Đánh Giá Tác Động Của Nước Biển Dâng Đến Tài Nguyên Nước Dưới Đất Tỉnh Hà Tĩnh

Luận văn thạc sĩ đánh giá tác động của nước biển dâng đến tài nguyên nước dưới đất tại Hà Tĩnh và đề xuất giải pháp ứng phó hiệu quả.

• Tác giả: Đỗ Ngọc Thực
• Người hướng dẫn: Ts. Phan Văn Trường
• Trường học: Trường Đại Học Quốc Gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Biến Đổi Khí Hậu
• Đề tài: Đánh Giá Tác Động Của Nước Biển Dâng Đến Tài Nguyên Nước Dưới Đất Đồng Bằng Ven Biển Tỉnh Hà Tĩnh Và Các Giải Pháp Ứng Phó
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 1.1. Tổng quan về biến đổi khí hậu và nước biển dâng
• 1.1.1. Biến đổi khí hậu và nước biển dâng trong quá khứ
• 1.1.2. Biến đổi khí hậu và nước biển dâng hiện nay và xu thế tương lai
• 1.1.3. Tình hình nghiên cứu về tác động của nước biển đối với các tầng chứa nước ven biển
• 1.1.3.1. Trên Thế giới
• 1.1.3.2. Các nghiên cứu về nước dưới đất vùng đồng bằng ven biển tỉnh Hà Tĩnh
• 1.1.4. Cơ chế xâm nhập mặn nước dưới đất
• 1.1.4.1. Các quá trình dịch chuyển chất hòa tan
• 1.1.4.2. Quá trình phân tán cơ học
• 1.1.4.3. Quá trình phân tán thuỷ động lực
• 1.1.4.4. Quá trình hấp phụ
• 1.1.4.5. Quá trình phân rã
• 1.1.5. Ranh giới mặn - nhạt nước dưới đất vùng ven biển
• 1.1.6. Phương pháp nghiên cứu
• 1.1.6.1. Phương pháp điều tra khảo sát thực địa
• 1.1.6.2. Phương pháp kế thừa
• 1.1.6.3. Phương pháp bản đồ và GIS
• 1.1.6.4. Phương pháp địa vật lý
• 1.1.6.5. Phương pháp mô hình toán
• 2. CHƯƠNG 2: ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN, KINH TẾ - XÃ HỘI ĐỒNG BẰNG VEN BIỂN TỈNH HÀ TĨNH
• 2.1. Đặc điểm tự nhiên
• 2.1.1. Vị trí địa lý
• 2.1.2. Đặc điểm địa hình
• 2.1.3. Đặc điểm địa chất
• 2.1.4. Đặc điểm phân bố các tầng chứa nước
• 2.1.5. Đặc điểm thổ nhưỡng
• 2.1.6. Đặc điểm khí hậu
• 2.1.7. Đặc điểm thủy văn, hải văn
• 2.1.8. Thảm thực vật
• 2.2. Đặc điểm kinh tế - xã hội
• 2.2.1. Hoạt động nông - lâm nghiệp
• 2.2.2. Đánh bắt và nuôi trồng thủy - hải sản
• 2.2.3. Hoạt động công nghiệp
• 3. CHƯƠNG 3: TÁC ĐỘNG CỦA NƯỚC BIỂN DÂNG ĐẾN TÀI NGUYÊN NƯỚC DƯỚI ĐẤT ĐỒNG BẰNG VEN BIỂN TỈNH HÀ TĨNH
• 3.1. Tài nguyên nước dưới đất khu vực nghiên cứu
• 3.1.1. Trữ lượng nước dưới đất
• 3.1.2. Chất lượng nước dưới đất
• 3.1.3. Đánh giá khả năng sử dụng nước
• 3.1.4. Diễn biến xâm nhập mặn vào các tầng chứa nước
• 3.1.4.1. Xâm nhập mặn tầng qh
• 3.1.4.2. Xâm nhập mặn tầng qp
• 3.1.5. Dự báo ảnh hưởng của nước biển dâng đến tài nguyên nước dưới đất đồng bằng ven biển tỉnh Hà Tĩnh
• 3.1.5.1. Kịch bản biến đổi khí hậu và nước biển dâng khu vực nghiên cứu
• 3.1.5.2. Mô hình dự báo xâm nhập mặn tầng chứa nước khu vực nghiên cứu
• 3.1.5.3. Kết quả dự báo ảnh hưởng của nước biển dâng trong điều kiện khí hậu tương lai đến nước dưới đất
• 3.1.6. Tác động của xâm nhập mặn do mực nước biển dâng tới hoạt động dân sinh và các hệ sinh thái tự nhiên
• 3.1.6.1. Tác động tới hoạt động dân sinh
• 3.1.6.2. Tác động tới các hệ sinh thái tự nhiên
• 4. CHƯƠNG 4: CÁC GIẢI PHÁP ỨNG PHÓ TRONG ĐIỀU KIỆN BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU VÀ NƯỚC BIỂN DÂNG ĐỒNG BẰNG VEN BIỂN TỈNH HÀ TĨNH
• 4.1. Biện pháp chung chuẩn bị đối phó BĐKH và NBD
• 4.2. Cơ sở đề xuất các giải pháp
• 4.3. Đề xuất các giải pháp ứng phó mực NBD ở đồng bằng ven biển tỉnh Hà Tĩnh
• 4.3.1. Các giải pháp phi công trình
• 4.3.2. Các giải pháp công trình
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC

Tóm tắt

I. Tổng quan về tác động của nước biển dâng đến tài nguyên nước dưới đất

Nước biển dâng (NBD) là một trong những tác động nghiêm trọng của biến đổi khí hậu, ảnh hưởng đến nhiều khu vực ven biển, trong đó có tỉnh Hà Tĩnh. Tình hình nước biển dâng đang diễn ra nhanh chóng, gây ra hiện tượng xâm nhập mặn vào các tầng chứa nước dưới đất. Điều này không chỉ ảnh hưởng đến chất lượng nước mà còn tác động đến các hoạt động kinh tế và sinh hoạt của người dân. Việc đánh giá tác động của nước biển dâng đến tài nguyên nước dưới đất là rất cần thiết để có những giải pháp ứng phó kịp thời.

