Tổng quan về luận án

Công trình nghiên cứu tiến sĩ thuộc chuyên ngành Địa lý tài nguyên và môi trường (mã số: 9 44 0220) của nghiên cứu sinh Nguyễn Thế Chuyên, được thực hiện tại Học viện Khoa học và Công nghệ thuộc Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS. Phạm Quý Nhân và PGS.TS. Phan Thị Thanh Hằng. Nghiên cứu giải quyết bài toán cấp bách về an ninh tài nguyên nước ngầm tại khu vực duyên hải Nam Trung Bộ – dải lãnh thổ có lượng mưa trung bình năm thấp nhất cả nước và thường xuyên đối mặt với các đợt hạn hán khốc liệt kéo dài.

Khoảng trống nghiên cứu (research gap) trọng tâm xuất phát từ thực tế: các nghiên cứu trước đây tại Việt Nam phần lớn chỉ dừng lại ở việc khoanh định ranh giới mặn nhạt tĩnh theo phương pháp địa chất thủy văn truyền thống hoặc phân tích lan truyền ô nhiễm bề mặt, mà chưa lượng hóa được động thái dịch chuyển không - thời gian của "nêm mặn" dưới tác động tổng hợp của biến đổi khí hậu (BĐKH), nước biển dâng (NBD) và áp lực khai thác nhân sinh. Luận án đặt ra hai câu hỏi nghiên cứu cốt lõi: (1) Cấu trúc tầng chứa nước và mức độ tổn thương nội tại do xâm nhập mặn (XNM) của trầm tích Đệ tứ ven biển Ninh Thuận - Bình Thuận diễn biến như thế nào dưới tác động đa nhân tố? (2) Làm thế nào để mô hình hóa chính xác sự dịch chuyển ranh giới mặn nhạt theo các kịch bản khí hậu tương lai nhằm thiết lập các công trình kiểm soát XNM tối ưu? Hai giả thuyết khoa học tương ứng được kiểm chứng qua hai luận điểm bảo vệ:

  • Luận điểm 1: "Tài nguyên nước dưới đất trong các TCN trầm tích Đệ tứ ven biển tỉnh Ninh Thuận, Bình Thuận là nguồn tài nguyên rất quan trọng và có tiềm năng hạn chế."
  • Luận điểm 2: "Các tầng chứa nước trầm tích Đệ tứ ven biển tỉnh Ninh Thuận, Bình Thuận rất dễ bị tổn thương do XNM và chịu tác động rõ rệt bởi các yếu tố BĐKH và NBD."

Khung lý thuyết của luận án tích hợp phương pháp đánh giá chỉ số tổn thương bán định lượng GALDIT hiệu chỉnh qua quy trình phân tích thứ bậc AHP (Saaty, 1980) với hệ thống mô hình toán thủy động lực học dòng thấm và lan truyền chất hòa tan mật độ biến đổi SEAWAT (Guo & Langevin, 2002). Phạm vi không gian nghiên cứu bao phủ toàn bộ diện tích phân bố trầm tích Đệ tứ ven biển hai tỉnh Ninh Thuận và Bình Thuận với khối lượng khảo sát thực địa trực tiếp lên tới 504 $\text{km}^2$, tiến hành phân tích 242 mẫu nước toàn diện (hóa học meq/l và đồng vị bền $\delta^{18}\text{O}$), 150 thí nghiệm đổ nước hố đào xác định hệ số thấm đới thông khí, 150 điểm thí nghiệm Seepage đo thấm rỉ đáy sông, cùng 16 tuyến đo địa vật lý với 429 điểm đo sâu ĐVL. Khung thời gian mô phỏng dự báo kéo dài đến năm 2100 dựa trên các kịch bản phát thải cập nhật (RCP4.5 và RCP8.5) của Bộ Tài nguyên và Môi trường.

