Đánh giá diễn biến chất lượng nước vùng thủy sản nước ngọt ở đồng bằng sông Cửu Long đến năm 2020

Do đặc thù của hệ sinh thái tự nhiên nên thủy sản nước ngọt đang là thế mạnh của Đồng bằng sông Cửu Long, trong đó có nghề nuôi cá Tra và cá Ba Sa. Chính vì vậy mà trong những năm qua, các địa phương đã đẩy mạnh phát triển diện tích nuôi trên diện rộng. Tuy nhiên cùng với việc thúc đẩy nền kinh tế trong vùng phát triển, tăng tỷ trọng xuất khẩu thủy sản thì vấn đề ô nhiễm môi trường đất, nước đã và đang xảy ra ngày càng trầm trọng do việc nuôi trồng chưa được quy hoạch hợp lý, mật đô nuôi quá cao... Nước thải xả tự do làm lây lan mầm bệnh từ nơi này sang nơi khác không kiểm soát được, đã từng có những đợt dịch bệnh làm chết cá hàng loạt gây tổn thất lớn cho người nuôi. Bài viết này giới thiệu thực trạng và dự báo diễn biến chất lượng nước đến nằm 2020 trên các sông rạch ở Đồng bằng sông Cửu Long do các hoạt động nuôi cá nước ngọt gây ra.

I. Đặt vấn đề

Thủy sản nước ngọt được nuôi tương đối phổ biến ở tất cả các tỉnh, thành ở Đồng Bằng sông Cửu Long. Đặc biệt là cá Tra, cá Ba Sa được nuôi nhiều ở các tỉnh nằm ven sông Tiền, sông Hậu và các sông rạch chính, chiếm trên 95% sản lượng cá da trơn của cả nước. Trong những năm qua, giá trị xuất khẩu cá Tra, Ba Sa có tốc độ tăng trưởng khá cao và đóng góp rất lớn vào tổng kim ngạch xuất khẩu thủy sản của cả nước.

Bên cạnh những thành tựu đạt được, trong sản xuất vẫn tiềm ẩn nhiều rủi ro về dịch bệnh, môi trường, thị trường. Hầu hết người dân phát triển nuôi cá tự phát, với mật độ quá cao trong khi chưa có hệ thống cơ sở hạ tầng hỗ trợ (xử lý nước thải, chất thải,….) dẫn đến môi trường trong và ngoài ao nuôi rất dễ bị ô nhiễm, dịch bệnh phát sinh, ảnh hưởng đến hiệu quả sản xuất.

Đến nay, nuôi cá Tra, cá Ba Sa đã phát triển mạnh ở hầu hết các tỉnh, thành phố trong vùng ĐBSCL, sản lượng đã vượt 1 triệu tấn/năm với tổng diện tích lên đến 5600ha. Tuy nhiên vấn đề ô nhiễm môi trường đất, nước đã và đang xảy ra ngày càng trầm trọng do việc nuôi trồng chưa được quy hoạch hợp lý, mật độ nuôi quá cao. Nước thải xả ra tự do làm lây lan mầm bệnh từ nơi này sang nơi khác không kiểm soát được, đã từng có những đợt dịch bệnh làm chết cá hàng loạt gây tổn thất lớn cho người nuôi ở các tỉnh An Giang, Cần Thơ và Đồng Tháp. Tất cả những đều đó làm cho tải lượng nước thải đổ vào hệ thống kênh rạch trong vùng ngày càng nhiều, gây ô nhiễm nguồn nước. Ngoài ra tình trạng lan truyền dịch bệnh đã và đang xảy ra một số nơi thông qua hệ thống kênh rạch.

Với mục đích khai thác và sử dụng hiệu quả nguồn tiềm năng, bố trí sản xuất hợp lý dựa trên cơ sở khoa học và điều kiện tự nhiên kinh tế, xã hội của từng vùng, khu vực; giảm các rủi ro về môi trường, dịch bệnh và thị trường trong sản xuất; hạn chế xung đột giữa hoạt động của các ngành kinh tế; hướng tới sản xuất ổn định, bền vững. Chính vì vậy, việc nghiên cứu đánh giá diễn biến chất lượng nước từ vùng nuôi cá Tra, Ba sa ở Đồng bằng sông Cửu Long là rất cần thiết và cấp bách nhằm giải quyết các vấn đề mà thực tiễn đang đòi hỏi.

