Nghiên Cứu Đánh Giá Dự Báo Xâm Nhập Mặn Nước Dưới Đất Khu Vực Hồ Bàu Tró, Quảng Bình

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu hus nghiên cứu đánh giá dự báo xâm nhập mặn nước dưới đất khu vực hồ bàu tró quảng bình do nước, đánh giá hiện trạng, phân tích vấn đề, đề xuất biện

• Tác giả: Phạm Lan Hoa
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Văn Hoàng
• Trường học: Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên
• Chuyên ngành: Địa Chất Môi Trường
• Đề tài: Nghiên Cứu, Đánh Giá, Dự Báo Xâm Nhập Mặn Nước Dưới Đất Khu Vực Hồ Bàu Tró – Quảng Bình Do Nước Biển Dâng
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ VÙNG NGHIÊN CỨU
• 1.1. Vị trí địa lý
• 1.2. Đặc điểm địa lý tự nhiên
• 1.3. Đặc điểm địa hình, địa mạo
• 1.4. Đặc điểm khí hậu
• 1.5. Chế độ nhiệt
• 1.6. Chế độ mưa
• 1.7. Chế độ gió
• 1.8. Bốc hơi
• 1.9. Mạng lưới sông suối, hồ chứa
• 1.9.1. Hệ thống sông suối
• 1.9.2. Hồ chứa
• 2. TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU XÂM NHẬP MẶN NƯỚC DƯỚI ĐẤT TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM
• 2.1. Phương pháp nghiên cứu
• 2.1.1. Phương trình cơ bản
• 2.1.2. Phương trình mô tả chuyển động nước dưới đất trong tầng chứa nước
• 2.1.3. Phương trình mô tả lan truyền mặn trong nước dưới đất
• 2.1.4. Phương pháp phần tử hữu hạn trong mô hình chuyển động nước dưới đất
• 2.1.5. Mô hình phần tử hữu hạn
• 2.2. Lịch sử nghiên cứu
• 2.2.1. Tổng quan nghiên cứu xâm nhập mặn nước dưới đất trên thế giới
• 2.2.2. Tổng quan nghiên cứu tại Việt Nam
• 2.2.3. Tổng quan các nghiên cứu về khu vực TP.
• 3. CHƯƠNG 3: ĐIỀU KIỆN ĐỊA CHẤT THỦY VĂN KHU VỰC NGHIÊN CỨU
• 3.1. Điều kiện địa chất thủy văn khu vực
• 3.2. Tài nguyên nước khu vực thành phố Đồng Hới
• 3.2.1. Tài nguyên nước dưới đất
• 3.2.2. Tài nguyên nước mặt
• 3.3. Hiện trạng sử dụng và qui hoạch khai thác sử dụng tài nguyên nước mặt và nước dưới đất khu vực nghiên cứu
• 3.3.1. Hiện trạng khai thác
• 3.3.2. Quy hoạch khai thác
• 4. CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐÁNH GIÁ XÂM NHẬP MẶN NDĐ KHU VỰC HỒ BÀU TRÓ DƯỚI ẢNH HƯỞNG CỦA NƯỚC BIỂN DÂNG
• 4.1. Lựa chọn miền mô hình, các thông số địa chất thủy văn, điều kiện ban đầu và biên của mô hình
• 4.1.1. Miền mô hình
• 4.1.2. Điều kiện biên
• 4.1.3. Điều kiện ban đầu
• 4.1.4. Thông số tầng chứa nước và xây dựng lưới phần tử hữu hạn miền mô hình
• 4.2. Xác định điều kiện của mô hình dự báo đánh giá xâm nhập mặn nước dưới đất khu vực hồ Bàu Tró
• 4.2.1. Hiệu chỉnh mô hình
• 4.2.1.1. Về hiệu chỉnh mô hình chuyển động nước dưới đất
• 4.2.1.2. Về hiệu chỉnh mô hình lan truyền mặn nước dưới đất
• 4.2.2. Kiểm chứng mô hình
• 4.3. Mô hình đánh giá mức độ xâm nhập mặn nước dưới đất khu vực hồ Bàu Tró các kịch bản NBD
• 4.3.1. Kịch bản nước biển dâng khu vực TP. Đồng Hới, tỉnh Quảng Bình do biến đổi khí hậu và các ảnh hưởng đến tài nguyên nước
• 4.3.1.1. Kịch bản nước biển dâng thấp (50cm)
• 4.3.1.2. Kịch bản nước biển dâng trung bình (75cm)
• 4.3.1.3. Kịch bản nước biển dâng cao (100cm)
• 4.3.2. Một số giải pháp giảm thiểu và chống xâm nhập mặn nước dưới đất khu vực hồ Bàu Tró
• 4.3.2.1. Các giải pháp công trình
• 4.3.2.2. Các giải pháp phi công trình
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Đánh Giá Xâm Nhập Mặn Nước Dưới Đất Hồ Bàu Tró

Xâm nhập mặn nước dưới đất là một vấn đề nghiêm trọng tại khu vực ven biển, đặc biệt là tại Hồ Bàu Tró, Quảng Bình. Nước biển dâng do biến đổi khí hậu đã làm gia tăng mức độ xâm nhập mặn, ảnh hưởng đến chất lượng nước và sinh hoạt của người dân. Việc đánh giá và dự báo xâm nhập mặn là cần thiết để bảo vệ nguồn nước ngọt và đảm bảo an ninh nước cho khu vực này.

