Tên đề tài: “Đánh giá và dự báo chất lượng nước nuôi trồng thủy sản ở đầm phá Tam Giang – Cầu Hai, tỉnh Thừa Thiên Huế”.

 Tác giả: Trương Văn Đàn, Khóa: 2014

 Chuyên ngành: Nuôi trồng thủy sản; Mã số: 62620110. Nhóm ngành: Nông-Lâm-Ngư nghiệp.

 Người hướng dẫn chính: PGS.TS. Vũ Ngọc Út - Trường Đại học Cần Thơ.

1. Tóm tắt nội dung luận án

Nghiên cứu được thực hiện với mục tiêu là đánh giá tổng thể về hiện trạng nuôi trồng thủy sản (NTTS) của các xã ven đầm phá Tam Giang – Cầu Hai đồng thời đánh giá và dự báo diễn biến chất lượng nước (CLN), phân vùng CLN làm cơ sở cho việc quy hoạch vùng nuôi tôm ven đầm phá hợp lý và hiệu quả. Thông tin về hiện trạng NTTS các xã ven đầm phá Tam Giang – Cầu Hai được thực hiện thông qua việc khảo sát 90 hộ ở 9 xã ven đầm phá. CLN được đánh giá qua việc thu mẫu các thông số môi trường nước bao gồm nhiệt độ, pH, DO, độ mặn, độ kiềm, tổng chất rắn lơ lửng (TSS), tổng chất rắn hòa tan (TDS), BOD₅, N-NH₃, N-NO₃^-, P-PO₄^3-, tổng coliform. Việc thu mẫu được thực hiện với 5 đợt/năm vào các thời điểm mùa khô (tháng 5), mùa mưa (tháng 10, 12), và giao mùa (tháng 2 và tháng 8), tại 44 điểm để đánh giá CLN theo mùa. Đối với đánh giá CLN theo ngày đêm, mẫu được thu liên tục tại 4 trạm (Tam Giang, Thuận An, Trường Hà, Tư Hiền) vào thời điểm mùa khô (tháng 5) và mùa mưa (tháng 11), trong  7 ngày liên tục/mùa,  với chu kỳ 3 giờ/lần. Việc đánh giá CLN ở đầm phá Tam Giang – Cầu Hai phục vụ cho hoạt động NTTS được thực hiện bằng cách so sánh các thông số đo đạc với các Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia và chỉ số CLN đầm phá (WQI_TGCH). Mô hình MIKE 21 được sử dụng để mô phỏng, dự báo CLN ở vùng đầm phá Tam Giang – Cầu Hai. Kết quả cho thấy hoạt động NTTS ven đầm phá Tam Giang – Cầu Hai diễn ra với 3 mô hình chính là nuôi ao đất, nuôi cá lồng và nuôi chắn sáo với diện tích 4.215 ha năm 2017 với các đối tượng nuôi chính là tôm sú, cua, cá dìa, cá kình. Về CLN, nhóm các thông số cơ bản đều thích hợp cho NTTS. Các yếu tố như nhiệt độ, pH, DO, độ mặn, độ kiềm ở thời điểm ban ngày cao hơn ban đêm, mùa khô cao hơn mùa mưa. Giá trị pH ở các điểm gần bờ, gần cửa sông, gần kênh thải NTTS và sinh hoạt vào mùa mưa thì không thích hợp cho nuôi tôm. Hàm lượng DO ở đầm Hà Trung – Thủy Tú thấp hơn so với phá Tam Giang và đầm Cầu Hai. Đầm Hà Trung – Thủy Tú có độ mặn cao nhất. Vào mùa mưa độ kiềm không thích hợp cho nuôi tôm. Độ kiềm ở đầm Hà Trung – Thủy Tú cao nhất. Nhóm các thông số hữu cơ đã vượt ngưỡng cho NTTS ngoại trừ yếu tố TSS. Hàm lượng TSS ít biến động theo ngày đêm và theo không gian đầm phá, mùa mưa cao hơn mùa khô. Hàm lượng TDS không biến động lớn theo ngày đêm nhưng ở mùa khô cao hơn mùa mưa. BOD₅ ít biến động theo quy luật ngày đêm nhưng mùa mưa cao hơn mùa khô. Hàm lượng BOD₅ thấp nhất ở khu vực đầm Hà Trung – Thủy Tú. Nhóm các thông số dinh dưỡng đã vượt giới hạn cho phép, ngoại trừ yếu tố N-NO₃^-. Hàm lượng N-NO₃^-, phosphate ban ngày thấp hơn ban đêm, mùa mưa cao hơn mùa khô. Khu vực đầm Sam Chuồn có hàm lượng N-NO₃^-, phosphate cao nhất. Nhóm các thông số khí độc và vi sinh vẫn nằm trong giới hạn cho phép, ngoại trừ N-NH₃ đã tiệm cận giới hạn. Hàm lượng N-NH₃ và tổng coliform ban ngày cao hơn ban đêm, mùa mưa cao hơn mùa khô. Các yếu tố môi trường ảnh hưởng đến CLN ở đầm phá Tam Giang – Cầu Hai chia làm 2 nhóm chính. Nhóm 1 (hữu cơ, vi sinh, khí độc) bao gồm NH₃, tổng coliform, BOD₅, TSS, N-NO₃^-, P-PO₄^3-, DO và giải thích 60,7% sự biến động CLN đầm phá. Nhóm 2 (vật chất hòa tan, yếu tố nền) bao gồm pH, TDS, độ mặn, độ kiềm và giải thích 18,7% sự biến động CLN đầm phá. Chỉ số CLN đầm phá Tam Giang – Cầu Hai được xây dựng theo phương pháp Delphi với 10 thông số bao gồm nhiệt độ, pH, DO, độ mặn, độ kiềm, N-NO₃^-, P-PO₄^3-, BOD₅, N-NH₃ và tổng coliform. Chỉ số CLN đầm phá Tam Giang - Cầu Hai biến động từ 44 – 79 (mùa mưa) và 52 – 84 (mùa khô). CLN đầm phá Tam Giang – Cầu Hai có xu hướng ngày càng gia tăng các chất hữu cơ, các chất dinh dưỡng theo thời gian hay nói cách khác là ngày càng bị ô nhiễm hữu cơ. Nghiên cứu đã xây dựng được mô hình dự báo CLN đầm phá Tam Giang – Cầu Hai và đã tiến hành dự báo CLN ven các khu NTTS tập trung vào tháng 2, 5, 8 năm 2020. Khi lấy nước từ đầm phá cho NTTS vào các thời điểm trên, người dân cần chú ý xử lý kỹ các yếu tố BOD₅ và phosphate đặc biệt là các khu vực ven các xã Phú Mỹ và Lộc Điền.

