Luận án tiến sĩ: Phân vùng chất lượng nước biển ven bờ Hải Phòng bằng chỉ số chất lượng nước WQI

i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan Luận án "Nghiên cứu phân vùng chất lượng nước vùng biển ven bờ Hải Phòng bằng chỉ số chất lượng nước" là công trình của riêng bản thân tôi. Các số liệu và kết quả trong luận án là trung thực, chưa từng được sử dụng trong luận án nào khác. Hà Nội, ngày tháng năm 2021 LÊ VĂN NAM ii LỜI CẢM ƠN Trước tiên, cho phép tôi được bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc tới TS. Lê Xuân Sinh và GS.TS Đặng Thị Kim Chi - thầy cô hướng dẫn khoa học, đã tạo điều kiện tối đa, truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm, hướng dẫn tôi thực hiện đề tài và viết luận án, đồng thời luôn động viên tôi trong suốt quá trình thực hiện luận án.

Tôi xin trân trọng cảm ơn Học viện Khoa học và Công nghệ, cùng các thầy cô trong khoa Khoa học và Công nghệ biển đã luôn động viên và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành luận án. Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban lãnh đạo Viện Tài nguyên và Môi trường biển, Phòng Hóa Môi trường biển đã luôn động viên và tạo điều kiện cho tôi trong quá trình thực hiện luận án. Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình luôn là chỗ dựa vững chắc cho tôi trong suốt quá trình thực hiện 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.

Tổng quan về chỉ số chất lượng nước. Khái niệm chỉ số chất lượng nước. Quy trình xây dựng chỉ số WQI. Lựa chọn các thông số tính WQI.

Tính toán chỉ số phụ (chuyển đổi các thông số về cùng một thang đo) 8 1. Xác định trọng số của các thông số tính WQI. Tính toán chỉ số cuối cùng (tính các giá trị WQI theo công thức toán học xác định). Xây dựng thang phân loại chất lượng nước theo WQI.

Tình hình nghiên cứu và ứng dụng WQI trên thế giới và tại Việt Nam. Trên thế giới. Tại Việt Nam. Ưu điểm và hạn chế của WQI.

Tình hình nghiên cứu phân vùng chất lượng nước biển. Giới thiệu chung về khu vực nghiên cứu. Vị trí địa lý. Đặc điểm khí tượng, thuỷ - hải văn.

Đặc trưng về khí hậu. Đặc điểm thủy văn sông và hải văn. Đặc điểm địa hình, địa chất. Đặc điểm địa hình.

Đặc điểm địa chất. Hiện trạng đa dạng sinh học. Các hệ sinh thái. Đa dạng sinh học.

Các nguồn thải tác động đến chất lượng nước vùng biển ven bờ Hải Phòng. Nguồn thải phát sinh. Nguồn thải đưa vào. PHẠM VI, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU31 2.

Phạm vi nghiên cứu. Phạm vi địa lý. Phạm vi vấn đề nghiên cứu. Đối tượng nghiên cứu.

Cách tiếp cận. Các bước thực hiện vấn đề nghiên cứu. Tiếp cận hệ thống. Tiếp cận liên ngành.

Tiếp cận quản lý biển theo không gian. Các phương pháp nghiên cứu. Thu thập phân tích, đánh giá tổng hợp và thừa kế dữ liệu. Phương pháp xây dựng chỉ số chất lượng nước.

Lựa chọn các thông số tính WQI. Phương pháp phân nhóm các thông số chất lượng nước. Xây dựng chỉ số phụ (qi). Xác định trọng số của các thông số tính WQI.

Đánh giá, lựa chọn công thức tính WQI. Xây dựng thang phân loại chất lượng nước theo WQI. Kiểm nghiệm công thức WQI. Phương pháp phân vùng chất lượng nước theo WQI.

Phương pháp nội suy không gian. Số hóa bản đồ nền. Thiết lập hệ tọa độ. Tỷ lệ bản đồ.

Xây dựng chú giải. Biên tập kỹ thuật. Phương pháp mô phỏng lan truyền chất ô nhiễm trong thủy vực. Phương pháp điều tra, khảo sát chất lượng nước và phân tích trong phòng thí nghiệm.

Vị trí và thời gian quan trắc. Thông số quan trắc. Phương pháp thu mẫu, bảo quản mẫu, đo đạc tại hiện trường và phân tích trong phòng thí nghiệm. Phương pháp hỗ trợ.

Phương pháp đánh giá rủi ro ô nhiễm môi trường nước biển. Phương pháp xử lý số liệu. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN. Chất lượng nước vùng biển ven bờ Hải Phòng.

Hiện trạng và diễn biến chất lượng nước vùng biển ven bờ Hải Phòng. Các yếu tố hóa lý cơ bản. Các chất hữu cơ tiêu hao ôxy. Các muối dinh dưỡng và chlorophyll-a.

Đánh giá chung về chất lượng nước và rủi ro ô nhiễm môi trường nước vùng biển ven bờ Hải Phòng. Khả năng lan truyền chất ô nhiễm trong nước vùng biển ven bờ Hải Phòng. Thủy động lực và trao đổi nước. Kết quả mô phỏng lan truyền chất ô nhiễm trong nước.

Thiết lập chỉ số chất lượng nước cho vùng biển ven bờ Hải Phòng. Phân tích và lựa chọn thông số tính toán WQI. Kết quả phân tích PCA các thông số chất lượng nước. Xác định trọng số của thông số tính WQI.

Phân tích và lựa chọn hàm tổng hợp WQI (tổng quát). Đánh giá nhược điểm của các hàm tổng hợp (WQI) được sử dụng thường xuyên. Đề xuất công thức tính WQI tổng quát cho vùng biển ven bờ Hải Phòng. Phân nhóm thông số tính WQI.

