Đặc điểm phân bố và biến động các yếu tố hóa học môi trường nước biển vịnh bắc bộ

CHƯƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHƠN BÍỂN KC-09 Đ Ể TÀI K C - - BÁO C Á O T Ố N G K Ế T C H U Y Ê N Đ Ê HOA HỌC-MÔĨ TRƯỜN G BIỂN VỊNH B Ắ C BỘ ĐẶC ĐIỂM PHÂN BỐ VÀ BIÊN ĐỘNG CÁC YÊU T Ố HOA HỌC-MÔI TRƯỜN G NƯỚC BIỂN VỊN H BẮC BỘ ĐỐNG CHỦ TRÌ THỰC HIỆN : PGS.TS Đồn Văn Bộ Trung tâm Động lực Môi trường Biển, ĐHKHTN TS Lim Văn Diệu ọ Viện Tài nguyên Môi trường Biên H À N Ộ I 2-2006 CHƯƠNG TRÌNH NGHIÊN c ứ u KHÔN BIÊN KC-09 Đ Ẽ TÀI KC-09-17 BÁO CÁO TỔNG K Ế T CHUYÊN ĐỂ HOA HỌC-MÔI TRƯỜNG BIÊN VỊNH BẮC BÔ ĐẶC ĐIỂM PHÂN BÔ VÀ BIÊN ĐỘNG CÁC Y Ế U T Ố HỌA HỌC-MÔI TRƯỜN G NƯỚC BIỂN VINH BẮC BÔ Những người thực hiện: PGS.TS Đoàn Văn Bộ CN Lê Quốc Huy ' CN Hoàng Đức Hiền Trung tâm Động lực Môi trường Biển, TS Lun Văn Diệu CN Lê Xuân Sinh GN Dương Thanh Nghị Viện Tài nguyên Môi trường HÀ NỘI 2-2006 ĐHKHTN Biển MỤC L Ụ C Mở đầu A MỘT SỐ ĐIÊU KIỆN T ự NHIÊN CHI PHỐI ĐẾN CÁC YẾU T ố HOA HỌC-MÔI TRƯỜNG NƯỚC BI ỂN VỊNH BẮC BỘ B ĐẶC ĐIỂM PHÂN BỐ VÀ BIẾN ĐỘNG CÁC YỂU T ố HOA HỌC-MÔI TRƯỜNG NƯỚC BIỂN VỊNH BẮC BỘ ố ì N H Ó M C Á C CHẤT VÔ c ố 1.1 Trị số pH nước biển 1.2 K h í ô x y hoa tan 1.3 Các muôi dinh dưỡng vô 1.4 Chất rắn lơ lửng tổng số 1.5 Các kim loại li 14 14 l i N H Ó M C Á C CHẤT HỮU C 18 2.1 2.2 2.3 2.4 Các chất hữu tiêu hao Ôxy Hàm lượng dầu nước Hoa chất báo vệ thực vật Năng suất sinh học sơ cấp Kết luận chung 18 21 23 26 29 MỞ Đ Ẩ U Nhóm chun đề "Hoa học 'Mòi trường nước biển Vịnh Sác Bộ" Ban Chủ nhiệm đổ tài KC-09-17 giao thưc nhiêm vụ: Thu thập phàn tích số liệu, tài liệu, tư liệu có (từ Ỉ960 đến nay) yếu tố hoa học-môi trường nước biên vịnh Bắc Bộ xây dựng báo cáo tổng quan chuyên đề Tham gia đạt khảo sát tổng hợp vịnh Bắc Bộ (phần quyền Việt Nam) đề tài tổ chức năm 2003, 2004, thực thu mẫu nước, phàn tích chí tiêu hoa h o o m ô i trường xay dựng báo cáo hiên trạng yếu tố hoa học mồi trường nước biển vịnh Bắc Bộ Tổng hợp toàn số liệu, tư liệu lịch sử cập nhạt đạt kháo sát kể dế xây dựng báo cáo phàn bố biến động yếu tố hoa học môi trường nước biển vịnh BÁC Bộ Trừ yếu tố nhiệt độ độ mi nước biên (do nhóm vật lý-thuv vãn thu thập, phàn tích nghiên cứu đánh giá), yếu tố hoa học mòi trường nước biến vịnh Bắc Bộ quan tàm chuyên đổ gồm 25 tiêu: Ôxy hoa tan (DO), chất rắn lơ lửng (TSS), trị số pH, muối dinh dưỡng (Amơni, Nitrit, Nitrat, Phốtphat, Silícat), nhu cầu ơxỵ sinh học (BOD ), nha cẩu ôxy hoa hoe (COD), kim loai nạng (Cu, Pb, Zn, Cd, A.s, Hg), dầu nước, hoa chất báo vệ thực vạt CƯ Gio (Lindan, Aldrin, Endrin, DieUirin, 4,4'DDD, DDE, 4,4'DDT) suất sinh học sơ cấp Các nhiệm vụ ỉ hoàn thành bàn giao kết nghiên cứu sản phẩm theo yêu cầu, nội dung tiến độ cho Ban nhiệm đề tài Báo cáo tạp trung vào nội đung thứ với tiêu đề "Đặc