1. ĐẶT VẤN ĐỀ

Đối với các thuỷ vực nuôi hải sản nói chung và nuôi cá lồng bè, nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường chủ yếu do lượng vật chất hữu cơ, dinh dưỡng phát thải trong quá trình nuôi. Mặt khác, những thuỷ vực ven biển thường chịu tác động trực tiếp và gián tiếp các nguồn gây ô nhiễm, như: giao thông hàng hải – cảng biển, khai thác hải sản, du lịch, đô thị và các nguồn từ lục địa. Khu vực nuôi cá lồng bè tập trung ở những vũng vịnh phía Đông Bắc Cát Bà (Hải Phòng) và rải rác trong vịnh Hạ Long, vịnh Bái Tử Long (Quảng Ninh) là nơi chịu tác động đồng thời của các nguồn ô nhiễm trên. Tuỳ thuộc vào bản chất tự nhiên (các quá trình sinh địa hoá và thuỷ động lực), khả năng tự làm sạch và sức chịu tải môi trường chính là khả năng tiếp nhận và đồng hoá lượng vật chất ô nhiễm (ngày một gia tăng) của mỗi thuỷ vực. Đây là yếu tố cơ bản, quyết định đến khả năng duy trì chất lượng môi trường, cân bằng hệ sinh thái của thuỷ vực tự nhiên. Sức chịu tải môi trường của thuỷ vực đối với hoạt động nuôi hải sản biển được đánh giá trên cơ sở triển khai nghiên cứu tổng hợp các quá trình sinh - địa hoá và thuỷ động lực; từ đó tính toán khả năng tiếp nhận và xử lý lượng vật chất hữu cơ dinh dưỡng do lồng bè phát thải vào thuỷ vực, đảm bảo các thông số môi trường không vượt quá giới hạn cho phép theo Tiêu chuẩn Bảo vệ môi trường.

Một số kết quả nghiên cứu về vấn đề này, do viện Nghiên cứu Hải sản chủ trì thực hiện (2004 – 2005); đã được triển khai đối với hai thuỷ vực nuôi cá lồng bè là Tùng Gấu (Cát Bà - Hải Phòng) và đảo Phất Cờ (Vân Đồn – Quảng Ninh).

2. NỘI DUNG CHÍNH VÀ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU BƯỚC ĐẦU SỨC CHỊU TẢI MÔI TRƯỜNG THUỶ VỰCNUÔI CÁ NỒNG BÈ VEN BIỂN

Các nội dung nghiên cứu được đề xuất, bao gồm:

- Xác định, đánh giá và lượng hoá các nguồn vật chất ô nhiễm vào thuỷ vực.

- Lựa chọn bộ thông số và các tiêu chí, tiêu chuẩn bảo vệ môi trường

- Nghiên cứu đồng bộ các quá trình chuyển hoá vật chất (các chu trình cơ bản của: N, P…); các tác động của yếu tố khí tượng - thuỷ văn đến từng giai đoạn và toàn bộ quá trình chuyển hoá, phát tán vật chất… trong thuỷ vực

- Tổng hợp các kết quả, tính toán khả năng tự làm sạch, sức chịu tải môi trường và đề xuất các phương án phát triển đối tượng nuôi hợp lý.

2.1. Xác định, đánh giá các nguồn phát thải vật chất ô nhiễm vào thuỷ vực

Thuỷ vực ven biển nói chung và những khu vực nuôi hải sản luôn phải tiếp nhận nhận lượng chất thải ngày càng tăng từ 2 nhóm nguồn: từ lục địa và ngay trên biển.

2.1.1. Nguồn thải từ lục địa

Nguồn thải từ lục địa vào các thủy vực ven biển, gồm: nguồn thải sinh hoạt (cả du lịch), nguồn thải công nghiệp, nguồn thải nông nghiệp, nguồn thải do sông mang ra...

2. 1. 2. Nguồn thải ngay trên biển

Nguồn thải ngay trên biển có hai loại chính:

+ Từ các hoạt động phát triển ngay tại thuỷ vực nghiên cứu hoặc khu vực lân cận, như: hoạt động giao thông thuỷ, du lịch, khai thác hải sản và nguồn ô nhiễm từ ngoài khơi. Nguồn ô nhiễm từ ngoài khơi thường khó xác định.

