Tổng quan nghiên cứu

Đảo Trần, thuộc huyện Cô Tô, tỉnh Quảng Ninh, có diện tích khoảng 4,46 km², là khu vực biển đảo có điều kiện tự nhiên đặc thù với địa hình đồi núi thấp và khí hậu biển nhiệt đới gió mùa. Lượng mưa trung bình hàng năm dao động từ 1600 đến 2200 mm, trong đó mùa mưa kéo dài từ tháng 5 đến tháng 9 chiếm khoảng 80% tổng lượng mưa năm. Hiện nay, đảo chưa có dân cư sinh sống lâu dài, chủ yếu là lực lượng bộ đội và một số ngư dân tạm trú. Nguồn nước sinh hoạt chủ yếu dựa vào nước mưa và ba hồ chứa nước mặt được xây dựng từ năm 2000 đến 2003. Tuy nhiên, vào mùa khô, nguồn nước trên đảo rất khan hiếm do hạn chế về tài nguyên nước mặt và nước ngầm, đồng thời có nguy cơ xâm nhập mặn từ nước biển xung quanh.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là đánh giá tổng thể tài nguyên nước mặt và nước ngầm trên đảo Trần, xác định khả năng cung cấp nước sinh hoạt và phát triển kinh tế - xã hội bền vững cho khu vực. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào toàn bộ đảo Trần với dữ liệu thu thập từ các trạm khí tượng, thủy văn và khảo sát thực địa trong giai đoạn gần đây. Ý nghĩa nghiên cứu thể hiện qua việc cung cấp cơ sở khoa học cho công tác quản lý, quy hoạch và khai thác hợp lý tài nguyên nước trên đảo, góp phần nâng cao chất lượng cuộc sống và phát triển bền vững khu vực biển đảo.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu về tài nguyên nước, bao gồm:

  • Khái niệm tài nguyên nước: Theo Luật Tài nguyên nước Việt Nam, tài nguyên nước bao gồm nước mặt, nước mưa, nước ngầm và nước biển trong phạm vi lãnh thổ quốc gia. Tài nguyên nước được đánh giá qua ba đặc trưng chính: lượng, chất lượng và động thái.

  • Mô hình địa chất thủy văn số MODFLOW: Đây là mô hình toán học giải phương trình vi phân mô tả dòng chảy nước ngầm trong các tầng chứa nước không đồng nhất và dị hướng. MODFLOW sử dụng phương pháp sai phân hữu hạn để rời rạc hóa không gian và thời gian, cho phép mô phỏng dòng chảy và tính toán trữ lượng nước ngầm.

  • Các điều kiện biên trong mô hình: Bao gồm điều kiện biên Dirichlet (mực nước cố định), Neumann (dòng chảy cố định), Cauchy (hỗn hợp), biên sông, biên kênh thoát, biên bốc hơi và biên tổng hợp. Các điều kiện này phản ánh tương tác giữa tầng chứa nước và các nguồn nước mặt hoặc các công trình khai thác.

  • Khái niệm về nước mặt và nước ngầm: Nước mặt là nước trong sông, hồ, ao, trong khi nước ngầm là nước chứa trong các lỗ rỗng của đất đá dưới mặt đất, có thể phân thành nước ngầm tầng mặt và tầng sâu, với đặc điểm lưu chuyển và khả năng tái tạo khác nhau.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính bao gồm số liệu khí tượng thủy văn từ các trạm Cô Tô, Móng Cái, dữ liệu địa chất, địa hình, khảo sát thực địa và số liệu quan trắc mực nước ngầm, nước mặt trên đảo Trần. Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm các điểm quan trắc mưa, giếng khoan và hồ chứa nước trên đảo.

Phương pháp phân tích kết hợp:

  • Phân tích thống kê: Xử lý số liệu khí tượng thủy văn, lượng mưa, dòng chảy, bốc hơi để đánh giá quy luật phân bố và biến động tài nguyên nước mặt.

  • Mô hình hóa số: Sử dụng phần mềm Visual MODFLOW Flex để xây dựng mô hình dòng chảy nước ngầm, hiệu chỉnh mô hình dựa trên số liệu quan trắc thực tế, tính toán trữ lượng và khả năng khai thác bền vững nước ngầm.

  • Phân tích hiện trạng và đánh giá tiềm năng: Đánh giá hiện trạng khai thác, chất lượng nước, khả năng cung cấp nước mặt từ các hồ chứa và nước ngầm phục vụ sinh hoạt và phát triển kinh tế.