điểm phân bố biến dông yếu tố hoa học môi trường nước biến vịnh Bắc Bộ" Đ ể xây dựng báo cáo này, số liệu thu chuyến khảo sát quy mõ lớn tai vịnh Bác Bộ năm 2003-2004 đổ tài tổ chức thực hiện, -Số liệu, tư liệu tập hợp từ trước đến huy động mức tối đít, bao gồm từ nguồn: Chương trình hợp tác Việt Trung 1959-1960, Chương trình hợp tác Việt-Xơ 1961-1962, Khảo sát vùng biển khu vực ven bờ Hải Phòng-Quảng Ninh 197 M 972, Điều tra khảo sát vùng biến ven bờ tây vịnh Bắc Bộ 1975-1976, Chương trình Mơi trường 52-02 khảo sát tổng hợp vùng biển ven bờ Bắc Bộ (1981-1985), Khảo sát hoa hoc-mổi trường biển khu vực M óng Cái-Ninh Bình tháng 12-1992 tháng 9-1993, Khảo sát khu vực nam Vịnh Bắc Bộ tháng í0-1992, Khảo sát vùng biên Ba Lạt-Bạch Long Vĩ tháng 8-1994, Khảo sát vùng biển Quảng Ninh tháng 78/2000, tháng 11-12/2000 thang 7-8/2001, H ệ thống trạm quan trắc phân tích mơi trường biển Quốc gia 1995-2003, Chương trình họp tác Việt-Nga điều tra khảo sát thềm lục địa Viêt Nam 1991-1994 (phẩn liên quan đến vịnh Bắc Bơ), WOA-Database (2001) Ngồi tham khảo vấn đề có liên quan đến hoa học mòi trường biển vịnh Bắc Bộ báo cáo đề tài 52-02-02 (19811985), KT-03-07, KT-03-10, KT-03-IÍ, KT-03-21 (1991-1-995), KHCN-06-02 (1996-2000) Qua thời gian thúc nhiệm vụ, với hiểu biết định Hoa học biến Việt Nam nhữn£ kinh nghiêm nghiên cứu, chúng tòi nhân thấy nghiên cứu có hoa học môi trường biển vịnh Bắc Bộ sau: Về khu vực khảo sát: Sau chuyến khảo sát quy mơ tồn vịnh Bắc Bơ trong; chương trình hợp tác Việt-Trung, Việt-Xô từ năm 1959 đến 1962, có nhiêu chuyến điêu tra khảo sát thực khu vực khác thuộc vịnh Bắc Bộ, sons, háu hết tập trung ven bờ tây vịnh từ Quáng Ninh đến Hà Tĩnh từ 30m nước trở vào M ột số chuyến khảo sát hợp tác Việt-Nsa năm 199 ỉ 1994 tai vùng thềm Ịục địa Việt Nam cùns, không vượt kinh tuyến 10S"E khu vực vịnh Bắc Bộ Như trạng thông tin hoa hoe môi trường vùng biển khơi vịnh Bác Bộ nhìn chung chưa nhiều Về c hủng loại c ác yếu tố hoa hoc-môi trường biển: Trước 1975 chù yếu có nhiệt độ, độ muối, pH, Ơxy hoa tan, Phối Silic vơ cơ, từ 1975-1990 có thêm Nitrit (hốc) Nitrat, sau 1990 (nhất ỉa từ sau 1995) có thèm nhiều yếu tố khác hớp chất Nitơ vô (Amỏni, Nitril, Nitrat), BOD, COD, kim loại, ò nhiêm dầu hoa chất bảo vệ thực vật Các yếu tố chí quan tâm trotie, số đề tài, số khu vực biến ven bờ, cửa sông với mức độ thuộc vào mục tiêu nội dung nghiên cứu Về c hất lượng số liệu: Trong đạt kháo sát trước day thường thu mẫu nước bào quán thời gian dài thuộc chuyến kháo sát, sau đợi khảo sát mang vồ phòng thí nghiệm chun mơn đế phân tích Tinh trạng dã làm nhiều yếu tố dinh dưỡng hữu bị biến dổi, dẫn đến kết phân tích bị sai lệch so với giá trị in sim (tại chỗ) cùa pha kháo sát sau này, dược đầu tư trang thiết bị kỹ thuật đại nên nhiều yếu tố đo phân