Nghiên cứu phân vùng chất lượng nước vùng biển ven bờ hải phòng bằng chỉ số chất lượng nước

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ  Lê Văn Nam NGHIÊN CỨU PHÂN VÙNG CHẤT LƯỢNG NƯỚC VÙNG BIỂN VEN BỜ HẢI PHÒNG BẰNG CHỈ SỐ CHẤT LƯỢNG NƯỚC LUẬN ÁN TIẾN SĨ QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG Hà Nội - 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ  Lê Văn Nam NGHIÊN CỨU PHÂN VÙNG CHẤT LƯỢNG NƯỚC VÙNG BIỂN VEN BỜ HẢI PHÒNG BẰNG CHỈ SỐ CHẤT LƯỢNG NƯỚC LUẬN ÁN TIẾN SĨ QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG Chuyên ngành: Quản lý tài nguyên môi trường Mã số: 9850101 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Lê Xuân Sinh GS.TS Đặng Thị Kim Chi Hà Nội - 2021 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan Luận án "Nghiên cứu phân vùng chất lượng nước vùng biển ven bờ Hải Phòng số chất lượng nước" cơng trình riêng thân tơi Các số liệu kết luận án trung thực, chưa sử dụng luận án khác Hà Nội, ngày tháng năm 2021 LÊ VĂN NAM ii LỜI CẢM ƠN Trước tiên, cho phép bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc tới TS Lê Xuân Sinh GS.TS Đặng Thị Kim Chi - thầy cô hướng dẫn khoa học, tạo điều kiện tối đa, truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm, hướng dẫn thực đề tài viết luận án, đồng thời ln động viên tơi suốt q trình thực luận án Tôi xin trân trọng cảm ơn Học viện Khoa học Công nghệ, thầy cô khoa Khoa học Công nghệ biển động viên tạo điều kiện thuận lợi cho hồn thành luận án Tơi xin trân trọng cảm ơn Ban lãnh đạo Viện Tài nguyên Môi trường biển, Phịng Hóa Mơi trường biển ln động viên tạo điều kiện cho tơi q trình thực luận án Cuối cùng, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới gia đình ln chỗ dựa vững cho tơi suốt q trình thực luận án Hà Nội, ngày…… tháng……năm 2021 Nghiên cứu sinh LÊ VĂN NAM iii MỤC LỤC MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT viii DANH MỤC CÁC BẢNG ix DANH MỤC CÁC HÌNH xi MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan số chất lượng nước 1.1.1 Khái niệm số chất lượng nước 1.1.2 Quy trình xây dựng số WQI 1.1.2.1 Lựa chọn thơng số tính WQI 1.1.2.2 Tính tốn số phụ (chuyển đổi thông số thang đo) 1.1.2.3 Xác định trọng số thơng số tính WQI 1.1.2.4 Tính tốn số cuối (tính giá trị WQI theo cơng thức tốn học xác định) 1.1.2.5 Xây dựng thang phân loại chất lượng nước theo WQI .10 1.1.3 Tình hình nghiên cứu ứng dụng WQI giới Việt Nam 11 1.1.3.1 Trên giới 11 1.1.3.2 Tại Việt Nam 13 1.1.4 Ưu điểm hạn chế WQI 16 1.1.5 Nhận xét 18 1.2 Tình hình nghiên cứu phân vùng chất lượng nước biển 19 1.3 Giới thiệu chung khu vực nghiên cứu 20 1.3.1 Vị trí địa lý 20 1.3.2 Đặc điểm khí tượng, thuỷ - hải văn 21 1.3.2.1 Đặc trưng khí hậu 21 1.3.2.2 Đặc điểm thủy văn sông hải văn 22 1.3.3 Đặc điểm địa hình, địa chất 23 1.3.3.1 Đặc điểm địa hình 23 1.3.3.2 Đặc