ĐÁnh giÁ hiỆn trẠng vÀ dỰ bÁo xÂm nhẬp mẶn tẦng … hoai thu... · trước...

1

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

TRỊNH HOÀI THU

ĐÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG VÀ DỰ BÁO XÂM NHẬP MẶN

TẦNG NƢỚC NGẦM PLEISTOCENE DO KHAI THÁC

NƢỚC NGẦM VÙNG VEN BIỂN ĐỒNG BẰNG SÔNG HỒNG

Chuyên ngành: Môi trường Đất và nước

Mã số: 62 44 03 03

(DỰ THẢO)

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

Hà Nội - 2014

2

MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của Luận án

Tại Việt Nam, các kết quả điều tra, quan trắc, nghiên cứu và đánh giá tài nguyên nước dưới đất từ

trước đến nay cho thấy nguồn tài nguyên nước dưới đất ở nhiều khu vực đã và đang bị ô nhiễm và nhiễm

mặn, hoặc có dấu hiệu bị ô nhiễm và nhiễm mặn. Sự có mặt của các diện tích nơi có tầng chứa nước bị mặn

và hiện tượng nhiễm mặn các tầng chứa nước đang diễn ra tại một số tỉnh ven biển khu vực Đồng bằng sông

Hồng. Hải Phòng và Nam Định là những vùng có đặc điểm thủy địa hóa phức tạp, tầng chứa nước Pleistocen

hầu hết đã bị mặn, nước nhạt chỉ tồn tại ở dạng thấu kính. Tại Thái Bình tầng chứa nước Pleistocen nhạt

phân bố tập trung ở phía Bắc của tỉnh, với trữ lượng tiềm năng khai thác công nghiệp, nhưng nếu không có

các biện pháp ngăn ngừa sẽ có nguy cơ nhanh chóng bị xâm nhập mặn. Theo Thông báo kết quả quan trắc tài

nguyên và môi trường nước dưới đất Đồng bằng Bắc Bộ của Trung tâm quan trắc và dự báo Tài nguyên

nước (2013) tốc độ hạ thấp mực nước do khai thác nước trung bình từ năm 1993 đến nay vào khoảng

0.6m/năm. Hơn thế nữa, việc tồn tại hàng loạt các giếng khoan UNICEF và các lỗ khoan khảo sát thăm dò

địa chất, địa chất thủy văn, … không sử dụng hoặc bị hỏng không được trám lấp đúng yêu cầu cũng là điều

kiện gây nhiễm bẩn và nhiễm mặn tầng chứa nước. Trước những thực trạng trên, cần phải có những phương

pháp nghiên cứu hiệu quả để xác định ranh giới nhiễm mặn và dự báo hiện tượng nhiễm mặn nhằm có các

biện pháp bảo vệ nguồn nước ngầm phục vụ các nhu cầu kinh tế xã hội khu vực, nơi có nguồn tài nguyên

nước nhạt hạn hẹp.

Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn trên, tác giả đã lựa chọn đề tài: “Đánh giá hiện trạng và dự báo xâm

nhập mặn tầng nước ngầm Pleistocen do khai thác nước ngầm vùng ven biển Đồng bằng sông Hồng” cho

Luận án Tiến sỹ của mình.

2. Mục tiêu và nhiệm vụ

Mục tiêu của Luận án:

- Xác định phân bố tổng chất rắn hòa tan (TDS) trong tầng chứa nước Pleistocen khu vực ven biển

ĐBSH, trên cơ sở đó xác định thực trạng nhiễm mặn thông qua nghiên cứu ứng dụng tổ hợp phương pháp đo

sâu điện trở và phân tích thành phần hoá học mẫu nước ngầm.

- Dự báo xâm nhập mặn tầng chứa nước Pleistocen do khai thác nước ngầm bằng phương pháp mô

hình hoá địa chất thuỷ văn.

Nhiệm vụ của Luận án:

- Nghiên cứu cơ sở phương pháp đo sâu điện và mô hình địa chất thủy văn trong đánh giá thực trạng

nhiễm mặn và dự báo xâm nhập mặn do khai thác nước ngâm.

- Nghiên cứu tổng hợp các nguồn tài liệu, số liệu đã có và tiến hành đo đạc, phân tích số liệu mới

nhằm xác định được các thông số về địa chất, địa chất thủy văn, ... của vùng nghiên cứu.

- Xây dựng các phương trình thực nghiệm biểu diễn mối quan hệ giữa địện trở suất tầng chứa nước

và điện trở suất nước tầng; giữa điện trở suất nước tầng và tổng chất rắn hòa tan; và giữa TDS và Clorua,

nhằm xác định được hàm lượng TDS từ các kết quả đo sâu điện trên mặt đất.

- Thành lập sơ đồ TDS của tầng chứa nước Pleistocen, xác định ranh giới mặn/nhạt.

- Thành lập mô hình địa chất thủy văn cho vùng nghiên cứu: cấu trúc các tầng chứa nước, tầng chắn

nước, các điều kiện biên cho mô hình tính toán lan truyền xâm nhập mặn.

- Xây dựng các kịch bản khai thác nước ngầm phục vụ cho công tác dự báo lan truyền xâm nhập

mặn tầng chứa nước Pleistocen trong vùng.

3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu

3

Phạm vi nghiên cứu: tầng chứa nước Pleistocen vùng ven biển ĐBSH bao gồm: Hải Phòng, Thái

Bình, Nam Định.

Đối tượng nghiên cứu: hiện trạng phân bố TDS và quá trình xâm nhập mặn tầng chứa nước

Pleistocen.

4. Nội dung nghiên cứu

Hiện trạng phân bố TDS tầng chứa nước Pleistocen khu vực nghiên cứu:

- Khảo sát thực địa lấy mẫu nước tầng Pleistocen: phân tích thành phần hóa; khảo sát đo địa vật lý

điện (đo sâu điện VES): phân tích các đường cong đo sâu điện; các mặt cắt cấu trúc địa điện phản ánh chiều

sâu và chiều dày các tầng chứa nước;

- Xử lý, phân tích, tính toán số liệu đo sâu điện và phân tích hóa để có được kết quả TDS, Clorua.

- Xây dựng bản đồ hiện trạng phân bố TDS và hàm lượng Clorua tầng chứa nước Pleistocen: phân

tích kết quả từ các nội dung nghiên cứu trên; Áp dụng công nghệ GIS tích hợp thông tin để thành lập bản đồ.

Dự báo xâm nhập mặn do khai thác nước tầng chứa nước Pleistocen:

Xây dựng mô hình dự báo xâm nhập mặn tầng chứa nước Pleistocen do khai thác theo các kịch bản

bằng phân mềm mô hình địa chất thủy văn GMS. Đánh giá định lượng các tham số không gian và thời gian

của quá trình xâm nhập mặn.

Xác định những vấn đề về quản lý khai thác và giải pháp hạn chế XNM nước dưới đất khu vực

nghiên cứu:

Nghiên cứu đề xuất phương án quy hoạch khai thác hợp lý và một số giải pháp hạn chế xâm nhập

mặn nước dưới đất khu vực nghiên cứu.

5. Cách tiếp cận và phƣơng pháp nghiên cứu

- Cách tiếp cận thực tế: khảo sát thực địa chi tiết để chính xác hơn đặc điểm địa hình, địa mạo, ĐC,

ĐCTV nhằm đánh giá và xác định đối tượng chính cho hướng nghiên cứu của đề tài phù hợp và giải quyết

mục tiêu nghiên cứu. Đây là cách tiếp cận kinh điển trong điều tra ĐCTV nói chung và nghiên cứu xâm nhập

mặn NDĐ nói riêng. Từ đó đưa ra các giải pháp, cũng như hướng nghiên cứu hợp lý và khả thi.

- Tiếp cận các kết quả nghiên cứu trước đó: trong hơn 30 năm qua, ở khu vực nghiên cứu đã có

hàng chục phương án tìm kiếm thăm dò, đánh giá trữ lượng và điều tra hiện trạng khai thác, xâm nhập

mặn… được thực hiện và đã có hơn 100 lỗ khoan tìm kiếm, thăm dò, quan trắc NDĐ trên toàn vùng và rất

nhiều lỗ khoan lớn nhỏ đang khai thác. Việc thu thập, khai thác, sử dụng và kế thừa tối đa các tài liệu, công

trình đã có giúp định hướng đánh giá, xác định nguồn phân bố, hiện trạng mặn-nhạt cũng như diễn biến xâm

nhập mặn.

- Tiếp cận các phương pháp điều tra đánh giá hiện đại, tiên tiến: việc nghiên cứu và đánh giá tài

nguyên NDĐ, quy luật biến đổi chất lượng, trữ lượng và đặc biệt là khả năng biến đổi và phân bố tổng hàm

lượng chất rắn hòa tan (TDS), độ dẫn điện, ... trong NDĐ theo diện và theo chiều sâu đã được các nhà khoa

học trên thế giới và trong nước nghiên cứu, áp dụng và đã đem lại hiệu quả cao. Do vậy, việc tiếp cận và áp

dụng các phương pháp nghiên cứu hợp lý sẽ có tính khả thi cao và đem lại hiệu quả tốt đối với vùng nghiên

cứu.

