô chất lượng nước hệ đầm phá TG-CH theo kịch đột xuất 2020 – thời điểm triều xuống, mùa mưa 3.4.8 Kịch đột xuất 2030 Kịch đột xuất 2030 xây dựng tương tự kịch đột xuất 2020 sở kịch thấp 2030.Khi đó, điểm thải 19 khu vực huyện Phong iền, DO nước giảm mạnh 2,0 -3,0 mg/l, đặc biệt vào mùa khô Với mức DO này, sinh vật sống nước chết thiếu oxy Khu vực nguồn tiếp nhận sơng Hương, DO có giá trị 2mg/l (hình 3.24) Giá trị BOD5 tăng có giá trị khoảng 6,0 -10,0 mg/l đầm Sam phá Tam Giang Tại điểm thải Phong iền sơng Hương, BOD có giá trị lớn 15mg/l, COD có giá trị lớn 40mg/l, amoni lên tới mg/l Với nồng độ amoni, sinh vật chết Phổ nồng độ phoshat chủ yếu khoảng 0,03 -0,07 mg/l, điểm thải, nồng độ phosphat lên tới 0,25 mg/l Như vậy, với kịch đột xuất 2030, chất lượng nước giảm thấp đáng kể khu vực phá Tam Giang đầm Sam Khu vực gần điểm thải huyện Phong iền sơng Hương, nước thiếu hụt oxy hòa tan trầm trọng, hàm lượng chất hữu cao, đặc biệt nồng độ amoni tăng mức mg/l, gây chết sinh vật 20 Hình 3.24 Mơ chất lượng nước hệ đầm phá TG-CH theo kịch đột xuất 2030 – thời điểm triều xuống, mùa mưa 3.5 Tính tốn sức tải mơi trƣờng khu vực đầm phá Tam Giang – Cầu Hai hợp chất C, N P 3.5.1 Sức chịu tải môi trường sở quy chuẩn Việt Nam QCVN 10MT:2015/BTNMT QCVN 08-MT:2015/BTNMT Quy chuẩn môi trường Việt Nam áp dụng tính tốn QCVN 10-MT:2015/BTNMT nước biển ven bờ Ngoài ra, tham khảo thêm QCVN 08-MT:2015/BTNMT nước mặt Kết mô cho thấy để chất lượng nước đầm phá không vi phạm ngưỡng quy chuẩn Việt Nam tải lượng chất ô nhiễm phép đổ vào đầm phá sau: BOD5 – 28483 tấn/năm; COD – 59160 tấn/năm; N-(NH4++NH3)- 5391 tấn/năm; N-NO3- - 964 tấn/năm PPO43- - 9528 tấn/năm Lượng chất thải gấp lượng chất thải thời điểm năm 2011-2012 khoảng 1,74 lần BOD5; 1,46 lần COD; 1,36 lần N-(NH4++NH3); 1,23 lần N-NO3- 6,75 lần P- PO43- 3.5.2 Sức chịu tải tối đa hay kịch nguy hiểm STMT tối đa hiểu lượng chất mà thủy vực khơng khả tự làm sạch, hay thủy vực chết ể xác định ngưỡng mà thủy vực khơng khả tự làm thủy vực chết, chọn mức nồng độ DO = 2mg/l [121] mức nồng độ N- NH4+ = mg/l ; nồng độ P-PO43- = 1mg/l làm ngưỡng 21 Theo kết mơ nồng độ DO toàn vùng nằm khoảng từ 2- mg/l; giá trị BOD5 khoảng 12 -22 mg/l mùa mưa từ – 20mg/l mùa khô; giá trị COD khoảng 40 – 65 mg/l mùa mưa từ 20 - 40 mg/l mùa khô; nồng độ amoni khoảng 1,0 -1,4 mg/l; nồng độ nitrat khoảng 0,3 -0,7 mg/l nồng độ phosphat khoảng 1,0 -1,5 mg/l Hình 3.26 Mơ chất lượng nước đầm phá TG-CH theo kịch đạt mức sức tải tối đa – thời điểm triều xuống, mùa khô Mức tải tối đa đầm phá sau: BOD5 – 89860 tấn/năm; COD – 165707 tấn/năm; N-(NH4++NH3)- 13464 tấn/năm; N-NO3- - 2084 tấn/năm P- PO43- - 30380 tấn/năm Lượng chất thải gấp lượng 22 chất thải thời điểm năm 2011-2012 khoảng 5,84 lần BOD5; 4,10 lần COD; 3,39 lần N- (NH4++NH3); 2,67 lần NNO3- 21,52 lần P- PO43- Ở mức tải này, đầm phá hết khả tự làm sạch, lượng nước biển với nồng độ chất ô nhiễm thấp từ cửa Thuận An, Tư Hiền khơng thể pha lỗng