điểm địa chất 24 1.3.4 Hiện trạng đa dạng sinh học 24 1.3.4.1 Các hệ sinh thái 24 iv 1.3.4.2 Đa dạng sinh học 27 1.4 Các nguồn thải tác động đến chất lượng nước vùng biển ven bờ Hải Phòng 28 1.4.1 Nguồn thải phát sinh 28 1.4.2 Nguồn thải đưa vào 29 CHƯƠNG PHẠM VI, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU31 2.1 Phạm vi nghiên cứu 31 2.1.1 Phạm vi địa lý 31 2.1.2 Phạm vi vấn đề nghiên cứu 31 2.2 Đối tượng nghiên cứu 32 2.3 Cách tiếp cận 32 2.3.1 Các bước thực vấn đề nghiên cứu 32 2.3.2 Tiếp cận hệ thống 33 2.3.3 Tiếp cận liên ngành 33 2.3.4 Tiếp cận quản lý biển theo không gian 33 2.4 Các phương pháp nghiên cứu 34 2.4.1 Thu thập phân tích, đánh giá tổng hợp thừa kế liệu .34 2.4.2 Phương pháp xây dựng số chất lượng nước 34 2.4.2.1 Lựa chọn thông số tính WQI 35 2.4.2.2 Phương pháp phân nhóm thơng số chất lượng nước 38 2.4.2.3 Xây dựng số phụ (qi) 39 2.4.2.4 Xác định trọng số thông số tính WQI 40 2.4.2.5 Đánh giá, lựa chọn cơng thức tính WQI 41 2.4.2.6 Xây dựng thang phân loại chất lượng nước theo WQI .42 2.4.2.7 Kiểm nghiệm công thức WQI 42 2.4.3 Phương pháp phân vùng chất lượng nước theo WQI 42 2.4.3.1 Phương pháp nội suy không gian 43 2.4.3.2 Số hóa đồ 44 2.4.3.3 Thiết lập hệ tọa độ 44 2.4.3.4 Tỷ lệ đồ 45 2.4.3.5 Xây dựng giải 45 2.4.3.6 Biên tập kỹ thuật 45 v 2.4.4 Phương pháp mô lan truyền chất ô nhiễm thủy vực 45 2.4.5 Phương pháp điều tra, khảo sát chất lượng nước phân tích phịng thí nghiệm 52 2.4.5.1 Vị trí thời gian quan trắc 52 2.4.5.2 Thông số quan trắc 53 2.4.5.3 Phương pháp thu mẫu, bảo quản mẫu, đo đạc trường phân tích phịng thí nghiệm 53 2.4.6 Phương pháp hỗ trợ 55 2.4.6.1 Phương pháp đánh giá rủi ro ô nhiễm môi trường nước biển 55 2.4.6.2 Phương pháp xử lý số liệu 56 CHƯƠNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 57 3.1 Chất lượng nước vùng biển ven bờ Hải Phòng 57 3.1.1 Hiện trạng diễn biến chất lượng nước vùng biển ven bờ Hải Phịng 57 3.1.1.1 Các yếu tố hóa lý 57 3.1.1.2 Các chất hữu tiêu hao ôxy 61 3.1.1.3 Các muối dinh dưỡng chlorophyll-a 65 3.1.1.4 Các tác nhân ô nhiễm 72 3.1.1.5 Cacbon (DIC, DOC, POC) 79 3.1.1.6 Đánh giá chung chất lượng nước rủi ro ô nhiễm môi trường nước vùng biển ven bờ Hải Phòng 80 3.1.2 Khả lan truyền chất ô nhiễm nước vùng biển ven bờ Hải Phòng 83 3.1.2.1 Thủy động lực trao đổi nước 83 3.1.2.2 Kết mô lan truyền chất ô nhiễm nước 86 3.2 Thiết lập số chất lượng nước cho vùng biển ven bờ Hải Phòng 91 3.2.1 Phân tích lựa chọn thơng số tính tốn WQI 91 3.2.1.1 Kết phân tích PCA thông số chất lượng nước .91 3.2.1.2 Nhận xét 92 3.2.2 Xác định trọng số thơng số tính WQI 98 3.2.3 Phân tích lựa chọn hàm tổng hợp WQI (tổng quát) 99 3.2.3.1 Đánh giá nhược điểm hàm tổng hợp (WQI) sử dụng thường xuyên 99 vi 3.2.3.2 Đề xuất cơng thức tính WQI tổng qt cho vùng biển ven bờ Hải Phịng 101 3.2.4 Phân nhóm thơng số tính