II. Địa điểm và phương pháp nghiên cứu

2.1. Vùng nghiên cứu

Nghiên cứu được thực hiện trong vùng nuôi trồng thủy sản nước ngọt mà đặc biệt là vùng

2.2. Phương pháp nghiên cứu

- Nghiên cứu tổng quan: Trên cơ sở các dữ liệu được thu thập từ các Sở NN & PTNT, Viện nghiên cứu NTTS II, các nghiên cứu liên quan để phục vụ cho các phân tích đánh giá sau này.

- Phương pháp lý thuyết: sử dụng lý thuyết thành phần nguồn nước, phần mềm mô phỏng (bộ phần mềm Mike11), đánh giá kết quả, đề xuất các giải pháp thích hợp.

- Phương pháp kế thừa: sử dụng một số công trình nghiên cứu về bài toán lan truyền chất, quy hoạch nuôi trồng thủy sản, nông nghiệp và kinh nghiệm thực tế ở các địa phương vùng ĐBSCL.

III. Kết quả và thảo luận

Việc đánh giá chất lượng nước, phương pháp vận hành hệ thống, mà đặc biệt là vấn đề lan truyền nước bẩn, ô nhiễm, các chất hữu cơ có chế độ biến đổi không rõ ràng, các khối nước mang mầm bệnh ô nhiễm…còn chưa giải quyết đủ tin cậy. Để cải thiện công cụ tăng cường năng lực giải quyết các khó khăn này, trong những năm gần đây Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam đã phát triển một phương pháp mới đánh giá nguồn nước dựa vào sự lan truyền các nguồn nước thành phần, còn gọi là các nguồn nước có nguồn gốc khác nhau. Đây là cách tiếp cận mới nghiên cứu các hệ nguồn nước, là một công cụ đa năng có nhiều ưu điểm không tìm thấy ở các phương pháp truyền thống [2]. Trong nghiên cứu này nhóm tác giả sử dụng bộ phần mềm MIKE 11 để đánh giá mô phỏng diễn biến chất lượng nước cho vùng nghiên cứu.

1. Bài toán thành phần nguồn nước

Lý thuyết lan truyền các thành phần nguồn nước giải quyết bài toán động thái các nguồn nước trong hệ thống, tức là sự phân bố tỷ lệ các nguồn nước trong hệ thống. Lý thuyết này hiện đang phát triển rất mạnh, nhất là mở rộng phạm vi áp dụng cho nhiều bài toán liên quan đến nguồn nước và hệ sinh thái, phát triển các chỉ tiêu đánh giá nguồn nước và vấn đề điều khiển nguồn nước dựa theo thành phần nguồn nước.

Hệ phương trình cơ bản:

Cách giải và các công cụ tính toán:

- Giải như bài toán truyền chất thông thường và được trình bày kỹ ở [2].

- Sử dụng phần mềm tính toán truyền chất để giải, trong nghiên cứu này sử dụng bộ phần mềm MIKE 11 để tính toán.

MIKE11 là bộ phần mềm kỹ thuật chuyên môn để mô phỏng lưu lượng, mực nước, chất lượng nước và vận chuyển bùn cát ở cửa sông, sông, hệ thống tưới, kênh dẫn và các vật thể nước khác. Đây là bộ công cụ lập mô hình động lực một chiều và thân thiện với người sử dụng nhằm phân tích chi tiết, thiết kế, quản lý và vận hành cho sông và hệ thống kênh dẫn từ đơn giản đến phức tạp. Với môi trường đặc biệt thân thiện với người sử dụng, linh hoạt và tốc độ, MIKE11 cung cấp một môi trường thiết kế hữu hiệu về kỹ thuật công trình, tài nguyên nước, quản lý chất lượng nước và các ứng dụng quy hoạch.

Modul mô hình thủy động lực HD là một phần trọng tâm của hệ thống lập mô hình MIKE11 và hình thành cơ sở dữ liệu cho hầu hết các modul khác bao gồm: dự báo lũ, tải khuyếch tán, chất lượng nước và modul vận chuyển bùn cát không cố kết. Đối với chất lượng nước có thể sử dụng modul ECOLAB để tính toán, trong trường hợp đơn giản có thể sử dụng AD với các hệ số triết giảm hay phát triển.