Từ khóa: Chất lượng nước, chỉ số chất lượng nước, dự báo chất lượng nước, nuôi trồng thủy sản.

2. Những kết quả mới của luận án

Luận án đã cung cấp được dẫn liệu mới nhất về hiện trạng NTTS và CLN vùng đầm phá Tam Giang – Cầu Hai với sự hỗ trợ của công nghệ GIS. Đề tài đã xây dựng được bộ chỉ số CLN (WQI_TGCH) và bộ chỉ số CLN hiệu chỉnh (WQI_{TGCHhieuchinh}) dành riêng cho đầm phá Tam Giang – Cầu Hai để đánh giá CLN nuôi tôm. Kết quả đề tài cũng xây dựng được mô hình dự báo CLN vùng đầm phá Tam Giang – Cầu Hai cho hoạt động NTTS và dữ liệu dự báo theo thời gian ở các khu NTTS tập trung ven đầm phá.

3. Các ứng dụng/khả năng ứng dụng trong thực tiễn, các vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu

Khả năng ứng dụng trong thực tiễn: Kết quả của luận án cung cấp cho các nhà quản lý (Chi cục Thủy sản, Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn Tỉnh Thừa Thiên Huế) và người dân 32 xã ven đầm phá về hiện trạng NTTS và CLN ở đầm phá Tam Giang – Cầu Hai phục vụ hoạt động nuôi thủy sản ở đây. Việc lượng hóa được CLN sẽ giúp cho các nhà quản lý dễ dàng hơn trong việc ra các quyết định liên quan đến các hoạt động NTTS thuộc khu vực họ quản lý. Bên cạnh đó, kết quả dự báo giúp các nhà quản lý có định hướng quy hoạch NTTS trong tương lai hiệu quả.

Các vấn đề tiếp tục nghiên cứu:

- Tiếp tục quan trắc CLN ở đầm phá Tam Giang – Cầu Hai thường xuyên và liên tục hơn, tiến tới quan trắc tự động.

- Nghiên cứu để công bố, xuất bản các bộ tiêu chí, tiêu chuẩn đánh giá CLN ở đầm phá phục vụ mục đích NTTS.

- Tiếp tục nghiên cứu để xây dựng bộ chỉ số WQI cho nuôi cá lồng ở đầm phá.

- Nghiên cứu lựa chọn vùng NTTS phù hợp ở đầm phá Tam Giang – Cầu Hai dựa vào thuật toán hàm mờ (Fuzzy) và phân tích thứ bậc AHP.

- Cần hiệu chỉnh và kiểm định mô hình dự báo CLN thường xuyên hơn để nâng cao độ chính xác của kết quả dự báo.

1. Research Abstract

The objectives of the study were to assess the overall status of aquaculture in the communes along the Tam Giang - Cau Hai lagoon, analyze the variation of water quality, formulate long-term water quality change, water quality zoning to  support rational and effective planning of shrimp culture along the lagoon. The status of current aquaculture activity was surveyed by investigating 90 households in  9 communes along the lagoon using prepared questionnaires. Water quality was assessed by periodical sampling parameters including temperature, pH, DO, salinity, alkalinity, total suspended solids (TSS), total dissolved solids (TDS), BOD₅, N-NH₃, N-NO₃^-, P-PO₄^3- and total coliform. All samples were collected in 5 periods including the dry season (May), rainy season (October and December), and transitional seasons (February and August), at 44 stations to have a time series for seasonal change comparison.  For diurnal variation assessment, samples were collected continuously at four stations (Tam Giang, Thuan An, Truong Ha, Tu Hien) during 24 hours in the dry season (May) and the rainy season (November) for 7 days with  3 hours intervals. Assessment of water quality in Tam Giang - Cau Hai lagoon for aquaculture activities was conducted by comparing each parameter with the National Technical Regulation and lagoon water quality index (WQI_TGCH). The MIKE 21 model was applied to formulate and predict water quality in Tam Giang - Cau Hai lagoon. The results on aquaculture status showed that pond, cage