Luận án Trần Đức Dũng: Mô hình hóa ô nhiễm nước biển Vịnh Hạ Long, Cửa Lục

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 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, QUẢNG NINH Chuyên ngành: Công nghệ môi trường nước và 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 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, QUẢNG NINH Chuyên ngành: Công nghệ môi trường nước và nước thải Mã số: 9520320 -2 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1.TS Trần Hiếu Nhuệ 2. Trương Văn Bốn Hà nội, năm 2020 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các số liệu, kết quả trình bày trong luận án là hoàn toàn trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất cứ một công trình nghiên cứu nào khác. Tác giả Trần Đức Dũng ii LỜI CẢM ƠN Luận án được hoàn thành là kết quả của quá trình học tập, nghiên cứu của tác giả, cùng với sự giúp đỡ vô cùng quý báu, tận tình của Thầy giáo hướng dẫn, cơ sở đào tạo, cơ quan chủ quản, các thế hệ nhà khoa học đi trước và các đồng nghiệp. Em xin chân thành cám ơn Thầy giáo, GS.NGND Trần Hiếu Nhuệ và PGS.

TS Trương Văn Bốn đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn trong suốt quá trình thực hiện Luận án. Xin cám ơn Bộ môn Cấp thoát nước, Khoa Kỹ thuật môi trường, Khoa Sau đại học, Trường Đại học Xây dựng và các chuyên gia, đồng nghiệp đã tạo điều kiện, hỗ trợ giúp đỡ NCS trong quá trình thực hiện chương trình học tập tại trường. Xin cám ơn Viện nghiên cứu KHKT Bảo hộ lao động (nay là Viện KHKT An toàn vệ sinh lao động Việt Nam), với sự tạo điều kiện cho quá trình học tập nghiên cứu; đồng thời hỗ trợ thực hiện Đề tài: “Nghiên cứu, mô phỏng và đánh giá lan truyền một số kim loại nặng nguồn gốc công nghiệp gây ô nhiễm môi trường nước ven biển Vịnh Hạ Long”, bước đầu đã tạo tiền đề cho hướng nghiên cứu của Luận án. Xin cám ơn Lãnh đạo Phòng thí nghiệm Trọng điểm quốc gia về Động lực học Sông biển- Viện khoa học Thủy lợi Việt Nam, các đồng nghiệp, chuyên gia tại Trung tâm Động lực học sông biển đã đóng góp những ý kiến quý báu, đồng thời hỗ trợ tác giả về bản quyền phần mềm được sử dụng trong quá trình thực hiện Luận án này.

Xin chân thành cám ơn đến Công ty CP Kỹ thuật môi trường Đô thị và nông thôn (CEETRA), bạn bè và gia đình đã đồng hành cùng tác giả trong suốt thời gian làm Luận án này. 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. 1 CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN HIỆN TRẠNG Ô NHIỄM VÙNG VEN BIỂN VÀ CÁC NGHIÊN CỨU VỀ Ô NHIỄM VÙNG VEN BIỂN. Các nguồn thải và hiện trạng ô nhiễm vùng ven biển trên thế giới. Một số khái niệm, định nghĩa.

Các nguồn thải và hiện trạng ô nhiễm vùng ven biển trên thế giới. Các nguồn thải và hiện trạng ô nhiễm vùng ven biển Việt Nam. Các nguồn thải tại vùng ven biển Việt Nam. Hiện trạng ô nhiễm vùng ven biển ở Việt Nam.

Tổng quan các nghiên cứu về ô nhiễm vùng biển Việt Nam. Các nghiên cứu áp dụng chỉ số chất lượng nước, tổng hợp phân tích kết quả quan trắc, đo đạc. Nghiên cứu sử dụng mô hình toán áp dụng cho ô nhiễm biển ven bờ. Nghiên cứu ứng dụng ảnh viễn thám đánh giá chất lượng nước ven bờ.