+ Nguồn thải tại chỗ: với mục đích phát triển nuôi hải sản thì nguồn phát thải tại chỗ là các chất thải từ hệ thống trại nuôi (lồng bè) hiện tại và tương lai: đây là nguồn phát thải quan trọng nhất, trực tiếp tác động làm giảm sức chịu tải môi trường của thuỷ vực. Do đó, tính toán chính xác hàm lượng các chất thải từ nguồn tại chỗ là yêu cầu bắt buộc để phát triển nuôi bền vững (không vượt quá sức tải).

2.2. Lựa chọn bộ thông số và các tiêu chí, tiêu chuẩn bảo vệ môi trường

2.2.1. Lựa chọn bộ thông số môi trường

Tuỳ theo nội dung nghiên cứu cụ thể (loại nguồn tác động, đối tượng cần bảo vệ…) để xác định những nhóm tài liệu, thông tin và những thông số môi trường cần nghiên cứu. Đối với những thuỷ vực ven biển, thông thường các nhóm thông số môi trường cơ bản được lựa chọn gồm [1]:

- Các thông số môi trường nền: T0C, S‰, pH, DO, độ đục, …

- Các thông số ô nhiễm hữu cơ, dinh dưỡng: BOD, COD, N-T, P-T, TSS, …

- Các thông số độc hại: Kim loại nặng, hoá chất, dầu mỡ, kháng sinh, …

- Các thông số sinh học: khu hệ sinh vật phù du, vi sinh vật, …

2.2.2. Lựa chọn tiêu chí, các bộ tiêu chuẩn môi trường [1]

- Các tiêu chí bảo vệ môi trường ven biển thường là: duy trì hệ sinh thái tự nhiên, bảo vệ các loài thuỷ sinh, cảnh quan thiên nhiên hoặc các giá trị tài nguyên… Như vậy, trong trường hợp nuôi cá lồng bè, tiêu chí bảo vệ môi trường là duy trì chất lượng môi trường, hệ sinh thái vũng vịnh; (nghĩa là đảm bảo hàm lượng các chất ô nhiễm do hoạt động nuôi lồng bè phát thải vào môi trường không vượt quá các tiêu chuẩn cho phép).

- Nhà nước Việt Nam đã ban hành các bộ tiêu chuẩn môi trường như: TCVN 1995, TCVN 1996, TCVN 2000, TCVN 2001, TCVN 2005… với các tiêu chuẩn về chất lượng môi trường nước (nước mặt, nước ngầm, nước biển ven bờ…) và bảo vệ đời sống thuỷ sinh (các tiêu chuẩn về tải lượng thải vào các thuỷ vực…) đã được xây dựng.

2.3. Nghiên cứu các quá trình chuyển hoá, vận chuyển và phát tán vật chất trong điều kiện tự nhiên của thuỷ vực nghiên cứu

Tiếp cận nghiên cứu theo phương pháp luận mới LOICZ (Land - Ocean Interaction in the Coastal Zone); vật chất tại mỗi thuỷ vực được phân chia chi tiết thành các dòng: vào, ra và trao đổi trong hệ sinh thái [3].

- Các quá trình trao đổi trong hệ: Với thuỷ vực nuôi thuỷ sản, dòng phát thải từ hoạt động nuôi là quan trọng nhất, nó trực tiếp gây sức ép lên thuỷ vực. Khi vào môi trường, dòng vật chất phát thải tham gia vào các quá trình chuyển hoá trong hệ, bao gồm: lắng đọng (vật chất trong nước xuống đáy), phân huỷ (trong môi trường nước và trầm tích), khuếch tán (từ trầm tích vào môi trường), tiêu thụ dinh dưỡng (do quang hợp của tảo, phù du sinh vật…).

Tất cả các dòng vật chất cần được xác định, tính toán dựa trên điều kiện cụ thể của từng khu vực. Trong các thuỷ vực tự nhiên, khả năng tự làm sạch phụ thuộc vào hai động lực cơ bản:

+ Các quá trình chuyển hoá vật chất diễn ra trong thuỷ vực (chủ yếu là chu trình sinh - địa - hoá của N, P).