2. Mô hình mô phỏng chất lượng nước cho vùng nuôi thủy sản nước ngọt

Mô hình chất lượng nước được thành lập trên nền mô hình tính toán thủy lực đồng bằng, với số liệu thủy văn năm 2000, địa hình, công trình được cập nhật cho đến thời điểm hiện tại 2008. Mạng lưới sông toàn đồng bằng khá dày đặc, nên việc sơ đồ hóa chi tiết mạng lưới sông kênh là công việc hết sức khó khăn. Do đó mô hình chỉ bao gồm các sông và kênh rạch chính trong vùng nghiên cứu. Sơ đồ thủy lực tính toán dòng chảy khu vực nghiên cứu được thiết lập với 6745 đoạn sông kênh, 8592 mặt cắt và 2568 công trình điều khiển bao gồm cống, đập các loại.

3. Các trường hợp tính toán

Trong nghiên cứu này, tính toán được xác định cho 3 trường hợp gia tăng diện tích nuôi thủy sản, mà chủ lực là cá Tra, cá Ba Sa ở ĐBSCL: trường hợp hiện trạng (8600 ha); đến năm 2015 (11000 ha) và đến năm 2020 (13000 ha).

- Tính toán theo bài toán thành phần nguồn nước.

- Tính toán chỉ tiêu chất lượng nước BOD5. 

Hình 1. Sơ đồ tính toán vùng nghiên cứu

4. Kết quả tính toán

Tính toán theo bài toán thành phần nguồn nước

Để xem xét ảnh hưởng của việc nuôi cá Tra, Ba Sa đến môi trường nước trên các sông, rạch ở ĐBSCL 3 kịch bản sau đây được xây dựng:

- Kịch bản 1: Mô hình chất lượng nước với diện tích nuôi hiện trạng: 5.600ha (KB1-ADHT).

- Kịch bản 2: Mô hình chất lượng nước với diện tích nuôi trồng đến năm 2015: 11.000 ha (KB2-AD2015).

- Kịch bản 3: Mô hình chất lượng nước với diện tích nuôi trồng đến năm 2020: 13.000 ha (KB3-AD2020).

Điều kiện biên chất lượng nước, các nguồn xả thải trên toàn đồng bằng rất khó xác định. Vì vậy trong nghiên cứu này chỉ xem xét ảnh hưởng của nước thải từ các vùng nuôi cá Tra, Ba Sa với tải lượng và nồng độ của nước thải được tính toán và các giả thiết như sau:

- Lưu lượng xả thải căn cứ vào định mức xả từ các ao nuôi: Qi = Fi x qi

Trong đó:         Qi        Lưu lượng xả thải i                 (m3/s)

Fi         Diện tích nuôi i                       (ha)

qi            Định mức nước xả thải           (m3/s/ha)

- Tỷ lệ thành phần nguồn nước xả thải từ nuôi trồng thủy sản là p=100% và thành phần nước này là chất bảo tồn.

- Tỷ lệ thành phần nguồn nước thải từ các vùng nuôi cá Tra, cá Ba Sa ban đầu trên toàn vùng nghiên cứu bằng zêrô (p=0).

- Nồng độ thành phần nước thải từ các vùng nuôi cá Tra, cá Ba Sa lấy trung bình của các giá trị thực đo, và tại các biên bằng hằng số và bằng zêrô (p=0).

Kết quả tính toán sẽ cho một bức tranh toàn cảnh về diễn biến chất lượng nước của các sông kênh rạch trên toàn ĐBSCL.

Kết quả tính toán trường hợp hiện trạng (TPN_ONHT)

Từ kết quả mô phỏng cho thấy thành phần nước thải từ các vùng nuôi cá Tra và Ba Sa có khả năng lan rộng và nhanh, ảnh hưởng đến môi trường trong vùng và các vùng lân cận, cụ thể:

Ở khu vực các tỉnh thượng nguồn như An Giang, Đồng Tháp và dưới đó là Cần Thơ, thành phần nước thải do nuôi thủy sản này lan truyền rộng ra toàn vùng theo thủy triều và ảnh hưởng rất lớn đến các khu vực nội đồng như Tri Tôn, kênh Ba Thê, Cần Thảo, Chắc Cần Đao, Phú Tân, Vĩnh An, Lấp Vò, khu vực đầu kênh Tân Thành Lò Gạch, Đồng Tiến…