1.1. Tình hình nước biển dâng tại tỉnh Hà Tĩnh

Tỉnh Hà Tĩnh có 137 km bờ biển, là khu vực chịu ảnh hưởng lớn từ nước biển dâng. Theo các nghiên cứu, mực nước biển có thể dâng từ 28-33 cm vào giữa thế kỷ 21 và từ 65-100 cm vào cuối thế kỷ 21. Điều này dẫn đến xâm nhập mặn sâu vào các sông ven biển, ảnh hưởng đến nguồn nước ngầm và chất lượng nước.

1.2. Tác động của nước biển dâng đến tài nguyên nước dưới đất

Nước biển dâng gây ra hiện tượng xâm nhập mặn, làm giảm trữ lượng nước ngọt dưới đất. Theo số liệu, trên 80% giếng khơi mới đào trong khu vực ven biển đã bị nhiễm mặn, không sử dụng được. Điều này ảnh hưởng nghiêm trọng đến sinh hoạt và sản xuất nông nghiệp của người dân.

II. Vấn đề xâm nhập mặn do nước biển dâng tại Hà Tĩnh

Xâm nhập mặn là một trong những vấn đề nghiêm trọng nhất mà tỉnh Hà Tĩnh đang phải đối mặt do nước biển dâng. Hiện tượng này không chỉ làm giảm chất lượng nước mà còn ảnh hưởng đến các hệ sinh thái tự nhiên và hoạt động kinh tế của người dân. Việc hiểu rõ về nguyên nhân và tác động của xâm nhập mặn là rất quan trọng để có những biện pháp ứng phó hiệu quả.

2.1. Nguyên nhân xâm nhập mặn tại Hà Tĩnh

Nguyên nhân chính của xâm nhập mặn tại Hà Tĩnh là do nước biển dâng kết hợp với sự khai thác nước ngầm quá mức. Khi mực nước biển dâng lên, nước mặn dễ dàng xâm nhập vào các tầng chứa nước ngọt, làm giảm chất lượng nước ngầm.

2.2. Tác động của xâm nhập mặn đến sinh thái và nông nghiệp

Xâm nhập mặn không chỉ ảnh hưởng đến nguồn nước mà còn tác động đến các hệ sinh thái tự nhiên. Nhiều vùng đất canh tác bị nhiễm mặn, làm giảm năng suất cây trồng và ảnh hưởng đến đời sống của người dân. Các biện pháp bảo vệ tài nguyên nước là cần thiết để đảm bảo sự phát triển bền vững.

III. Phương pháp nghiên cứu tác động của nước biển dâng

Để đánh giá tác động của nước biển dâng đến tài nguyên nước dưới đất, nhiều phương pháp nghiên cứu đã được áp dụng. Các phương pháp này bao gồm khảo sát thực địa, phân tích số liệu và mô hình hóa. Việc sử dụng các phương pháp này giúp cung cấp cái nhìn tổng quan và chính xác về tình hình xâm nhập mặn tại Hà Tĩnh.

3.1. Phương pháp khảo sát thực địa

Khảo sát thực địa là phương pháp quan trọng để thu thập dữ liệu về tình hình xâm nhập mặn. Các mẫu nước được lấy từ nhiều vị trí khác nhau để phân tích độ mặn và chất lượng nước.

3.2. Phương pháp mô hình hóa

Mô hình hóa giúp dự đoán diễn biến xâm nhập mặn trong tương lai. Các mô hình này dựa trên các kịch bản biến đổi khí hậu và nước biển dâng, từ đó đưa ra các dự báo về tác động đến tài nguyên nước dưới đất.

IV. Giải pháp ứng phó với nước biển dâng tại Hà Tĩnh

Để ứng phó với tác động của nước biển dâng, tỉnh Hà Tĩnh cần triển khai các giải pháp đồng bộ. Các giải pháp này không chỉ nhằm bảo vệ tài nguyên nước mà còn đảm bảo phát triển bền vững cho khu vực ven biển. Việc quản lý tài nguyên nước một cách hiệu quả là rất cần thiết trong bối cảnh biến đổi khí hậu.

4.1. Giải pháp quản lý tài nguyên nước

Quản lý tài nguyên nước cần được thực hiện một cách đồng bộ và hiệu quả. Cần có các quy định rõ ràng về khai thác nước ngầm và bảo vệ nguồn nước, nhằm giảm thiểu tình trạng xâm nhập mặn.

4.2. Giải pháp công trình và phi công trình

Các giải pháp công trình như xây dựng đê chắn sóng, hệ thống thoát nước và các giải pháp phi công trình như trồng rừng ngập mặn cũng cần được triển khai để bảo vệ tài nguyên nước và giảm thiểu tác động của nước biển dâng.

