CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN KHU VỰC VÀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.2. Tổng quan nghiên cứu về ảnh hưởng môi trường của các hoạt động khai thác cát
1.2.3. Nghiên cứu về ảnh hưởng môi trường của khai thác cát và nạo vét trên thế
giới
Là nơi chịu ảnh hưởng của các đới tương tác lục địa-biển, các vùng cửa sông ven biển là nơi tập trung chủ yếu các vật chất từ lục địa đưa ra như nước, trầm tích, nguồn dinh dưỡng và cả các chất ơ nhiễm [29]. Theo thời gian, dịng bùn cát từ lục địa đưa ra khu vực ven biển được tích lũy dần ở vùng cửa sơng ven biển đã tạo thành các hình thế địa hình khác nhau tùy thuộc vào các q trình động lực, trầm tích [30]. Đây là các quá trình động và đã tạo thành các thế cân bằng về bùn cát dưới tác động của các điều kiện động lực [31,32]. Tuy nhiên, trong và sau quá trình khai thác cát, lượng cát khá lớn bị lấy đi không chỉ phá vỡ sự cân bằng bùn cát mà còn tạo ra sự thay đổi lớn về địa hình (tăng độ sâu), qua đó làm thay đổi mạnh các điều kiện vận chuyển bùn cát, điều kiện thủy động lực (TĐL), chủ yếu gây ra xói lở cho các khu vực quanh vị trí khai thác cát và bồi tụ nhỏ ở một số khu vực khác [33, 34, 35]. Ảnh hưởng của các hoạt động khai thác vật liệu san lấp còn thể hiện những tác động khác như làm tăng mạnh độ đục từ khu vực khai thác cát ra các vùng biển xung quanh [36-39].
Các chất dinh dưỡng và ô nhiễm từ lục địa đưa ra bị chơn vùi và tích lũy dần trong các lớp trầm tích, bùn cát [40-41], khi hoạt động khai thác cát diễn ra, các chất ơ nhiễm tích lũy trong trầm tích lâu ngày sẽ bị đưa trở lại môi trường nước và gây ra những tác động tiêu cực tới môi trường sinh thái của khu vực [42-43]. Đặc biệt, ngoài các chất dinh dưỡng, hữu cơ trong trầm tích ở vùng cửa sơng ven biển cịn chứa các chất gây ô nhiễm khác như các kim loại nặng, các nhóm chất hữu cơ bền (PCBs), trong q trình khai thác cát, vật liệu san lấp các chất này sẽ trở lại môi trường nước và không chỉ gây ô nhiễm nước mà cịn tác động đến các sinh vật sống thơng qua chuỗi thức ăn [44-47].
Do hoạt động khai thác vật liệu san lấp có ảnh hưởng rất lớn đến môi trường nước và các HST ở vùng cửa sông ven biển nên đã có rất nhiều nghiên cứu liên quan đến lĩnh vực này. Ban đầu là những đánh giá tác động đơn giản như tác động đến sự gia tăng độ đục của khu vực khai thác cát, khai thác vật liệu san lấp đến các vùng nước xung quanh [48-49]. Dần dần, khi cơng cụ tính tốn phát triển hơn người ta đã có thể ứng dụng các mơ hình tốn để mô phỏng sự thay đổi của các điều kiện TĐL, vận chuyển bùn cát và diễn biến bồi tụ xói lở dưới ảnh hưởng của các hoạt động khai thác vật liệu san lấp [37-38, 50]. Người ta cũng đã đi sâu nghiên cứu những tác động đến môi trường, HST của các chất ô nhiễm (dinh dưỡng, hữu cơ, kim loại nặng, PCBs)
trong trầm tích khi diễn ra hoạt động khai thác vật liệu san lấp, mô phỏng diễn biến lan truyền, khuyếch tán của các chất đó trong mơi trường nước và nghiên cứu đánh giá tác động đến các HST liên quan [45-46].