tích trực tiếp trường, đám bảo độ xác tính khách quan cua số liêu Những nhân dinh trẽn cho thấy tính khơng đồng bô loại số [lêu hoa học môi trường biến vinh Bắc Bơ hiên có, dặc biệt bất cáp quy trình thu mầu, phương pháp phàn tích thiết bị sử dụng Điều dó anh hưởng không nhỏ tới việc xác định quy luật phân bố biến động đặc trưng hoa học mối trường nước biển cần quan tâm Tham gia thực nhiệm vụ xây dựng báo cáo có dơn: 1) Trung tâm Động lực Mơi trường Biển, Trườn" Đai học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG Hà N ộ i Nhữna ne ười thực gồm: PGS.TS Đồn Văn Bộ (chủ trì), CN Lê Quốc huy, CN Hoàng Đức Hiền 2) Phán Viện Hải dương học Hủi Phòng - V i ệ n Tài nguyên Môi trường Biến Những người thực hiên gồm: TS Lưu Văn Diệu, CN Lê Xuân Sinh, CN Dương Thanh Nghị) Chúng xin chân thành cảm ơn Ban nhiệm để tài KC-09-Ỉ7 lãnh đạo hai đơn vị tạo nhiều điều kiện để hoàn thành nhiệm vụ, xin cám ơn sư tham gia nhiệt tình đầy trách nhiệm cộng tác viên A MỘT SỐ ĐIỂU KIỆN Tự NHIÊN CHI PHỐI ĐẾN CÁC YỂU T ố HOA HỌC-MÔI TRƯỜNG NƯỚC BIỂN VỊNH BẮC BỘ Vịnh Bắc Bộ nằm phía táy bắc biên Đông tron* khoảng I7"-2I 30'N, 105 40'-nO°E, vịnh biến nơng nửa kín có diên tích khoảng !50.000km , độ sâu trung binh 45m Phía nam vịnh thơng với Biển Đông bằn2; cửa rộng khoảng 270 km từ bán đáo Sơn Trà (Việt Nam) đến mũi Tran Chín" (đáo Hải Nam, T rung Quốc), độ sâu cửa vịnh lOOm Trong vịnh có khoảng 3000 đảo lớn nhó khác nhau, tạp trung chủ yếu ven bờ tây bắc vịnh (Quản" Ninh), có đảo lớn Cai Bầu, Cát Ba, Trà Bản, Vĩnh Thực, Cái Chiên, Ba M ùn i} () Khí hâu vịnh Bắc Bộ dược chìa thành mùa: mùa dông lạnh bát đầu từ tháng 11 đến tháng năm sau, gió hướng bắc dơng-bắc thống trị, mạnh tháng 12, Ì, 2; mùa mùa hè nóng từ tháng đến tháng vói gió hướng nam đông-nam chiếm ưu M ùa mưa ỏ vịnh Bắc Bộ thường trùng với mùa hè, tập trung chủ yêu tháng 7, 8, (phía nam vinh tháng 8, 9, 1.0) chiếm trôn 55% lượng mưa d ì nam Lượng mưa trung binh năm ứ vinh đạt 1500 min, phía bờ tày mưa nhiều phía bờ đỏng, lớn nhát phía tây bắc vịnh ( M ó n s Cái), nhò bờ tây đảo Hài Nam Vịnh Bắc Bộ có nhiều sơng đổ ra, táp trung chủ yếu ven bờ tây (phía Việt Nam), đáng kể sơng Văn ú c , Thái Bình, Trà Lý, sòng Hổng, sơng Mã, sông Cá với chế độ nước lưu lượng nước tái biển sơng có biến dộng theo mùa Đạc điểm với đạc diêm chế độ triều nhạt triều vịnh (nhật triều phía bắc, khơng đểu phía nam) làm cho tương tác bicn-ỉục địa nói chung, tương tác hoa học biển-ỉục địa nói riêng vịnh Bác Bộ diễn liên tục, mạnh mẽ cường độ tương tác biến động theo mùa Điêu dan tiến bất lợi cho môi trường nước biển khu vực ven bờ, (à vài chục nam gần hoạt động kinh tế-xã hội phát triển mạnh mẽ Hệ thống hoàn lưu khối nước vịnh Bắc Bộ cung có đạc trưng riêng liên quan đến điều kiện tự nhiên đạc thù cùa vịnh Khối nước tạnh