Thời gian nghiên cứu tập trung vào giai đoạn từ năm 2000 đến 2017, phù hợp với dữ liệu thu thập và xây dựng mô hình.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Lượng mưa và phân bố tài nguyên nước mặt: Lượng mưa trung bình năm tại đảo Trần là khoảng 1687,7 mm, tập trung chủ yếu vào 4 tháng mùa mưa (tháng 6 đến tháng 9), chiếm hơn 50% tổng lượng mưa năm. Lượng mưa ngày lớn nhất thiết kế dao động từ 370 mm đến 670 mm tùy theo tần suất, cho thấy tiềm năng bổ cập nước mặt lớn trong mùa mưa.

  2. Dòng chảy và trữ lượng nước mặt: Lưu lượng dòng chảy trung bình nhiều năm được tính toán theo công thức kinh nghiệm đạt khoảng 0,6 đến 0,7 mm/s với tổng lượng dòng chảy năm thiết kế tại các tuyến đập hồ chứa dao động từ 0,5 đến 0,7 triệu m³. Tuy nhiên, các hồ chứa hiện tại có diện tích nhỏ, không đủ trữ nước vào mùa khô, dẫn đến tình trạng thiếu nước sinh hoạt.

  3. Đánh giá tài nguyên nước ngầm: Mô hình MODFLOW được xây dựng và hiệu chỉnh với số liệu quan trắc mực nước ngầm cho thấy trữ lượng nước ngầm ổn định, có khả năng cung cấp nước sinh hoạt cho bộ đội và dân cư trên đảo. Mực nước ngầm dao động theo mùa, với mức giảm nhẹ vào mùa khô nhưng không gây suy thoái nghiêm trọng. Tỷ lệ đáp ứng nhu cầu sử dụng nước từ các hồ chứa và nước ngầm đạt khoảng 85%.

  4. Ảnh hưởng của xâm nhập mặn: Do vị trí đảo nằm giữa biển, có nguy cơ xâm nhập mặn vào tầng chứa nước ngọt, đặc biệt trong mùa khô khi mực nước ngầm giảm. Việc khai thác nước ngầm không hợp lý có thể làm tăng nguy cơ suy thoái nguồn nước và ô nhiễm mặn.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy tài nguyên nước mặt trên đảo Trần phụ thuộc lớn vào lượng mưa mùa mưa, trong khi nguồn nước ngầm có trữ lượng ổn định hơn và đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp nước sinh hoạt quanh năm. So sánh với các nghiên cứu tại các đảo khác trong khu vực, mức trữ lượng nước ngầm và khả năng khai thác của đảo Trần tương đối khả quan nhưng vẫn cần quản lý chặt chẽ để tránh hiện tượng cạn kiệt và xâm nhập mặn.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ phân bố lượng mưa theo tháng, bảng tổng hợp lưu lượng dòng chảy năm thiết kế và biểu đồ mực nước ngầm theo thời gian để minh họa rõ ràng sự biến động và khả năng cung cấp nước. Việc áp dụng mô hình MODFLOW giúp đánh giá chính xác hơn trữ lượng và khả năng khai thác nước ngầm, hỗ trợ công tác quy hoạch và quản lý tài nguyên nước hiệu quả.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Tăng cường thu gom và trữ nước mưa: Xây dựng thêm các công trình thu gom nước mưa quy mô nhỏ và vừa, cải tạo các hồ chứa hiện có để tăng khả năng trữ nước mùa mưa, đảm bảo nguồn nước sinh hoạt trong mùa khô. Chủ thể thực hiện: Ban quản lý đảo, thời gian 1-2 năm.

  2. Quản lý khai thác nước ngầm hợp lý: Áp dụng quy định khai thác nước ngầm theo mức trữ lượng bền vững, hạn chế khai thác quá mức để tránh xâm nhập mặn và suy thoái tầng chứa nước. Chủ thể: Cơ quan quản lý tài nguyên nước tỉnh Quảng Ninh, thời gian liên tục.

  3. Giám sát và cảnh báo xâm nhập mặn: Thiết lập hệ thống quan trắc mực nước ngầm và độ mặn thường xuyên, xây dựng bản đồ ranh giới mặn nhạt để kịp thời điều chỉnh khai thác và bảo vệ nguồn nước. Chủ thể: Viện Khoa học Thủy lợi, thời gian 1 năm.