V. Kết luận và triển vọng tương lai về tài nguyên nước dưới đất

Tác động của nước biển dâng đến tài nguyên nước dưới đất tại tỉnh Hà Tĩnh là một vấn đề nghiêm trọng cần được quan tâm. Việc đánh giá và đưa ra các giải pháp ứng phó kịp thời là rất cần thiết để bảo vệ tài nguyên nước và đảm bảo phát triển bền vững cho khu vực ven biển. Tương lai của tài nguyên nước dưới đất phụ thuộc vào các biện pháp quản lý và bảo vệ hiệu quả.

5.1. Tương lai của tài nguyên nước dưới đất tại Hà Tĩnh

Tương lai của tài nguyên nước dưới đất tại Hà Tĩnh sẽ phụ thuộc vào khả năng ứng phó với nước biển dâng và xâm nhập mặn. Cần có các chính sách và biện pháp cụ thể để bảo vệ nguồn nước và đảm bảo sự phát triển bền vững.

5.2. Đề xuất nghiên cứu tiếp theo

Cần tiếp tục nghiên cứu sâu hơn về tác động của nước biển dâng đến tài nguyên nước dưới đất, từ đó đưa ra các giải pháp ứng phó hiệu quả hơn. Việc hợp tác giữa các cơ quan, tổ chức và cộng đồng là rất quan trọng trong việc bảo vệ tài nguyên nước.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Dải đồng bằng ven biển tỉnh Hà Tĩnh sở hữu chiều dài bờ biển 137 km và tổng diện tích tự nhiên khoảng 1.500 km2, trải dài qua 10 đơn vị hành chính cấp huyện từ Nghi Xuân đến Kỳ Anh. Đây là khu vực chịu tác động sâu sắc của biến đổi khí hậu và hiện tượng nước biển dâng do vị trí tiếp giáp trực tiếp với Biển Đông và mạng lưới sông ngòi chia cắt mạnh mẽ. Theo các kịch bản biến đổi khí hậu được xây dựng cho khu vực Bắc Trung Bộ, mực nước biển dự báo sẽ dâng thêm từ 28 cm đến 33 cm vào giữa thế kỷ 21 và có thể tăng từ 65 cm đến 100 cm vào cuối thế kỷ 21 so với thời kỳ đối chứng 1980 - 1999. Hiện trạng thực tế tại địa phương cho thấy quá trình mặn hóa đang diễn biến hết sức phức tạp: ranh giới mặn đã lấn sâu vào các cửa sông chính trên 10 km, hơn 114 km2 đất đai bị nhiễm mặn nghiêm trọng và trên 80% số giếng đào dân sinh mới tạo lập trong vòng 2 năm gần dải ven biển đã bị nhiễm mặn đến mức không thể sử dụng cho ăn uống.

Mục tiêu cốt lõi của nghiên cứu là đánh giá định lượng tác động của mực nước biển dâng đối với tài nguyên nước dưới đất trong các trầm tích Đệ Tứ, đồng thời dự báo động thái dịch chuyển của ranh giới mặn - nhạt theo các mốc thời gian đến năm 2020, 2030 và 2050 theo kịch bản phát thải trung bình B2. Nghiên cứu tập trung vào 3 tầng chứa nước chính gồm Holocen thượng, Holocen hạ và Pleistocen, qua đó xây dựng hệ thống giải pháp công trình và phi công trình đồng bộ. Kết quả nghiên cứu mang ý nghĩa thực tiễn to lớn trong việc bảo vệ an ninh nguồn nước ngọt, duy trì sinh kế cho hơn 1,2 triệu dân và phục vụ phát triển bền vững các trung tâm kinh tế trọng điểm như Khu kinh tế Vũng Áng và khu vực mỏ sắt Thạch Khê.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu vận dụng nguyên lý cân bằng thủy tĩnh Ghyben - Herzberg nhằm mô tả bề mặt tiếp xúc giữa khối nước nhạt lục địa và khối nước mặn từ biển. Theo nguyên lý này, tương quan độ sâu của ranh giới mặn phụ thuộc trực tiếp vào tỷ trọng giữa nước biển (khoảng 1,025 g/cm3) và nước nhạt (khoảng 1,000 g/cm3) cùng với cao trình cột nước ngầm phía trên mực nước biển. Khi mực nước biển dâng cao hoặc mực nước dưới đất hạ thấp do khai thác quá mức, nêm mặn sẽ dịch chuyển sâu vào đất liền theo quy luật cân bằng áp lực thủy tĩnh.

Bên cạnh đó, quá trình dịch chuyển và phân tán chất hòa tan trong môi trường lỗ rỗng được xác định dựa trên định luật khuếch tán Fick kết hợp phương trình vi phân vận chuyển vật chất ba chiều tổng quát. Phương trình này mô tả đồng thời cơ chế di chuyển đối lưu theo dòng chảy ngầm và quá trình phân tán thủy động lực học, bao gồm phân tán cơ học dọc/ngang và khuếch tán phân tử qua hệ số dẫn truyền chất tan. Về mặt phân loại chất lượng nước, luận văn áp dụng tiêu chuẩn tổng chất rắn hòa tan (TDS) với các ngưỡng xác định: nước siêu nhạt (TDS dưới 0,2 g/l), nước nhạt (TDS từ 0,2 đến 1,0 g/l), nước lợ (TDS từ 1,0 đến 3,0 g/l) và nước mặn (TDS trên 3,0 g/l), trong đó chỉ tiêu TDS bằng 1,0 g/l được dùng làm ranh giới mặn - nhạt quy chuẩn.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng nguồn dữ liệu đa tầng bao gồm việc kế thừa tài liệu phân tích hóa lý của 1.039 mẫu nước và dữ liệu địa chất thủy văn từ 34 lỗ khoan sâu với tổng chiều dài 2.685,5 m được thực hiện qua các thời kỳ khảo sát. Công tác quan trắc thực địa bổ sung được tiến hành đồng bộ qua 2 mùa mưa và mùa khô trên mạng lưới giếng khoan quan trắc và giếng khơi phân bố tại các vùng trọng điểm ven biển.

