Nghiên cứu, đánh giá một số chỉ tiêu ô nhiễm bằng phương pháp mô hình hóa làm cơ sở đề xuất một số giải pháp cải thiện chất lượng nước biển ven bờ vịnh cửa lục, vịnh hạ long

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG Trần Đức Dũng NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ MỘT SỐ CHỈ TIÊU Ơ NHIỄM BẰNG PHƯƠNG PHÁP MƠ HÌNH HĨA, LÀM CƠ SỞ ĐỀ XUẤT MỘT SỐ GIẢI PHÁP CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG NƯỚC BIỂN VEN BỜ VỊNH CỬA LỤC, VỊNH HẠ LONG, QUẢNG NINH Chuyên ngành: Công nghệ môi trường nước nước thải Mã số: 9520320 -2 LUẬN ÁN TIẾN SỸ Hà nội, năm 2020 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG Trần Đức Dũng NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ MỘT SỐ CHỈ TIÊU Ô NHIỄM BẰNG PHƯƠNG PHÁP MƠ HÌNH HĨA, LÀM CƠ SỞ ĐỀ XUẤT MỘT SỐ GIẢI PHÁP CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG NƯỚC BIỂN VEN BỜ VỊNH CỬA LỤC, VỊNH HẠ LONG, QUẢNG NINH Chuyên ngành: Công nghệ môi trường nước nước thải Mã số: 9520320 -2 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC GS.TS Trần Hiếu Nhuệ PGS.TS Trương Văn Bốn Hà nội, năm 2020 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi, số liệu, kết trình bày luận án hoàn toàn trung thực chưa cơng bố cơng trình nghiên cứu khác Tác giả Trần Đức Dũng ii LỜI CẢM ƠN Luận án hoàn thành kết trình học tập, nghiên cứu tác giả, với giúp đỡ vô quý báu, tận tình Thầy giáo hướng dẫn, sở đào tạo, quan chủ quản, hệ nhà khoa học trước đồng nghiệp Em xin chân thành cám ơn Thầy giáo, GS.TS.NGND Trần Hiếu Nhuệ PGS TS Trương Văn Bốn tận tình bảo, hướng dẫn suốt trình thực Luận án Xin cám ơn Bộ mơn Cấp nước, Khoa Kỹ thuật môi trường, Khoa Sau đại học, Trường Đại học Xây dựng chuyên gia, đồng nghiệp tạo điều kiện, hỗ trợ giúp đỡ NCS trình thực chương trình học tập trường Xin cám ơn Viện nghiên cứu KHKT Bảo hộ lao động (nay Viện KHKT An toàn vệ sinh lao động Việt Nam), với tạo điều kiện cho trình học tập nghiên cứu; đồng thời hỗ trợ thực Đề tài: “Nghiên cứu, mô đánh giá lan truyền số kim loại nặng nguồn gốc công nghiệp gây ô nhiễm môi trường nước ven biển Vịnh Hạ Long”, bước đầu tạo tiền đề cho hướng nghiên cứu Luận án Xin cám ơn Lãnh đạo Phịng thí nghiệm Trọng điểm quốc gia Động lực học Sông biển- Viện khoa học Thủy lợi Việt Nam, đồng nghiệp, chuyên gia Trung tâm Động lực học sông biển đóng góp ý kiến quý báu, đồng thời hỗ trợ tác giả quyền phần mềm sử dụng trình thực Luận án Xin chân thành cám ơn đến Công ty CP Kỹ thuật môi trường Đô thị nông thôn (CEETRA), bạn bè gia đình đồng hành tác giả suốt thời gian làm Luận án Trân trọng cám ơn Tác giả Trần Đức Dũng iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT…………………………… vi DANH MỤC CÁC BẢNG viii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ xii MỞ ĐẦU CHƯƠNG - TỔNG QUAN HIỆN TRẠNG Ô NHIỄM VÙNG VEN BIỂN VÀ CÁC NGHIÊN CỨU VỀ Ô NHIỄM