and enclosed nets are the main aquaculture systems along the Tam Giang – Cau Hai lagoon with a total area of 4,215 ha in 2017. Black tiger shrimp (Penaeus monodon), mud crabs (Scylla paramamosain), rabbitfish (Siganus guttatus and Siganus canaliculatus) are commonly cultured species. In terms of water quality, the basic parameters were suitable for using water in the lagoon for aquaculture. Temperature, pH, DO, salinity, alkalinity were higher during daytime than nighttime, and higher in the dry season than in the rainy season. In the rainy season, pH values in the near-shore areas, estuaries, aquaculture sewage and domestic sewage channels were unsuitable for shrimp culture. DO content in Ha Trung - Thuy Tu lagoon was lower than that of Tam Giang and Cau Hai lagoons. The highest salinity was recorded in Ha Trung - Thuy Tu lagoon. In the rainy season, alkalinity was not suitable for shrimp culture. Highest alkalinity was also recorded in Ha Trung – Thuy Tu lagoon. The organic parameters have exceeded the threshold for aquaculture except for TSS. TSS did not fluctuate largely both diurnally and spatially. TSS content in the rainy season was higher than that in the dry season. TDS content did not vary largely diurnally, but higher in the dry season than in the rainy season. Similarly, BOD₅ did not fluctuate greatly during day and time but higher in the rainy season than in the dry season. The content of BOD₅ in Ha Trung - Thuy Tu lagoon was lowest. Nutrient parameters exceeded the limit, except N-NO₃^-. The concentration of N-NO₃^- and phosphate were lower in the daytime than in nighttime, and higher in the rainy season than in the dry season. Highest N-NO₃^- and phosphate concentration were highest in Sam Chuon lagoon. Toxic and microbial parameters remained within the acceptable limits, except N-NH₃ was close to the limit. N-NH₃ content and total coliform in daytime were higher than in nighttime, and in rainy season were higher than in dry season. From an analysis of principal components (PCA), the water quality in Tam Giang - Cau Hai lagoon were classified into two main groups. Group 1 (organic, microbial, toxic gas) included NH₃, total coliform, BOD₅, TSS, N-NO₃^-, P-PO₄^3-, DO and explains 60.7% of water quality variations in the lagoon. Group 2 (dissolved matter, background factors) consisted of pH, TDS, salinity, alkalinity and explained 18.7% of variations of water quality in the lagoon. Water quality index (WQI) in Tam Giang - Cau Hai lagoon was formulated using the Delphi method based on 10 parameters including temperature, pH, DO, salinity, alkalinity, N-NO₃^-, P-PO₄^3-, BOD₅, N-NH₃ and total coliform. The result presents a range of 44 - 79 (rainy season) and 52 - 84 (dry season) of the index in Tam Giang – Cau Hai lagoon. The organic matter and nutrient contents gradually increased by time in several areas of Tam Giang – Cau Hai lagoon that could lead to potential organic pollution. In this study, a hydrodynamic model has been developed for water quality simulation and prediction in Tam Giang - Cau Hai lagoon. The model was then successfully applied for intensive areas during the months of February, May, and August in 2020. When using water from the lagoon for aquaculture in these periods, shrimp growers need to treat properly water to reduce BOD₅ and phosphate, especially the areas near Phu My, and Loc Dien communes.