Phương pháp chọn mẫu được thiết kế theo nguyên tắc phân tầng không gian và độ sâu, bao phủ từ dải cồn cát chắn bờ biển, đồng bằng trung tâm lòng thuyền cho đến rìa tiếp giáp đồi núi sót. Phương pháp địa vật lý đo sâu điện trở suất đối xứng với khoảng cách cực dòng AB/2 từ 100 m đến 1.000 m được áp dụng nhằm xác định chính xác cấu trúc ranh giới mặn - nhạt theo phương thẳng đứng và phương ngang. Nhằm mô phỏng và dự báo lan truyền độ mặn, tác giả sử dụng bộ phần mềm Visual MODFLOW tích hợp mô-đun MODFLOW giải bài toán dòng thấm 3 chiều phi dừng và mô-đun MT3DMS giải phương trình lan truyền chất tan bằng phương pháp sai phân hữu hạn. Lý do lựa chọn tổ hợp công cụ này là nhờ khả năng mô phỏng chi tiết các môi trường địa chất thủy văn dị hướng, bất đồng nhất và xử lý tốt điều kiện trao đổi phức tạp giữa các thấu kính trầm tích cát - sét đặc thù tại đồng bằng Hà Tĩnh.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, cấu trúc địa chất thủy văn khu vực nghiên cứu được xác định gồm 3 tầng chứa nước lỗ hổng chính trong trầm tích Đệ Tứ với mức độ chứa nước và nguy cơ tổn thương khác nhau. Tầng Holocen thượng (qh2) phân bố thành dải chạy dọc bờ biển với diện tích trên 500 km2, chiều dày trung bình 13 m (nơi dày nhất đạt 25 m), là tầng chứa nước không áp có biên độ dao động mực nước giữa mùa mưa và mùa khô từ 0,3 m đến 5,2 m. Tầng Holocen hạ (qh1) và tầng Pleistocen (qp) nằm ở độ sâu từ 6 m đến 61,7 m, có chiều dày biến đổi từ 3 m đến 33,5 m. Tầng qp có mức độ chứa nước trung bình với 67% số lỗ khoan đạt lưu lượng từ 0,5 đến 5 l/s, riêng khu vực Thạch Khê đạt lưu lượng trung bình 7,68 l/s và hệ số thấm dao động từ 1,0 đến 30 m/ngày.

Thứ hai, hiện trạng xâm nhập mặn diễn ra gay gắt trên diện rộng dưới sự kết hợp của các yếu tố tự nhiên và khai thác nhân tạo. Độ tổng khoáng hóa TDS tại các khu vực giáp biển thuộc Nghi Xuân, Cẩm Xuyên và Kỳ Anh thường xuyên vượt ngưỡng 1,0 g/l, tạo nên các phễu mặn hóa cục bộ ăn sâu vào đất liền từ 1 km đến 3 km.

Thứ ba, kết quả mô phỏng dự báo trên mô hình số theo kịch bản nước biển dâng B2 cho thấy xu thế gia tăng diện tích nhiễm mặn đáng kể. Đến năm 2020, diện tích mặn hóa trong tầng qh2 và qp tăng khoảng 10% đến 15% so với hiện trạng. Đến năm 2030 và 2050, khi mực nước biển dâng tương ứng khoảng 30 cm và 50 cm, diện tích phân bố nước mặn trong các tầng chứa nước chính mở rộng thêm từ 20% đến trên 35%, làm suy giảm nghiêm trọng khoảng 25% trữ lượng nước nhạt có thể khai thác an toàn.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân cốt lõi dẫn đến tình trạng xâm nhập mặn gia tăng bắt nguồn từ sự mất cân bằng giữa lượng bổ cập tự nhiên và lượng tiêu thoát. Chế độ mưa tại Hà Tĩnh phân bố rất không đồng đều: mùa mưa tập trung 70% đến 75% lượng mưa cả năm (trong đó tháng 9 và tháng 10 chiếm tới 40% - 50%), trong khi mùa khô kéo dài đi kèm lượng bốc hơi cao, cực đại tại trạm Kỳ Anh đạt 209 mm/tháng. Sự thiếu hụt bổ cập vào mùa khô làm suy giảm cột áp thủy lực của nước dưới đất, tạo điều kiện cho gradient nồng độ thúc đẩy nước biển thẩm thấu sâu qua các trầm tích cát biển có độ lỗ rỗng lớn (35% - 40%).

So sánh với các nghiên cứu tại đồng bằng sông Hồng hay ven biển Nam Trung Bộ, diễn biến xâm nhập mặn tại đồng bằng ven biển Hà Tĩnh mang tính cục bộ rõ rệt do bề mặt địa hình dạng lòng thuyền không đối xứng và sự hiện diện của các khối đá magma phun trào chia cắt tầng chứa nước. Về mặt trình bày trực quan, các phát hiện này được mô tả sinh động thông qua biểu đồ tương quan tuyến tính giữa mực nước tính toán và mực nước quan trắc thực tế với hệ số tin cậy cao, bản đồ phân vùng đẳng trị TDS tỷ lệ 1/50.000 phân theo mùa và các sơ đồ mặt cắt thủy thạch học thể hiện góc dốc của ranh giới nêm mặn tiến sâu vào lục địa.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm giảm thiểu tác động tiêu cực của nước biển dâng và bảo vệ bền vững tài nguyên nước dưới đất đồng bằng ven biển Hà Tĩnh, nghiên cứu đề xuất 4 nhóm giải pháp trọng tâm:

1. Thiết lập mạng lưới quan trắc tự động và cảnh báo sớm: Tiến hành xây dựng mới 25 đến 30 trạm quan trắc tự động đo liên tục mực nước và độ dẫn điện (TDS/EC) tại các vùng nhạy cảm như Nghi Xuân, Lộc Hà, Cẩm Xuyên và Kỳ Anh. Mục tiêu đến năm 2020 hoàn thiện hệ thống cơ sở dữ liệu số hóa phục vụ cảnh báo xâm nhập mặn theo thời gian thực do Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Hà Tĩnh chủ trì vận hành.