Phương pháp nghiên cứu: Ngoài các phương pháp nghiên cứu truyền thống như: tiếp thu, kế thừa,

điều tra, khảo sát…, tác giả luận án đã sử dụng kết hợp các phương pháp sau:

- Phương pháp ĐVL: với mục tiêu nghiên cứu, xác định hiện trạng phân bố mặn nhạt, phương pháp

áp dụng có thể thực hiện tốt mục tiêu này trong vùng nghiên cứu là phương pháp đo sâu VES, qua việc xác

định khả năng dẫn điện của đất đá.

4

- Phương pháp mô hình hóa: mô phỏng điều kiện, quá trình diễn biến và dự báo xâm nhập mặn, lan

truyền vật chất trong NDĐ như GMS, Modflows, ...

- Phương pháp chuyên gia: trao đổi, học tập từ các chuyên gia và các nhà khoa học thông qua việc tổ

chức hội thảo xin ý kiến góp ý, hướng dẫn, bổ sung kiến thức từ các nhà khoa học.

6. .Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Ý nghĩa khoa học:

- Kết quả nghiên cứu của Luận án cung cấp cơ sở khoa học cho việc nghiên cứu và luận giải cơ chế

xâm nhập mặn tầng Pleistocen vùng ven biển ĐBSH.

- Cung cấp cơ sở khoa học cho công tác quản lý và khai thác bền vững nước ngầm khu vực đồng

bằng ven biển.

- Cung cấp cơ sở khoa học và thực tế trong việc áp dụng phương pháp đo sâu điện để xác định tổng

chất rắn hòa tan trong nước ngầm, xác định ranh giới mặn-nhạt của các tầng chứa nước.

Ý nghĩa thực tiễn:

- Khẳng định được tính hiệu quả của tổ hợp phương pháp đo sâu điện và phân tích hóa trong nghiên

cứu nhiễm mặn nước ngầm làm cơ sở để áp dụng rộng rãi phương pháp trong các công tác nghiên cứu và

thực tiễn liên quan khác nhau.

-Xác định được hiện trạng phân bố tổng chất rắn hòa tan trong tầng chứa nước Pleistocen, đánh giá

và dự báo diễn biến xâm nhập mặn do khai thác nước ở vùng nghiên cứu.

- Kết quả nghiên cứu là tài liệu tham khảo hữu ích cho các nhà quản lý và các nhà khoa học trong

việc qui hoạch, khai thác bền vững nguồn tài nguyên nước dưới đất khu vực.

7. Luận điểm bảo vệ

Luận điểm 1: Hiện trạng phân bố hàm lượng TDS của tầng chứa nước Pleistocen (qp) trên khu vực

nghiên cứu đã được xác định với độ tin cậy và chi tiết cao. Giá trị hàm lượng TDS thay đổi từ 0,2-21 g/l.

Diện tích vùng nước nhạt chiếm 42% diện tích vùng nghiên cứu.

Luận điểm 2: Việc khai thác nước ngầm tác động đến sự dịch chuyển vùng mặn/nhạt của nước dưới

đất trong tầng qp, mức độ dịch chuyển được tính toán trong các kịch bản khai thác. Diện tích đới nước nhạt

đến năm 2025 bị thu hẹp đến190 km2 (chiếm gần 30% diện tích đới nhạt) nếu bố trí các cụm công trình khai

thác tập trung

8. Những điểm mới của Luận án

- Xây dựng được các phương trình thực nghiệm xác định tổng chất rắn hòa tan (TDS) của tầng chứa

nước Pleistocen theo kết quả phân tích số liệu đo sâu điện.

- Xây dựng được bản đồ phân bố TDS tầng chứa nước Pleistocen khu vực nghiên cứu theo kết quả

phân tích số liệu đo sâu điện và phân tích mẫu.

- Dự báo định lượng biến đổi ranh giới nhiễm mặn của tầng chứa nước Pleistocen theo mức độ khai

thác nước dưới đất.

9. Cấu trúc của Luận án gồm:

Mở đầu

Chương 1. Tổng quan tình hình nghiên cứu và đặc điểm điều kiện tự nhiên-kinh tế xã hội vùng ven

biển Đồng bằng Sông Hồng.

Chương 2. Các phương pháp nghiên cứu xâm nhập mặn tầng chứa nước Pleistocen.

Chương 3. Kết quả nghiên cứu và thảo luận.

Kết luận.

5

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ ĐẶC ĐIỂM ĐIỀU KIỆN

TỰ NHIÊN-KINH TẾ XÃ HỘI VÙNG VEN BIỂN ĐỒNG BẰNG SÔNG HỒNG

I.1. Tình hình nghiên cứu xâm nhập mặn NDĐ trên Thế giới

Nguyên nhân gây XNM tầng chứa nước ở mỗi khu vực có thể khác nhau, phụ thuộc vào điều kiện ĐC,

ĐCTV, hiện trạng khai thác NDĐ của từng khu vực. Các công trình nghiên cứu đều sử dụng nhiều phương

pháp khác nhau. Tổng hợp các công trình nghiên cứu có thể phân thành 3 nhóm phương pháp nghiên cứu

chính được các nhà khoa học sử dụng bao gồm:

Nhóm phương pháp thủy địa hóa;

Nhóm phương pháp đo sâu điện VES;

Nhóm phương pháp mô hình số.

I.2. Tình hình nghiên cứu xâm nhập mặn NDĐ ở Việt Nam

Xâm nhập mặn NDĐ đã và đang được các nhà khoa học Việt Nam quan tâm, hiện tượng này xảy ra ở các

vùng đồng bằng ven biển và các hải đảo… do tác động của con người và các yếu tố biến đổi tự nhiên của

môi trường gây ra.

Nhận xét:

1. Việc nghiên cứu nhiễm mặn các tầng nước ngầm của các tác giả trước đây chủ yếu sử dụng phương pháp

lấy mẫu nước trong giếng khoan vể phân tích. Cách làm này có độ chính xác cao, nhưng đòi hỏi kinh phí lớn,

do đó kết quả nghiên cứu nhiễm mặn này thường ở tỷ lệ rất nhỏ.

2. Việc sử dụng đo sâu điện trong nghiên cứu nhiễm mặn nước ngầm chủ yếu mới ở mức định tính, mang

tính xu thế mà chưa tính ra được giá trị TDS từ kết quả phân tích số liệu đo sâu điện.

3. Các kết quả nghiên cứu trước đây đã cung cấp bức tranh khái quát về tình trạng nhiễm mặn trong khu vực

nghiên cứu, đây là cơ sở quan trọng cho NCS định hướng công tác nghiên cứu của mình.

4. Tổ hợp phương pháp địa đo sâu điện - thủy địa hóa nhằm xác định TDS được sử dụng khá phố biến trên

thế giới, tuy nhiên, qui trình này vẫn còn ít được sử dụng ở Việt Nam.

5. Phương pháp mô hình địa chất thủy văn (MODFLOW) được sử dụng khá phổ biến ở VN. Số liệu đầu vào

TDS cho phần mềm này vẫn chủ yếu sử dụng số liệu từ giếng khoan nên mạng lưới số liệu TDS rất thưa.

Xuất phát từ tình hình thực tế nêu trên, NCS đã định hướng nghiên cứu theo hướng phát triển tổ hợp phương

pháp địa vật lý - thủy địa hóa - mô hình hóa địa chất thủy văn trong nghiên cứu định lượng nhiễm mặn các

tầng chứa nước ngầm.

I.3. Đặc điểm điều kiện tự nhiên

Nghiên cứu đặc điểm tự nhiên khu vực nghiên cứu nhằm mục đích nghiên cứu điều kiện hình thành tầng

chứa nước và các nhân tố tự nhiên ảnh hưởng đến tài nguyên NDĐ trong các tầng chứa nước. Thành phần

vật chất và cấu trúc của hệ gọi là điều kiện hình thành, các tác động từ ngoài vào gọi là các nhân tố ảnh

hưởng.

Nguồn nước cấp cho các tầng chứa nước đa dạng gồm cấp từ trên mặt có nước mưa, nước mặt (sông, hồ và

nước biển), cấp bên dưới do NDĐ vận động từ miền núi thoát xuống và nước do quá trình trầm tích nén ép

thoát lên. Điều kiện hình thành đóng vai trò chủ đạo là cấu trúc địa chất và thành phần đất đá. Các nhân tố tự

nhiên ảnh hưởng đến tài nguyên nước dưới đất bao gồm các nhân tố như khí hậu, thủy văn, hải văn.