ven bờ tây hình thành vùng tây bác vịnh từ đầu mùa đông tổn thời gian 3-4 tháng Do dòng chảy mùa đông chi phối nên khối nước xâm nhập sâu xuống phía nam Trong q trình dịch chuyển, nhiệt độ tâng lên, độ muối giảm ảnh hưởng nước cửa sòng Khối nước mạt ngối khơi nam Biến Đơng chiếm hầu hết nửa phía đòng vịnh mùa đòng phần lớn vịnh mùa hè Trong mùa đông, khối nước bị biến tính tác dộng cùa gió mùa đơng bác Khối nước nhạt-lợ ven bờ mùa hè hình thành từ khu vực cửa sơng (đáng kể sòng Hồng sơng Lam), lan rộng đến độ sâu 20-30m Đây khối nước cỏ độ muối thấp, nhiệt độ cao, giàu dinh dưỡng có khả bị ô nhiễm số yếu tố từ lục địa tải Khối nước trồi nhỏ hẹp khu vực bác Đèo Ngang có đặc trưng vạt lý ổn định tồn thời gian không dài Những điều kiện tự nhiên vịnh Bắc Bộ kể dã chi phối trực tiếp gián tiếp với quy mô mức độ khác đến phân bố biến động yếu tố hoa học môi trường biển vịnh Bắc Bộ Cùng với điểu đó, nhiều q trình hải dương đặc thù cùa vịnh tạo nên đa dạng sính cảnh, góp phán trì ổn định sức sản xuất sơ cấp vịnh mức độ cao B ĐẶC ĐIỂM PHÂN B Ố VÀ BIÊN ĐỘNG CÁC YẾU T ố HOA HỌC-MÔI TRƯỜNG NƯỚC BIỂN VỊNH B Ắ C B Ộ ì N H Ĩ M C Á C C H Ấ T V Ô c 1.1 Trị sô pH nước biển Nước biển khơi vịnh Bắc B ộ mang đặc trưng kiềm yếu có trị số pH ổn định, biến đổi khoảng 8,00 đến 8,40 M ặc dù nồng độ lon Hydro nước biển nhỏ (10 - ion-gam/ỉ) c ó nhiều q trình, nhân tố chi phối đến chúng (vật lý, hoa học, sinh học, hoạt động kinh tế-xã hôi làm ô nhiễm môi trường )* song hệ thống điều hoa tự động pH biển hoạt động tốt, có liên quan đến tương tác biển-khí thống qua q trình trao đổi khí COo nên tính kiềm yếu nước biển vịnh Bắc B ộ bất biến Đặc trưng khẳng định từ năm 1959-1960 kết chương trình khảo sát hợp tác Viẹt-Trung, Việt-Xơ tiếp tục khẳng định tất đạt khảo sát sau này, ví dụ dẫn bảng ì hình Ì Bảng 1: Phán bổ pH nước biển theo độ sâu ngày 6-10-1992 cửa vịnh (108°E, 17°20'N) (theo số liệu khảo sát Chương trình họp tác Việt-Nga 1991-1994) JLímL pH _ 8.14 rai na 8.13 nu 10 8,12 li 8.11 ^817 m run 25 8.11 8.10 10S 1« 30 8.08 IM 31 8.08 107 50 8.07 108 58 8.07 75 8.00 loa 82 8.00 no 103 Hình 1: Phân bơ trị so pH nước tầng mật đạt khảo sát tháng 3,4 năm 2004 (bên trái) táng ỈOm đớt khảo sát tháng năm 2004 (bẽn phái) -đè tài KC-09-17 Tại nửa phía tây vịnh, khu vực ven bờ, cửa sơng lân cận, tính chất kiềm yếu bảo toàn song trị số pH nước biển có dao động lớn so với nước biển khơi, giá trị thường biến đổi khoảng 7,2 đến 8,3 (hình 2, hình 3) Ngay trạm quan trắc mơi trường Hòn Dâu, giá trị pH đo thường nhỏ 8, vào tháng mùa mưa có mẫu đạt 7,2 Đặc điểm có liên quan chặt chẽ với quy mô (cả không gian thời gian) cường độ q trình tương tác biển-lục địa, theo khối nước lợ có pH thấp từ cửa sống đổ lan tràn hầu khắp vùng biển ven bờ Cũng với nguyên nhân làm pH nước biển