Liên quan đến hoạt động khai thác cát, cho đến nay rất nhiều nghiên cứu liên quan đến vấn đề này đã được thưc hiện. Trong đó, tập trung vào các nhóm vấn đề như kỹ thuật khai thác, đánh giá chi phí lợi ích của hoạt động khai thác cát với tổn thất mơi trường [52-53]. Đặc biệt, có khá nhiều kết quả nghiên cứu những tác động/ảnh hưởng do hoạt động khai thác cát đến môi trường. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng các bar cát ở vùng ven biển có vai trị hết sức quan trọng trong việc bảo vệ bờ biển, hạn chế ảnh hưởng của sóng báo, sóng thần [54]. Tuy nhiên, sau khi bị khác cát, các bar khơng cịn có thể làm tăng cường xói lở cho các vùng bờ ở phía trong, đặc biệt là ở các vị trí khai thác cát có khoảng cách đến bờ nhỏ hơn 3km [55]. Ở vùng biển Santa
Barbara (California, Mỹ), do khai thác cát đã làm mất cân bằng trầm tích và gây ra phá hủy tồn bộ bãi biển này. Hiện nay, bãi tắm ngày càng bị thu hẹp và gần như bị bỏ hoang [56]. Trong khi đó ở bờ biển Ghana, hoạt động khai thác cát ở phía ngồi tác động cộng hưởng với việc xây dựng các cơng trình dân dụng trên bờ đã gây ra sự sụt lún ở phía trong và xói lở ở phía ngồi [57].
Nhiều cơng bố cũng đã cho thấy hoạt động khai thác cát có thể ảnh hưởng nghiêm trọng đến đa dạng sinh học [57]. Nó có thể phá hủy trực tiếp thực vật, các HST đáy, làm phát tán trở lại môi trường nước các chất gây ô nhiễm, tăng nguy cơ gây ô nhiễm, giảm chất lượng nước ở các khu vực có hoạt động khai thác cát và vùng lân cận [55]. Chẳng hạn như, người ta đã tìm ra các tác động của khai thác cát đến tăng độ đục, Mg, Cr và một số kim loại nặng khác ở vùng biển Đen thuộc Thổ Nhĩ Kỳ [58], đồng thời đe dọa đến nguồn cung cấp nước nguồn với tổng lượng khoảng 5,5 triệu m3/năm cho cư dân thành phố Tirebolu (Thổ Nhĩ Kỳ). Mingist và Gebremedhin
[59] cũng đã thông báo về ảnh hưởng của khai thác cát ở vùng cửa sông Arno-Garno
và Ribb (Ethiopia) đến các lồi cá địa phương, đó là sự phá hủy các bãi đẻ, mất nơi sinh cư làm cho nhiều lồi cá ở khu vực đó gần như bị tuyệt chủng.
Do những tác động của khai thác cát đến môi trường rất lớn nên hầu hết các quốc gia trên thế giới đã đưa ra những quy định pháp luật để quản lý hoạt động này. Ở các nước phát triển như châu Âu và Bắc Mỹ đã có những quy định hướng tới việc cấm hoặc quản lý chặt chẽ hoạt động khai thác cát từ rất sớm. Chẳng hạn như ở Italia,
từ những năm 1950, chính phủ nước này đã có những quy định về quản lý hoạt động khai thác cát [60]. Trong khi ở Pháp, từ những năm 1970 đã có các văn bản quy định hạn chế khai thác cát và tới những năm 1990, nước này đã ban hành lệnh cấm khai thác cát ở nhiều khu vực cửa sông ven biển [61]. Hoạt động khai thác cát ở vùng ven bờ đã trở thành vấn đề chính trị xã hội gây tranh cãi ở Anh và Pháp khi các vị trí trí khai thác cát bị đề xuất đưa vào mạng lưới các khu vực cần được bảo vệ (Natura 2000 site), trong khi đó nhiều khu vực ven biển lại được cấp phép khai thác tới 15 năm với công suất khai thác hằng năm khoảng 250 ngàn m3 [62]. Ở Mỹ, những tác động do khai thác cát được chú ý nhiều hơn từ những năm 1990 khi có một số cơng bố đưa ra quan hệ giữa hoạt động này với sự suy giảm của loài cá hồi [63]. Hàng loạt văn bản
quy định về quản lý hoạt động khai thác cát ở Mỹ đã ra đời sau đó [64]. Ở California, một hiệp định đã được đưa ra để hạn chế hoạt động khai thác cát ở 48 bang tới năm 2020 [65].