I.3.1. Đặc điểm địa chất

Tổng hợp các tài liệu địa chất, địa mạo, địa vật lý cho đến nay đều ghi nhận ở khu vực nghiên cứu tồn tại hai

hệ thống đứt gãy chính là hệ thống đứt gãy Tây bắc - Đông nam (TB-ĐN) và hệ thống đứt gãy Đông bắc -

6

Tây nam (ĐB-TN). Tuy nhiên, hệ thống đứt gãy TB-ĐN là hệ thống đứt gãychính, bao gồm chủ yếu là các

đứt gãy sâu mang tính chất khu vực, đóng vai trò chính trong phân chia các đới cấu trúc trong suốt quá trình

hình thành, phát triển địa chất và kiến tạo trong vùng. Ngoài ra, hoạt động của các đứt gãy còn tạo ra các đới

phá hủy và các hệ thống khe nứt trong các đá gốc, tạo điều kiện cho sự hình thành các tầng chứa nước. Các

hệ thống đứt gãy này ảnh hưởng đến cấu trúc, bề dày tầng chứa nước và một phần cũng ảnh hưởng đến đặc

điểm chứa nước.

I.3.2. Đặc điểm địa chất thủy văn

Dựa vào thành phần thạch học - tướng và các đặc điểm địa chất thủy văn như độ xốp, tính thấm, độ giàu

nước, đặc điểm thủy động lực… của các thành tạo có mặt trên đồng bằng, có thể phân chia mặt cắt địa chất

thủy văn ra làm các tầng chứa nước lỗ hổng và các thành tạo địa chất không chứa nước hoặc thấm nước yếu.

A. Các tầng chứa nƣớc lỗ hổng:

Tầng chứa nước Holocen trên qh2: (gồm cát bột, sét), độ chứa nước từ nghèo đến TB; gồm nước

mặn và nhạt với chiều dày 2.5-28m. Chiều dày lớn nhất bắt gặp là 28m (LK38 phía nam Tiền Hải).

Tầng chứa nước Holocen dưới qh1: (gồm cát, sạn), độ chứa nước từ TB đến giàu; gồm nước mặn,

chiều dày 15-25m.

Tầng Pleistocen qp: (cát, sạn, sỏi, cuội), độ chứa nước nước từ giàu đến rất giàu; gồm nước mặn và

nhạt. Chiều dày đến 85m.

B. Các thành tạo địa chất không chứa nƣớc hoặc thấm nƣớc yếu:

Trầm tích Holocen thống trên(QIV3tb): tầng sét xám xanh.

Trầm tích Pleistocen trên(QIII2 vp): tầng sét loang lổ.

Hình 1.1: Bản đồ Địa chất thủy văn tầng Pleistocen khu vực nghiên cứu

(Thu nhỏ từ tỷ lệ 1:200.000)

I.4. Hiện trạng khai thác NDĐ và tính toán nhu cầu sử dụng NDĐ

I.4.1. Hiện trạng khai thác NDĐ

ĐBSH là nơi tập trung dân cư đông đúc, nhu cầu dùng nước lớn. Ngày nay, sự phát triển mạnh mẽ của quá

trình đô thị hoá, nhu cầu sử dụng nước ngày một tăng. NDĐ đang được khai thác với khối lượng lớn để cung

7

cấp cho ăn uống-sinh hoạt, xây dựng và công nghiệp. Theo con số thống kê ở Hải Phòng, Nam Định rất hiếm

nước nhạt. Đối tượng khai thác chủ yếu là nước mặt. NDĐ chỉ được khai thác ở một vài nơi để cung cấp cho

các cơ quan xí nghiệp và các vùng nông thôn với lưu lượng khoảng 3000m3/ngày ở Hải Phòng; khu vực Hải

Hậu-Nghĩa Hưng (Nam Định) lưu lượng khai thác công nghiệp khoảng 16.000m3/ngày; khu vực Thái Bình

khoảng 35.000m3/ngày.

Bảng 1.1: Lưu lượng khai thác nước tại các địa phương tỉnh Thái Bình

STT Tên địa phương Lưu lượng khai thác tầng

qp (m3/ngày)

Lưu lượng khai thác tầng

qh (m3/ngày)

1 Quỳnh Phụ 10.093

2 Kiến Xương 8447

3 Vũ Thư 7564

4 TP. Thái Bình 5476

5 Đông Hưng 10.380

6 Hưng Hà 10.260

7 Tiền Hải 6926

8 Thái Thuỵ 4631 4631

9 Tổng 35.365 33.045

“Nguồn: Sở Tài nguyên và môi trường tỉnh Thái Bình” [Error! Reference source not found.].

Việc khai thác NDĐ với số lượng lớn tác động đến chất lượng nước ngầm. Theo kết quả nghiên cứu ở Hải

Phòng, sau 16 năm (1988-2004) ranh giới nhiễm mặn đã lan từ ĐB xuống TN và từ TB xuống ĐN, diện tích

nước ngọt của vùng đã thu hẹp lại chỉ còn lại khoảng 1/3 diện tích. Do vậy, cần nghiên cứu các phương án

hiệu quả nhằm giảm áp lực lên các tầng chứa nước. Việc bố trí các công trình khai thác NDĐ mới phải bảo

đảm không vượt quá trữ lượng có thể khai thác của tầng chứa nước trong vùng và gắn liền với quy hoạch

phát triển kinh tế, xã hội của toàn tỉnh.

I.4.2. Dự báo nhu cầu sử dụng nước dưới đất

Như đã giới thiệu ở phần mở đầu, nước nhạt tầng Pleistocen ở vùng nghiên cứu chỉ tồn tại dạng thấu kính ở

Hải Phòng, Nam Định. Ở Thái Bình (bao gồm các huyện Quỳnh Phụ, Hưng Hà, Đông Hưng và một phần

huyện Thái Thụy) nước nhạt tập trung thành dạng miền rộng lớn ở phía bắc, đang có nguy cơ bị xâm nhập

mặn do khai thác và cần phải có quy hoạch quản lý khai thác hợp lý. Việc dự báo nhu cầu sử dụng nước ở

khu vực các huyện nước nhạt thuộc tỉnh Thái Bình là dữ liệu đầu vào cho việc xây dựng mô hình dự báo xâm

nhập mặn do khai thác nước ở Chương 3.

Cơ sở dữ liệu, tài liệu phục vụ việc đánh giá nhu cầu dùng nước:

Các tài liệu sử dụng để tính toán nhu cầu dùng nước ở Thái Bình bao gồm:

- Niên giám thống kê tỉnh Thái Bình năm 2013 [Error! Reference source not found.] cung cấp các số liệu

về dân số.

- Hệ thống chỉ tiêu định mức dùng nước được Nhà nước Việt Nam ban hành; Quy chuẩn Việt Nam về chất

lượng nước sinh hoạt và ăn uống (QCVN-2009);

- Báo cáo Quy hoạch tổng thể KT-XH tỉnh Thái Bình đến năm 2020.

Xác định các hộ dùng nước:

Phân loại đối tượng dùng NDĐ: Các đối tượng sử dụng nước ở Thái Bình đa dạng về mục đích sử dụng cũng

như cách thức sử dụng nguồn tài nguyên nước. Do đó, cần thiết phải tiến hành phân chia thành các nhóm đối

tượng khai thác sử dụng NDĐ khác nhau. Phân lọai các đối tượng dùng NDĐ dựa trên mục đích sử dụng bao

gồm: ăn uống, sinh hoạt, công nghiệp, nông nghiệp, dịch vụ, thủy sản, chăn nuôi, …

8

Trong phạm vi nghiên cứu của Luận án, tác giả tập trung nghiên cứu xác định đối tượng dùng NDĐ là nước

ăn uống và sinh hoạt. Nước là nhu cầu không thể thiếu của con người do vậy nguồn nước cung cấp cho ăn

uống và sinh hoạt hàng ngày của con người là rất quan trọng. Nguồn nước cung cấp cho ăn uống và sinh hoạt

có thể từ nguồn nước mưa, NDĐ hay nước mặt đã được xử lý để đảm bảo an toàn sức khỏe. Do vậy, tuy nhu

cầu nước cho sinh hoạt không lớn nhưng các yêu cầu về tiêu chuẩn chất lượng nguồn nước là rất cao. Nước

sinh hoạt luôn được ưu tiên hàng đầu trong các trường hợp nguồn nước bị khan hiếm hay bị ô nhiễm.

Cơ sở dự báo nhu cầu dùng nước tỉnh Thái Bình:

- Dự báo dân số: Theo kết quả thống kê hiện trạng dân số tỉnh Thái Bình trong niên giám thống kê năm 2012.

Dự báo dân số theo tỷ lệ tăng dân số tự nhiên 2006-2010 là 0,86%/năm [Error! Reference source not

found.].