Literature Review và Positioning

Lịch sử nghiên cứu xâm nhập mặn nước dưới đất trên thế giới đã phát triển qua hơn một thế kỷ với hai trường phái tiếp cận chủ đạo: phương pháp giải tích và phương pháp mô phỏng số. Trường phái giải tích khởi nguồn từ nguyên lý cân bằng thủy tĩnh Badon-Ghyben (1888) và Herzberg (1901), sau đó được Strack (1995) phát triển dựa trên giả thiết Dupuit-Forchheimer để xác định giao diện phân cách mặn nhạt dạng parabol trong môi trường đẳng hướng hai chiều. Tuy nhiên, các giải pháp giải tích bộc lộ hạn chế lớn khi không phản ánh được tính bất đồng nhất của môi trường lỗ rỗng và vùng chuyển tiếp (dispersion zone) thực tế.

Nhằm khắc phục điều này, các kỹ thuật đánh giá chỉ số dễ bị tổn thương chuyên biệt ra đời. Aller và cộng sự (1987) đề xuất chỉ số DRASTIC tại Hoa Kỳ để đánh giá ô nhiễm bề mặt nhưng hoàn toàn bỏ qua các thông số thủy lực biển. Civita và De Maio (1997) hoàn thiện mô hình SINTACS tại Ý, Gornitz & Kanciruk (1989) cùng Thieler & Hammar-Klose (1999) xây dựng chỉ số tổn thương bờ biển CVI, trong khi các phương pháp EPIK (Doerfliger & Zwahlen, 1997), COP (Vias et al., 2002) và PI (Goldscheider et al., 2000) tập trung vào tầng chứa nước karst. Đột phá trong đánh giá XNM tầng chứa nước ven biển được thiết lập bởi Lobo-Ferreira và Chachadi (2001, 2005) thông qua chỉ số GALDIT gồm 6 thông số: kiểu tầng chứa nước (G), hệ số thấm (A), cốt cao mực nước (L), khoảng cách tới đường bờ (D), hiện trạng ảnh hưởng XNM (I), và chiều dày tầng chứa nước (T).

Trường phái mô hình số mật độ biến đổi ghi nhận các nghiên cứu nền tảng: Sherif & Singh (1999) áp dụng mô hình SUTRA chứng minh rằng mực nước biển Địa Trung Hải dâng 500 mm khiến ranh mặn tại châu thổ sông Nile tiến sâu 9 km, trong khi ở vịnh Bengal chỉ dịch chuyển 0.4 km do khác biệt về gradient thủy lực. Rozell & Wong (2010) sử dụng SEAWAT mô phỏng đảo Shelter (New York) chỉ ra tính phi tuyến giữa lượng bổ cập mưa và sự mở rộng thấu kính nước ngọt khi có sự hiện diện của tầng sét cản thấm. Morgan & Werner (2015) trong dự án quy mô quốc gia tại Úc đã thiết lập chỉ số SWI cho 28 khu vực ven biển (CSAS), đồng thời de Louw & Oude Essink (2012) tại biển Wadden (Hà Lan) dùng phần mềm MOCDENS3D chứng minh tác động kết hợp giữa sụt lún mặt đất do khai thác và nước biển dâng.

Tại Việt Nam, các nghiên cứu của Đỗ Trọng Sự & Nguyễn Kim Ngọc (1985), Đặng Đình Phúc (1997), Nguyễn Văn Hoàng (2000), Phạm Quý Nhân (2000, 2006, 2019), Hoàng Văn Hoan (2014, 2019) và Bùi Trần Vượng (2015) đã từng bước tiếp cận mô hình hóa ô nhiễm mặn ở Đồng bằng Bắc Bộ và Nam Bộ. Tuy nhiên, dải ven biển Ninh Thuận - Bình Thuận với đặc thù bán khô hạn cực đoan vẫn thiếu một khung tích hợp định lượng giữa chỉ số tổn thương GALDIT hiệu chỉnh và mô hình động lực học SEAWAT 3D. Nghiên cứu này định vị chính xác vào khoảng trống đó, thiết lập bước tiến đột phá về mặt phương pháp luận cho đới duyên hải miền Trung.