Tổng quan các nghiên cứu về ô nhiễm nước vịnh Cửa Lục. Khái quát chung khu vực nghiên cứu. Tình hình nghiên cứu về chất lượng nước vịnh Cửa Lục .3 Hướng phát triển, nghiên cứu những vấn đề trọng tâm của Luận án. 36 CHƯƠNG 2 – CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐÁNH GIÁ TẢI LƯỢNG MÔI TRƯỜNG KHU VỰC VỊNH CỬA LỤC, VỊNH HẠ LONG.1 Sức chịu tải môi trường và khả năng tự làm sạch của lưu vực .1 Cơ sở ước tính tải lượng các nguồn thải khu vực .2 Dự báo tải lượng ô nhiễm phát sinh .3 Các tính toán về sức tải môi trường khu vực nghiên cứu.4 Đánh giá khả năng tự làm sạch của thuỷ vực .2 Các nguồn thải chính ra vịnh Cửa Lục - vịnh Hạ Long.

Nguồn thải sinh hoạt từ khu vực dân cư và du lịch. Nguồn thải từ hoạt động công nghiệp. Nguồn thải từ hoạt động chăn nuôi và nuôi trồng thủy sản. Nguồn thải từ các hoạt động giao thông vận tải, cảng biển.

Nguồn tác động từ hoạt động lấn biển và rửa trôi đất.3 Mô hình dòng chảy và tải lượng ô nhiễm trên lưu vực- SWAT.1 Cân bằng nước trên lưu vực .2 Quá trình dòng chảy trong hệ thống sông .3 Ý nghĩa của việc sử dụng mô hình SWAT .4 Các mô hình số phục vụ mô phỏng chất lượng nước .1 Mô hình EFDC (Mỹ) .2 Mô hình Delft3D-WAQ (Hà Lan) .3 Mô hình MIKE21 (Đan Mạch) .4 Mô hình khuyếch tán POL-2D.5 Mô hình của nhóm các tác giả Đại học khoa học tự nhiên .6 Phân tích lựa chọn mô hình tính toán chất lượng nước. Mạng lưới quan trắc chất lượng nước các sông và vịnh cửa Lục - vịnh Hạ Long 71 2. Đánh giá khả năng tiếp nhận chất ô nhiễm của thủy vực.72 CHƯƠNG 3 - KẾT QUẢ MÔ PHỎNG CHẤT LƯỢNG NƯỚC BIỂN VEN BỜ VỊNH CỬA LỤC, VỊNH HẠ LONG. Tải lượng ô nhiễm hiện tại và dự báo tải lượng ô nhiễm đổ vào vịnh Cửa Lục .1 Tải lượng chất gây ô nhiễm hiện tại .2 Dự báo tải lượng chất gây ô nhiễm .3 So sánh tải lượng chất gây ô nhiễm phát sinh và đưa vào vịnh ở hiện tại (năm 2018) và dự báo (năm 2030).2 Thiết lập mô hình tính toán .1 Tài liệu sử dụng .2 Xây dựng lưới tính .3 Hiệu chỉnh mô hình thủy lực .4 Hiệu chỉnh mô hình chất lượng nước .3 Mô phỏng hiện trạng 2018 (Scenario 1) .1 Thủy động lực .2 Mô hình chất lượng nước .4 Kịch bản mô phỏng dự báo đến 2030 (Scenario 2) .1 Nhóm các chất hữu cơ .2 Nhóm dinh dưỡng.3 Nhóm kim loại nặng .5 Đánh giá khả năng tiếp nhận chất ô nhiễm tại hiện trạng (2018) và dự báo (2030).1 Đánh giá khả năng tiếp nhận chất ô nhiễm tại hiện trạng (2018) .2 Dự báo tổng lượng chất gây ô nhiễm tích lũy trong nước biển và khả năng tiếp nhận đến 2030 .126 CHƯƠNG 4- ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG NƯỚC BIỂN VEN BỜ VỊNH CỬA LỤC- VỊNH HẠ LONG .1 Cơ sở đề xuất giải pháp .1 Cơ sở khoa học: .2 Cơ sở thực tiễn .2 Nhóm giải pháp phi công trình .1 Tăng cường thể chế và chính sách .2 Điều chỉnh các quy hoạch phát triển và quy hoạch bảo vệ môi trường .3 Hoàn thiện hệ thống quan trắc, cảnh báo môi trường và kiểm toán nguồn thải .4 Sử dụng các công cụ kinh tế môi trường .5 Xã hội hoá bảo vệ môi trường vịnh, thông tin tuyên truyền, giáo dục, nâng cao nhận thức và xây dựng ý thức cộng đồng bảo vệ môi trường vịnh .3 Nhóm giải pháp công trình .1 Giải pháp xử lý nước thải sinh hoạt: .2 Giải