- Số liệu nhu cầu sử dụng nước ở Thái Bình được tính dựa trên số dân và nhu cầu dùng hàng ngày/người.

Nước dùng cho sinh hoạt gồm hai khu vực là đô thị và nông thôn. Lượng nước này được tính theo định mức

cho đầu người. Tuỳ theo từng vùng và từng thời kỳ mà định mức này có thay đổi đáng kể.

- Tiêu chuẩn dùng nước cho sinh hoạt: Trong xây dựng quy hoạch đô thị [Error! Reference source not

found.] thì Thái Bình được xếp vào vùng với nhu cầu nước cho sinh hoạt đô thị là 120 lít/người/ngày, nông

thôn có định mức là 80 lít/người/ngày.

Bảng 1.2: Nhu cầu sử dụng nước cho sinh hoạt đến 2025 với 4 huyện nước nhạt tỉnh Thái Bình (m3/ngày)

Đơn vị hành chính 2015 2020 2025

QUỲNH PHỤ 19297 20141 21942

HƯNG HÀ 20478 21374 23285

ĐÔNG HƯNG 19377 20225 22033

THÁI THỤY 20504 21401 23314

TỔNG 69404 72441 78917

CHƢƠNG 2. CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU XÂM NHẬP MẶN

TẦNG CHỨA NƢỚC PLEISTOCEN

2.1. Cơ sở khoa học áp dụng phƣơng pháp xác định nhiễm mặn

-Tính chất mặn-nhạt của nước phụ thuộc vào tổng hàm lượng các muối hòa tan trong nước. Điều này thể

hiện qua khả năng dẫn điện hay ĐTS của nước. Do vậy, xác định độ dẫn điện (hay ĐTS) của nước có thể

đánh giá được tính chất, mức độ mặn-nhạt của nước.

-Theo QCVN02: 2009/BYT về việc ban hành Tiêu chuẩn vệ sinh nước ăn uống của Bộ Y Tế thì TDS phải

nhỏ hơn hoặc bằng 1000mg/l; và Cl- nhỏ hơn hoặc bằng 250 mg/l (vùng ven biển:300mg/l).

2.2. Phƣơng pháp xác định hàm lƣợng tổng chất rắn hòa tan

Xác định tổng chất khoáng hòa tan (TDS) bằng việc sử dụng phương pháp trực tiếp (phương pháp phân tích

thành phần hóa học) và phương pháp gián tiếp thông qua đo điện trở suất (phương pháp đo sâu VES) và

phương pháp đo độ dẫn của mẫu nước.

Các bước tiến hành để xác định được TDS:

Lựa chọn một số vị trí giếng khoan thích hợp trên thực địa. Tại đây tiến hành lấy mẫu nước, phân

tích TDS theo phương pháp sấy khô, đo độ dẫn điện của nước (hay w), đo sâu điện VES để xác định

(h11, h22, h33…)

Xây dựng các phương trình thực nghiệm từ các số liệu đo được tại các GK:

o Cm = Aw (2.2)

9

o b = Fw (2.3)

Tiến hành đo VES trên khu vực nghiên cứu để xác định b của tầng chứa nước. Từ (2.2) và (2.3) ta

tính ra được TDS của tầng chứa nước theo b :

Cm = A*F/ b (2.4)

2.3. Công tác khảo sát xác định nhiễm mặn tầng chứa nƣớc

Để xác định được sự phân bố hàm lượng tổng chất khoáng hòa tan trong tầng chứa nước Pleistocen, ngoài

các số liệu thu thập từ các công trình trước đây, các số liệu từ việc tiến hành thực địa bao gồm: (Hình 2.)

- 155 điểm đo sâu VES (Hải Phòng; Thái Bình 2007; Nam Định, 2014).

- 188 kết quả phân tích mẫu nước từ các giếng khoan khai thác nước sinh hoạt UNICEF có độ sâu >50m (Hải

Phòng; Thái Bình 2007; Nam Định, 2014).

Hình 2.1: Tổng hợp số liệu khu vực nghiên cứu

2.4. Cơ sở khoa học áp dụng phƣơng pháp mô hình địa chất thủy văn

Trên cơ sở tham khảo các nghiên cứu cơ chế xâm nhập mặn trên thế giới và ở Việt Nam; các kết quả nghiên

cứu đặc điểm địa chất, ĐCTV, hiện trạng khai thác NDĐ và nghiên cứu hiện trạng phân bố mặn/nhạt cho

thấy khu vực nghiên cứu tồn tại các nguồn mặn chính là:

Nước mặn phân bố trên bề mặt (biển và cửa sông): tầng qh;

Nước mặn nằm trong cùng TCN Pleistocen;

Nước mặn trong lớp thấm nước yếu nguồn gốc biển nằm bên trên TCN

Pleistocen: tầng thấm nước yếu Vĩnh phúc;

Do vậy, tác giả sẽ tiến hành đánh giá ảnh hưởng của nước mặn đến nước nhạt bằng mô hình chuyển động

NDĐ vùng nghiên cứu và xây dựng các kịch bản dự báo lan truyền xâm nhập mặn do khai thác NDĐ bằng

phần mềm GMS.

2.5. Cơ sở lý thuyết phƣơng pháp mô hình địa chất thủy văn

10

2.5.1. Mô hình chuyển động nước dưới đất

Toàn bộ sự biến thiên độ cao mực nước ngầm được mô tả bằng một phương trình đạo hàm riêng duy nhất

sau:

(2.10)

ở đây:

- Kxx , Kyy , Kzz là các hệ số thấm theo các hướng x,y và z (Kxx = Kxx(x,y,z), Kyy = Kyy(x,y,z), Kzz =

Kzz(x,y,z)). Chiều z là chiều thẳng đứng.

- h là cốt cao mực nước tại vị trí (x,y,z) ở thời điểm t.

- W là các giá trị bổ cập (giá trị +) hoặc giá trị thoát đi (giá trị -) của nước ngầm trên một đơn vị diện tích tại

vị trí (x,y,z) ở thời điểm t (W = W(x,y,z,t)).

- Ss là hệ số nhả nước đàn hồi của tầng chứa nước có áp, phụ thuộc vào vị trí không gian x,y,z.

-Ss được thay bằng Sy nếu là tầng chứa nước không áp.

Phương trình (2.10) mô tả động thái mực nước trong điều kiện môi trường không đồng nhất và dị hướng.

Phương trình (2.10) cùng với các điều kiện biên, điều kiện ban đầu của tầng chứa nước cho một lời giải duy

nhất về dòng chảy nước dưới đất.

2.5.2. Mô hình lan truyền vật chất

Phương trình vi phân mô phỏng quá trình dịch chuyển vật chất trong môi trường nước dưới đất:

(2.14)

Trong đó: Dxx, Dyy, Dzz: Hệ số phân tán thuỷ động lực theo phương x, y, z;

Vx, Vy, Vz: Vận tốc của dòng chảy NDĐ theo phương x, y, z;

C: Nồng độ chất dịch chuyển;

s

s

Cq

: Nguồn bổ sung chất dịch chuyển;

θ: Độ lỗ hổng hữu hiệu của môi trường lỗ hổng; λ: phản ứng hấp phụ-giải phóng chất dịch chuyển;

ρb: mật độ môi trường đất đá; R: Hệ số trễ.

Phương trình (2.14) mô tả quá trình dịch chuyển vật chất trong môi trường NDĐ là quá trình cuốn theo

(advection), phân tán (dispersion) và quá trình khuếch tán (diffusion). Đối với những chất hoà tan có khả

năng bị hấp thụ trong môi trường lỗ hổng được thể hiện qua sự chậm trễ quá trình dịch chuyển (Retardation).

Ngoài ra đối với các chất hòa tan có sự biến đổi về nồng độ trong quá trình dịch chuyển trong môi trường do

phản ứng hóa học, quá trình sinh hóa hoặc phân rã phóng xạ (Reactions).

CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

3.1. Kết quả nghiên cứu hiện trạng nhiễm mặn tầng chứa nƣớc Pleistocen

3.1.1. Kết quả phân tích số liệu đo sâu điện

Thành lập Bản đồ Cấu trúc các tầng cách nước và chứa nước:

11

Các kết quả phân tích đường cong đo sâu VES và số liệu giếng khoan đã xây dựng được bản đồ đẳng sâu và

chiều dày các tầng cách nước và chứa nước:

Hình 3.1: Bản đồ đẳng sâu đáy các tầng chứa và chắn nước Đệ Tứ

Hình 3.2: Bản đồ chiều dày tầng cách nước

Vĩnh phúc

Hình 3.3: Bản đồ chiều dày tầng

chứa nước Pleistocen

Các kết quả nghiên cứu nước dưới đất ở vùng ven biển ĐBSH đã khẳng định tầng chứa nước Pleistocen (qp)

là tầng chứa nước công nghiệp có khả năng cung cấp nước cho các hoạt động dân sinh và công nghiệp trên

khu vực này. Thành phần của đất đá chứa nước của tầng này là cát hạt mịn, trung, thô, cuội sỏi, cuội lẫn sét

phân bố theo thứ tự từ trên xuống dưới. Các trầm tích của tầng chứa nước qp nằm trực tiếp phía trên các trầm

tích Neogen và bị các trầm tích hạt mịn cách nước thuộc phần trên của hệ tầng Vĩnh Phúc (Q13

vp), phủ lên

trên.