Việc nạo vét các tuyến luồng hàng hải để duy trì đảm bảo độ sâu cần thiết cho tàu vào cảng và đổ vật liệu bùn cát đến một khu vực nào đó là các q trình diễn ra thường xun và khá phổ biến trên thế giới. Trong quá trình tiến hành nạo vét, khơng chỉ có sự phát tán trầm tích lơ lửng (TTLL) trở lại môi trường nước, làm tăng độ đục, mà các chất gây ơ nhiễm đã tích tụ lâu ngày, bị chơn vùi trong trầm tích đáy cũng sẽ có điều kiện được đưa trở lại làm ơ nhiễm nước [66-67]. Bên cạnh đó, hoạt động nạo vét luồng hàng hải cũng có thể phá hủy tồn bộ các HST đáy ở vị trí nạo vét, gây ra tiếng ồn, ảnh hưởng đến các loài động vật biển [68]. Chẳng hạn như hoạt động nạo vét ở Dampier (Australia) trong thời gian 2003-2004 với tổng khối lượng khoảng 4 triệu m3 bùn cát đã gây ra sự suy giảm trên 80% rạn san hơ trong vịng bán kính 1 km từ vị trí nạo vét [69-70]. Một ví dụ khác về tác động của nạo vét đến các HST cỏ biển tại Laguna Madre (Texa, Mỹ) trong giai đoạn các năm 1965-1988 làm mất khoảng 15.000 ha cỏ biển [25]. Sau khi nạo vét kết thúc những thay đổi về địa hình cũng có thể dẫn đến sự thay đổi chế độ thủy động lực, điều kiện vận chuyển bùn cát và bồi xói của khu vực. Chính vì vậy, việc đánh giá ảnh hưởng và nghiên cứu các giải pháp hạn chế các ảnh hưởng tiêu cực của hoạt động nạo vét luồng hàng hải đã được thực hiện khá sớm. Ở giai đoạn đầu, việc đánh giá ảnh hưởng do nạo vét và đổ thải bùn cát chủ yếu dựa trên các kết quả quan trắc hàm lượng TTLL và đo đạc địa hình. Tuy nhiên, việc đo đạc khảo sát, lấy mẫu để đánh giá các quá trình vận chuyển trầm tích, biến động địa hình đáy do nạo vét, nhận chìm ở biển gặp nhiều khó khăn do các điều kiện
thời tiết, phương tiện lấy mẫu đo đạc. Hơn nữa, đo đạc khảo sát chỉ có khả năng đánh giá được các điều kiện hiện tại mà không thể dự báo.
Gần đây, với sự phát triển của khoa học và cơng nghệ, người ta có thể ứng dụng các cơng cụ mơ hình để mơ phỏng các q trình vận chuyển trầm tích và biến động địa hình. Các kết quả của mơ hình có thể cho thấy ảnh hưởng theo không gian và biến động theo thời gian của TTLL từ khu vực nạo vét và nhận chìm, khả năng di chuyển trở lại từ vị trí nhận chìm tới vị trí nạo vét, cũng như biến động địa hình đáy do nhận chìm. Qua đó có thể dễ dàng xác định các vùng ảnh hưởng, phạm vi ảnh hưởng và dự báo các tác động khác do nạo vét và nhận chìm đến mơi trường và các HST ở khu vực. Tiêu biểu trong hướng nghiên cứu này là kết quả ứng dụng kết hợp mơ hình và quan trắc để nghiên cứu tác động do nạo vét và nhận chìm vật liệu nạo vét ở khu vực cảng Westerschelde - Hà Lan [71] và khu vực cảng Schelde giữa Bỉ và Hà Lan [72].