pháp xử lý nước thải công nghiệp- hầm lò mỏ than.149 DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ .150 TÀI LIỆU THAM KHẢO .PL-1 vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Tiếng Anh Tiếng Việt ASEAN Association of Hiệp hội các nước Đông Southeast AsianNations Nam Á BOD5 Bio chemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy sinh hóa COD Chemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy hóa học CLN Chất lượng nước DO Dessolved Oxygen Lượng oxy hòa tan trong nước EFDC Environmental Fluid Dynamics Code Phần mềm thủy lực môi trường nước GIS Geographic Information System Hệ thống thông tin địa lý GESAMP Group of Experts on the Scientific Nhóm chuyên gia về khía Aspects of Marine Environmental cạnh khoa học của ô nhiễm Protection biển GPA Chương trình Hành động Toàn cầu về Bảo vệ Môi trường Biển HSCTM Hydrodynamic, Sediment and Mô hình thủy động lực, vận Contaminant Transport Model chuyển bùn cát và chất ô nhiễm IMO International Maritime Organization Tổ chức Hàng hải quốc tế KLN Kim loại nặng MODIS Moderate Resolution Imaging Bộ cảm độ phân giải trung Spectroradiometers bình NASH Nash-Sutcliffe model efficiency Hệ số hiệu quả của mô hình coefficient Nash-Sutcliffe NBVB Nước biển ven bờ NOAA National Oceanic and Atmospheric Ban Quản lý Khí quyển và vii Administration Commissioned Corps Đại dương Quốc gia ONMTB Ô nhiễm môi trường biển; RACE Rapid Assessment Coastal Phương pháp đánh giá nhanh Environment môi trường ven biển SST Sea surface temperature Nhiệt độ bề mặt nước biển SWAT Soil and Water Assessment Tool Công cụ đánh giá nước và đất TIE Toxicity Identification Evaluation Quá trình đánh giá xác định độc tính TTB Trầm tích biển TSS Total Suspended Solids Tổng chất rắn lơ lửng UNEP United Nations Environment Chương trình Môi trường Programme Liên Hợp Quốc UNCLOS United Nations Convention on Law Công ước của Liên hợp quốc of the Sea về Luật biển XLNT Xử lý nước thải HRU Đơn vị phản hồi thủy văn DHI Danish Hydraulic Institute Viện thủy lực Đan Mạch viii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Một số đặc trưng hình thái các sông trong lưu vực vịnh cửa Lục 29 Bảng 1.2: Đặc trưng dòng chảy theo tần suất các sông khu vực nghiên cứu 29 Bảng 1.3: Đặc điểm phân phối dòng chảy năm trên các sông khu vực nghiên cứu 30 Bảng 2.1- Một số nguồn thải chính gây ô nhiễm vùng nước biển ven bờ 38 Bảng 2.2: Đơn vị tải lượng thải sinh hoạt và hiệu suất xử lý nước thải 41 Bảng 2.3: Thành phần nước thải một số ngành công nghiệp điển hình 42 Bảng 2.4: Tải lượng thải đơn vị do chăn nuôi (kg/năm) 44 Bảng 2.5: Hệ số phát thải từ nuôi thủy sản 44 Bảng 2.6: Đơn vị thải lượng ô nhiễm do rửa trôi đất (kg/m2/ ngày mưa) 45 Bảng 2.7: Tỷ lệ rửa trôi các chất gây ô nhiễm từ các nhóm nguồn thải ven bờ 45 Bảng 2.8: Hiện trạng các khu xử lý chất thải rắn đang tiếp nhận rác thải của thành phố Hạ Long 46 Bảng 2.9: Tổng lượng nước thải của một số xã, phường xả thải vào vịnh cửa Lục 51 Bảng 2.10: Thải lượng trạm xử lý nước thải quanh vịnh cửa Lục 51 Bảng 2.11: Một số nguồn phát sinh nước thải công nghiệp khu vực nghiên cứu 53 Bảng 2.