+ Các đặc điểm khí tượng - thuỷ văn cơ bản (các dòng vào - ra): thuỷ triều, dòng chảy (sông, biển), sóng, gió, nhiệt độ không khí, độ ẩm, lượng bốc hơi, lượng mưa…

2.3.1. Nghiên cứu các quá trình sinh địa hoá

Những quá trình sinh địa hoá cần được nghiên cứu, đánh giá và tính toán chi tiết theo giờ, ngày, tháng, mùa (hoặc giai đoạn nuôi chính) và năm; bao gồm: Quá trình phát thải, lắng đọng, phân huỷ vật chất (chu trình sinh hoá): Quá trình khuếch tán vật chất từ trầm tích vào môi trường nước; Quá trình trao đổi vật chất do quang hợp, năng suất sơ cấp... Kết quả nghiên cứu các quá trình này là cơ sở để xác định lượng vật chất sinh ra hay mất đi trong chu trình sinh - địa - hoá. Từ đó, thông qua cân bằng vật chất sẽ đánh giá được khả năng tự làm sạch của thuỷ vực.

2.3.2. Nghiên cứu các dòng vật chất trao đổi

Tính toán các dòng vật chất trao đổi trong và ngoài thuỷ vực

Từ số liệu quan trắc liên tục các đặc trưng thuỷ văn và chất lượng môi trường tại thuỷ vực, tiến hành phân tích, xử lý số liệu để phục vụ tính toán bằng các mô hình thuỷ động lực và môi trường, chạy trên các phần mềm chuyên dụng (trong trường hợp này, sử dụng phần mềm MIKE 21/HD/WQ của Đan mạch). Qua các bước hiệu chỉnh, thẩm định mô hình, phần mềm MIKE 21/HD/WQ được áp dụng để:

- Tính toán thể tích khối nước, chế độ thuỷ văn của thuỷ vực trong một chu kỳ triều/ngày/trung bình tháng và năm).

- Tính toán quỹ nước và lượng vật chất trao đổi trung bình ngày/mùa/năm từ mực nước.

- Tính toán, mô phỏng quá trình phát tán, vận chuyển vật chất trong một chu kỳ triều.

- Tính toán suy giảm vật chất ô nhiễm do trao đổi nước và pha loãng trong chu kỳ triều

Ngoài ra, mô hình còn được ứng dụng tính toán mức độ ô nhiễm môi trường thuỷ vực với một số phương án giả định, như: lượng lồng bè chiếm 5%; 10% và 20% diện tích toàn thuỷ vực....

2.4. Tính toán khả năng tự làm sạch và sức chịu tải môi trường

Phạm vi nghiên cứu, tính toán khả năng tự làm sạch và sức chịu tải môi trường tại 2 thuỷ vực Tùng Gấu (Cát Bà - Hải Phòng) và Phất Cờ (Vân Đồn – Quảng Ninh) được thể hiện trên các hình 1, 2.

Hình 1. Khu vực nghiên cứu ven biển Hải Phòng – Quảng Ninh

Hình 2. Sơ đồ khu vực nghiên cứu

2.4.1. Khả năng tự làm sạch môi trường

+ Với chu trình sinh địa hoá: Tổng hợp lượng vật chất (hữu cơ, dinh dưỡng) từ khi phát thải vào môi trường tới khi kết thúc chu trình. Cân bằng vật chất các quá trình: phát thải, khuếch tán từ trầm tích, phân huỷ, lắng đọng, tiêu hao do quang hợp, đi vào chuỗi thức ăn, thoát ra ngoài khí quyển… phản ánh khả năng tự làm sạch của thuỷ vực:

- Nếu hiệu số < 0, thuỷ vực có khả năng tự làm sạch rất tốt

- Nếu hiệu số > 0, thuỷ vực đang có xu hướng tích luỹ các chất ô nhiễm

- Nếu hiệu số = 0, khả năng tự làm sạch của thuỷ vực đã đạt mức giới hạn.