Hình 2. Hình ảnh lan truyền TPN_ONHT lớn nhất trên hệ thống

Hình 3. Tỷ lệ TPN_ONHT tại đầu kênh Tri Tôn

Ở các khu vực bị ảnh hưởng của thủy triều mạnh như Vĩnh Long, Bến Tre, Tiền Giang, Trà Vinh…quá trình lan truyền này xảy ra mạnh hơn. Tuy nhiên do diện tích phát triển cá Tra, Ba Sa ở các tỉnh vùng dưới này còn hạn chế so với thượng nguồn nên mức độ ô nhiễm còn thấp, hầu hết thành phần nước trên các sông rạch dưới 10%.

Thành phần nước ô nhiễm do nuôi cá Tra, cá Ba Sa được pha loãng nhanh, tỷ lệ lớn nhất là kênh Vĩnh An thuộc huyện Phú Tân, An Giang (49.61%), kênh trục khu vực Tri Tôn (31.63%), tiếp đó là kênh nội đồng phía Nam kênh Cái Sắn (31.07%) trên địa bàn huyện Vĩnh Thạnh và Thốt Nốt (Tp Cần Thơ), cuối kênh Cái Sắn (15.74%), Cái Bè (14.28%), trên sông Tiền và sông Hậu tỷ lệ này khá nhỏ bình quân từ 1.36%-1.97%. Tuy nhiên xu thế lan truyền theo hướng từ thượng nguồn về hạ nguồn, từ đầu kênh trục vào sâu trong nội đồng, đây là điều rất nguy hiểm nếu xảy ra dịch bệnh ở khu một điểm nào đó ở thượng nguồn sẽ làm cho các khu vực khác bị nhiễm. Điều này đã xảy ra trong thực tế năm 2007 khi các hộ nuôi ở An Giang bị dịch bệnh sau đó nguồn bệnh này đã theo dòng chảy và gây nên dịch bệnh cho khu vực Cần Thơ, Vĩnh Long làm cho các chết hàng loạt, thiệt hại rất lớn.

Kết quả tính toán trường hợp phát triển diện tích đến năm 2015: 11000 ha (TPN_ON_KB2)

Kết quả mô phỏng thành phần nước ô nhiễm kịch bản TPN_ON_KB2 cho thấy: khi diện tích nuôi cá tăng lên 11.000 ha (so với hiện trạng 8600 ha) thì tỷ lệ thành phần nước ô nhiễm đã tăng lên đáng kể.

Hình 4. Tỷ lệ TPN_ON_KB2 và hiện trạng (TPN_ONHT) tại đầu kênh Tri Tôn

Tỷ lệ thành phần nước cao nhất là khu vực các kênh nội đồng thuộc huyện Châu Phú, Phú Tân (An Giang), huyện Thốt Nốt, Vĩnh Thạnh, Ô Môn (Thành phố Cần Thơ), trên một số kênh rạch nội đồng như Mỹ Phú, Nam Cái Sắn, Thốt Nốt  tỷ lệ này lên đến gần 62%, đây là những khu vực ô nhiễm sẽ trở nên nghiêm trọng, ảnh hưởng đến sức khỏe của người dân, ảnh hưởng đến các hoạt động kinh tế khác sử dụng chung nguồn nước.

Kết quả tính toán trường hợp phát triển diện tích đến năm 2020: 13000 ha (TPN_ON_KB3)

Bảng 1 Tỷ lệ TPN_ON (%) lớn nhất tại một số vị trí 3 trường hợp hiện trạng, KB2 và KB3

Tính toán chỉ tiêu chất lượng nước BOD5

Mô hình mô phỏng với chỉ tiêu chất lượng nước: nhu cầu ôxy sinh hóa (BOD5) nhằm xem xét mức độ pha loãng, cũng như lan truyền của chỉ tiêu này trong hệ thống.

Tiêu chuẩn áp dụng để đánh giá là QCVN 08: 2008/BTNMT, tiêu chuẩn chất lượng nước mặt. Đối với BOD5 loại B cho phép ở 200C là [BOD5]≤ 15 mg/l.