VÙNG VEN BIỂN 1.1 Các nguồn thải trạng ô nhiễm vùng ven biển giới 1.1.1 Một số khái niệm, định nghĩa 1.1.2 Các nguồn thải trạng ô nhiễm vùng ven biển giới 1.2 Các nguồn thải trạng ô nhiễm vùng ven biển Việt Nam 11 1.2.1 Các nguồn thải vùng ven biển Việt Nam 11 1.2.2 Hiện trạng ô nhiễm vùng ven biển Việt Nam 15 1.3 Tổng quan nghiên cứu ô nhiễm vùng biển Việt Nam 19 1.3.1 Các nghiên cứu áp dụng số chất lượng nước, tổng hợp phân tích kết quan trắc, đo đạc 19 1.3.2 Nghiên cứu sử dụng mơ hình tốn áp dụng cho ô nhiễm biển ven bờ 22 1.3.3 Nghiên cứu ứng dụng ảnh viễn thám đánh giá chất lượng nước ven bờ 26 1.4 Tổng quan nghiên cứu ô nhiễm nước vịnh Cửa Lục 27 1.4.1 Khái quát chung khu vực nghiên cứu 27 1.4.2 Tình hình nghiên cứu chất lượng nước vịnh Cửa Lục 32 1.4.3 Hướng phát triển, nghiên cứu vấn đề trọng tâm Luận án 36 CHƯƠNG – CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐÁNH GIÁ TẢI LƯỢNG MÔI TRƯỜNG KHU VỰC VỊNH CỬA LỤC, VỊNH HẠ LONG 38 2.1 Sức chịu tải môi trường khả tự làm lưu vực .38 2.1.1 Cơ sở ước tính tải lượng nguồn thải khu vực 39 2.1.2 Dự báo tải lượng ô nhiễm phát sinh 47 2.1.3 Các tính tốn sức tải môi trường khu vực nghiên cứu 47 2.1.4 Đánh giá khả tự làm thuỷ vực 49 2.2 Các nguồn thải vịnh Cửa Lục - vịnh Hạ Long 50 2.2.1 Nguồn thải sinh hoạt từ khu vực dân cư du lịch 50 iv 2.2.2 Nguồn thải từ hoạt động công nghiệp 53 2.2.3 Nguồn thải từ hoạt động chăn nuôi nuôi trồng thủy sản 56 2.2.4 Nguồn thải từ hoạt động giao thông vận tải, cảng biển 56 2.2.5 Nguồn tác động từ hoạt động lấn biển rửa trôi đất 57 2.3 Mơ hình dịng chảy tải lượng ô nhiễm lưu vực- SWAT 58 2.3.1 Cân nước lưu vực 59 2.3.2 Q trình dịng chảy hệ thống sơng 61 2.3.3 Ý nghĩa việc sử dụng mơ hình SWAT 63 2.4 Các mơ hình số phục vụ mô chất lượng nước 63 2.4.1 Mơ hình EFDC (Mỹ) 63 2.4.2 Mơ hình Delft3D-WAQ (Hà Lan) 64 2.4.3 Mô hình MIKE21 (Đan Mạch) 66 2.4.4 Mơ hình khuyếch tán POL-2D 68 2.4.5 Mơ hình nhóm tác giả Đại học khoa học tự nhiên .69 2.4.6 Phân tích lựa chọn mơ hình tính tốn chất lượng nước 69 2.5 Mạng lưới quan trắc chất lượng nước sông vịnh cửa Lục - vịnh Hạ Long 71 2.6 Đánh giá khả tiếp nhận chất ô nhiễm thủy vực 72 CHƯƠNG - KẾT QUẢ MÔ PHỎNG CHẤT LƯỢNG NƯỚC BIỂN VEN BỜ VỊNH CỬA LỤC, VỊNH HẠ LONG 74 3.1 Tải lượng ô nhiễm dự báo tải lượng ô nhiễm đổ vào vịnh Cửa Lục 74 3.1.1 Tải lượng chất gây ô nhiễm 74 3.1.2 Dự báo tải lượng chất gây ô nhiễm 81 3.1.3 So sánh tải lượng chất gây ô nhiễm phát sinh đưa vào vịnh (năm 2018) dự báo (năm 2030) 87 3.2 Thiết lập mô hình tính tốn 88 3.2.1 Tài liệu sử dụng 88 3.2.2 Xây dựng lưới tính 89 3.2.3 Hiệu chỉnh mơ hình thủy lực 89 3.2.4 Hiệu chỉnh mơ hình chất lượng nước 93 3.3 Mô trạng 2018 (Scenario 1) 99 3.3.1 Thủy động lực 99 v 3.3.2Mơ hình chất lượng nước 3.4 Kịch mô dự báo đến 2030 (Scenario 2) 3.4.1Nhóm chất hữu 3.4.2Nhóm dinh dưỡng 3.4.3Nhóm kim loại nặng 3.5 