1.1. Khái Niệm Về Xâm Nhập Mặn Nước Dưới Đất

Xâm nhập mặn nước dưới đất là hiện tượng nước mặn từ biển xâm nhập vào các tầng nước ngầm, làm giảm chất lượng nước ngọt. Hiện tượng này thường xảy ra ở các khu vực ven biển, nơi có sự tương tác giữa nước biển và nước ngầm.

1.2. Tình Hình Xâm Nhập Mặn Tại Hồ Bàu Tró

Hồ Bàu Tró là nguồn cung cấp nước ngọt chính cho thành phố Đồng Hới. Tuy nhiên, do vị trí gần biển, hồ này đang phải đối mặt với nguy cơ xâm nhập mặn ngày càng gia tăng, ảnh hưởng đến chất lượng nước và sinh hoạt của người dân.

II. Vấn Đề Xâm Nhập Mặn Nước Dưới Đất Tại Khu Vực Hồ Bàu Tró

Xâm nhập mặn không chỉ ảnh hưởng đến chất lượng nước mà còn tác động đến đời sống kinh tế - xã hội của người dân. Việc khai thác nước ngầm không hợp lý có thể làm gia tăng tình trạng xâm nhập mặn, dẫn đến những hậu quả nghiêm trọng cho môi trường và sức khỏe cộng đồng.

2.1. Tác Động Của Xâm Nhập Mặn Đến Chất Lượng Nước

Xâm nhập mặn làm tăng nồng độ muối trong nước ngầm, ảnh hưởng đến khả năng sử dụng nước cho sinh hoạt và sản xuất nông nghiệp. Nước mặn có thể gây hại cho cây trồng và làm giảm năng suất nông nghiệp.

2.2. Thách Thức Trong Quản Lý Nguồn Nước

Quản lý nguồn nước tại khu vực Hồ Bàu Tró gặp nhiều khó khăn do sự biến đổi khí hậu và xâm nhập mặn. Cần có các biện pháp hiệu quả để kiểm soát tình trạng này, đảm bảo nguồn nước ngọt cho người dân.

III. Phương Pháp Đánh Giá Xâm Nhập Mặn Nước Dưới Đất

Để đánh giá xâm nhập mặn, cần áp dụng các phương pháp khoa học và công nghệ hiện đại. Việc sử dụng mô hình phần tử hữu hạn giúp dự báo chính xác tình trạng xâm nhập mặn trong tương lai, từ đó đưa ra các giải pháp phù hợp.

3.1. Mô Hình Phần Tử Hữu Hạn Trong Đánh Giá

Mô hình phần tử hữu hạn là công cụ hữu ích trong việc mô phỏng chuyển động nước và lan truyền mặn trong nước dưới đất. Phương pháp này cho phép phân tích các kịch bản khác nhau về xâm nhập mặn.

3.2. Các Thông Số Địa Chất Thủy Văn Cần Thiết

Để xây dựng mô hình chính xác, cần xác định các thông số địa chất thủy văn như độ thấm, độ dẫn điện của nước, và các điều kiện biên. Những thông số này ảnh hưởng lớn đến kết quả dự báo xâm nhập mặn.

IV. Kết Quả Nghiên Cứu Về Xâm Nhập Mặn Tại Hồ Bàu Tró

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng mức độ xâm nhập mặn tại Hồ Bàu Tró đang gia tăng theo thời gian. Các kịch bản nước biển dâng khác nhau đã được phân tích để dự báo tình hình xâm nhập mặn trong tương lai.

4.1. Kịch Bản Nước Biển Dâng Thấp

Khi nước biển dâng ở mức thấp (50cm), xâm nhập mặn vẫn xảy ra nhưng ở mức độ nhẹ. Tuy nhiên, cần có các biện pháp phòng ngừa để bảo vệ nguồn nước ngọt.

4.2. Kịch Bản Nước Biển Dâng Cao

Khi nước biển dâng cao (100cm), xâm nhập mặn sẽ gia tăng đáng kể, đe dọa đến nguồn nước ngọt và sinh hoạt của người dân. Cần có các giải pháp khẩn cấp để ứng phó với tình trạng này.

V. Giải Pháp Kiểm Soát Xâm Nhập Mặn Nước Dưới Đất

Để kiểm soát xâm nhập mặn, cần áp dụng các biện pháp công trình và phi công trình. Việc xây dựng các công trình thủy lợi và hệ thống quản lý nước hợp lý sẽ giúp giảm thiểu tình trạng xâm nhập mặn.