12

- Chiều sâu từ 45 m (Kiến Thụy, Tiên Lãng, An Lão - Hải Phòng; Hưng Hà - Thái Bình) đến 150 m (Thái

Thụy, Tiền Hải - Thái Bình, Trực Ninh - Nam Định).

- Chiều dày tầng tăng dần từ tây bắc xuống đông nam với chiều dày thay đổi từ 7-127m; mỏng nhất tập trung

ở Kiến Thụy, Tiên Lãng, An Lão - Hải Phòng; Hải Hậu - Nam Định; dày nhất ở các huyện ven biển Thái

Bình.

3.1.2. Kết quả phân tích mẫu nước tầng qp

3.1.2.1. Phương trình quan hệ giữa TDS và độ dẫn điện của nước tầng qp

Mối quan hệ giữa TDS và độ dẫn của nước ngầm tại các giếng khoan này được thể hiện như Hình 3.. Trên

hình này cho thấy TDS và độ dẫn điện của nước tầng có mối tương quan tuyến tính rất cao (R=0.97).

Phương trình tương quan hồi qui giữa TDS và độ dẫn điện của nước tầng qp được xác định là:

Y = 4099.52*X (3.1)

trong đó: Y là tổng độ khoáng hoá (mg/l); X là độ dẫn điện của nước tầng qp (S/m).

3.1.2.2. Phương trình quan hệ giữa Cl- và độ dẫn điện của nước tầng qp

Kết quả phân tích hàm lượng Cl- và đo độ dẫn điện của các mẫu nước trong vùng cho phép ta xây dựng được

đồ thị biểu diễn quan hệ của chúng như trên Hình 3.. Mối tương quan giữ Cl- và độ dẫn điện xác định được là

0.96. Phương trình xác định hàm lượng Cl- được xây dựng trên cơ sở các mối tương quan này như sau:

Y = 2317.30 *X -64.67 (3.2)

trong đó: Y là hàm lượng Cl- (mg/l); X là độ dẫn điện của nước tầng.

Hình 3.3: Đồ thị quan hệ giữa TDS và độ dẫn điện

của nước tầng qp

Hình 3.4: Đồ thị quan hệ giữa hàm lượng Cl- và độ

dẫn điện nước tầng qp

3.1.2.3. Phương trình quan hệ giữa TDS và Cl- tầng qp

Thiết lập mối tương quan giữa TDS và hàm lượng Cl- các mẫu nước ngầm cho phép ta xây dựng được đồ thị

biểu diễn mối quan hệ này như Hình 3.. Trên hình vẽ cho thấy TDS và hàm lượng Cl- có quan hệ chặt chẽ

với nhau. Mối tương quan này rất cao (0.98). Từ mối tương quan trên thiết lập phương trình hồi qui xác định

TDS qua hàm lượng Cl- là: Y= 1.79*X + 124.85 (3.3)

Trong đó, Y là tổng độ khoáng hóa (mg/l); X là hàm lượng Cl- (mg/l)

3.1.3. Xây dựng phương trình Archie cho tầng chứa nước qp

13

Theo định luật Archie (Archie, 1944) về mối quan hệ giữa điện trở suất của tầng chứa nước (xác định bằng

đo sâu VES) và điện trở suất của nước tầng (nước tầng: nước lấp đầy trong các lỗ hổng và được xác định

bằng đo trực tiếp mẫu nước trong tầng): buk = F W

trong đó: buk là điện trở suất tầng chứa nước; W điện trở suất nước tầng; F là hệ số cấu thành tầng chứa

nước.

Kết quả xác định phương trình hồi qui:buk = 2.20 W (3.4)

Hình 3.5: Đồ thị quan hệ giữa TDS và hàm lượng Cl-

Hình 3.6: Đồ thị quan hệ giữa ĐTS tầng chứa nước

và ĐTS nước tầng qp

3.1.4. Xác định giá trị TDS và Cl- từ điện trở suất tầng chứa nước

Theo kết quả phân tích số liệu đo sâu VES chúng ta có được giá trị điện trở suất của tầng chứa nước(buk). Từ

giá trị này cho phép chúng ta xác định được điện trở suất của nước tầng theo mối quan hệ (3.4) như sau:

w = buk /2.2

trong đó: buk là điện trở suất tầng chứa nước; W điện trở suất nước tầng.

Khi đó, giá trị TDS và Cl- được xác định theo các công thức (3.2) và (3.3). Như vậy, theo cách tính nêu trên,

từ số liệu đo độ dẫn điện của nước tầng và điện trở suất của tầng chứa nước theo phương pháp đo VES cho

phép ta xác định được giá trị TDS và Cl- trong vùng.

3.1.5. Tổng hợp kết quả xác định hiện trạng phân bố mặn nhạt tầng chứa nước Pleistocen

Trên cơ sở các kết quả phân tích mẫu nước từ các giếng khoan và kết quả phân tích và tính toán được từ các

đường cong đo sâu VES; bản đồ phân bố hàm lượng TDS và Cl- của tầng chứa nước Pleistocen khu vực

nghiên cứu đã được thành lập như trên Hình 3.2, Hình 3.3.

3.1.5.1. Bản đồ phân bố Tổng chất khoáng hòa tan

Hình 3.2 là bản đồ phân bố TDS tầng chứa nước Pleistocen được xây dựng trên cơ sở các số liệu đo sâu điện

và phân tích mẫu nước. Giá trị hàm lượng TDS vùng nghiên cứu thay đổi khá lớn từ 0.2-21g/l. Hàm lượng

TDS tăng dần từ đông nam Thái Bình (Kiến Xương, Tiền Hải) xuống bắc Nam Định (Giao Thủy, Xuân

Trường, TP.Nam Định...). Nếu lấy ranh giới TDS là 1000 mg/l thì diện tích nước nhạt là 1272,1 km2 (chiếm

gần 42% diện tích vùng nghiên cứu). Trong đó, ở Tiên Lãng, Vĩnh Bảo và Kiến Thụy (Hải Phòng) là 160,3

km2, dọc theo hướng tây bắc Thái Bình (gồm huyện Quỳnh Phụ, Đông Hưng, Hưng Hà và một phần Thái

Thụy) là 651,5 km2 và phía nam Nam Định (Trực Ninh, Hải Hậu và Nghĩa Hưng) là 460,3 km

2.

14

Hình 3.2: Bản đồ phân bố hàm lượng TDS tầng qp Hình 3.3: Bản đồ phân bố hàm lương Clorua tầng qp

3.1.5.2. Bản đồ phân bố hàm lượng Clorua

Bản đồ hàm lượng Cl- của tầng chứa nước Pleistocen được xây dựng như Hình 3.3 cho thấy: hàm lượng Cl

-

biến đổi trong khoảng rộng từ 0.2-11.7g/l. Toàn bộ diện tích phía bắc Thái Bình và phía nam Nam Định và

Hải Phòng có hàm lượng Cl-<0.5g/l. Phần phía nam Thái Bình và phía bắc Nam Định là nơi có hàm lượng

Cl- lớn nhất thay đổi trong khoảng từ 5-11,7g/l.

Theo QCVN02: 2009/BYT về việc ban hành tiêu chuẩn vệ sinh nước sinh hoạt của Bộ Y Tế, vùng nước

ngầm nhạt được qui định bởi hàm lượng tổng chất khoáng hòa tan là 1000 mg/l ta được ranh giới phân chia

vùng nước nhạt và nước mặn như trên Hình 3.3 (đường màu đỏ). Nếu căn cứ theo hàm lượng Clorua 300

mg/l chúng ta được ranh giới vùng nước mặn/nhạt như trên Hình 3.3. Như vậy, ranh giới mặn/nhạt phân chia

theo tiêu chí TDS và hàm lượng Cl- là không trùng nhau: diện tích phân bố theo Clorua (1317,78 km

2) có xu

hướng mở rộng vùng nhạt hơn ở vùng Hải Phòng và sẽ lớn hơn theo tiêu chí TDS (1272,1 km2).

Nhận xét:

- NCS đã nghiên cứu, lựa chọn và áp dụng thành công tổ hợp phương pháp địa vật lý - thủy địa hóa trong xác

định tổng chất rắn hòa tan (TDS) trong tầng nước ngầm. Tổ hợp phương pháp nghiên cứu cho kết quả có độ

tin cậy cao và hạn chế đáng kể công tác khoan địa chất thủy văn.