2. Quy hoạch và siết chặt hạn ngạch khai thác nước dưới đất: Ban hành quy định giới hạn tổng lưu lượng khai thác tại các tầng chứa nước qh và qp dưới mức an toàn 30.000 m3/ngày-đêm cho toàn vùng ven biển. Đình chỉ và cấm cấp phép các giếng khoan công nghiệp công suất lớn tại các dải cồn cát chắn bờ trước năm 2025 nhằm bảo vệ cột áp thủy tĩnh chống nêm mặn lấn sâu.

3. Triển khai các công trình kiểm soát mặn và bổ cập nhân tạo: Nâng cấp hệ thống đê biển, xây dựng các cống đập ngăn mặn giữ ngọt tại các cửa sông Cửa Sót, Cửa Nhượng kết hợp các hồ trữ nước ngọt nội đồng. Áp dụng kỹ thuật thấm xuyên qua các hào thu nước mưa để bổ cập nhân tạo cho tầng chứa nước Holocen thượng với mục tiêu gia tăng 15% trữ lượng nước nhạt bổ cập hàng năm trước năm 2030 do Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn phối hợp các đơn vị liên quan thực hiện.

4. Hoàn thiện khung thể chế quản lý tổng hợp tài nguyên nước: Xây dựng quy chế phối hợp liên ngành, lồng ghép bản đồ phân vùng nhạy cảm xâm nhập mặn vào quy hoạch phát triển kinh tế - xã hội tỉnh Hà Tĩnh tầm nhìn 2050 do Ủy ban nhân dân tỉnh Hà Tĩnh ban hành và giám sát thực thi.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và kết quả nghiên cứu của luận văn mang lại giá trị tham khảo thiết thực cho 4 nhóm đối tượng chính:

• Cơ quan quản lý nhà nước về tài nguyên và môi trường: Các đơn vị như Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Hà Tĩnh, Cục Quản lý Tài nguyên nước và các Chi cục Thủy lợi có thể sử dụng trực tiếp các bản đồ phân vùng nhiễm mặn và số liệu dự báo theo kịch bản biến đổi khí hậu để làm căn cứ pháp lý quy hoạch khai thác, cấp phép xả thải và ban hành các chính sách bảo vệ nguồn nước ngầm.

• Các nhà khoa học, giảng viên và học viên sau đại học: Đây là tài liệu học thuật chuyên sâu về chuyên ngành Biến đổi khí hậu, Địa chất thủy văn và Quản lý môi trường, cung cấp phương pháp luận chuẩn mực trong việc ứng dụng mô hình toán Visual MODFLOW kết hợp đo sâu địa vật lý để giải quyết bài toán xâm nhập mặn ven biển.

• Ban quản lý các khu kinh tế, khu công nghiệp và dự án khai khoáng: Các đơn vị quản lý Khu kinh tế Vũng Áng và Dự án mỏ sắt Thạch Khê có thể tham khảo cấu trúc địa chất thủy văn để thiết kế phương án cấp nước phục vụ sản xuất cũng như tính toán giải pháp tháo khô moong khai thác an toàn, tránh gây suy thoái các túi nước ngọt lân cận.

• Chính quyền địa phương cấp huyện, xã và các tổ chức cộng đồng ven biển: Cung cấp bức tranh thực tế về nguy cơ cạn kiệt và ô nhiễm mặn nguồn nước giếng đào, giúp chính quyền cơ sở chủ động lập kế hoạch chuyển đổi cơ cấu cây trồng, xây dựng công trình cấp nước sạch tập trung thích ứng với mùa khô hạn.

Câu hỏi thường gặp

Nước biển dâng tác động đến các tầng chứa nước ngầm tại Hà Tĩnh thông qua cơ chế nào? Nước biển dâng làm gia tăng cột áp thủy tĩnh phía biển, phá vỡ trạng thái cân bằng tự nhiên theo nguyên lý Ghyben - Herzberg. Nước mặn tràn qua các cửa sông vào mùa kiệt và khuếch tán trực tiếp vào tầng chứa nước Holocen thượng qua bề mặt thấm bở rời, sau đó tiếp tục thẩm thấu sâu xuống tầng Pleistocen qua các cửa sổ địa chất thủy văn.

Tại sao tầng chứa nước Holocen thượng (qh2) lại có nguy cơ nhiễm mặn cao nhất? Tầng qh2 lộ trực tiếp trên bề mặt với diện tích lớn hơn 500 km2 chạy dọc 137 km bờ biển, thành phần chủ yếu là cát mịn đến thô có độ rỗng cao từ 35% đến 40%. Do không có lớp sét cách nước che phủ phía trên, tầng này tiếp xúc trực tiếp với nước biển và chịu dao động thủy triều mạnh mẽ, dẫn đến tốc độ nhiễm mặn diễn ra nhanh nhất.