Xác định trọng số của các nhóm thông số tính WQI. Kết quả thiết lập WQI áp dụng cho vùng biển ven bờ Hải Phòng. Xây dựng các chỉ số phụ và giản đồ chỉ số phụ. Xây dựng thang phân loại WQI cho vùng biển ven bờ Hải Phòng.

Kiểm nghiệm công thức tính WQI cho vùng biển ven bờ Hải Phòng. So sánh công thức tính WQI đã xây dựng với một số công thức khác. Đánh giá chung công thức tính WQI cho vùng biển ven bờ Hải Phòng 112 3. Phân vùng chất lượng nước vùng biển ven bờ Hải Phòng.

Cơ sở phân vùng chất lượng nước vùng biển ven bờ Hải Phòng. Kết quả phân vùng chất lượng nước vùng biển ven bờ Hải Phòng. Kết quả phân vùng chất lượng nước trong mùa khô. Kết quả phân vùng chất lượng nước trong mùa mưa.

Tổng hợp đánh giá kết quả phân vùng chất lượng nước. Đề xuất giải pháp bảo vệ môi trường nước vùng biển ven bờ Hải Phòng 127 3. Mục tiêu bảo vệ chất lượng nước vùng biển ven bờ Hải Phòng. Giải pháp chung.

Giải pháp quản lý. Định hướng quản lý và các hoạt động sử dụng các vùng chất lượng nước vùng biển ven bờ Hải Phòng. Kiểm soát nguồn phát thải đưa ra biển. Giải pháp kỹ thuật .131 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ .134 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ .136 TÀI LIỆU THAM KHẢO .137 PHẦN PHỤ LỤC.151 Phụ lục 1: Tổng hợp tình hình nghiên cứu và ứng dụng WQI trên thế giới và tại Việt Nam.

i vii Phụ lục 2: Giá trị DObão hòa theo nhiệt độ, độ mặn và tại áp suất 1atm. xi Phụ lục 3: Tính toán kiểm nghiệm WQI cho vùng biển ven bờ Hải Phòng với các số liệu giả định. xii Phụ lục 4: Tính trọng số WQI .xxv Phụ lục 5: Kết quả tính WQI. lxi Phụ lục 6: Một số hình ảnh trong quá trình nghiên cứu.

lxxiii viii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT BOD: Biochemical Oxygen Demand (Nhu cầu ôxy sinh hóa) BVMT: Bảo vệ môi trường CB: Cát Bà COD: Chemical Oxygen Demand (Nhu cầu ôxy hóa học) ĐBĐS: Đông Bắc Đồ Sơn DIC: Dissolved inorganic cacbon (Cacbon vô cơ hòa tan) DOC: Dissolved organic cacbon (Cacbon hữu cơ 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 ròng PCA: Principal Components Analysis (Phân tích thành phần chính) P-T: Photpho tổng POC: Particulate organic cacbon (Cacbon hữu cơ 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 sông VN: Vùng ngoài WQI: Water Quality Index (Chỉ số chất lượng nước) ix DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1. Các công thức tính WQI tổng quát. Các tiêu chí đánh giá WQI. Tổng tải lượng ô nhiễm phát sinh trong khu vực.

Tổng tải lượng ô nhiễm từ các nguồn đưa vào VCS Bạch Đằng. Kỹ thuật bảo quản mẫu sử dụng trong quan trắc môi trường. Trọng số của các thông số ô nhiễm tính RQ. Giá trị BOD5 trong nước biển ven bờ Hải Phòng.

Hàm lượng nitrit trong nước biển ven bờ Hải Phòng. Hàm lượng KLN trong nước vùng biển ven bờ Hải Phòng. Hàm lượng xyanua trong nước biển ven bờ Hải Phòng. Hàm lượng HCBVTV trong nước ven biển Hải Phòng.

Hàm lượng HCBVTV trong nước vùng biển Hải Phòng 2017-2018. Hàm lượng PAHs trong nước vùng biển Hải Phòng 2017-2018. Giá trị RQ tại các điểm khảo sát vùng biển ven bờ thành phố Hải Phòng. Kết quả phân tích PCA và gia trị S.

Kết quả xác định trọng số (wi) tính WQI. Kết quả tính WQI của các hàm tổng hợp trong trường hợp lý tưởng khi một chỉ số phụ cực trị bằng 0 hoặc 1, các chỉ số phụ khác bằng 100. Kết quả tính trọng số của các nhóm thông số. Bảng quy định các giá trị chỉ số phụ qi tương ứng với hàm lượng Ci.

Xây dựng ngưỡng phân loại chất lượng nước. Kết quả tính WQI theo ngưỡng phân loại chất lượng nước. Kết quả xây dựng thang phân loại chất lượng nước. So sánh công thức tính WQIHP đã xây dựng với một số công thức khác.

Một số ví dụ tính toán phân loại chất lượng nước biển ven bờ Hải Phòng theo công thức WQIHP đã xây dựng và công thức WQI của Canada. Kết quả đánh giá quá trình xây dựng WQI cho vùng biển ven bờ Hải Phòng. Bảng quy định màu tương ứng với chất lượng nước biển. Giá trị WQI tại các điểm khảo sát vùng biển ven bờ Hải Phòng trong mùa khô 2019.

Giá trị WQI tại các điểm khảo sát vùng biển ven bờ Hải Phòng trong mùa mưa 2019. Diện tích các phân vùng chất lượng nước .125 xi DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1. Sơ đồ không gian nghiên cứu tổng thể. Bản đồ khu vực nghiên cứu.

Sơ đồ xây dựng WQI. Các lưới tính của mô hình. So sánh mực nước đo đạc và tính toán tại Hòn Dáu (a- tháng 1.