- Kết quả nghiên cứu đã xây dựng được các phương trình thực nghiệm để xác định tổng chất rắn hòa tan

trong tầng nước ngầm Pleistocen từ số liệu đo sâu điện trở VES ở trên mặt:

+ Phương trình xác định hệ số cấu thành tầng chứa nước;

+ Phương trình biểu diễn quan hệ giữa điện trở suất của nước tầng và TDS trong nước ngầm.

- Kết quả nghiên cứu đã xây dựng được bản đồ phân bố hàm lượng TDS tầng qp; Xây dựng được bản đồ cấu

trúc các tầng chứa nước và cách nước ở tỷ lệ 1:50.000 cho khu vực nghiên cứu từ số liệu đo sâu VES và

giếng khoan. Đây là hai dữ liệu đầu vào quan trọng cho việc xây dựng mô hình dự báo xâm nhập mặn tầng

chứa nước Pleistocen khu vực nghiên cứu.

3.2. Mô hình dự báo xâm nhập mặn tầng Pleistocen và quy hoạch khai thác hợp lý

3.2.1. Xây dựng các tham số mô hình ban đầu

Lưới sai phân hữu hạn của mô hình

15

Tổng hợp hệ thống các ô lưới mô phỏng môi trường khu vực lập mô hình tạo thành lưới sai phân hữu hạn.

Các ô lưới nằm ngoài biên mô hình được gán không hoạt động (Inactive) và sẽ không tham gia vào các tính

toán của mô hình.

Bước lưới sai phân được xác lập để tính toán trên mô hình số gồm 130 hàng và 111 cột, được phân chia đều

với khoảng cách x=y = 400m, tổng số ô lưới là 11430 ô.

Phân lớp mô hình và các thông số ĐCTV:

Để mô phỏng các lớp tính toán là đầu vào cho bài toán mô hình và phân vùng các thông số trường thấm, dựa

vào kết quả nghiên cứu thông số địa chất thủy văn của báo cáo tìm kiếm thăm dò, đo vẽ lập bản đồ Địa chất

thủy văn Thái Bình với 32 Lỗ khoan bơm hút thí nghiệm và các bản đồ đã xây dựng được là bản đồ đẳng

chiều sâu bề mặt và đáy các tầng; bản đồ chiều dày các tầng ở phần 3.1.1.3. Vùng nghiên cứu gồm 4 lớp

tương ứng với các tầng chứa nước và thấm nước yếu:

Lớp 1: Mô phỏng lớp chứa nước thấm nước yếu trong trầm tích Holocen có chiều dày 0 - 25m, trung bình

khoảng 11m.

Lớp 2: Mô phỏng tầng chứa nước trong trầm tích Holocen hệ tầng Hải Hưng, chiều dày biến đổi từ 6,5 - 56

m. Tầng chứa nước qh là tầng chứa nước áp lực yếu.

Lớp 3: Mô phỏng lớp thấm nước yếu trong hệ tầng trong trầm tích Pleistocen hệ tầng Vĩnh Phúc. Chiều dày

tầng cách nước biến đổi từ 0 - 52m.

Lớp 4: Mô phỏng lớp chứa nước trong trầm tích Pleistocen hệ tầng Hà Nội. Chiều dày từ 23 - 100m.

Mặt cắt theo hướng Đông - Tây, Bắc - Nam thể hiện ở Error! Reference source not found., Error!

Reference source not found..

Biên và điều kiện biên

Biên sông:

Hình 3.4: Điều kiện biên

mô phỏng trên mô hình (lớp 1, lớp 2)

Biên bổ cập tầng qp:

Hình 3.5: Bản đồ đẳng áp tầng qp (1/2006) điều

kiện biên Q = const lớp 4

Biên không dong chay (No Flow boundary): biên này thương đươc dung đê mô phong biên giơi không

thâm nươc.

- Bài toán dịch chuyển: do trong giới hạn phân bố của tầng chứa nước tồn tại biên nồng độ const là độ tổng

khoáng hoá của biển Đông (biên H = const đối với bài toán thuỷ động lực) nên được mô phỏng trên mô hình

với nồng độ trên biên là C = 28.5 g/l.

Dữ liệu về lượng bổ cập và bốc hơi

Dữ liệu lƣợng bổ cập (Recharge):

Lượng bổ cập từ nước mưa: Dữ liệu này được nhập theo bản đồ phân vùng được tính toán theo tài liệu quan

trắc mực nước và ranh giới phân bố của các tầng chứa nước. Các tài liệu nghiên cứu tại mạng quan trắc động

thái nước dưới đất ĐBBB tính lượng bổ cập nước mưa cho NDĐ khu vực ĐBBB chiếm khoảng 5 - 15 %

tổng lượng mưa hàng năm (Báo cáo tổng kết mạng quan trắc động thái NDĐ ĐBBB, Liên đoàn ĐCTV -

16

ĐCCT miền Bắc). Trên mô hình lượng ngấm của mưa lấy khoảng 8% lượng mưa tháng trung bình nhiều năm

thời kỳ 2006-2012 để đánh giá khả năng khai thác của hệ thống khai thác ở các điều kiện cung cấp ngấm

khác nhau có thể và được chính xác hoá bằng bài toán ngược chỉnh lý mô hình.

Dữ liệu lƣợng bốc hơi:

Trong mô hình, lượng bốc hơi chỉ tính với tầng chứa nước Holocen trên (qh2) hoặc Holocen không phân chia

(qh) ở những khu vực tầng chứa nước Holocen lộ trên mặt đất.

Sơ đồ hiện trạng khai thác NDĐ

Theo số liệu về hiện trạng khai thác NĐD hiện nay, tổng lưu lượng khai thác NDĐ trên toàn tỉnh khoảng

68.410 m3/ngày đêm trong cả 2 tầng: qh (33.045 m

3/ngày đêm) và qp (35.365 m

3/ngày đêm). Hình thức khai

thác chủ yếu là từ các giếng khoan đơn lẻ phục vụ cấp nước sinh hoạt và sản xuất. Trên mô hình mô phỏng

tương ứng mỗi xã là 1 giếng khai thác nước tập trung tại trung tâm xã, tổng lưu lượng bằng tổng lưu lượng

các giếng khoan đơn lẻ của từng xã.

Điều kiện ban đầu

Điều kiện ban đầu đối với bài toán thuỷ động lực là bản đồ cao độ mực nước tầng chứa nước qh, qp thời

điểm 1/2006 (Hình 3.6) và được thành lập dựa trên các số liệu quan trắc mạng QTQG đồng bằng Bắc Bộ.

Điều kiện ban đầu của bài toán dịch chuyển là bản đồ phân bố TDS của tầng chứa nước qp (Hình 3.2) và bản

đồ đẳng TDS tầng qh theo số liệu quan trắc TDS tại các lỗ khoan trong mạng QTQG đồng bằng Bắc Bộ

(Hình 3.8).

Hình 3.6: (a) Bản đồ đẳng cao độ

mực nước TCN qh tháng1/2006

Hình 3.7: (b) Bản đồ đẳng cao độ

mực nước TCN qp tháng1/2006

Hình 3.8: Bản đồ đẳng TDS các

TCN qh thời điểm 2006

3.2.2. Chỉnh lý mô hình

Mô hình được chỉnh lý bằng việc giải bài toán ngược ổn định và không ổn định. Bài toán ngược ổn định vơi

mục đích kiểm tra sơ bộ lại các thông số ĐCTV và c ác điều kiện biên cua mô hinh (chủ yếu là các dữ liệu

thuộc tính). Bài toán ngược không ổn định lam chinh xac hoa cac thông sô ĐCTV , các điều kiện biên biến

đôi theo thơi gian va tri sô hê sô nha nươc cua tưng lơp . Bài toán chinh ly kêt thuc khi đa xac lâp đươc đông

thái mực nước theo thời gian với sai số so với thực tế tại từng bước tính toán đạt giá trị cho phép.

Bảng 3.3: Bảng tổng hợp kết quả thông số sau khi chỉnh lý

Các lớp Đới Kx (m/ng) Ky (m/ng)

Kz

(m/ng) µ* µ n0

Lớp 1 1 3.6 3.6 0.36 0.00008 0.06 0.06

2 8.0 8.0 0.8 0.00011 0.08 0.08

3 12 12 1.2 0.00015 0.11 0.11

4 0.05 0.05 0.005 0.00001 0.02 0.02

Lớp 2

5 6.0 6.0 0.6 0.00008 0.06 0.06

6 8.0 8.0 0.8 0.00011 0.08 0.08

7 12 12 1.2 0.00015 0.11 0.11

17

8 18 18 1.8 0.0002 0.14 0.14

Lớp 3 9 0.0012 0.0012 0.00012 0.00001 0.02 0.02

Lớp 4

10 25 25 2.5 0.00018 0.2 0.2

11 20 20 2.0 0.00014 0.14 0.14

12 15 15 1.5 0.0001 0.12 0.12

13 10 10 1.0 1.2e-0.06 0.02 0.1

14 15 15 1.5 0.000014 0.08 0.12

15 20 20 2.0 0.00002 0.1 0.14

16 25 25 2.5 0.00008 0.12 0.2

Các thông số trong bài toán dịch chuyển ngoài thông số độ lỗ hổng hữu hiệu đã được chỉnh lý bằng bài toán

ngược như đã nêu. Các thông số độ phân tán động lực (aL) và hệ số khuyếch tán hiệu quả (D*) đều được tra

trong bảng cơ sở dữ liệu các hệ số kinh nghiệm đi kèm phần mềm Visual Modflows là EnviroBase Lite.