Mô hình Visual MODFLOW đóng vai trò gì trong việc đánh giá tài nguyên nước? Visual MODFLOW tích hợp mô-đun dòng chảy 3 chiều và mô-đun lan truyền MT3DMS giúp giải bài toán sai phân hữu hạn mô phỏng trường dòng thấm và nồng độ chất tan. Mô hình cho phép định lượng hóa lưu lượng dòng ngầm, xác định sự biến đổi chỉ số TDS và dự báo chính xác phạm vi lan truyền ranh giới mặn 1,0 g/l theo các kịch bản nước biển dâng đến năm 2050.

Tình trạng nhiễm mặn giếng đào ven biển tại Hà Tĩnh hiện nay ở mức độ nào? Khảo sát thực tế cho thấy trên 80% số giếng đào dân sinh mới tạo lập trong 2 năm gần dải ven biển đã bị nhiễm mặn với chỉ tiêu TDS vượt quy chuẩn nước ăn uống sinh hoạt. Diện tích đất bị nhiễm mặn đã vượt quá 114 km2, gây thiếu hụt nguồn nước ngọt nghiêm trọng trong các tháng mùa khô khi lượng bốc hơi lên tới 209 mm/tháng.

Giải pháp phi công trình nào mang lại hiệu quả bảo vệ nguồn nước cấp thiết nhất? Giải pháp cấp thiết nhất là khoanh định ngay các đới cấm và hạn chế khai thác nước dưới đất tại các dải cát ven biển, kiểm soát tổng lưu lượng khai thác dưới 30.000 m3/ngày-đêm, đồng thời vận hành hệ thống 25 đến 30 điểm quan trắc tự động để giám sát chặt chẽ diễn biến ranh giới mặn theo thời gian thực.

Kết luận

• Luận văn đã làm sáng tỏ đặc điểm cấu trúc địa chất thủy văn của 3 tầng chứa nước Đệ Tứ (qh2, qh1, qp) trên diện tích 1.500 km2 dải ven biển tỉnh Hà Tĩnh.
• Định lượng hóa mức độ suy thoái nguồn nước với hơn 114 km2 đất bị mặn hóa và trên 80% giếng đào ven biển bị suy giảm chất lượng nghiêm trọng.
• Ứng dụng thành công mô hình số Visual MODFLOW để dự báo sự gia tăng từ 20% đến trên 35% diện tích nhiễm mặn theo kịch bản nước biển dâng B2 đến năm 2050.
• Xây dựng hệ thống giải pháp toàn diện kết hợp giữa công trình ngăn mặn, bổ cập nhân tạo và các công cụ quản lý hạn ngạch khai thác.
• Cung cấp luận cứ khoa học vững chắc phục vụ công tác quy hoạch tài nguyên nước và xây dựng chiến lược thích ứng biến đổi khí hậu cho tỉnh Hà Tĩnh.

Về lộ trình thực hiện tiếp theo, giai đoạn 2016 - 2025 cần tập trung hoàn thiện hệ thống quan trắc tự động và quy hoạch phân vùng khai thác an toàn; giai đoạn 2030 - 2050 hướng tới đầu tư đồng bộ hạ tầng công trình ngăn mặn và các hồ trữ ngọt nhân tạo. Các cấp chính quyền địa phương, cơ quan chuyên môn và cộng đồng dân cư cần phối hợp hành động ngay hôm nay nhằm bảo tồn nguồn tài nguyên nước dưới đất vô giá, đảm bảo sự phát triển kinh tế - xã hội bền vững trước thách thức biến đổi khí hậu toàn cầu.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1. Tổng quan về biến đổi khí hậu và nước biển dâng 1. Biến đổi khí hậu và nước biển dâng trong quá khứ Trong suốt chiều dài lịch sử hình thành và tiến hóa Trái Đất đã xẩy ra nhiều lần biến đổi khí hậu, nó được ghi lại rất nhiều ở những đối tượng tự nhiên khác nhau như: thành phần đất đá trầm tích, địa hình, thực vật cũng như các cảnh quan trên bề mặt Trái Đất. Tuy nhiên, càng lùi xa về quá khứ, thì những dấu ấn đó càng không rõ rệt.

Chỉ trong thời gian địa chất gần đây, đặc biệt là kỷ Đệ tứ thì những dấu ấn của BĐKH mới được biểu hiện rõ ràng. Một trong những đặc trưng quan trọng của BĐKH là sự thay đổi nhiệt độ của lớp không khí bề mặt đất nói riêng và trong khí quyển của Trái Đất nói chung. Kèm theo sự tăng hay giảm nhiệt độ (nóng lên hay lạnh đi) là sự tăng hay giảm mực nước biển (biển tiến - biển lùi). Bằng chứng này được xác nhận thông qua phân tích lõi khoan băng tại trạm Vostok ở Nam Cực (Hình 1.1: Biểu đồ khí hậu lớp băng ở Nam Cực, chu kỳ băng hà - gian băng cuối cùng Từ đó có thể thấy rằng, trong vòng khoảng 150.000 năm qua, trên Trái Đất đã 2 lần xẩy ra nhiệt độ cao (vào thời điểm khoảng 120.000 năm trước) và 2 lần nhiệt độ thấp (vào thời điểm khoảng 140.000 năm trước); tương ứng với chúng là 2 lần biển tiến và 2 lần biển lùi.