Kết quả tính toán cân bằng vật chất:

Sử dụng các chỉ số (DIP, (DIN và (COD để đánh giá cân bằng vật chất tại 2 thuỷ vực Tùng Gấu (Cát Bà) và Phất Cờ (Vân Đồn).

ΔDIP = (DIP_{khuếch tán} + DIP_{phân huỷ}) - (DIP_{quang hợp} + DIP_{lắng đọng})

ΔDIN = (DIN_{khuếch tán} + DIN_{phân huỷ}) – (DIN_{quang hợp} + DIN_{lắng đọng})

ΔCOD = (COD_{khuếch tán} + COD_{quang hợp}) – (COD_{Phân huỷ} + COD_{lắng đọng})

Trong các công thức trên, DIP là dinh dưỡng khoáng hoà tan của P; DIN là tổng dinh dưỡng khoáng hoà tan của N; các đại lượng này được hiệu chỉnh với hệ số trao đổi nước từng thuỷ vực và lượng chất hữu cơ được bài tiết từ động vật phù du...

Tại Tùng Gấu : giá trị (DIP trong mùa mưa, mùa khô và cả năm đều có giá trị âm (-). Khả năng làm sạch môi trường vào mùa mưa cao hơn mùa khô, thể hiện qua (DIP = - 1,53 tấn/mùa khô, (DIP = - 2,62tấn/mùa mưa và (DIP = - 4,15tấn/cả năm. Giá trị (COD mùa mưa, mùa khô và cả năm đều có giá trị âm (-), Chứng tỏ các hợp chất hữu cơ không có sự tích luỹ trong môi trường.

Tại Phất Cờ : Giá trị (DIP mùa mưa, mùa khô và cả năm đều có giá trị âm <0, (DIP = -1,70tấn/mùa khô, (DIP = -10,68tấn/mùa mưa và (DIP = -12,38tấn/cả năm. Giá trị (COD mùa mưa, mùa khô và cả năm đều < 0, Chứng tỏ các hợp chất hữu cơ không có sự tích luỹ trong môi trường.

Riêng N là dinh dưỡng khoáng không có giới hạn, nên các giá trị (DIN của N (tại 2 khu vực) theo mùa và cả năm đều có giá trị >0.

Như vậy, bằng kết quả nghiên cứu thực nghiệm trên hiện trường và trong phòng thí nghiệm theo hai mùa có thể đánh giá, môi trường nước của hai khu vực đang trong quá trình làm sạch không có tích luỹ các hợp chất hữu cơ và dinh dưỡng.

+ Tác động của các yếu tố thuỷ văn, địa hình (tính toán bằng mô hình hoá) [4]: Vai trò quan trọng nhất của các yếu tố động lực đối với khả năng tự làm sạch môi trường của thuỷ vực là chức năng xử lý ô nhiễm theo nguyên tắc Pha loãng. Dưới tác động của dòng chảy, thuỷ triều, khả năng tự làm sạch các chất ô nhiễm của thuỷ vực thông qua quá trình vận chuyển, phát tán. Mặt khác, các yếu tố khí tượng và địa hình cũng là những tác nhân quan trọng làm tăng quá trình tích luỹ, xâm nhập hoặc giải phóng chất ô nhiễm (dòng mưa, bay hơi...).

Kết quả tính toán quá trình lan truyền, vận chuyển vật chất:

Dưới tác dụng của dòng triều, tỷ lệ % suy giảm các chất phản ánh khả năng tự làm sạch môi trường trong một con triều. Tại Phất Cờ, tham số NO2 có tỷ lệ % suy giảm (25,71%) lớn hơn ở Tùng Gấu (6,49%). Tỷ lệ % suy giảm nồng độ PO4 và NH4 đặc biệt lớn ở Tùng Gấu (30,21% và 28,07%) trong khi ở Phất Cờ, các giá trị này lần lượt là 7,36% và 6,68 %. Mức suy giảm nồng độ BOD5 tại khu vực Phất Cờ nhỏ hơn Tùng Gấu do khu vực này chịu những ảnh hưởng của khối nước ven bờ phía Đông Bắc.