Sau khi kết thúc công việc chỉnh lý mô hình, tiến hành chạy mô hình dự báo để đánh giá trữ lượng và xâm

nhập mặn tầng qp cho các phương án khai thác nước.

3.2.3. Dự báo hạ thấp mực nước, xâm nhập mặn tầng Pleistocen và quy hoạch khai thác hợp lý

Bài toán đánh giá, dự báo được thực hiện theo 3 phương án khai thác NDĐ như sau:

Phương án 1

Dự báo hạ thấp mực nước và XNM cho TCN qp với sơ đồ các LKKT như hiện trạng khai thác NDĐ

Dự báo hạ thấp mực nước và xâm nhập mặn cho TCN qp với sơ đồ các LKKT nước dưới đất như hiện tại

(sơ đồ các LKKT như Hình 3.9). Trên địa bàn tỉnh Thái Bình gồm có 284 đơn vị hành chính cấp xã. Căn cứ

vào hiện trạng khai thác như đã nêu, tiến hành bố trí các giếng lớn khai thác tập trung đặt tại trung tâm mỗi

xã, lưu lượng của giếng biến đổi từ 100 - 300 m3/ng tuỳ theo số lượng giếng UNICEF có trong xã và hiện

trạng khai thác nước. Thời điểm tính toán là đến năm 2015, 2020, 2025.

Kết quả dự báo hạ thấp mực nƣớc và xâm nhập mặn theo phƣơng án 1

(Dự báo theo sơ đồ khai thác hiện tại: 68.410 m3/ngày).

Phương án 1 có thể cho ta thấy bức tranh về tình trạng hạ thấp mực nước và xâm nhập mặn trong điều kiện

thực tế khai thác nước trong tương lai.

Hình 3.9: Bản đồ đẳng cao độ mực nước dự báo tầng qp

theo PA1 thời điểm 1/2015

Hình 3.10: Bản đồ dự báo xâm nhập mặn tầng qp


18








theo PA1thời điểm 1/2025

Phương án 2

Dự báo hạ thấp mực nước và XNM TCN qp với lưu lượng các lỗ khoan khai thác tăng dần theo thời gian

Dự báo hạ thấp mực nước và xâm nhập mặn cho TCN qp với sơ đồ các LKKT phân bố ở đới nước nhạt

nhưng lưu lượng các lỗ khoan khai thác tăng dần theo thời gian để đáp ứng nhu cầu cấp nước theo tốc độ

tăng dân số. Thời điểm tính toán là đến năm 2015, 2020, 2025.

Bảng 3.4: Dự báo nhu cầu sử dụng nước trên các huyện đới nhạt đến 2025

Huyện

Dự báo dân số (ngƣời) Nhu cầu sử dụng nƣớc (m3/ng)

Năm

2015 Năm 2020 Năm 2025

Năm

2015

Năm

2020 Năm 2025

Đông Hưng 241212 251764 274274 19297 20141 21942

Hưng Hà 255980 267178 291065 20478 21374 23285

Quỳnh Phụ 242216 252812 275415 19377 20225 22033

Thái Thụy 256300 267512 291430 20504 21401 23314

Tổng 995708 1039266 1132184 69404 72441 78917


19

Theo phương án này, tổng lưu lượng khai thác tăng dần theo thời gian với mức khai thác đến thời

điểm năm 2015, 2020, 2025 lần lượt là 69.404 m3/ngày đêm, 72.441 m

3/ngày đêm và 78.917 m

3/ngày đêm.

Kết quả dự báo cho thấy cơ chế xâm nhập mặn vào tầng chứa nước cũng xảy ra tương tự như phương án 1

nhưng với tốc độ lớn hơn (Hình 3.16, Hình 3.18, Hình 3.20). Đến năm 2025 hầu hết huyện Thái Thụy thì

tầng chứa nước qp bị nhiễm mặn.

Hình 3.15: Bản đồ cao độ mực nước dự báo tầng qp theo

PA2 thời điểm 1/2015







20





Phương án 3

Bố trí 3 bãi giếng khai thác NDĐ tập trung

Bố trí 3 bãi giếng khai thác NDĐ tập trung phân bố ở Hưng Hà, Quỳnh Phụ, Đông Hưng (gồm 28 LKKT) bố

trí theo tuyến đường thẳng song song với ranh giới mặn - nhạt của tầng qp để khai thác, cấp nước theo nhu

cầu nước như trong Bảng 3.4.


Phương án này có tổng lưu lượng khai thác giống như phương án 2 nhưng sơ đồ khai thác là các nhà

máy nước khai thác tập trung. Để đảm bảo nhu cầu về nước như trên, dự kiến bố trí các lỗ khoan khai thác

thành 3 nhà máy nước gồm 28 giếng khoan được bố trí như Hình 3.21 dưới đây. Lưu lượng các lỗ khoan là

như nhau và tăng dần theo thời gian tại các thời điểm như trong Error! Reference source not found..

Hình 3.21: Sơ đồ vị trí các giếng khai thác theo phương án 3

Xâm nhập mặn theo phương án này có tốc độ nhanh hơn hẳn so với 2 phương án trên. Lưỡi mặn tại huyện

Thái Thụy và Đông Hưng xâm nhập sâu vào tầng chứa nước. Đến thời điểm năm 2025 thì phần lớn diện tích

huyện Thái Thụy, Đông Hưng đã bị nhiễm mặn và đặc biệt hơn nữa là quá trình xâm nhập mặn theo phương

thẳng đứng tại huyện Hưng Hà xảy ra rất mạnh và đã tạo thành đới nước mặn cục bộ có diện tích khá lớn.

21













Tính toán XNM và quy hoạch khai thác hợp lý nước ngầm

22

Với diện tích đới nước nhạt ở thời điểm ban đầu là 651.5 km2, kết quả tính toán dự báo xâm nhập mặn của 3

phương án khai thác nước cho thấy: Đến năm 2025, diện tích đới nước nhạt bị xâm nhập mặn theo phương

án 2 là nhỏ nhất 87.23 km2 (chiếm 13.39% diện tích đới nhạt) và theo phương án 3 là lớn nhất với 190 km

2

(chiếm gần 30% diện tích đới nhạt).

Bảng 3.5: Tính toán tốc độ xâm nhập mặn do khai thác nước

Phƣơng án 1 Phƣơng án 2 Phƣơng án 3

Năm Năm Năm

2015 2020 2025 2015 2020 2025 2015 2020 2025

Đới nhạt

bị XNM

(km2)

17.85 78.07 123.5 77.62 84.71 87.23 31 122.9 190

% 2.74 11.98 18.96 11.91 13.00 13.39 4.76 18.86 29.16

- PA1: Với lưu lượng khai thác hiện tại 68.410 m3/ngày với hệ thống LK đều trên diện tích tỉnh, đến năm

2025 ranh giới mặn có xu hướng xâm nhập nhanh nhất vào đới nhạt tại Thái Thụy, Đông Hưng. Đồng thời,

tại Hưng Hà có một vài vị trí có hiện tượng XNM theo phương thẳng đứng ở một số điểm cục bộ. Diện tích

đới nước nhạt bị xâm nhập mặn theo phương án 1 vào năm 2015 là 17.85 km2 (chiếm 2.74% diện tích đới

nhạt) và đến năm 2025 tăng lên là 123.5 km2 (chiếm 18.96% diện tích đới nhạt).

- PA2: Với lưu lượng LK khai thác tăng dần theo thời gian để đáp ứng nhu cầu cấp nước theo tốc độ tăng

dân số đến năm 2015 là 69.404 m3, 2020 là 72.441 m

3, 2025 là 78.917 m

3/ngày đêm và sơ đồ các LKKT

phân bố đều ở đới nhạt thì đến năm 2025 hầu hết huyện Thái Thụy tầng qp bị nhiễm mặn. Tuy nhiên, diện

tích đới nước nhạt bị xâm nhập mặn vào năm 2015 là 77.62 km2 (chiếm 11.91% diện tích đới nhạt) và đến

năm 2025 tốc độ XNM theo phương án 2 so với phương án 1 và 3 tăng lên không đáng kể với 87.23km2

(chiếm 13.39% diện tích đới nhạt).