Đóng góp lý thuyết và khung phân tích

Đóng góp cho lý thuyết

Luận án kế thừa và phát triển định nghĩa lý thuyết của Lobo Ferreira (2005):

"Mức độ tổn thương của TCN là tính nhạy cảm về sự thay đổi chất lượng nước do hoạt động phát triển kinh tế xã hội hoặc BĐKH và NBD hoặc cả hai ở các vùng ven biển mà điều này được đánh giá bởi đặc trưng của bản thân TCN."

Đóng góp lý thuyết quan trọng nhất của luận án là tái cấu trúc tham số khoảng cách $D$ trong phương pháp GALDIT nguyên bản. Nghiên cứu chứng minh rằng trong các tầng chứa nước ven biển đã tồn tại ranh giới nhiễm mặn nội tại, phần tử mặn đầu tiên gây tổn thương cho nguồn cấp nước không xuất phát từ đường bờ biển hình học mà dịch chuyển trực tiếp từ ranh giới mặn nhạt hiện hữu. Do đó, việc tái định nghĩa tham số $D$ thành khoảng cách từ điểm tính toán đến ranh giới mặn nhạt đã hiệu chỉnh độ chính xác của trường đánh giá tổn thương.

Đồng thời, nghiên cứu tích hợp lý thuyết phân tán thủy động lực học Bear (1979) với phương trình phụ thuộc tỷ trọng - nồng độ muối: $$\rho = \rho_f + 0.7143 C$$ Trong đó hệ số thực nghiệm 0.7143 biểu thị độ dốc tương quan tuyến tính giữa mật độ dòng thấm ($\rho$) và tổng nồng độ chất rắn hòa tan ($C$). Luận án chứng minh sự tương tác phức hợp giữa gradient áp lực thủy tĩnh và hiệu ứng phân tán cơ học trong điều kiện bất đẳng hướng của các trầm tích hạt mịn xen kẹp cát hạt thô Đệ tứ.

Khung phân tích độc đáo

Khung phân tích của luận án tích hợp đa tầng ba trụ cột lý thuyết:

  1. Lý thuyết đánh giá tính dễ bị tổn thương bán định lượng đa chỉ tiêu (Multi-criteria Evaluation) qua GALDIT hiệu chỉnh.
  2. Lý thuyết phân tích cấu trúc thứ bậc AHP (Analytical Hierarchy Process) của Thomas Saaty (1980) nhằm triệt tiêu tính chủ quan trong việc gán trọng số cho 6 thông số thủy địa chất.
  3. Lý thuyết động lực học chất lưu mật độ biến đổi giải bằng phương pháp sai phân hữu hạn (Finite-Difference Method).

Điều kiện biên phân tích được xác lập chặt chẽ: biên Dirichlet (loại I) áp dụng cho các vùng mặt nước biển và đường bờ với cột nước và nồng độ TDS ổn định; biên Neumann (loại II) biểu thị lưu lượng bổ cập ngấm từ lượng mưa thực tế và đáy các vách núi cản nước; biên Cauchy (loại III) kiểm soát quá trình trao đổi thủy lực giữa các hệ thống sông chính (sông Cái Phan Rang, sông Lũy) với các tầng chứa nước Holocen ($qh$) và Pleistocen ($qp$).

Phương pháp nghiên cứu tiên tiến

Thiết kế nghiên cứu

Nghiên cứu vận hành theo thế giới quan thực chứng (positivism) kết hợp trường phái hiện thực phê phán (critical realism), áp dụng phương pháp phức hợp đa cấp độ (multi-level mixed methods). Thiết kế nghiên cứu tích hợp chặt chẽ giữa điều tra thực địa quy mô lớn, phân tích hóa lý phòng thí nghiệm, giải đoán ảnh viễn thám/địa vật lý điện trở, xác lập chỉ số chuyên gia và mô phỏng số học 3 chiều.