Lần biển tiến sau được gọi là Biển tiến Flandrian, còn lần biển lùi sau được gọi là Cực đại Băng hà lần cuối. 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Cho đến nay, tiến trình dâng lên của mực nước biển sau Cực đại Băng hà Lần Cuối liên quan với biến đổi khí hậu đã đươc nhiều nhà khoa học thuộc các lĩnh vực khác nhau nghiên cứu và đã được đánh giá tương đối đầy đủ và chi tiết cả ở quy mô toàn cầu, khu vực và địa phương. Ví dụ cho thềm lục địa Sunda, trong đó có Việt Nam được chỉ ra ở Hình 1.2: Đường cong mực nước biển cho thềm lục địa Sunda nhận được từ các dạng đường bờ Theo Sathiamurty và Viris [31], thời kỳ Cực đại Băng hà lần cuối trên thềm lục địa Sunda xẩy ra cách ngày ngay khoảng 21.000 năm và mực biển lúc bấy giờ thấp hơn hiện nay 116m.2, Hanebuth và đồng nghiệp [24] đã chia ra 4 giai đoạn S1, S2, S3 và S4 tương ứng với khoảng thời gian và tốc độ dâng mực biển khác nhau.000 năm trước), mực biển dâng lên được 2m, với tốc độ chậm, chỉ đạt 1mm/năm (1σ = 1,4mm/năm). So sánh với biên độ thủy triều là 2m, thì mực biển là ổn định; S2 (từ 19.600 năm trước), mực miển dâng lên được 18m với tốc độ đạt 4,1mm/năm (1σ ± 0,8mm/năm); S3 (từ 14.300 năm trước), mực biển dâng lên được 16m với tốc độ được gia tăng đáng kể tới 53,3mm/năm.

Tuy nhiên, tốc độ có thể được đánh giá từ phân bố xác suất độ chính xác của tuổi dao động từ 2,8 đến 16,0m/100 năm. Giá trị cao có thể do ảnh hưởng của điều kiện địa phương, như tích tụ trầm tích, phát triển rừng ngập mặn, v.100 năm trước), mực biển dâng lên được 16m, với tốc độ đạt 13,3mm/năm (1σ = 3,3mm/năm). Sau đó mực biển dâng chậm dần. Tuy nhiên, vào thời kỳ tối ưu khí hậu Holocen, bắt đầu từ khoảng 9.000 năm trước, nhiệt độ lại được tăng lên và cao hơn hiện nay khoảng 2oC, khiến cho mực nước biển dâng lên với tốc độ xấp xỉ 10mm/năm [32].000 năm trước đến nay, nhiệt độ hạ thấp dần để đạt được giá trị như hiên nay.

5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Biến đổi khí hậu và nước biển dâng hiện nay và xu thế tương lai Biến đổi khí hậu có thể do 2 nguyên nhân: một là, do những quá trình tự nhiên và hai là, do tác động của con người. Nguyên nhân thứ nhất có từ rất lâu nên nguyên nhân thứ hai được đề cập tới nhiều nhất. Trên toàn cầu: Trong thời gian gần đây, các kết quả nghiên cứu về khí hậu cho thấy, nhiệt độ của bề mặt Trái đất trên quy mô toàn cầu đang tăng lên.

Hầu hết các số liệu quan trắc đều cho thấy rằng, nhiệt độ không khí và nước đại dương đều tăng, trong đó tăng nhanh hơn ở vùng cực Bắc. Trong 100 năm qua (1906 - 2005), nhiệt độ trung bình toàn cầu đã tăng khoảng 0,740C [2], tốc độ tăng của nhiệt độ trong 50 năm gần đây gấp đôi so với 50 năm trước đó. Có nhiều lý do làm cho nhiệt độ trên Trái Đất tăng lên, trong đó có sự gia tăng nồng độ CO2 trong khí quyển. Theo báo cáo của IPCC [30], nồng độ CO2 trong khí quyển vào thập niên 1990 là 330ppm, nếu trong thế kỷ XXI, giá trị tăng lên gấp đôi, thì nhiệt độ sẽ tăng lên 1 - 20C, tương đương với thời kỳ Tối ưu Khí hậu trong Holocen.

Kèm theo nhiệt độ trên bề mặt Trái Đất, đặc biệt đối với vùng Bắc cực và bề mặt đại dương tăng lên thì mực nước biển cũng được dâng lên do dãn nở của nước đại dương và tan chảy các khối băng trên lục địa, cũng như nước mặt từ lục địa (Bảng 1. Đồng thời, nhiệt độ bề mặt Trái đất tăng cũng gây ra sự chênh lệch áp suất giữa lục địa và đại dương dẫn đến tăng các hiện tượng thời tiết cực đoan, đặc biệt là bão và áp thấp nhiệt đới (cả về tần suất lẫn cường độ).1: Cán cân mực nước biển trung bình toàn cầu Khoảng thời gian quan trắc Nguồn đóng góp Đơn vị: mm/năm 1901-1990 1971-2010 1997-2010 Dãn nở do nhiệt - 0,8(0,5 ÷ 1,1) 1,1 (0,8 ÷ 1,4) Băng hà (trừ Greenland và 0,54(0,47÷0,61) 0,62(0,25÷0,99) 0,76(0,39÷1,13) Nam Cực) Băng hà ở Greenland 0,15(0,1÷0,19) 0,06(0,03÷0,09) 0,1(0,07÷0,13) Khiên băng Greenland - - 0,33(0,25÷0,41) Khiên băng Nam Cực - - 0,27(0,16÷0,38) Nước từ lục địa -0,11(-0,16÷-0,06) 0,12(0,03÷0,22) 0,38(0,26÷0,41) Tổng đóng góp - - 2,8(2,3÷3,4) Mực biển TB toàn cầu theo 1,5(1,3÷1,7) 2,0(1,7÷2,3) 3,2(2,8÷3,6) quan trắc Nguồn: [26] 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Theo các nhà khoa học về BĐKH toàn cầu và NBD cho thấy, đại dương đã nóng lên đáng kể từ cuối thập kỷ 1950. Các nghiên cứu từ số liệu quan trắc trên toàn cầu cho thấy, mực nước biển trung bình toàn cầu trong thời kỳ 1961 - 2003 đã dâng với tốc độ 1,8 0,5 mm/năm, trong đó, đóng góp do giãn nở nhiệt và tan băng là lớn nhất [29]. Năm 2007, IPCC cũng đưa ra kịch bản về mực nước biển dâng đến thời gian 2099 so với khoảng thời gian 1980 - 1999 (Hình 1.