Keywords: Water quality, water quality index, water quality prediction, aquaculture.

2. Research Creativeness

This dissertation has provided the newly updated data on aquaculture status and water quality in Tam Giang - Cau Hai lagoon with the help of GIS technology. The dissertation has also developed a water quality index (WQI_TGCH) and a calibrated water quality index (WQI_{TGCHhieuchinh}) for Tam Giang - Cau Hai lagoon to assess water quality for shrimp culture. The results of the dissertation also formulated a projection model of water quality in Tam Giang - Cau Hai lagoon for aquaculture activities and predicting data over time in some main aquaculture zones along the lagoon.

3. The applications/potential applications in barramundi farming, and the perspectives of this study

The potential applications in barramundi farming: The results of the thesis provide managers (Fisheries Department, Department of Agriculture and Rural Development of Thua Thien Hue province) and people (32 communes along the Tam Giang – Cau Hai lagoon) with aquaculture status and water quality in Tam Giang - Cau Hai lagoon to serve aquaculture activities in this region. Water quality quantification will make it easier for managers to make decisions regarding aquaculture activities in their area. Besides, forecasted results help managers to plan aquaculture in the future effectively.

Issues of further research:

- Continue to monitor water quality in Tam Giang - Cau Hai lagoon more frequently and continuously, towards automatic monitoring.     

- Research to publish the criteria and standards for water quality assessment in the lagoon for aquaculture purposes.

- Continue to research to build the WQI water quality index (WQI) for cage fish cage culture in the lagoon.

- Research and select suitable aquaculture areas in Tam Giang - Cau Hai lagoon based on Fuzzy algorithm and Analytic Hierarchy Process (AHP)

- We need to calibrate and verify the water quality forecast model more often to improve the accuracy of the forecast results.

• Xem chi tiết nội dung luận án
• Xem thông tin đăng tải tại Website Bộ giáo dục và Đào tạo. (Nhập tên NCS vào ô tìm kiếm)