Tổng thể nghiên cứu bao gồm hai đơn vị địa chất thủy văn chính: tầng chứa nước không áp trầm tích Holocen ($qh$) và tầng chứa nước có áp/bán áp trầm tích Pleistocen ($qp$). Cơ sở dữ liệu mẫu được xây dựng với độ bao phủ cao: diện tích khảo sát 504 $\text{km}^2$, mạng lưới quan sát mực nước và lấy mẫu hóa học tại 242 vị trí, đo địa vật lý sâu 16 tuyến với 429 điểm đo, 150 hố đào thí nghiệm đổ nước xác định hệ số thấm thẳng đứng, 150 vị trí thí nghiệm thấm rỉ đáy sông Seepage nhằm lượng hóa chính xác lượng trao đổi giữa nước mặt và nước ngầm.

Quy trình nghiên cứu rigorous

Quy trình thu thập và phân tích dữ liệu tuân thủ nghiêm ngặt các quy chuẩn kỹ thuật của Bộ Tài nguyên và Môi trường:

  1. Phân tích thủy địa hóa và đồng vị: 242 mẫu nước được phân tích các ion chính ($\text{Na}^+, \text{K}^+, \text{Ca}^{2+}, \text{Mg}^{2+}, \text{Cl}^-, \text{SO}_4^{2-}, \text{HCO}_3^-$) để biểu diễn trên giản đồ Piper và giản đồ Stiff; đồng thời đo đạc tỷ số đồng vị bền $\delta^{18}\text{O}$ ($\text{‰}$) nhằm phân biệt chính xác nguồn gốc nước biển cổ (trầm tích biển Holocen/Pleistocen), nước mưa hiện đại và nước mặt ngấm bổ cập.
  2. Tính toán tài nguyên dự báo và trữ lượng an toàn: Tài nguyên dự báo tổng thể ($Q_{tn}$) được xác lập qua công thức cân bằng: $$Q_{tn} = \frac{V_t}{t} + Q_{bc}$$ Trong đó thể tích tích chứa tĩnh $V_t = \sum_{i=1}^n \mu_i \times h_i \times F_i$ ($\mu$ là hệ số nhả nước trọng lực/đàn hồi, $h$ là chiều dày trung bình, $F$ là diện tích phân bố); lưu lượng bổ cập động tự nhiên $Q_{bc} = M_{dn} \times F$ xác định theo phương pháp giải tích Bindeman trên chuỗi số liệu quan trắc mùa kiệt tần suất 95%. Trữ lượng có thể khai thác an toàn (Safe Yield) được giới hạn khoa học ở mức 30% tổng tài nguyên dự báo.
  3. Trọng số AHP: 6 thông số GALDIT được so sánh cặp thông qua ma trận chuyên gia của Saaty (1980), bảo đảm chỉ số nhất quán $CR < 0.1$.

Data và phân tích

Mô hình dòng chảy và mô hình dịch chuyển chất tan mật độ biến đổi được thiết lập trên nền tảng phần mềm chuyên dụng GMS 10 (chạy mã nguồn MODFLOW và SEAWAT). Phương trình vi phân đạo hàm riêng của dòng thấm 3D trong môi trường bất đồng nhất: $$\frac{\partial}{\partial x}\left(K_{xx} \frac{\partial h}{\partial x}\right) + \frac{\partial}{\partial y}\left(K_{yy} \frac{\partial h}{\partial y}\right) + \frac{\partial}{\partial z}\left(K_{zz} \frac{\partial h}{\partial z}\right) - W = S_s \frac{\partial h}{\partial t}$$

Phương trình vận chuyển khối chất tan có xét đến biến đổi mật độ: $$\frac{\partial C}{\partial t} = \nabla \cdot (D \cdot \nabla C) - \nabla \cdot (\vec{v} C) - \frac{q_s}{\theta} C_s$$ Với ma trận tán xạ thủy động lực $D = D_m + D^*$. Để loại bỏ hoàn toàn hiện tượng dao động số học và khuếch tán giả (numerical dispersion), kích thước ô lưới sai phân được tối ưu hóa dựa trên việc kiểm soát số Peclet cục bộ theo tiêu chuẩn Huyakorn & Pinder (1983) và Anderson & Woessner (2015): $$Pe = \frac{L}{\alpha_L} \le 2$$ Hệ số phân tán dọc trục $\alpha_L$ được xác lập dựa trên thang quy mô nghiên cứu theo thực nghiệm Gelhar và cộng sự (1992).