Kết quả tính toán trường hợp hiện trạng: 5600 ha (KB1-ADHT)

Các nguồn thải từ ao nuôi cá đổ trực tiếp vào các sông chính (kênh Tri Tôn, sông Hậu, Tân Thành Lò Gạch, Hồng Ngự, Nguyễn Văn Tiếp, Cái Bè) được pha loãng nhanh, nên nồng độ BOD5 hầu hết thấp hơn tiêu chuẩn loại B (15mg/l). Tuy nhiên trên các kênh cấp II, khu vực nội đồng của các kênh này do lưu lượng nhỏ, hoặc có sự giao thoa của thủy triều, nên nồng độ BOD5 ít bị suy giảm, thậm chí còn tăng lên ở cuối các kênh cụt. Trên sông Hậu và sông Tiền các nguồn ô nhiễm bị suy giảm rất nhiều hầu như không còn ảnh hưởng, nồng độ do thành phần nước thải từ nuôi cá trên hai sông này <3mg/lít. 

Hình 5. Nồng độ BOD5 lớn nhất trên hệ thống, trường hợp KB1-ADHT

Kết quả tính toán trường hợp tăng diện tích đến năm 2015: 11000 ha (KB2-AD2015)

Kết quả tính toán cho thấy khi diện tích nuôi tăng lên sẽ làm tăng lưu lượng xả thải xuống kênh, qua đó đã làm cho nồng độ các chất thải BOD5 trên các kênh trục chính tăng lên so với hiện trạng, tuy nhiên hầu hết đều thấp hơn tiêu chuẩn loại B đối với nước thải trên sông rạch (15mg/l).

Với diện tích nuôi tăng lên 11000 ha thì vấn đề ô nhiễm đã tăng lên từ 1.05 đến 1.28 lần so với hiện trạng và lan truyền sâu hơn vào khu vực nội đồng nhất là huyện Châu Phú, Châu Thành, Long Xuyên, Phú Tân, Chợ Mới (An Giang), huyện Vĩnh Thạnh, Thốt Nốt, Ô Môn (Cần Thơ), Hồng Ngự, Tam Nông (Đồng Tháp), Cái Bè (Tiền Giang), Măng Thít, Vũng Liêm (Vĩnh Long)...

Kết quả tính toán trường hợp tăng diện tích đến năm 2020: 13000 ha (KB3-AD2020)

Với phương án tính toán này cho thấy khi diện tích nuôi cá Tra, Ba Sa ở ĐBSCL tăng lên đến 13000 ha lưu lượng xả ra kênh rạch tăng bình quân gấp 1.5 lần so với hiện trạng và 1.2 lần so với năm 2015. Do đó đã làm cho nồng độ BOD5 trên kênh rạch tăng lên rất nhiều. Khu vực sông Cái Bè (Tiền Giang) cũng tăng lên 1.75 lần so với hiện trạng do diện tích quy hoạch của tỉnh Tiền Giang tập trung chủ yếu ở ven sông này. 

Bảng 2. Kết quả tính toán nồng độ BOD5 (mg/l) tại một số vị trí kênh rạch

IV. Kết luận

 Chất lượng nước nói riêng và môi trường vùng ĐBSCL nói chung chịu ảnh hưởng rất nhiều từ các hoạt động sản xuất trong đó có nghề nuôi cá Tra, cá Ba Sa, đây là những nguồn xả trực tiếp ra hệ thống kênh trục cũng như hai bên bờ sông Tiền, sông Hậu. Vùng ảnh hưởng lớn nhất theo tính toán và khảo sát thực tế cho thấy là khu vực nuôi đầu các kênh trục thuộc huyện Châu Phú, Châu Thành, Phú Tân (An Giang), Thốt Nốt, Vĩnh Thạnh, Ô Môn (Cần Thơ), các vùng nuôi ven kênh Xà No (Hậu Giang), huyện Hồng Ngự, Cao Lãnh (Đồng Tháp), vùng ảnh hưởng mạnh do chế độ thủy triều làm lan truyền là Cái Bè (Tiền Giang), Lấp Vò (Đồng Tháp), Măng Thít (Vĩnh Long). Các kênh rạch trong vùng đều bị ô nhiễm khá lớn, nhất là các khu vực có kênh rạch đề cập ở trên. Kết quả bài toán thành phần nước và tính toán chỉ tiêu chất lượng nước BOD5 đã cho chúng ta cái nhìn tổng thể về vấn đề lan truyền dịch bệnh (nếu xảy ra) và ô nhiễm môi trường nước từ các vùng nuôi cá Tra, Ba Sa.    