ven bờ phía bắc vịnh thường nhỏ khu vực phía nam Theo độ sâu, xu pH giảm thể hầu hết khu vực khác vịnh, song đặc trưng xáo trộn thẳng đứng theo mùa vùng biển nông mà mùa đông phân tầng pH thể không rõ (do xáo trộn mạnh) Tính chất biến đối mùa pH nước biển thể không rõ, thường gặp thấy xu pH mùa hè cao mùa đông phụ thuộc vào thay đổi nhiệt độ nước năm Tuy nhiên, nhiều trình chi phổi, đặc biệt trình quang hợp thực vật nên c ó nhiều nơi (nhất khu vực ven bờ) xu hiện, làm cho pH c ó thể có nhiều cực trị năm (hình 2) Hình 2: Biến trình năm pH nước tầng mặt trạm ven bờ: 8.1 8,05 í — — t T I T I -ị T i T —-+———4—-——-4————f——-+•—-——Ị T T T T T T no T 1 T I Tháng 7201 - Quảng Ninh, 7301 - Hải Phòng, 7901 - Quảng Bình (Khảo sát Việt-Xơ) Hình 3: Phân bô pH vùng biển Quảng Ninh tháng 8-2000 (Đề tài KĐL-CIS-01) Có thể khẳng định lừ năm 1960 đến trị số pH nước biển vịnh Bắc Bộ khơng có biến đổi đặc biệt gì, tính chất kiềm yếu nước biển ổn định Mặc dù có đao động định song theo Tiêu chuẩn Việt N am (TCVN -59431995) trị số pH nước biển vịnh Bắc Bộ nằm giới hạn cho phép hình thức sử đụng ni trồng thúy sản, bãi tắm Một nhận xét trực quan mang tính định tính từ số liệu thu thập trị số pH nước biển thấp chút so với thời kỳ trước đây? (hình 4) Điều phải nghiên cứu thêm, song cho tượng có liên quan chặt chẽ vói lượng khí C ngày gia tăng khí quy mơ biến đổi có tính tồn cầu Lượng khí C khí gia táng đồng nghĩa với việc áp suất riêng khí tăng lên, mơi trường nước biển tiếp nhận việc tạo thành axit Cacbonic phân ly làm nồng đô lon Hyđro nước biển tăng lên 2 Hình 4: Tất giá trị pH gập đợi khảo sát Việt-Xơ 1959-1962 (bên trái), Móng Cáỉ-Ninh Bình 1992-1993 (giữa) đề tài KC-09-17 năm 2003-2004 (bén phải) 1.2 Khí Ơxy hòa tan (Dissolveđ Oxygen - DO) Theo kết phân tích từ Cơ sử liệu Hải dương học 1960-1994 Trung tâm Động lực Môi trường Biển (ĐHKHTN), Át lát đại dương giới (WOADatabase) nguồn số liệu có khác, nồng độ DO nước tầng mật vịnh Bắc Bộ thường dao động khoảng 3-6 mỉ/ỉ (tương đương 4,3-8,5 mg/1) biến đổi vứi xu giảm từ mùa đơng sang mùa hè, có liên quan đến nhiệt độ nước (hình 5, 6) Số liệu phân tích từ WOA vịnh Bắc Bộ cho thấy giá trị trung bình DO mùa là: mùa Đông 7,19 mg/1 (cao nhất), mùa Xuân 6,82, mùa Hè 6,39 (thấp nhất) mùa Thu 6,57 mg/1 Theo phương ngang, DO giảm từ bờ khơi có xu giảm từ bắc vào nam, liên quan đến hoạt động quang hợp mạnh khu vực biển ven bờ, cửa sơng, vùng triều (hình 6) Kết khảo sát vùng biển ven bờ Quảng Ninh năm 2000 cho thấy nồng độ DO có giá trị 6,5-8 mg/ì (hình 7) Theo độ sâu, DO thể biến đổi vùng biển khơi 30m, rõ mùa hè liên quan đến hoạt động quang rõ quỵ luật giảm từ mặt đến đáy Nét đặc biệt vịnh Bắc Bộ xuất cực đại DO lớp 20dẫn chứng bảng Đặc điểm có hợp thực vật thường xảy mạnh lóp nước mặt Ở khu vực biển có độ sâu