Quy trình hiệu chỉnh và kiểm định mô hình (calibration & validation) được kiểm soát thông qua 3 chỉ số thống kê sai số nghiêm ngặt giữa mực nước tính toán ($h_{cal}$) và quan trắc ($h_{obs}$):

  • Sai số trung bình: $ME = \frac{1}{n} \sum_{i=1}^n (h_{cal,i} - h_{obs,i})$
  • Sai số tuyệt đối trung bình: $MAE = \frac{1}{n} \sum_{i=1}^n |h_{cal,i} - h_{obs,i}|$
  • Sai số trung bình quân phương: $RMS = \sqrt{\frac{1}{n} \sum_{i=1}^n (h_{cal,i} - h_{obs,i})^2}$

Phát hiện đột phá và implications

Những phát hiện then chốt

  1. Xác lập bản đồ nhạy cảm tổn thương chi tiết cho 2 tầng chứa nước chính: Kết quả GALDIT-AHP phân định rõ rệt: Tầng Holocen ($qh$) có mức độ tổn thương rất cao tại các dải cát ven biển thuộc Phan Rang - Tháp Chàm, Ninh Hải, Thuận Nam (Ninh Thuận) và Tuy Phong, Hàm Thuận Quý (Bình Thuận) do hệ số thấm cao ($K = 10 - 25\text{ m/ngày}$), cốt cao mực nước thấp ($< 1.5\text{ m}$) và chiều dày tầng mỏng. Tầng Pleistocen ($qp$) tuy được bảo vệ bởi các thấu kính sét cách nước cục bộ nhưng xuất hiện các "cửa sổ thủy địa chất" khiến nêm mặn xâm nhập sâu hơn 4.5 km vào đất liền tại các khu vực khai thác tập trung.
  2. Lượng hóa ranh giới mặn nhạt theo kịch bản BĐKH đến năm 2100: Mô phỏng SEAWAT chỉ ra rằng dưới tác động của kịch bản phát thải cao RCP8.5 kết hợp suy giảm bổ cập mưa 5-10% trong mùa kiệt, diện tích nhiễm mặn (TDS $> 1000\text{ mg/l}$) của tầng $qh$ và $qp$ tại Ninh Thuận tăng thêm từ 18.2% đến 34.6%, đẩy nêm mặn tiến sâu thêm 600 - 1,200 m so với hiện trạng năm 2020.
  3. Phát hiện cơ chế xâm nhập mặn kép: Kết quả phân tích đồng vị $\delta^{18}\text{O}$ kết hợp quan trắc mực nước khẳng định XNM tại khu vực không chỉ xảy ra theo phương ngang trực tiếp từ biển mà còn diễn ra mạnh mẽ theo phương thẳng đứng thông qua sự thấm rỉ từ hệ thống kênh dẫn nước mặn phục vụ nuôi trồng tôm thẻ chân trắng trên cát và đáy các cửa sông bị triều dâng.
  4. Hiệu chuẩn thành công giải pháp công trình ngầm: Mô phỏng số chứng minh xây dựng đập ngầm ngăn mặn (subsurface dam) tại Hố Bình (Ninh Hải) giúp dâng mực nước ngọt thượng lưu đập lên $0.45 - 0.8\text{ m}$, đẩy lùi đường biên mặn ra phía biển 250 m; đồng thời hệ thống bồn thấm bổ sung nhân tạo (MAR) tại Suối Chanh (An Hải) với diện tích thiết kế tối ưu có khả năng tăng trữ lượng khai thác an toàn thêm 15-20% mà không gây sụt áp thủy lực.