Đánh giá khả tiếp nhận chất ô nhiễm trạng (2018) dự báo (2030) 3.5.1 Đánh giá khả tiếp nhận chất ô nhiễm trạng (2018) 3.5.2 Dự báo tổng lượng chất gây nhiễm tích lũy nước biển khả tiếp nhận đến 2030 CHƯƠNG 4- ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG NƯỚC BIỂN VEN BỜ VỊNH CỬA LỤC- VỊNH HẠ LONG 4.1 Cơ sở đề xuất giải pháp 4.1.1 Cơ sở khoa học: 4.1.2 Cơ sở thực tiễn 4.2 Nhóm giải pháp phi cơng trình 4.2.1 Tăng cường thể chế sách 4.2.2 Điều chỉnh quy hoạch phát triển quy hoạ 4.2.3 Hoàn thiện hệ thống quan trắc, cảnh báo nguồn thải 4.2.4 Sử dụng công cụ kinh tế môi trường 4.2.5 Xã hội hố bảo vệ mơi trường vịnh, thơng nâng cao nhận thức xây dựng ý thức cộng đồng bảo vệ mơi trường vịnh 4.3 Nhóm giải pháp cơng trình 4.3.1 Giải pháp xử lý nước thải sinh hoạt: 4.3.2 Giải pháp xử lý nước thải công nghiệp- hầm l KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC D Ký hiệu T ASEAN A S BOD5 B COD C CLN DO D EFDC E GIS G GESAMP G A P GPA HSCTM H C IMO In KLN MODIS M S NASH N c NBVB NOAA N vii Administration Commissioned Corps Đại dương Quốc gia Ô nhiễm môi trường biển; ONMTB RACE Rapid Assessment Coastal Environment Phương pháp đánh giá nhanh môi trường ven biển PL- 33 10 Bảng PL5 13: Tính tốn tải lượng chất gây nhiễm nguồn gốc từ chăn nuôi đưa vào khu vực nghiên cứu năm 2018 (tấn/năm) TT PL- 34 Bảng PL5 14: Tính tốn tải lượng chất gây nhiễm nguồn trực tiếp vịnh đưa vào khu vực nghiên cứu năm 2018 (tấn/năm) TT DỰ BÁO TẢI LƯỢNG CÁC NGUỒN GÂY Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG NƯỚC VỊNH CỬA LỤC (2030) Dựa số liệu từ quy hoạch phát triển kinh tế - xã hội chung tỉnh, khu vực nghiên cứu, quy hoạch phát triển ngành quy hoạch phát triển kinh tế- xã hội thành phố, huyện, thị liên quan, tính tốn tải lượng chất gây nhiễm phát sinh theo giai đoạn 2018 2030 theo phương pháp tương ứng trình bày 2.1 Dự báo tải lượng chất gây ô nhiễm phát sinh từ nguồn xả thải 2.1.1 Dự báo tải lượng chất gây ô nhiễm phát sinh từ dân cư khách du lịch a Nguồn thải từ dân cư Đến năm 2030, theo quy hoạch dân số dự kiến thành phố Hạ Long 570.000 người huyện Hoành Bồ 78.000 người[39] Với phát triển kinh tế- xã hội, chế độ dinh dưỡng cải thiện theo xu hướng tăng dần hàm lượng chất dinh dưỡng, với giả định nồng độ chất nước thải tăng thêm 1%/1 năm, từ năm 2018 tính đến năm 2030; hàm lượng chất nồng độ chất m nước thải sinh hoạt tăng thêm 13% Bảng PL5 15: Tính tốn tải lượng nhiễm phát sinh từ sinh hoạt người dân khu vực năm 2030 (tấn/năm.) PL- 35 TT b Nguồn thải từ hoạt động du lịch: Theo quy hoạch dự kiến, sô ngày lưu trú cảu khách du lịch khu vực nghiên cứu tăng lên 06 ngày/năm, tỷ lệ thu gom nước thải tăng lên khoảng 15,13%.