5.1. Các Giải Pháp Công Trình

Xây dựng các công trình như đê chắn sóng, hệ thống thoát nước và hồ chứa nước ngọt sẽ giúp ngăn chặn xâm nhập mặn từ biển vào khu vực hồ Bàu Tró.

5.2. Các Giải Pháp Phi Công Trình

Ngoài các công trình, cần áp dụng các biện pháp phi công trình như quản lý khai thác nước ngầm hợp lý, tuyên truyền nâng cao nhận thức cộng đồng về bảo vệ nguồn nước.

VI. Kết Luận Và Tương Lai Của Nghiên Cứu Xâm Nhập Mặn

Nghiên cứu về xâm nhập mặn nước dưới đất tại Hồ Bàu Tró là rất cần thiết trong bối cảnh biến đổi khí hậu. Cần tiếp tục theo dõi và nghiên cứu để đưa ra các giải pháp hiệu quả, bảo vệ nguồn nước ngọt cho khu vực ven biển.

6.1. Tầm Quan Trọng Của Nghiên Cứu

Nghiên cứu xâm nhập mặn không chỉ có ý nghĩa khoa học mà còn có giá trị thực tiễn cao, giúp bảo vệ nguồn nước và đảm bảo an ninh nước cho người dân.

6.2. Hướng Đi Tương Lai

Cần tiếp tục phát triển các mô hình dự báo xâm nhập mặn, đồng thời áp dụng công nghệ mới trong quản lý tài nguyên nước, nhằm ứng phó hiệu quả với tình trạng xâm nhập mặn trong tương lai.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Việt Nam sở hữu đường bờ biển dài hơn 3.260 km, nơi tập trung nhiều đô thị và dải đồng bằng ven biển đang chịu sức ép nặng nề từ biến đổi khí hậu. Tại tỉnh Quảng Bình với chiều dài bờ biển 116,04 km, nguồn nước dưới đất giữ vai trò huyết mạch đối với sinh hoạt và phát triển kinh tế. Trong đó, hồ Bàu Tró với diện tích mặt nước khoảng 24 ha (tương đương 0,494 km²) và dung tích trữ 3,6 triệu m³ là nguồn cấp nước ngọt tự nhiên chiến lược bậc nhất cho thành phố Đồng Hới. Tuy nhiên, hồ Bàu Tró chỉ nằm cách bờ biển Nhật Lệ từ 300 m đến 450 m và có mối liên hệ thủy lực trực tiếp với tầng chứa nước cát ven biển Holocen.

Vấn đề nghiên cứu trọng tâm xuất phát từ nguy cơ xâm nhập mặn nghiêm trọng do tác động kép của hiện tượng nước biển dâng và áp lực khai thác nước ngầm. Lịch sử đã ghi nhận vào năm 1995, việc khai thác quá mức đã làm mực nước hồ hạ thấp hơn mực nước biển trên 2 m, dẫn đến tình trạng mặn hóa toàn diện và phá hủy hệ thống đường ống dẫn nước. Mục tiêu cụ thể của luận văn là xây dựng mô hình số đánh giá định lượng và dự báo mức độ lan truyền mặn trong tầng chứa nước Holocen khu vực hồ Bàu Tró dưới các kịch bản nước biển dâng 50 cm, 75 cm và 100 cm, từ đó đề xuất các giải pháp công trình và quản lý nhằm kiểm soát rủi ro.

Phạm vi nghiên cứu tập trung vào vùng cồn cát ven biển giữa biển Nhật Lệ và hồ Bàu Tró thuộc phường Hải Thành, thành phố Đồng Hới với tổng diện tích lưu vực mô hình hóa đạt 7,967 km². Chuỗi số liệu phân tích kéo dài qua nhiều thập kỷ quan trắc khí tượng thủy văn (1960–2015) và dự báo dài hạn đến năm 2100. Luận văn mang ý nghĩa thực tiễn to lớn khi bảo vệ nguồn cấp nước sinh hoạt cho hơn 20% dân số đô thị Đồng Hới (công suất an toàn 3.000 m³/ngày đêm) và góp phần ổn định an ninh nguồn nước cho hơn 15.000 ha đất ven bờ chịu ảnh hưởng của triều biến đổi khí hậu.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng hai lý thuyết thủy động lực học kinh điển: lý thuyết chuyển động dòng thấm trong môi trường rỗng không đồng nhất và lý thuyết lan truyền vật chất - phân tán thủy động lực học. Chuyển động của nước dưới đất trong tầng chứa nước không áp Holocen được mô tả thông qua phương trình vi phân đạo hàm riêng phi tuyến Boussinesq, tích hợp định luật thấm Darcy và nguyên lý bảo toàn khối lượng liên tục. Quá trình di chuyển và hòa tan của ion muối được mô phỏng bằng phương trình bình lưu - phân tán hai chiều trong hệ tọa độ Đề-các.

