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 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 Mô hình dịng chảy tải lượng nhiễm lưu vực- SWAT .58 2.3.1 Cân nước lưu vực 59 2.3.2 Q trình dịng chảy hệ thống sông 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 Mơ 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 3.3.2 Mơ hình chất lượng nước 106 3.4 Kịch mô dự báo đến 2030 (Scenario 2) 115 3.4.1 Nhóm chất hữu 116 3.4.2 Nhóm dinh dưỡng 117 3.4.3 Nhóm kim loại nặng 121 3.5 Đánh giá khả tiếp nhận chất ô nhiễm trạng (2018) dự báo (2030) 122 3.5.1 Đánh giá khả tiếp nhận chất ô nhiễm trạng (2018) 122 3.5.2 Dự báo tổng lượng chất gây nhiễm tích lũy nước biển khả 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 129 4.1 Cơ sở đề xuất giải pháp 129 4.1.1 Cơ sở khoa học: 129 4.1.2 Cơ sở thực tiễn 130 4.2 Nhóm giải pháp phi cơng trình 133 4.2.1 Tăng cường thể chế sách .133 4.2.2 Điều chỉnh quy hoạch phát triển quy hoạch bảo vệ mơi trường 134 4.2.3 Hồn thiện hệ thống quan trắc, cảnh báo môi trường kiểm toán nguồn thải 136 4.2.4 Sử dụng công cụ kinh tế môi trường 137 4.2.5 Xã hội hoá bảo vệ môi trường vịnh, thông tin tuyên truyền, giáo dục, nâng cao nhận thức xây dựng ý thức cộng đồng bảo vệ mơi trường vịnh .138 4.3 Nhóm giải pháp cơng trình 138 4.3.1 Giải pháp xử lý nước thải sinh hoạt: 138 4.3.2 Giải pháp xử lý nước thải công nghiệp- hầm lò mỏ than 143 KẾT LUẬN .147 KIẾN NGHỊ .149 DANH MỤC CƠNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ 150 TÀI LIỆU THAM KHẢO 151 PHỤ LỤC PL-1 vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Tiếng Anh Tiếng Việt ASEAN Association of Hiệp hội 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 DO Chất lượng nước Dessolved Oxygen Lượng oxy hòa tan 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 khía Aspects of Marine Environmental cạnh khoa học nhiễm Protection biển GPA Chương trình Hành động Tồn cầu Bảo vệ Môi trường Biển HSCTM Hydrodynamic, Sediment and Mơ hình thủy động lực, vận Contaminant Transport Model chuyển bùn cát chất ô nhiễm IMO International Maritime Organization KLN MODIS NASH Kim loại nặng Moderate Resolution Imaging Bộ cảm độ phân giải trung Spectroradiometers bình Nash-Sutcliffe model efficiency Hệ số hiệu mơ hình coefficient Nash-Sutcliffe NBVB NOAA Tổ chức Hàng hải quốc tế Nước biển ven bờ National Oceanic and Atmospheric Ban Quản lý Khí vii Administration Commissioned Corps Đại dương Quốc gia ONMTB RACE Ơ nhiễm mơi trường biển; Rapid Assessment Coastal Environment Phương pháp đánh giá nhanh SST Sea surface temperature Nhiệt độ bề mặt nước biển SWAT Soil and Water Assessment Tool Công cụ đánh giá nước môi trường ven biển 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 Mơi trường Programme Liên Hợp Quốc United Nations Convention on Law Công ước Liên hợp quốc of the Sea Luật biển UNCLOS 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 sơng lưu vực vịnh cửa Lục 29 Bảng 1.2: Đặc trưng dòng chảy theo tần suất sông khu vực nghiên cứu 29 Bảng 1.3: Đặc điểm phân phối dịng chảy năm sơng khu vực nghiên cứu 30 Bảng 2.1- Một số nguồn thải gây nhiễm vùng nước biển ven bờ 38 Bảng 2.2: Đơn vị tải lượng thải sinh hoạt hiệu suất xử lý nước thải 41 Bảng 2.3: Thành phần nước thải số ngành cơng nghiệp điển hình 42 Bảng 2.4: Tải lượng thải đơn vị 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 rửa trôi đất (kg/m2/ ngày mưa) 45 Bảng 2.7: Tỷ lệ rửa trôi chất gây ô nhiễm từ nhóm nguồn thải ven bờ 45 Bảng 2.8: Hiện trạng khu xử lý chất thải rắn tiếp nhận rác thải thành phố Hạ Long 46 Bảng 2.9: Tổng lượng nước thải 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 2.12: Sản lượng than khai thác địa bàn thành phố Hạ Long 54 Bảng 2.13: Mạng lưới điểm quan trắc môi trường nước 71 Bảng 2.14: Tiêu chuẩn chất lượng nước Việt Nam với thơng số tính toán 72 Bảng 3.1: Các thành phần đặc trưng nước thải sinh hoạt chưa xử lý 74 Bảng 3.2: Tải lượng ô nhiễm phát sinh từ sinh hoạt, du lịch người dân khu vực năm 2018 (tấn/năm) 75 Bảng 3.3: Lượng nước thải đất đá thải từ hoạt động ngành than khu vực vịnh cửa Lục- vịnh Hạ Long (triệu m3) 75 Bảng 3.4: Thành phần trung bình nước thải ngành than khu vực vịnh cửa Lụcvịnh Hạ Long 76 Bảng 3.5: Tải lượng chất gây ô nhiễm phát sinh từ hoạt động ngành than khu vực vịnh cửa Lục- vịnh Hạ Long (tấn/năm) 76 Bảng 3.6: Tải lượng chất gây ô nhiễm phát sinh từ ngành công nghiệp thực phẩm khu vực vịnh cửa Lục- vịnh Hạ Long (tấn/năm) 77 ... trường ven biển nói chung Đây mục tiêu thực Đề tài Luận án: ? ?Nghiên cứu, đánh giá số tiêu ô nhiễm phương pháp mơ hình hóa, làm sở đề xuất số giải pháp cải thiện chất lượng nước biển ven bờ Vịnh Cửa. ..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... 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