Kết quả tính toán biến đổi hàm lượng vật chất trong con triều lớn và con triều nhỏ:

Khả năng suy giảm hàm lượng chất ô nhiễm theo nguyên tác pha loãng phụ thuộc vào lượng nước trao đổi sau mỗi chu kỳ triều. Khi thuỷ triều lên hàm lượng DO giảm do độ sâu tăng, nồng độ BOD5 giảm 5,5% đối với con triều lớn và 2,8% đối với con triều nhỏ tại Phất Cờ, 14% với con triều lớn và 2,5% tại Tùng Gấu. Vào thời điểm sườn triều lên do khối nước được dòng triều đưa từ ngoài vịnh vào làm loãng nồng độ vật chất trong vịnh cho tới thời điểm mực nước thuỷ triều đạt giá trị lớn nhất của con triều. Vì vậy cho đến khi triều rút hàm lượng BOD5 trong cả hai vịnh được giảm đi một lượng đáng kể (2%-5%).

2.4.2. Sức chịu tải môi trường

Từ kết quả nghiên cứu khả năng tự làm sạch môi trường, những bộ thông số môi trường là nguồn gây ô nhiễm chính được tính toán cụ thể cho từng khoảng thời gian (ngày/tháng/mùa/năm) và trên một đơn vị thể tích/hoặc diện tích đối với mỗi thuỷ vực. Căn cứ vào các bộ tiêu chí và tiêu chuẩn bảo vệ môi trường đã lựa chọn, xác định năng lực môi trường hiện tại của thuỷ vực với những thông số môi trường [5].

Năng lực môi trường là khả năng của thuỷ vực có thể tiếp nhận và đồng hoá thêm lượng vật chất ô nhiễm sao cho không vượt quá các tiêu chuẩn môi trường.

+ Tính toán năng lực môi trường (Environment Capacity):

EC = (Cmax – Co).(1 + R).V

Trong đó:

EC: Năng lực môi trường (tính trung bình cho một đơn vị thời gian)

Cmax: Nồng độ chất ô nhiễm tối đa cho phép, Tiêu chuẩn môi trường Việt Nam, như: TCVN 5943-1995, TCVN 6986-2001 và các TC khác…

Co: Nồng độ chất ô nhiễm tại thời điểm nghiên cứu, trong thuỷ vực .

V: Thể tích của các thuỷ vực (Water volume).

R: tỷ lệ trao đổi nước của thuỷ vực với các thuỷ vực khác (flushing rate).

+ Tính toán sức chịu tải môi trường:

Đối với nuôi trồng thuỷ sản, sức chịu tải môi trường có thể quy đổi thành số ha hoặc thể tích lồng nuôi hoặc sản lượng nuôi trên một giới hạn môi trường tài nguyên cụ thể như vực nước sông tiếp nhận chất thải, vịnh, đầm phá,... [5]

Sức chịu tải môi trường (Environment Carrying Capacity):

ECC = EC/PL

Với: PL (Pollutant load) là lượng chất ô nhiễm phát thải do 1 ha (1 ô lồng nuôi, hoặc 1 tấn sản phẩm nuôi trồng…) trên một đơn vị thời gian.

Kết quả tính sức chịu tải môi trường sẽ là số lượng các "đơn vị" nuôi thuỷ sản (ha/số lồng bè…) tối đa đối với mỗi thuỷ vực cụ thể.

Tính toán sức chịu tải môi trường đối với hợp chất N-NH4⁺ và P-PO4^-3

Tại những vũng vịnh nuôi cá lồng bè, sức chịu tải môi trường được tính sẽ là số lượng lồng bè nuôi tối đa đối với phần diện tích có thể nuôi trong phạm vi nghiên cứu; đảm bảo lượng vật chất phát thải không vượt quá các tiêu chuẩn môi trường (ở đây lựa chọn 2 thông số là N-NH4⁺ và P-PO4^-3

- Trong khu vực Tùng Gấu, số lượng ô lồng vào thời điểm nghiên cứu là 229 ô, có thể tăng thêm từ 601 ô lồng (với P-PO4^-3) đến 2.872 ô lồng (với N-NH4⁺);