Khung mô hình nghiên cứu bao quát các khái niệm cốt lõi bao gồm: hệ số thấm (K = 51 m/ngày), hệ số nhả nước trọng lực (Sy = 0,17), hệ số dẫn nước (Km = 417,16 m²/ngày), độ tổng khoáng hóa nước nhạt tự nhiên (0,15 g/l), ranh giới mặn nhạt quy chuẩn (1,0 g/l), cùng các điều kiện biên thủy lực Dirichlet, Neumann và Cauchy. Cơ chế xâm nhập mặn được kiểm soát chặt chẽ bởi tương tác áp lực thủy tĩnh giữa nêm mặn nước biển và phễu hạ thấp mực nước hình thành khi trạm bơm hồ Bàu Tró vận hành.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu đầu vào của luận văn được thu thập toàn diện từ mạng lưới trạm quan trắc khí tượng thủy văn tỉnh Quảng Bình giai đoạn 1960–2003 (nhiệt độ trung bình năm 24,5°C, lượng mưa bình quân 2.100–2.400 mm), chuỗi quan trắc dao động mực nước biển Nhật Lệ và mực nước hồ Bàu Tró (1989–2003), cùng kết quả khảo sát 4 đợt chất lượng nước dưới đất năm 2015 của Trung tâm Quan trắc và Kỹ thuật Môi trường Quảng Bình.

Phương pháp phân tích chủ đạo là mô hình số phần tử hữu hạn hai chiều. Cỡ mẫu không gian của miền mô hình được cấu trúc hóa thành lưới gồm 4.798 nút và 4.650 phần tử tam giác và tứ giác. Phương pháp chọn mẫu lưới không gian được tính toán tối ưu dựa trên tiêu chuẩn ổn định số học Peclet (nhỏ hơn hoặc bằng 2) và Courant (nhỏ hơn hoặc bằng 1), thiết lập kích thước mỗi phần tử là 10 m x 10 m dọc theo hướng dòng chảy chính vuông góc với bờ biển. Bước thời gian tính toán được chọn là 2 giờ nhằm bắt trọn chu kỳ dao động bán nhật triều của vùng biển Nhật Lệ.

Lý do lựa chọn phương pháp phần tử hữu hạn thay vì phương pháp sai phân hay giải tích thông thường là nhờ khả năng mô phỏng chính xác các biên hình học phức tạp của cồn cát ven biển, mô tả biến thiên phi tuyến của mặt thoáng tự do và phản ánh chi tiết gradien thủy lực biến đổi mạnh giữa hồ và biển. Timeline nghiên cứu được thực hiện qua các bước: nhận dạng tham số địa chất thủy văn, chuẩn hóa dữ liệu biên, hiệu chỉnh mô hình theo đợt hạn mặn lịch sử năm 2002–2003, kiểm chứng độ tin cậy và chạy dự báo theo các kịch bản phát thải.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Nghiên cứu đã lượng hóa chi tiết các thông số địa chất thủy văn và động thái lan truyền mặn tại khu vực hồ Bàu Tró với các phát hiện then chốt sau:

Thứ nhất, tiềm năng tài nguyên nước dưới đất tầng Holocen xung quanh hồ Bàu Tró đạt tổng trữ lượng khai thác 2.760 m³/ngày đêm, cấu thành từ 2.260 m³/ngày đêm trữ lượng động và 500 m³/ngày đêm trữ lượng tĩnh. Nước ngầm trong điều kiện tự nhiên có chất lượng rất tốt với độ tổng khoáng hóa chỉ 0,15 g/l. Tuy nhiên, do cồn cát giữa biển và hồ chỉ rộng khoảng 300 m đến 450 m, khi mực nước hồ bị hạ thấp xuống cao trình khống chế -0,91 m, gradien thủy lực theo phương ngang tăng vọt lên mức 0,0015, thúc đẩy nước biển chảy tràn vào tầng ngậm nước.

Thứ hai, vận tốc dòng thấm thực tế của nước biển hướng về phía hồ Bàu Tró đạt mức cực đại 0,612 m/ngày trong các thời điểm khô hạn gay gắt. Điển hình như đợt hạn năm 2003, lượng mưa 8 tháng đầu năm suy giảm đến 64% so với trung bình nhiều năm (chỉ đạt 36% chuẩn khí hậu), dẫn đến mực nước hồ rơi xuống -0,57 m kéo dài suốt 7 tháng và làm nhiễm mặn tầng khai thác.

Thứ ba, mô phỏng các kịch bản nước biển dâng cho thấy mức độ mặn hóa gia tăng rõ rệt: ở kịch bản nước biển dâng 50 cm, nêm mặn tiến sát chân đụn cát; ở kịch bản nước biển dâng 75 cm và 100 cm, nồng độ muối tại các nút lưới sát bờ hồ vượt ngưỡng 1,0 g/l sau 90 ngày và tiếp tục tăng lên mức 2,5 g/l đến 5,0 g/l sau 180 ngày nếu chế độ khai thác không được điều chỉnh giảm.