[38] [39] Bảng PL5 16: Tính tốn tải lượng ô nhiễm phát sinh từ khách du lịch khu vực năm 2030 (tấn/năm) TT Chất ô nhiễm COD BOD5 N-T PL- 36 P-T - NO3 NO2 + NH4 PO4 3- TSS 2.1.2 Dự báo tải lượng chất gây ô nhiễm phát sinh từ công nghiệp a Dự báo tải lượng từ ngành khai thác than: Theo quy hoạch phát triển ngành than quy hoạch chung phát triển tỉnh Quảng Ninh, dự kiến lượng nước thải khai thác than vào 2030 khu vực thành phố Hạ Long huyện Hoành Bồ vào khoảng 59,85 triệu m [38] [39] Bảng PL5 17: Tính tốn tải lượng chất gây nhiễm phát sinh từ hoạt động ngành than khu vực vịnh cửa Lục- vịnh Hạ Long năm 2030 (tấn/năm) TT Chất ô nhiễm COD BOD5 N-T P-T NH4 Fe + Mn TSS b Dự báo tải lượng từ ngành công nghiệp thực phẩm: PL- 37 Bảng PL5 18: Tính tốn tải lượng chất gây ô nhiễm phát sinh từ ngành công nghiệp thực phẩm khu vực vịnh cửa Lục- vịnh Hạ Long năm 2030 (tấn/năm) Chất ô TT nhiễm COD BOD5 N-T P-T - NO3 + NO2 - + NH4 PO4 3- V thải 2.1.3 Dự báo tải lượng chất gây ô nhiễm phát sinh từ chăn ni Với tốc độ tăng trưởng trung bình 4,2%/năm, đến năm 2030 đàn gia súc, gia cầm khu vực tăng 1,6 lần so với (2018) Bảng PL5 19: Tính tốn tải lượng chất gây ô nhiễm phát sinh chăn nuôi khu vực Hạ Long năm 2030 (tấn/năm) TT Chất ô nhiễm PL- 38 COD BOD5 N-T P-T NO3 - +NO2 + NH4 PO4 3- TSS Số lượng Bảng PL5 20: Tính tốn tải lượng chất gây ô nhiễm phát sinh chăn nuôi khu vực Hoàng Bồ năm 2030 (tấn/năm) T T Chất ô nhiễm COD BOD5 N-T P-T NO3- +NO2 PL- 39 + NH4 PO4 TSS 3- Số lượng 2.1.4 Dự báo tải lượng chất gây ô nhiễm phát sinh từ nuôi trồng thủy sản Theo quy hoạch, tải lượng chất gây ô nhiễm phát sinh từ nuôi thuỷ sản khu vực đến năm 2030 tăng cao so với (2018) Bảng PL5 21: Tính tốn tải lượng chất gây ô nhiễm phát sinh nuôi trồng thủy sản khu vực Hạ Long năm 2030 (tấn/năm) TT Bảng PL5 22: Tính tốn tải lượng chất gây ô nhiễm phát sinh nuôi trồng thủy sản khu vực Hoành Bồ năm 2030 (tấn/năm) TT Chất ô nhiễm PL- 40 2.2 Tải lượng ô nhiễm đưa vào Vịnh Cửa Lục dự báo năm 2030 Tương tự phương pháp tính mục 1.2, tải lượng chất ô nhiễm đưa vào vịnh Cửa Lục năm 2030 dự báo sau: Bảng PL5 23: Tính tốn tải lượng chất gây ô nhiễm nguồn gốc từ sinh hoạt đưa vào khu vực nghiên cứu năm 2030 (tấn/năm) TT PL- 41 Bảng PL5 24: Tính tốn tải lượng chất gây nhiễm nguồn gốc từ chăn nuôi đưa vào khu vực nghiên cứu năm 2030 (tấn/năm) TT ... CHƯƠNG - KẾT QUẢ MÔ PHỎNG CHẤT LƯỢNG NƯỚC BIỂN VEN BỜ VỊNH CỬA LỤC, VỊNH HẠ LONG; - CHƯƠNG 4- ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG NƯỚC BIỂN VEN BỜ VỊNH CỬA LỤC, VỊNH HẠ LONG; - KẾT LUẬN VÀ KIẾN...BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG Trần Đức Dũng NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ MỘT SỐ CHỈ TIÊU Ơ NHIỄM BẰNG PHƯƠNG PHÁP MƠ HÌNH HĨA, LÀM CƠ SỞ ĐỀ XUẤT MỘT SỐ GIẢI PHÁP CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG NƯỚC... tượng nghiên cứu: Chất lượng nước biển ven bờ vịnh Cửa Lục, vịnh Hạ Long, Quảng Ninh Trong phạm vi luận án, chất lượng nước biển ven bờ đánh giá thơng qua 06 tiêu: nhu cầu oxy hóa sinh hóa +