Nghiên cứu cập nhật năm 2009 cho rằng tốc độ mực nước biển trung bình toàn cầu dâng khoảng 1,8 mm/năm (Chuch và White, 2009).3: Biến động mực nước biển trung bình toàn cầu giai đoạn 1870 - 2010 Trên phạm vi toàn cầu lượng mưa tăng lên ở các đới phía Bắc vĩ độ 300B thời kỳ 1901 - 2005 và giảm đi ở các vĩ độ nhiệt đới, kể từ giữa những năm 1970. Ở khu vực nhiệt đới, mưa giảm đi ở Nam Á và Tây Phi với trị số xu thế là 7,5% cho cả thời kỳ 1901 - 2005. Ở đới vĩ độ trung bình và vĩ độ cao, lượng mưa tăng lên rõ rệt ở miền Trung Bắc Mỹ, Đông Bắc Mỹ, Bắc Âu và Trung Á [2]. Tần số mưa lớn tăng lên trên nhiều khu vực, kể cả những nơi lượng mưa có xu thế giảm đi.

Biến đổi của xoáy thuận nhiệt đới chịu sự chi phối của biến đổi nhiệt độ nước biển, của hoạt động ENSO và sự thay đổi quỹ đạo của chính xoáy thuận nhiệt đới. Xu thế tăng cường hoạt động của xoáy thuận nhiệt đới rõ rệt nhất ở Bắc, Tây Nam Thái Bình Dương và Ấn Độ Dương. Trong thế kỷ 20 cùng với sự tăng lên của nhiệt độ không khí có sự suy giảm khối lượng băng trên phạm vi toàn cầu. Từ năm 1978 đến nay, lượng băng trung bình hàng năm ở Bắc Băng Dương giảm khoảng 2,1 - 3,3% mỗi thập kỷ [30].

Về bão gia tăng liên quan tới biến đổi khí hậu. Trong Báo cáo Đánh giá lần thứ 4 của IPCC [30] đã đưa ra nhận xét là không có xu thế rõ ràng về số lượng các xoáy 7 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] thuận nhiệt đới hàng năm liên quan tới sự tăng nhiệt độ trên bề mặt Trái đất. Nhưng theo [32], thì nhiệt độ đại dương nóng lên là một trong những nhân tố ảnh hưởng đến xoáy thuận nhiệt đới. Đồng thời nhiệt của đại dương và bốc hơi nước góp phần nào làm cho các xoáy thuận nhiệt đới mạnh hơn.

Cả hai điều kiện này đã tăng trong mấy chục năm qua. Kết quả phân tích số liệu bão từ năm 1970 - 2004 ở các đại dương khác nhau cho thấy, các cơn bão có cường độ loại 1, 2 và 3 giảm, trong khi đó các cơn bão có cường độ loại 4 và 5 tăng lên rõ rệt (Hình 1.4: Tổng số các cơn bão loại 1 (màu lục), loại 2 và 3 (màu xanh), loại 4 và 5 (màu đỏ) trong giai đoạn 1970 - 2004 Về cơ bản, nước biển dâng trong lịch sử là do kiến tạo bên trong Trái Đất gây ra, hay các biến động thời tiết. Hiện nay, các biến động này vẫn xẩy ra và lặp đi lặp lại trong chu kỳ hàng trăm năm. Tuy nhiên, nguyên nhân chính và quan trọng nhất của mực nước biển dâng hiện nay là do hoạt động của con người.

Con người đã đẩy nhanh quá trình phát triển của tự nhiên nhanh hơn quá trình lập lại theo chu kỳ của chính nó. Vì vậy, cần phải thay đổi hoạt động của con người hiện tại và tương lai để giảm phát thải khí nhà kính, từ đó giảm hiểm họa do mực nước biển dâng cao. Ở Việt Nam: Cũng như trên Thế giới, biến đổi khí hậu ở Việt Nam cũng được thể hiện rõ qua các số liệu đo đạc về mực nước biển, nhiệt độ, lượng mưa,… Xu thế biến đổi của nhiệt độ và lượng mưa là rất khác nhau trên các vùng trong 50 năm qua. Nhiệt độ trung bình năm tăng khoảng 0,50C trên phạm vi cả nước và lượng mưa có xu hướng giảm ở phía Bắc, tăng ở phía Nam lãnh thổ.

Nhiệt độ tháng 1 (tháng đặc trưng cho mùa đông), nhiệt độ tháng 7 (tháng đặc trưng cho mùa hè) và nhiệt độ trung bình 8 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] năm tăng trên phạm vi cả nước trong 50 năm qua. Nhiệt độ mùa đông tăng nhanh hơn so với mùa hè và nhiệt độ vùng sâu trong đất liền tăng nhanh hơn nhiệt độ vùng ven biển và hải đảo.