  4. Phát triển nguồn nước thay thế: Nghiên cứu và ứng dụng công nghệ xử lý nước biển thành nước ngọt hoặc tái sử dụng nước thải sau xử lý để bổ sung nguồn nước sinh hoạt. Chủ thể: Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn phối hợp Bộ Khoa học Công nghệ, thời gian 3-5 năm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Cơ quan quản lý tài nguyên nước và môi trường: Sử dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng chính sách, quy hoạch khai thác và bảo vệ tài nguyên nước trên đảo và các khu vực biển đảo tương tự.

  2. Các nhà nghiên cứu và học viên chuyên ngành thủy văn học, địa chất thủy văn: Tham khảo phương pháp mô hình hóa MODFLOW và phân tích tài nguyên nước mặt, nước ngầm trong điều kiện biển đảo.

  3. Lực lượng bộ đội và dân cư sinh sống trên đảo: Hiểu rõ về nguồn nước hiện trạng, các giải pháp nâng cao khả năng cung cấp nước sinh hoạt, góp phần cải thiện điều kiện sống.

  4. Các nhà hoạch định phát triển kinh tế - xã hội vùng biển đảo: Dựa trên đánh giá tài nguyên nước để xây dựng kế hoạch phát triển bền vững, đảm bảo nguồn nước phục vụ sản xuất và sinh hoạt.

Câu hỏi thường gặp

  1. Tại sao tài nguyên nước trên đảo Trần lại khan hiếm vào mùa khô?
    Nguồn nước chủ yếu trên đảo là nước mưa và nước mặt từ các hồ chứa nhỏ. Mùa khô lượng mưa giảm mạnh, hồ chứa không đủ trữ nước, trong khi nước ngầm có thể bị xâm nhập mặn, dẫn đến thiếu hụt nguồn nước sinh hoạt.

  2. Mô hình MODFLOW có vai trò gì trong nghiên cứu này?
    MODFLOW giúp mô phỏng dòng chảy nước ngầm, tính toán trữ lượng và khả năng khai thác bền vững, từ đó đưa ra các giải pháp quản lý hiệu quả tài nguyên nước ngầm trên đảo.

  3. Làm thế nào để hạn chế xâm nhập mặn vào tầng chứa nước ngầm?
    Cần kiểm soát mức khai thác nước ngầm, duy trì mực nước ngầm ổn định, kết hợp giám sát độ mặn thường xuyên và xây dựng các công trình ngăn mặn nếu cần thiết.

  4. Nguồn nước mặt trên đảo có thể được cải thiện như thế nào?
    Bằng cách mở rộng diện tích và nâng cấp các hồ chứa, thu gom nước mưa hiệu quả, đồng thời áp dụng các biện pháp giảm thất thoát nước do bốc hơi và thấm sâu.

  5. Nghiên cứu này có thể áp dụng cho các đảo khác không?
    Phương pháp và kết quả nghiên cứu có thể tham khảo và điều chỉnh phù hợp để áp dụng cho các đảo có điều kiện tự nhiên và khí hậu tương tự nhằm quản lý tài nguyên nước hiệu quả.

Kết luận

  • Đảo Trần có lượng mưa trung bình năm khoảng 1687,7 mm, tập trung chủ yếu vào mùa mưa, tạo nguồn bổ cập chính cho tài nguyên nước mặt.
  • Ba hồ chứa nước mặt hiện có chưa đủ khả năng trữ nước phục vụ sinh hoạt vào mùa khô do diện tích nhỏ và hạn chế về trữ lượng.
  • Nguồn nước ngầm trên đảo có trữ lượng ổn định, có thể cung cấp nước sinh hoạt quanh năm nếu được khai thác hợp lý và có biện pháp bảo vệ chống xâm nhập mặn.
  • Mô hình MODFLOW là công cụ hiệu quả để đánh giá trữ lượng và khả năng khai thác nước ngầm, hỗ trợ công tác quản lý tài nguyên nước trên đảo.
  • Cần triển khai các giải pháp tổng hợp như tăng cường thu gom nước mưa, quản lý khai thác nước ngầm, giám sát xâm nhập mặn và phát triển nguồn nước thay thế để đảm bảo nguồn nước bền vững cho đảo Trần.

Tiếp theo, các cơ quan quản lý và đơn vị liên quan nên phối hợp triển khai các khuyến nghị nghiên cứu nhằm nâng cao hiệu quả sử dụng và bảo vệ tài nguyên nước trên đảo, góp phần phát triển kinh tế - xã hội bền vững vùng biển đảo.