Kết quả tính toán mô phỏng với thành phần nước thải ô nhiễm (TP_ON) và chỉ tiêu đánh giá chất lượng nước BOD5 đã cho thấy: với diện tích nuôi hiện nay thì nước thải từ các vùng nuôi xuống kênh rạch được pha loãng đáng kể và ở dưới tiêu chuẩn cho phép, nhưng cũng đã có một số khu vực bị ảnh hưởng nghiêm trọng vì ô nhiễm do nguồn này gây ra. Đó là các khu vực nuôi cặp theo các kênh cấp I như Tri Tôn (An Giang), Cái Sắn, KH1, Thốt Nốt và một số kênh nội vùng khác. Kết quả tính toán đã chỉ ra rằng tỷ lệ thành phần nguồn nước xả thải ô nhiễm ở các khu vực này rất cao. 

Việc mô phỏng các kịch bản phát triển diện tích nuôi cho đến năm 2015-2020 nếu không được xử lý (cùng với các nguồn ô nhiễm khác như thải đô thị, nông nghiệp, công nghiệp…) thì đây sẽ là một trong những nguồn gây ô nhiễm nghiêm trọng đến hệ thống kênh rạch trong vùng. 

Qua kết quả tính toán diễn biến chất lượng nước ở vùng nghiên cứu qua các năm cho thấy nuôi cá Tra, Ba Sa ở ĐBSCL có nhiều điều kiện thuận lợi để phát triển. Tuy nhiên, nếu phát triển như hiện nay: các vùng nuôi thiếu tính quy hoạch, mới chỉ chú ý đến phát triển diện tích và năng suất mà bỏ quên vấn đề bảo vệ môi trường nuôi thì có thể nói nghề nuôi cá Tra, Ba Sa ở ĐBSCL đang “bán dần” môi trường để thu lợi nhuận và với hiện trạng này suy thoái môi trường do nuôi cá sẽ tác động tiêu cực đến nghề nuôi và là cản trở lớn nhất đến ổn định và phát triển trong thời gian tới. Vì vậy để nghề nuôi cá Tra, Ba Sa ở vùng ĐBSCL phát triển ổn định, ngay từ bây giờ song song với quy hoạch phát triển nghề nuôi cần phải chú trọng đến vấn đề quản lý môi trường, trong đó vấn đề đặc biệt quan trọng là phải nghiên cứu đưa ra được các biện pháp hợp lý, có tính ứng dụng thực tiễn để xử lý được chất thải phát sinh trong nuôi cá Tra, cá Ba Sa.

Tài liệu tham khảo

[1]. Dương Công Chinh và nnk. Phát triển nuôi cá Tra ở ĐBSCL và các vấn đề môi trường cần giải quyết. Tuyển tập Kết quả khoa học công nghệ Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam, 2009.

[2]. Tăng Đức Thắng. Ứng dụng bài toán định xuất xứ khối nước tác động một chiều trong nghiên cứu xâm nhập mặn. Tuyển tập Kết quả khoa học công nghệ Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam, 1999.

[3]. PGS.TS.Tăng Đức Thắng. Nghiên cứu các biện pháp khoa học công nghệ đánh giá và quản lý nguồn nước, giảm thiểu ô nhiễm trong các hệ thống thủy lợi ĐBSCL, Viện Khoa học Thủy lợi Miền Nam, 2005.

[4]. Viện nghiên cứu phát triển thủy sản II. Quy hoạch phát triển cá Tra, Ba Sa ở ĐBSCL đến năm 2020.

[5]. MRCS. Basin Development Plan.Regional sector overview, Naviagtion, 2002.

[6]. MRCS. Lower MeKong Basin,  Future Trends in Agricultural Production, discussion paper, 2003.

Tác giả: KS. Mai Văn Cương, ThS. Võ Văn Thanh
Viện Khoa học Thủy lợi Miền Nam - Viện Khoa học Thủy lợi Việt Nam

Tạp chí KH&CN Thủy lợi