Implications đa chiều

  • Về mặt lý thuyết: Mở rộng lý thuyết lan truyền chất hòa tan trong môi trường xốp bán khô hạn; chứng minh mối quan hệ phi tuyến giữa hạ thấp mực nước do khai thác và tốc độ xâm nhập của nêm mặn đa tầng.
  • Về mặt phương pháp luận: Thiết lập quy trình chuẩn hóa tích hợp GALDIT - AHP - SEAWAT có khả năng chuyển giao áp dụng cho toàn bộ các tỉnh duyên hải miền Trung Việt Nam và các vùng bờ biển có điều kiện địa chất tương đồng trên thế giới.
  • Về mặt ứng dụng thực tiễn & chính sách: Cung cấp cơ sở khoa học định lượng để Sở Tài nguyên và Môi trường hai tỉnh Ninh Thuận và Bình Thuận quy hoạch lại các vùng cấm, vùng hạn chế khai thác nước dưới đất; xác lập tọa độ các bãi giếng khai thác an toàn cách xa đới nhạy cảm XNM; đưa các công trình đập ngầm và bồn thấm nhân tạo vào quy hoạch hạ tầng thích ứng biến đổi khí hậu cấp tỉnh.

Limitations và Future Research

Mặc dù đạt được những kết quả xuất sắc, luận án thẳng thắn chỉ ra 4 giới hạn nội tại:

  1. Mật độ các công trình quan trắc biến động độ mặn tự động (data loggers) theo thời gian thực còn mỏng, số liệu hiệu chỉnh tại các vùng sâu nội địa chủ yếu dựa vào các đợt đo đạc gián đoạn.
  2. Mô hình SEAWAT giải định các thông số thạch học của tầng chứa nước là đồng nhất theo từng phân vùng nhỏ, chưa mô phỏng chi tiết độ bất đồng nhất vi mô (micro-heterogeneity) của các thể cát - cuội - sỏi Đệ tứ.
  3. Tác động của sụt lún bề mặt đất do suy giảm mực nước ngầm chưa được ghép nối đồng thời (coupled geomechanical - hydrodynamic model).
  4. Các kịch bản khai thác nhân sinh trong mô hình chỉ khảo sát các mức lưu lượng cố định, chưa bao hàm biến động phức tạp của việc chuyển đổi cơ cấu cây trồng và diện tích nuôi tôm trong 20 năm tới.

Hướng nghiên cứu tương lai tập trung vào:

  • Ứng dụng trí tuệ nhân tạo (Machine Learning/Deep Learning) kết hợp mạng cảm biến IoT để dự báo thời gian thực ranh giới mặn nhạt.
  • Xây dựng mô hình 3D liên kết hoàn toàn (fully coupled) giữa dòng chảy mặt, dòng ngầm và cơ học đất.
  • Đánh giá chi tiết hiệu quả kinh tế - kỹ thuật và tác động sinh thái của các công trình đập ngầm quy mô lớn.
  • Khảo sát sự dịch chuyển của các vi chất ô nhiễm kim loại nặng đi kèm quá trình xâm nhập mặn.

Tác động và ảnh hưởng

Luận án là công trình bản lề đóng góp trực tiếp vào đề tài Khoa học và Công nghệ cấp quốc gia (mã số: BĐKH.16/16-20): “Nghiên cứu các giải pháp khoa học công nghệ hạn chế xâm nhập mặn đối với các tầng chứa nước ven biển miền Trung trong bối cảnh biến đổi khí hậu; ứng dụng thí điểm cho công trình cụ thể trên địa bàn tỉnh Ninh Thuận”.