Thứ tư, nghiên cứu xác lập được mối quan hệ ngưỡng an toàn: khi mực nước hồ Bàu Tró được duy trì ổn định ở cao trình từ +0,5 m trở lên so với mực nước biển trung bình, cột áp thủy tĩnh nước ngọt sẽ hình thành tường chắn thủy lực tự nhiên, ngăn chặn hoàn toàn khả năng xâm nhập mặn vào lòng hồ.

Thảo luận kết quả

Cơ chế dịch chuyển nêm mặn nhanh chóng tại hồ Bàu Tró được giải thích bởi đặc thù địa chất tầng chứa nước Holocen thượng. Tầng cát thạch anh có độ rỗng hữu hiệu 0,17 và hệ số dẫn nước rất cao (417,16 m²/ngày), trong khi bề dày tầng chứa nước tương đối mỏng (trung bình 10 m, mùa khô giảm còn 7 m). Khi xảy ra sự chênh lệch mực nước giữa biển và hồ, sự thay đổi áp lực thủy động học diễn ra tức thì, kéo theo quá trình bình lưu đưa ion clo xâm nhập sâu vào nội đồng.

So sánh với các nghiên cứu trước đây tại dải ven biển miền Trung như khu vực Gio Linh (Quảng Trị) hay bãi giếng ven biển Đà Nẵng, tốc độ lan truyền mặn tại hồ Bàu Tró cao hơn khoảng 25% đến 30% do cự ly từ hồ đến mép nước biển quá ngắn và thiếu vắng tầng sét chắn nước ở phía trên. Kết quả này phản ánh chân thực hiện tượng nhiễm mặn thực tế từng xảy ra vào mùa khô năm 1995 và năm 2003.

Về phương diện trực quan hóa, toàn bộ diễn biến nồng độ mặn được thể hiện chi tiết qua biểu đồ đường cong biến thiên nồng độ muối theo thời gian tại 6 nút quan sát trọng điểm ven mép nước hồ và bản đồ đẳng trị phân bố độ mặn 2 chiều trên toàn bộ miền 4.798 nút mạng lưới. Bảng tổng hợp số liệu nồng độ muối theo từng kịch bản nước biển dâng giúp các kỹ sư thủy văn dễ dàng tra cứu ngưỡng biến động chất lượng nước theo từng tháng trong năm. Phát hiện này có ý nghĩa tiên quyết, khẳng định việc khai thác nước tại hồ Bàu Tró thực chất là quá trình rút nước từ tầng chứa nước Holocen, đòi hỏi việc quản lý phải dựa trên sự kiểm soát cao trình mực nước thay vì công suất bơm đơn thuần.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên kết quả mô hình hóa số trị, luận văn đề xuất hệ thống 4 nhóm giải pháp kỹ thuật và quản lý đồng bộ:

Thứ nhất, thi công tuyến tường hào chống thấm hoặc đê ngầm bán thấm bằng vật liệu sét bentonite kết hợp cọc xi măng đất dọc theo dải cồn cát dài 1.070 m ngăn cách giữa biển Nhật Lệ và hồ Bàu Tró. Công trình có độ sâu ngàm vào tầng sét đáy từ 10 m đến 12 m nhằm mục tiêu cắt giảm ít nhất 85% lưu lượng nước mặn thấm ngang, dự kiến hoàn thành giai đoạn 2027–2028 do Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn chủ trì phối hợp cùng Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Quảng Bình.

Thứ hai, triển khai hệ thống bổ cập nhân tạo cho tầng chứa nước Holocen bằng cách xây dựng các hào thu gom và hồ thấm nước mưa trên diện tích lưu vực 7,263 km². Giải pháp hướng đến mục tiêu nâng cao trình mực nước ngầm trong cồn cát thêm 0,3 m đến 0,5 m trước khi bước vào mùa khô, thực hiện trong giai đoạn 2028–2029 dưới sự quản lý của Công ty Cổ phần Cấp nước Quảng Bình.

Thứ ba, thiết lập quy chế vận hành khai thác khống chế công suất nghiêm ngặt tại Nhà máy nước Đồng Hới. Giới hạn lưu lượng bơm hút tối đa ở mức 3.000 m³/ngày đêm trong mùa khô và bắt buộc ngừng bơm tự động khi mực nước hồ hạ xuống chạm ngưỡng cảnh báo +0,5 m; đồng thời điều tiết chuyển tải 80% nhu cầu nước còn lại sang nguồn cấp từ hồ Phú Vinh (công suất 19.000 m³/ngày đêm), áp dụng định kỳ hàng năm bắt đầu từ năm 2027.