- Khu vực vịnh Phất Cờ số lượng ô lồng vào thời điểm nghiên cứu là 136 ô, có thể tăng thêm từ 791 ô lồng (với P-PO4^-3) đến 6.153 ô lồng (với N-NH4⁺);

2.4.3. Đề xuất phát triển nuôi thuỷ sản phù hợp với sức chịu tải môi trường

- Trên phần diện tích có thể nuôi thuỷ sản [2] bằng lồng bè (ở Tùng Gấu là 213.120 m2 và Phất Cờ là 176.400m2), số lượng ô lồng được tính toán phù hợp với sức chịu tải môi trường (tính theo PO4-3-P, TC ASEAN) là 465 ô lồng (Vlồng = 34,6m3) và số ô lồng có thể tăng thêm là 236 ô lồng (ở Tùng Gấu). Tương tự, ở Phất Cờ các giá trị này lần lượt là 180 ô lồng, (Vlồng = 60,3m3), số ô lồng có thể tăng thêm là 44 ô lồng.

- Theo TCVN - 6986/2001-F2 (từ 500 - 5.000m3/ngày) là 15mg/l.ngày đối với T – Nhc và 0,2mg/l.ngày đối với T – Phc, diện tích cần bố trí cho mỗi cụm bè để đảm bảo không gây ô nhiễm cục bộ là 788 - 1886m2/20 ô lồng và 2.181 - 4716 m2/50 ô lồng và diện tích tăng thêm tại mỗi cụm bè nuôi (khoảng cách giữa các cụm lồng bè) ở hai khu nên duy trì ở mức 569 - 1.388m2 với 20 ô lồng/bè và 1.634 - 3.471m2 với những cụm bè nuôi có khoảng 50 ô lồng.

3. MỘT SỐ KIẾN NGHỊ

1. Trên cơ sở kết quả nghiên cứu, các bộ ngành và địa phương cần nghiên cứu và đánh giá toàn diện, chi tiết khả năng tự làm sạch và sức chịu tải môi trường tại các thuỷ vực được quy hoạch nuôi thuỷ sản hoặc tiếp nhận các nguồn thải từ hoạt động NTTS trên phạm vi cả nước. làm cơ sở khoa học lập kế hoạch quản lý và sử dụng bền vững nguồn tài nguyên tại các thuỷ vực ven biển và những hệ sinh thái khác (như: cửa sông, đầm phá, hồ chứa…).

2. Song song với những nghiên cứu ảnh hưởng của NTTS đến môi trường và các hệ sinh thái thuỷ vực, cần đẩy mạnh hướng nghiên cứu, đánh giá tác động gây ô nhiễm từ các hoạt động kinh tế - xã hội đến hoạt động NTTS phổ biến hiện nay.

Tài liệu tham khảo

1. Trần Lưu Khanh, 2005. Nghiên cứu cơ sở khoa học thiết lập hệ thống trạm quan trắc chất lượng môi trường vùng nuôi hải sản tập trung ven biển Hải Phòng – Quảng Ninh. Luận văn cao học Môi trường, Đại học Bách Khoa Hà Nội.

2. Đỗ Văn Khương, 2001. Báo cáo tổng kết đề tài “Nghiên cứu công nghệ sản xuất giống và nuôi một số loài cá biển có giá trị kinh tế cao trong điều kiện Việt Nam”. Viện Nghiên cứu Hải sản.

3. LOICZ. LOICZ Workshop: Biogeochemical Modelling for Coastal Zone Research. LOICZ Meeting Report No. 1, 17p, 1995b.

4. Modelling the effects of macrophytes on algal blooming in eutrophic shallow lakes. Takashi Asaeda and Truong Van Bon, Ecological Modelling, 104 (1997).

5. Siri Tookwinas. Estimation of the Carrying Capacity for Marine Shimp Farming Area ta Kung Krabaen Bay. Thai Marine Fisheries Research Bullentin, Vol.7, December, 1999. Rayong, Thailand, 1999.

Trần Lưu Khanh (Viện nghiên cứu Hải sản)
Nguyễn Đức Cự (Viện Tài nguyên và Môi trường biển)
Trương Văn Bổn (Viện Khoa học Thuỷ lợi)