WQI 102 3.2.5 Xác định trọng số nhóm thơng số tính WQI .103 3.2.6 Kết thiết lập WQI áp dụng cho vùng biển ven bờ Hải Phòng 103 3.2.7 Xây dựng số phụ giản đồ số phụ 104 3.2.8 Xây dựng thang phân loại WQI cho vùng biển ven bờ Hải Phòng 108 3.2.9 Kiểm nghiệm cơng thức tính WQI cho vùng biển ven bờ Hải Phịng 110 3.2.10 So sánh cơng thức tính WQI xây dựng với số công thức khác 110 3.2.11 Đánh giá chung cơng thức tính WQI cho vùng biển ven bờ Hải Phòng 112 3.3 Phân vùng chất lượng nước vùng biển ven bờ Hải Phòng 113 3.3.1 Cơ sở phân vùng chất lượng nước vùng biển ven bờ Hải Phòng 113 3.3.2 Kết phân vùng chất lượng nước vùng biển ven bờ Hải Phòng 114 3.3.2.1 Kết phân vùng chất lượng nước mùa khô 116 3.3.2.2 Kết phân vùng chất lượng nước mùa mưa .120 3.3.2.3 Tổng hợp đánh giá kết phân vùng chất lượng nước 125 3.4 Đề xuất giải pháp bảo vệ môi trường nước vùng biển ven bờ Hải Phòng 127 3.4.1 Mục tiêu bảo vệ chất lượng nước vùng biển ven bờ Hải Phòng 127 3.4.2 Giải pháp chung 128 3.4.3 Giải pháp quản lý 128 3.4.3.1 Định hướng quản lý hoạt động sử dụng vùng chất lượng nước vùng biển ven bờ Hải Phòng 128 3.4.3.2 Kiểm soát nguồn phát thải đưa biển 130 3.4.4 Giải pháp kỹ thuật 131 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 133 KẾT LUẬN 133 KHUYẾN NGHỊ 134 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ 136 TÀI LIỆU THAM KHẢO 137 PHẦN PHỤ LỤC 151 Phụ lục 1: Tổng hợp tình hình nghiên cứu ứng dụng WQI giới Việt Nam i vii Phụ lục 2: Giá trị DObão hòa theo nhiệt độ, độ mặn áp suất 1atm xi Phụ lục 3: Tính tốn kiểm nghiệm WQI cho vùng biển ven bờ Hải Phòng với số liệu giả định Phụ lục 4: Tính trọng số WQI Phụ lục 5: Kết tính WQI Phụ lục 6: Một số hình ảnh trình nghiên cứu viii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT BOD: Biochemical Oxygen Demand (Nhu cầu ôxy sinh hóa) BVMT: Bảo vệ mơi trường CB: Cát Bà COD: Chemical Oxygen Demand (Nhu cầu ơxy hóa học) ĐBĐS: Đơng Bắc Đồ Sơn DIC: Dissolved inorganic cacbon (Cacbon vô hòa tan) DOC: Dissolved organic cacbon (Cacbon hữu hòa tan) GHCP: Giới hạn cho phép GTGH: Giá trị giới hạn HCBVTV: Hóa chất bảo vệ thực vật HST: Hệ sinh thái KLN: Kim loại nặng NCS: Nghiên cứu sinh NL: Nước lớn NTTS: Nuôi trồng thủy sản N-T: Nitơ tổng NR: Nước rịng PCA: Principal Components Analysis (Phân tích thành phần chính) P-T: Photpho tổng POC: Particulate organic cacbon (Cacbon hữu không tan) QCVN: Quy chuẩn kỹ thuật Quốc Gia TNĐS: Tây Nam Đồ Sơn TS: Thông số TVNM: Thực vật ngập mặn TVPD: Thực vật phù du VCS: Vùng cửa sơng VN: Vùng ngồi WQI: Water Quality Index (Chỉ số chất lượng nước) lxv Điểm CB CB CB CB 10 CB 11 VN VN VN VN VN VN VN 2.2 Trung bình mùa khơ – nước lớn Điểm ĐBĐS ĐBĐS ĐBĐS ĐBĐS ĐBĐS ĐBĐS ĐBĐS ĐBĐS ĐBĐS ĐBĐS 10 ĐBĐS 11 ĐBĐS 12 ĐBĐS 13 ĐBĐS 14 ĐBĐS 15 ĐBĐS 16 ĐBĐS 17 ĐBĐS 18 ĐBĐS 19 ĐBĐS 20 ĐBĐS 21 ĐBĐS 22 ĐBĐS 23 ĐBĐS 24 