Về mặt học thuật, các kết quả của luận án đã được công bố trên các tạp chí khoa học chuyên ngành uy tín trong nước và quốc tế, tạo tiền đề trích dẫn quan trọng cho các nghiên cứu về địa chất thủy văn bán khô hạn. Về mặt xã hội và môi trường, các giải pháp công trình đề xuất giúp bảo vệ nguồn nước ngọt sinh hoạt cho hơn 1.2 triệu dân cư tại hai tỉnh Ninh Thuận và Bình Thuận, trực tiếp phục vụ mục tiêu phát triển bền vững (SDG 6 về Nước sạch và Vệ sinh) của Liên Hợp Quốc trong bối cảnh biến đổi khí hậu toàn cầu.

Đối tượng hưởng lợi

  • Nghiên cứu sinh và nhà khoa học: Tiếp cận một bộ dữ liệu thực địa chuẩn mực, phương pháp luận AHP-GALDIT cải tiến và quy trình thiết lập mô hình SEAWAT chuẩn hóa.
  • Cơ quan quản lý nhà nước (Bộ TN&MT, Cục Quản lý Tài nguyên nước, UBND tỉnh Ninh Thuận và Bình Thuận): Sở hữu bản đồ phân vùng tổn thương làm công cụ pháp lý và kỹ thuật để cấp phép khai thác, bảo vệ tài nguyên nước dưới đất.
  • Doanh nghiệp nông nghiệp và thủy sản: Xác định được tầng khai thác nước an toàn, tránh rủi ro khoan trúng tầng nước mặn gây thiệt hại kinh tế.
  • Cộng đồng dân cư ven biển: Hưởng lợi từ sự bền vững của nguồn nước cấp sinh hoạt, giảm thiểu nguy cơ thiếu nước ngọt trong mùa khô kiệt.

Câu hỏi chuyên sâu

1. Đóng góp lý thuyết độc đáo nhất của luận án là gì và đã phát triển lý thuyết nào?
Đóng góp lý thuyết độc đáo nhất là việc tái cấu trúc và chuẩn hóa tham số khoảng cách $D$ trong mô hình chỉ số GALDIT của Lobo-Ferreira (2001, 2005). Luận án đã chứng minh trên cơ sở giải tích và thực nghiệm rằng đối với các tầng chứa nước ven biển đã tồn tại ranh mặn nội tại, khoảng cách tổn thương thực tế phải được tính từ vị trí nghiên cứu đến biên mặn động hiện hữu thay vì đường bờ biển hình học. Đồng thời, nghiên cứu tích hợp phương trình thực nghiệm mật độ biến đổi Bear (1979) vào môi trường trầm tích Đệ tứ phân lớp phức tạp tại vùng duyên hải cực Nam Trung Bộ.

2. Đột phá phương pháp luận của nghiên cứu khi so sánh với các công trình quốc tế trước đây?
So với các nghiên cứu của Sherif & Singh (1999) chỉ dùng SUTRA 2D mặt cắt hoặc Morgan & Werner (2015) dùng chỉ số SWI giải tích đơn giản cho bờ biển Úc, luận án đã thiết lập chuỗi phương pháp luận liên hoàn khép kín: Khảo sát thực địa đa kênh (504 $\text{km}^2$, hóa học, đồng vị $\delta^{18}\text{O}$, địa vật lý 16 tuyến, 150 thí nghiệm Seepage và 150 hố đổ nước) $\rightarrow$ Đánh giá tổn thương bán định lượng không gian qua GALDIT-AHP hiệu chỉnh $\rightarrow$ Mô hình hóa số học 3D mật độ biến đổi SEAWAT được kiểm soát nghiêm ngặt bởi số Peclet ($Pe \le 2$) $\rightarrow$ Tối ưu hóa kỹ thuật công trình đập ngầm và bồn thấm MAR.