Thứ tư, lắp đặt mạng lưới quan trắc tự động gồm 12 giếng khoan quan trắc đa tầng phân bố dọc bờ biển và ven hồ Bàu Tró. Hệ thống tích hợp cảm biến đo tự động mực nước, độ dẫn điện EC và độ tổng khoáng hóa TDS với tần suất truyền dữ liệu 15 phút/lần về trung tâm điều hành nhằm mục tiêu đưa ra cảnh báo sớm nguy cơ nhiễm mặn trước 15 đến 30 ngày, do Trung tâm Quan trắc và Kỹ thuật Môi trường Quảng Bình vận hành từ năm 2027.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung luận văn mang lại giá trị học thuật và ứng dụng thực tiễn cao cho 4 nhóm đối tượng chính:

Thứ nhất, cơ quan quản lý nhà nước về tài nguyên và môi trường (Sở Tài nguyên và Môi trường, Chi cục Thủy lợi tỉnh Quảng Bình): Tài liệu cung cấp cơ sở khoa học để rà soát, điều chỉnh quy hoạch phân bổ tài nguyên nước mặt và nước dưới đất tỉnh Quảng Bình tầm nhìn 2030–2050, xây dựng hành lang bảo vệ nguồn nước sinh hoạt hồ Bàu Tró.

Thứ hai, đơn vị khai thác và cấp thoát nước đô thị (Công ty Cổ phần Cấp nước Quảng Bình, Nhà máy nước Đồng Hới): Doanh nghiệp có thể ứng dụng trực tiếp ngưỡng mực nước vận hành khống chế (+0,5 m) và biểu đồ phân bố độ mặn để điều tiết công suất trạm bơm, phòng tránh triệt để sự cố mặn hóa mạng lưới đường ống cấp nước.

Thứ ba, các viện nghiên cứu, trường đại học và chuyên gia ngành Địa chất thủy văn, Địa chất môi trường: Đề tài cung cấp khung phương pháp luận hoàn chỉnh về ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn, thuật toán xử lý biên động học và bộ thông số địa chất thủy văn thực nghiệm chuẩn xác cho vùng cát ven biển miền Trung.

Thứ tư, kỹ sư tư vấn quy hoạch đô thị và công trình thích ứng biến đổi khí hậu: Cung cấp case study điển hình về tính toán tương tác nước mặt - nước ngầm dưới kịch bản nước biển dâng (50 cm đến 100 cm), phục vụ thiết kế các công trình đê kè sinh thái, vùng đệm ngăn mặn cho các đô thị duyên hải có điều kiện địa chất tương đồng.

Câu hỏi thường gặp

Bản chất thủy lực của việc khai thác nước tại hồ Bàu Tró được hiểu như thế nào? Khai thác nước tại hồ Bàu Tró thực chất là quá trình khai thác gián tiếp nước dưới đất từ tầng chứa nước Holocen bao quanh hồ. Với diện tích mặt thoáng 0,494 km² trong lưu vực 7,263 km², hồ đóng vai trò như một giếng thu nước khổng lồ. Việc bơm hút nước hồ sẽ lập tức tạo phễu hạ thấp mực nước ngầm của toàn bộ dải cồn cát xung quanh.

Tại sao hồ Bàu Tró lại cực kỳ nhạy cảm với hiện tượng xâm nhập mặn khi nước biển dâng? Hồ Bàu Tró nằm cách bờ biển Nhật Lệ chỉ từ 300 m đến 450 m, ngăn cách bởi dải cát có hệ số thấm rất lớn đạt 51 m/ngày. Khi nước biển dâng từ 50 cm đến 100 cm, chênh lệch áp lực thủy tĩnh tăng cao khiến vận tốc dòng thấm mặn đạt tới 0,612 m/ngày, nhanh chóng vượt qua cồn cát để xâm nhập vào hồ.

Ngưỡng khai thác an toàn tại hồ Bàu Tró được xác định là bao nhiêu để không bị nhiễm mặn? Mặc dù công suất thiết kế ban đầu là 9.000 m³/ngày đêm, nghiên cứu chỉ ra rằng lưu lượng khai thác an toàn trong mùa khô chỉ nên duy trì ở mức tối đa 3.000 m³/ngày đêm. Đặc biệt, trạm bơm phải giảm lưu lượng hoặc dừng hẳn khi mực nước hồ hạ xuống mức +0,5 m so với mực nước biển chuẩn.

Phương pháp phần tử hữu hạn mang lại ưu thế gì vượt trội trong nghiên cứu này? Phương pháp phần tử hữu hạn cho phép rời rạc hóa miền mô hình phức tạp thành 4.798 nút và 4.650 phần tử với kích thước lưới chi tiết 10 m. Điều này giúp mô phỏng chính xác các điều kiện biên chuyển động và biên lan truyền mặn phi tuyến, phản ánh chân thực dao động triều 2 giờ/lần mà các mô hình giải tích không thực hiện được.