để đưa đầm phá trạng thái “tốt” thích hợp cho sinh vật sống phát triển Lúc này, việc phục hồi hệ sinh thái đầm phá cần nhiều thời gian công sức, tiền 3.5.3 Đề xuất mức sức tải môi trường phù hợp Cơ sở để đề xuất ngưỡng để bảo vệ động thực vật thủy sinh Trong nghiên cứu này, qua tham khảo tài liệu, NCS chọn ngưỡng thông số chất lượng nước DO ≥ 5mg/l; BOD =6mg/l; COD =15mg/l; N-(NH4++NH3) =0,1mg/l P-PO43- =0,045mg/l Khi để chất lượng nước đầm phá không vi phạm ngưỡng sinh thái gây bất lợi đến sinh vật tải lượng chất ô nhiễm phép đổ vào đầm phá sau: BOD5 – 28483 tấn/năm; COD – 59160 tấn/năm; N-(NH4++NH3) - 5391 tấn/năm; N-NO3- - 964 tấn/năm P- PO43- - 2597 tấn/năm Lượng chất thải gấp lượng chất thải thời điểm năm 2011-2012 khoảng 1,74 lần BOD5; 1,46 lần COD; 1,36 lần N-(NH4++NH3); 1,23 lần N-NO3- 1,84 lần P- PO43- 23 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận ã đánh giá nguồn ước tính lượng thải chất nhiễm C, N, P từ hoạt động kinh tế - xã hội hệ đầm phá TGCH giai đoạn 2011 theo kịch phát triển đến năm 2020 năm 2030 Lượng chất thải sinh hoạt – chăn nuôi chiếm tỷ lệ lớn tăng mạnh năm có nguy tiềm ẩn nhiễm mơi trường biển đòi hỏi phải có cơng cụ đánh giá xác STMT để có giải pháp quản lý mơi trường phù hợp Việc sử dụng phần mềm chuyên ngành DELFT-3D hiệu chỉnh thẩm định khu vực nghiên cứu theo phương pháp luận tiên tiến cho phép đánh giá thơng số ảnh hưởng tới q trình phát tán chất nhiễm mơ tương đối xác chất lượng nước theo kịch phát triển Những kết cần thiết phải có giải pháp quản lý mơi trường hiệu u cầu cần đánh giá xác sức chịu tải mơi trường Trên sở hệ thống hóa phương pháp đánh giá sức chịu tải mơi trường mơ hình hiệu chỉnh DELF-3D, tính sức tải mơi trường cho hệ đầm phá TG-CH theo ngưỡng QCVN theo khả tự làm (đồng hóa) đầm phá ây kết có ý nghĩa gợi ý giải pháp quy hoạch quản lý môi trường khu vực nghiên cứu Các kết tính tốn nguồn thải STMT cho hệ đầm phá TG – CH nguồn tài liệu tham khảo quan trọng cho công tác quản lý môi trường ồng thời, luận án hệ thống hóa phương pháp đánh giá sức chịu tải môi trường cho thủy vực ven bờ Việt Nam, áp dụng tính tốn cho thủy vực khác Kiến nghị - Bổ sung cơng cụ mơ hình vào văn hướng dẫn đánh giá STMT nhằm nâng cao độ tin cậy phương pháp đánh giá STMT - Nghiên cứu đánh giá STMT với cách tiếp cận rộng quy trình phân tích phân cấp (AHP) hệ thống số, thị 24 ... tài - Hệ thống hóa phương pháp đánh giá sức chịu tải môi trường cho thủy vực ven bờ Việt Nam - Góp phần xác định sức tải môi trường yếu tố BOD5, COD, N+ NH4 , N-NO 3- P-PO4 3- cho hệ đầm phá Tam Giang. .. mơi trường hiệu u cầu cần đánh giá xác sức chịu tải môi trường Trên sở hệ thống hóa phương pháp đánh giá sức chịu tải mơi trường mơ hình hiệu chỉnh DELF-3D, tính sức tải môi trường cho hệ đầm phá. .. nước hệ đầm phá TG-CH theo kịch đột xuất 2030 – thời điểm triều xuống, mùa mưa 3.5 Tính tốn sức tải môi trƣờng khu vực đầm phá Tam Giang – Cầu Hai hợp chất C, N P 3.5.1 Sức chịu tải môi trường