3. Phát hiện bất ngờ nhất từ dữ liệu thực nghiệm là gì?
Phát hiện bất ngờ nhất là sự tồn tại của các "cửa sổ thủy văn" xuyên tầng và tác động thẩm thấu ngược từ hệ thống hạ tầng nuôi tôm trên cát. Dữ liệu đồng vị $\delta^{18}\text{O}$ kết hợp với mô hình SEAWAT chứng minh rằng tại một số vùng thuộc Ninh Hải và Thuận Nam, nguồn nước mặn trong tầng Pleistocen ($qp$) không chỉ do nước biển xâm nhập ngang mà bắt nguồn từ nước biển hiện đại thấm thẳng đứng qua tầng Holocen ($qh$) tại những nơi lớp sét ngăn cách bị vắng mặt hoặc bị xuyên thủng do các giếng khoan khai thác không đúng quy chuẩn kỹ thuật.

4. Luận án có cung cấp quy trình tái lập nghiên cứu (replication protocol) không?
Hoàn toàn có. Luận án chi tiết hóa toàn bộ các bước: ma trận so sánh cặp AHP, thang chấm điểm 6 tham số GALDIT, bảng phân vùng hệ số thấm $K$, hệ số nhả nước $\mu$, sơ đồ hóa điều kiện biên loại I, II, III trong Visual MODFLOW/SEAWAT, cùng các công thức tính toán sai số ME, MAE, RMS, cho phép các nhà khoa học khác tái lập hoàn toàn quy trình tại bất kỳ vùng ven biển nào.

5. Chương trình nghị sự nghiên cứu 10 năm tiếp theo được định hình như thế nào?
Chương trình nghiên cứu 10 năm tới bao gồm: (1) Thiết lập hệ thống Digital Twin giám sát và dự báo xâm nhập mặn thời gian thực sử dụng mạng nơ-ron sâu (LSTM-CNN); (2) Thử nghiệm xây dựng và vận hành thí điểm công trình bồn thấm nhân tạo Suối Chanh và đập ngầm Hố Bình; (3) Mở rộng khung phân tích tích hợp đánh giá rủi ro đa tai biến (nước biển dâng, hạn hán, lún chìm mặt đất và xâm nhập mặn) cho toàn bộ 28 tỉnh thành ven biển Việt Nam.

Kết luận

  1. Luận án đã xác lập một cách hệ thống cơ sở khoa học và thực tiễn vững chắc về đánh giá mức độ tổn thương do xâm nhập mặn tại các tầng chứa nước trầm tích Đệ tứ ven biển Ninh Thuận - Bình Thuận.
  2. Chuẩn hóa thành công phương pháp GALDIT tích hợp trọng số AHP, chứng minh tính ưu việt vượt trội so với các phương pháp DRASTIC, SINTACS hay CVI trong bài toán đánh giá tài nguyên nước dưới đất duyên hải.
  3. Xây dựng và kiểm định thành công mô hình thủy động lực học dòng thấm và vận chuyển chất tan mật độ biến đổi 3D SEAWAT, mô phỏng chính xác sự dịch chuyển không gian của ranh mặn theo các kịch bản BĐKH (RCP4.5, RCP8.5) đến năm 2100.
  4. Lượng hóa cụ thể tài nguyên dự báo và trữ lượng có thể khai thác an toàn (Safe Yield = 30% tài nguyên dự báo), khoanh định chi tiết các vùng nhạy cảm tổn thương cao cho hai tầng chứa nước $qh$ và $qp$.
  5. Đề xuất và thiết kế mô phỏng thành công hai giải pháp công trình đột phá: bồn thấm bổ sung nhân tạo nước ngầm tại Suối Chanh (An Hải) và đập ngầm ngăn mặn tại Hố Bình (Ninh Hải), cung cấp luận cứ kỹ thuật trực tiếp cho các chương trình mục tiêu quốc gia ứng phó với biến đổi khí hậu.
  6. Mở ra ba hướng nghiên cứu học thuật mới về địa chất thủy văn ứng dụng: tích hợp mô hình số mật độ biến đổi với trí tuệ nhân tạo, cơ học đất sụt lún đa pha và quản trị thích ứng tài nguyên nước ngầm ven biển bền vững.