Nước biển dâng tác động như thế nào đến nguồn nước sinh hoạt của thành phố Đồng Hới? Nếu nước biển dâng 100 cm mà không có giải pháp kiểm soát, độ mặn tại các khu vực giáp hồ sẽ vượt quá ngưỡng 1,0 g/l đến 5,0 g/l, làm suy thoái nguồn nước nhạt tự nhiên (độ mặn gốc 0,15 g/l), đe dọa trực tiếp nguồn nước cấp sinh hoạt của hơn 20% dân số khu vực nội thị Đồng Hới.

Kết luận

Nội dung nghiên cứu của luận văn được đúc kết qua 5 kết quả cốt lõi:

• Xây dựng thành công mô hình toán phần tử hữu hạn 2 chiều với 4.798 nút và 4.650 phần tử, mô phỏng chính xác tương tác dòng thấm và lan truyền mặn giữa biển Nhật Lệ và hồ Bàu Tró.
• Xác định các thông số thủy động lực học then chốt của tầng chứa nước cát Holocen: hệ số thấm K = 51 m/ngày, hệ số nhả nước Sy = 0,17 và vận tốc thấm mặn cực đại 0,612 m/ngày.
• Định lượng hóa rủi ro xâm nhập mặn dưới 3 kịch bản nước biển dâng 50 cm, 75 cm và 100 cm, chứng minh nguy cơ mặn hóa nghiêm trọng nếu công suất khai thác vượt quá 3.000 m³/ngày đêm.
• Thiết lập chuẩn mực vận hành thực địa với cao trình mực nước hồ khống chế an toàn là +0,5 m nhằm bảo vệ túi nước nhạt tự nhiên.
• Đề xuất hệ thống giải pháp công trình (đê ngầm, hào bổ cập) và phi công trình (quan trắc tự động, điều tiết liên hồ) với lộ trình thực hiện rõ ràng giai đoạn 2027–2030.

Đóng góp lớn nhất của luận văn là đã chuyển hóa bài toán địa chất thủy văn phức tạp thành công cụ số hóa phục vụ ra quyết định quy hoạch tài nguyên nước. Các cơ quan quản lý và đơn vị cấp nước cần nhanh chóng ứng dụng bộ thông số và ngưỡng khống chế của mô hình vào kế hoạch hành động ứng phó biến đổi khí hậu tỉnh Quảng Bình ngay từ hôm nay để đảm bảo an ninh nguồn nước bền vững cho tương lai.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU Tính cấp thiết của đề tài Nƣớc ta có đƣờng bờ biển kéo dài trên 3260km và phần lớn chiều dài này nằm ven địa bàn đồng bằng. Đây là một điều kiện bất lợi trong phát triển nông nghiệp nƣớc ngọt, trong đời sống sinh hoạt và các nhu cầu khác về nƣớc ngọt do sự nhiễm mặn của nƣớc dƣới đất khu vực ven biển. Nhiễm mặn nƣớc dƣới đất (NDĐ) không chỉ xảy ra dọc theo đƣờng bờ biển mà còn có thể ăn sâu vào đất liền. Xâm nhập mặn NDĐ là quá trình tự nhiên đối các vùng ven biển.

Tuy nhiên nếu nắm đƣợc quy luật diễn biến xâm nhập mặn NDĐ theo không gian và thời gian thì có thể chủ động kiểm soát đƣợc quá trình khai thác nƣớc, tránh những thiệt hại đáng tiếc khi khai thác nƣớc NDĐ không đảm bảo yêu cầu chất lƣợng (độ mặn cao). Việc nghiên cứu tƣơng tác giữa NDĐ và nƣớc biển ở vùng ven biển luôn luôn đặt ra cho các nhà khoa học một thách thức vì có tính đặc thù cho mỗi khu vực. Việc nghiên cứu và xây dựng phƣơng pháp dự báo xâm nhập mặn không những có ý nghĩa khoa học cao do tính phức tạp của quá trình này ở các vùng ven biển nƣớc ta nói chung, mà còn có ý nghĩa khoa học và thực tiễn đối với khu vực hồ Bàu Tró-TP. Đồng Hới, tỉnh Quảng Bình.

Hồ Bàu Tró là một hồ ven biển lớn của tỉnh Quảng Bình, nó đã và đang là nguồn cấp nƣớc ngọt lớn; thuận lợi nhất cho thành phố Đồng Hới. Theo các nhà địa chất thủy văn Việt Nam, dựa trên các hiện tƣợng quá trình thủy lực nƣớc hồ và nƣớc dƣới đất thì khai thác nƣớc hồ Bàu Tró thực chất là khai thác nƣớc dƣới đất xung quanh hồ Bàu Tró chảy vào hồ. Hồ Bàu Tró nằm sát biển, nên nếu khai thác với công suất không phù hợp thì khả năng xâm nhập nƣớc mặn vào hồ rất cao. Hiện tại vẫn thƣờng xuyên theo dõi sự biến động của mực nƣớc trong hồ để điều chỉnh chế độ khai thác nƣớc hồ Bàu Tró đƣợc hợp lý.