ĐBĐS 25 ĐBĐS 26 ĐBĐS 27 TNĐS lxvi Điểm TNĐS TNĐS TNĐS TNĐS TNĐS TNĐS TNĐS TNĐS TNĐS 10 TNĐS 11 TNĐS 12 CB CB CB CB CB CB CB CB CB CB 10 CB 11 VN VN VN VN VN VN VN b Mùa mưa Kết tính WQI mùa mưa – nước rịng 1.1 Mùa mưa – nước ròng (tằng mặt, tầng đáy) Điểm ĐBĐS ĐBĐS ĐBĐS ĐBĐS ĐBĐS ĐBĐS ĐBĐS ĐBĐS ĐBĐS lxvii Điểm ĐBĐS 10 ĐBĐS 11 ĐBĐS 12 ĐBĐS 13 ĐBĐS 14 ĐBĐS 15 ĐBĐS 16 ĐBĐS 17 ĐBĐS 18 ĐBĐS 19 ĐBĐS 20 ĐBĐS 21 ĐBĐS 22 ĐBĐS 23 ĐBĐS 24 ĐBĐS 25 ĐBĐS 26 ĐBĐS 27 TNĐS TNĐS TNĐS TNĐS TNĐS TNĐS TNĐS TNĐS TNĐS TNĐS 10 TNĐS 11 TNĐS 12 CB CB CB CB CB CB CB CB CB CB 10 CB 11 VN lxviii Điểm VN VN VN VN VN VN 1.2 Trung bình mùa mưa – nước rịng Điểm ĐBĐS ĐBĐS ĐBĐS ĐBĐS ĐBĐS ĐBĐS ĐBĐS ĐBĐS ĐBĐS ĐBĐS 10 ĐBĐS 11 ĐBĐS 12 ĐBĐS 13 ĐBĐS 14 ĐBĐS 15 ĐBĐS 16 ĐBĐS 17 ĐBĐS 18 ĐBĐS 19 ĐBĐS 20 ĐBĐS 21 ĐBĐS 22 ĐBĐS 23 ĐBĐS 24 ĐBĐS 25 ĐBĐS 26 ĐBĐS 27 TNĐS TNĐS TNĐS TNĐS TNĐS TNĐS TNĐS lxix Điểm TNĐS TNĐS TNĐS 10 TNĐS 11 TNĐS 12 CB CB CB CB CB CB CB CB CB CB 10 CB 11 VN VN VN VN VN VN VN Kết tính WQI mùa mưa – nước lớn 2.1 Mùa mưa – nước lớn (tằng mặt, tầng đáy) Điểm ĐBĐS ĐBĐS ĐBĐS ĐBĐS ĐBĐS ĐBĐS ĐBĐS ĐBĐS ĐBĐS ĐBĐS 10 ĐBĐS 11 ĐBĐS 12 ĐBĐS 13 ĐBĐS 14 ĐBĐS 15 ĐBĐS 16 lxx Điểm ĐBĐS 17 ĐBĐS 18 ĐBĐS 19 ĐBĐS 20 ĐBĐS 21 ĐBĐS 22 ĐBĐS 23 ĐBĐS 24 ĐBĐS 25 ĐBĐS 26 ĐBĐS 27 TNĐS TNĐS TNĐS TNĐS TNĐS TNĐS TNĐS TNĐS TNĐS TNĐS 10 TNĐS 11 TNĐS 12 CB CB CB CB CB CB CB CB CB CB 10 CB 11 VN VN VN VN VN VN VN 2.2 Trung bình mùa mưa - nước lớn lxxi Điểm ĐBĐS ĐBĐS ĐBĐS ĐBĐS ĐBĐS ĐBĐS ĐBĐS ĐBĐS ĐBĐS ĐBĐS 10 ĐBĐS 11 ĐBĐS 12 ĐBĐS 13 ĐBĐS 14 ĐBĐS 15 ĐBĐS 16 ĐBĐS 17 ĐBĐS 18 ĐBĐS 19 ĐBĐS 20 ĐBĐS 21 ĐBĐS 22 ĐBĐS 23 ĐBĐS 24 ĐBĐS 25 ĐBĐS 26 ĐBĐS 27 TNĐS TNĐS TNĐS TNĐS TNĐS TNĐS TNĐS TNĐS TNĐS TNĐS 10 TNĐS 11 TNĐS 12 CB CB CB CB lxxii Điểm CB CB CB CB CB CB 10 CB 11 VN VN VN VN VN VN VN lxxiii Phụ lục 6: Một số hình ảnh trình nghiên cứu Đo thơng số (nhiệt độ, pH, DO) ngồi thực địa Lấy mẫu nước biển Lọc mẫu, phân tích TSS Chạy máy sắc ký khí lxxiv Chuẩn độ thể tích Phân tích quang phổ UV/VIS Báo cáo Hội nghị khoa học công Hội thảo carees 2019: Nghiên cứu nghệ biển hướng tới phát triển bền vững lĩnh vực khoa học trái đất kinh tế biển (Hội nghị khoa học kỉ niệm môi trường 45 năm thành lập Viện Hàn Lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam) ... tính số chất lượng nước phù hợp với đặc điểm môi trường nước biển ven bờ trạng chất lượng nước vùng biển ven bờ Hải Phòng Phân vùng trạng chất lượng nước vùng biển ven bờ Hải Phòng theo số chất lượng. .. nước vùng biển ven bờ Hải Phòng 113 3.3.2 Kết phân vùng chất lượng nước vùng biển ven bờ Hải Phòng 114 3.3.2.1 Kết phân vùng chất lượng nước mùa khô 116 3.3.2.2 Kết phân vùng chất lượng nước. .. chất lượng nước vùng biển ven bờ Hải Phòng WQI Chính thế, việc tiến hành đề tài luận án: "Nghiên cứu phân vùng chất lượng nước vùng biển ven bờ Hải Phòng số chất lượng nước" góp phần giải số vấn