- PA3: Với lưu lượng các LK khai thác như phương án 2 nhưng bố trí 3 bãi giếng khai thác ở Hưng Hà,

Quỳnh Phụ, Đông Hưng (gồm 28 LKKT) theo tuyến thẳng song song với ranh giới mặn - nhạt tầng qp để

khai thác thì các lưỡi mặn tại Thái Thụy và Đông Hưng xâm nhập sâu vào tầng chứa nước và quá trình XNM

theo phương thẳng đứng tại Hưng Hà và tạo thành đới mặn cục bộ. Phương án này tuy có lợi về KT nhưng

không đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật. Diện tích đới nước nhạt bị xâm nhập mặn theo phương án 3 vào năm

2015 là 31 km2 (chiếm 4.76% diện tích đới nhạt) và đến năm 2025 tăng lên là 190 km

2 (chiếm 29.16% diện

tích đới nhạt).

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Kết luận

1-Trên cơ sở các phương trình thực nghiệm xây dựng được biểu diễn mối quan hệ giữa điện trở suất tầng

chứa nước và điện trở suất của nước tầng, giữa điện trở suất nước tầng và TDS, hàm lượng TDS xác định

được từ các kết quả đo sâu điện trên mặt đất có độ tin cậy và hiệu quả kinh tế cao.

2- Kết quả của Luận án đã xây dựng được bản đồ cấu trúc các tầng chứa nước Pleistocen ở tỷ lệ 1:50.000 từ

số liệu đo sâu VES và giếng khoan. Tầng Pleistocen phân bố trên toàn bộ diện tích vùng nghiên cứu, chỗ

nông nhất đến tầng chứa nước là 17,5m và chỗ sâu nhất 108 m.

3- Hiện trạng phân bố hàm lượng TDS của tầng chứa nước Pleistocen (qp) trên khu vực nghiên cứu đã được

xác định với độ tin cậy và chi tiết cao bằng tổ hợp phương pháp đo sâu điện và phân tích mẫu nước. Đới nhạt

đã khá trùng hợp với những nghiên cứu trước đây. Khu vực nghiên cứu giá trị hàm lượng TDS thay đổi từ

23

0,2-21 g/l. Diện tích vùng nước nhạt chiếm 42% diện tích vùng nghiên cứu, tương đương khoảng 1272,1

km2, trong đó: phần tây bắc Thái Bình chiếm 651,5 km

2, gồm Quỳnh Phụ, Đông Hưng, Hưng Hà, và một

phần của huyện Thái Thụy; phần Tiên Lãng và Vĩnh Bảo chiếm 160,3km2; phía nam Nam Định gồm các

huyện phía nam Giao Thủy, Xuân Trường, Hải Hậu, Nghĩa Hưng và Trực Ninh chiếm 460,3 km2.

4- Bằng phương pháp mô hình hóa, với các kịch bản khai thác khác nhau và lưu lượng các LK khai thác tăng

dần theo thời gian để đáp ứng nhu cầu cấp nước theo tốc độ tăng dân số đến năm 2025 đã cho các kết quả dự

báo mức độ xâm nhập mặn do khai thác khác nhau.

-Nếu bố trí sơ đồ các LKKT phân bố đều ở đới nhạt thì phương án này mực nước hạ thấp không quá tập

trung, dòng chảy tương đối ổn định. Diện tích đới nước nhạt bị xâm nhập mặn vào năm 2015 là 77,62 km2 và

đến năm 2025 tốc độ tăng lên không đáng kể với 87,23km2 (chiếm 13,39% diện tích đới nhạt). Để khai thác

nước đảm bảo tính bền vững, nên chọn phương án khai thác ở vùng nước nhạt này và bố trí LKKT cung cấp

nước tập trung theo quy mô làng xã. Vì như vậy, mực nước giảm đồng đều, không dẫn đến nhiễm mặn, dễ

quản lý, có thể xử lý đảm bảo vệ sinh; giảm ô nhiễm do khai thác riêng lẻ từng hộ; hiệu quả kinh tế và quản

lý được tài nguyên và môi trường.

-Nếu bố trí 3 bãi giếng khai thác ở Hưng Hà, Quỳnh Phụ, Đông Hưng theo tuyến thẳng song song với ranh

giới mặn - nhạt tầng qp để khai thác thì các lưỡi mặn tại Thái Thụy và Đông Hưng xâm nhập sâu vào tầng

chứa nước và quá trình XNM theo phương thẳng đứng tại Hưng Hà và tạo thành đới mặn cục bộ. Diện tích

đới nước nhạt bị xâm nhập mặn năm 2015 là 31 km2 và đến năm 2025 tăng lên rất nhanh là 190 km

2 (chiếm

29,16% diện tích đới nhạt). Phương án này tuy dễ thiết kế, có lợi về kinh tế nhưng không đảm bảo các yêu

cầu kỹ thuật.

Kiến nghị

1- Mật độ các LK quan trắc trong tầng chứa nước Pleistocen trong vùng nghiên cứu còn quá ít, nên việc

nghiên cứu điều kiện cung cấp của đới nước nhạt, sự dịch chuyển ranh giới mặn nhạt và dự báo trữ lượng có

thể khai thác của đới nước nhạt này bị hạn chế. Do vậy, cần kiến nghị việc bổ sung hoàn thiện mạng quan

trắc, đặc biệt trong các vùng khai thác mạnh, các vùng gần biên mặn. Đồng thời, tiến hành định kỳ kiểm kê

hiện trạng khai thác nước dưới đất phục vụ cho công tác quy hoạch, quản lý khai thác và sử dụng NDĐ.

2- Tầng chứa nước Pleistocen là một tầng cấp nước lớn, hiện tại đáp ứng được khoảng 1/2 nhu cầu sử dụng

nước của nhân dân các huyện Hưng Hà, Đông Hưng, Thái Thụy và Quỳnh Phụ. Ranh giới nhiễm mặn hiện

chưa biến động nhiều nên chính quyền địa phương cần sớm có quy hoạch khai thác để bảo vệ tầng chứa

nước này.

3- Cần có những nghiên cứu chi tiết và làm sáng tỏ hơn mối liên hệ giữa cấu trúc địa chất, ĐCTV giữa vùng

đồng bằng và những nguồn bổ cập nước nhạt cho khu vực trên cơ sở quan trắc hóa học, lấy mẫu, phân tích

trong thời gian dài để xem biến động theo chu kỳ ngày, tháng…

Vì nhiều lý do khác nhau , Luận án không thê tranh đươc nhưng sa i sot. NCS rât mong sư gop y cua cac nha

chuyên môn, các nhà khoa học để Luận án đươc hoan thiên hơn.

24

DANH MỤC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN

LUẬN ÁN CỦA TÁC GIẢ

1. Nguyen Nhu Trung, Trinh Hoai Thu, Nguyen Van Nghia (2008), “Application of the electrical

resistivity and hydrogeology modeling methods to map and forecast the saltwater intrusion in

Thaibinh province”, Institute of Marine Geology and Geophysics, Tạp chí Địa chất, số 31-

32/2008.241-248.

2. Trịnh Hoài Thu, Nguyễn Như Trung (2012), “Xác định ranh giới xâm nhập mặn tầng chứa nước

Pleistocen khu vực ven biển Đồng bằng sông Hồng theo kết quả phân tích hóa và đo sâu điện”, Viện

Địa chất và Địa vật lý Biển-Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, Tạp chí Khoa học và

Công nghệ Biển; Tập 12, Số 4A; 2012: ISSN: 1859-3097.

3. Trịnh Hoài Thu (2012), “Sử dụng phương pháp mô hình hóa địa chất thủy văn dự báo ảnh hưởng

xâm nhập mặn tầng nước dưới đất ở hai huyện Đông Hưng, Hưng Hà, thuộc tỉnh Thái Bình”, Viện

Địa chất và Địa vật lý biển-Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam, Tạp chí Khoa học và Công nghệ

Biển; Tập 12, Số 4A; ISSN: 1859-3097.

4. Nguyen Nhu Trung and Trinh Hoai Thu (2013), “Investigation of the saltwater intrusion in the

Pleistocene aquifer in the coastal zone of Red River Delta”, Institute of Marine Geology and

Geophysics, Proceedings of the 11th SEGJ International Symposium, Japan. ISSN: 2159-6832.

5. Trinh Hoai Thu, Nguyen Nhu Trung, Le Hong Minh, Vu Van Manh (2014), “Application of

hydrogeological modelling methods in forecasting seawater intrusion of Pleistocene aquifer in Thai

Binh area”, Proceedings of the 28th EnviroInfo 2014 Conference, Oldenburg, Germany. ISBN 978-

3-8142-2317-9.

ĐÁnh giÁ hiỆn trẠng vÀ dỰ bÁo xÂm nhẬp mẶn tẦng … hoai thu... · trước...

Documents