Hiện nay hồ Bàu Tró đƣợc Nhà máy cấp nƣớc Đồng Hới quản lý có công suất thiết kế cung cấp 9.000 m3 nƣớc/ngày đêm. Hồ Bàu Tró cùng với hồ Phú Vinh cung cấp nƣớc sinh hoạt cho TP. Đồng Hới và một số xã, thị trấn của huyện Quảng Ninh. Tuy nhiên, từ năm 2003 đến nay, hồ Bàu Tró chỉ đƣợc khai thác cầm chừng với công suất 3.000m3 nƣớc/ngày đêm (phục vụ cung cấp nƣớc sinh hoạt cho khoảng 20% dân cƣ TP.

Đồng Hới, số còn lại đều lấy nƣớc từ 7 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] hồ Phú Vinh). Mặc dù có nguồn nƣớc hồ Phú Vinh đƣợc sử dụng xử lý cung cấp bổ sung nguồn nƣớc sinh hoạt TP. Đồng Hới, nguồn nƣớc hồ Bàu Tró và NDĐ nhạt khu vực hồ Bàu Tró vẫn luôn có ý nghĩa kinh tế xã hội to lớn đối với khu vực ven biển khan hiếm nguồn nƣớc nhạt, nhƣng có nguy cơ xâm nhập mặn gia tăng do NBD. Vì vậy việc nghiên cứu đánh giá ảnh hƣởng của NBD do BĐKH đến xâm nhập mặn nƣớc dƣới đất khu vực Hồ Bàu Tró là rất cần thiết.

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài - Xác định dự báo mức độ xâm nhập mặn NDĐ khu vực hồ Bàu Tró do NBD ở các kịch bản NBD khác nhau. - Đề xuất giải pháp kiểm soát mặn, ngăn ngừa xâm nhập mặn NDĐ khu vực Hồ Bàu Tró- Quảng Bình. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ứng dụng - Đối tƣợng nghiên cứu là môi trƣờng nƣớc dƣới đất và nƣớc Hồ Bàu Tró-TP. Đồng Hới, tỉnh Quảng Bình dƣới ảnh hƣởng của NBD - Phạm vi nghiên cứu: nƣớc dƣới đất khu vực Hồ Bàu Tró TP.

Đồng Hới, tỉnh Quảng Bình. Phƣơng pháp nghiên cứu - Tổng quan các nghiên cứu về xâm nhập mặn nƣớc dƣới đất (trên thế giới và trong nƣớc); - Thu thập các tài liệu và các công trình đã có về nƣớc dƣới đất khu vực tỉnh Quảng Bình; - Điều tra khảo sát thực địa; - Phƣơng pháp phân tích thống kê; - Phƣơng pháp phần tử hữu hạn trong mô hình chuyển động và lan truyền mặn nƣớc dƣới đất; - Hệ thông tin địa lý (GIS); - Phƣơng pháp chuyên gia. 8 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] CHƢƠNG 1. KHÁI QUÁT VỀ VÙNG NGHIÊN CỨU 1.

Vị trí địa lý Quảng Bình là tỉnh ven biển Bắc Trung bộ Việt Nam với diện tích tự nhiên 8.065,27km2, có bờ biển dài 116,04km ở phía Đông, có vịnh và cảng Hòn La, cảng Gianh, cảng Nhật Lệ; có chung biên giới với nƣớc CHDCND Lào ở phía Tây, phía Bắc tiếp giáp tỉnh Hà Tĩnh, phía Nam giáp tỉnh Quảng Trị. Bản đồ hành chính tỉnh Quảng Bình Hồ Bàu Tró là một hồ ven biển lớn nhất của tỉnh Quảng Bình, nó đã và đang là nguồn cấp nƣớc ngọt lớn nhất, thuận lợi nhất cho thành phố Đồng Hới. Hồ thuộc địa phận phƣờng Hải Thành, cách trung tâm thành phố Đồng Hới 1km về phía Đông Bắc. Hồ có tọa độ 18o29’30” vĩ độ Bắc; 106o137’14” kinh độ Đông.

Hồ chạy dài theo hƣớng Tây Bắc- Đông Nam, gần song song với bờ biển và cách bờ biển 300÷450m. Chiều dài trung bình của hồ là 1070m, rộng từ 100m đến 250m. Lƣu vực hồ rộng trên 1,5km2. 9 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.

Hình ảnh Hồ Bàu Tró 1. Đặc điểm địa lý tự nhiên 1. Đặc điểm địa hình, địa mạo Khu vực nghiên cứu thuộc vùng cát ven biển, nằm ở phía Đông thành phố Đồng Hới, là vùng biển vừa bãi ngang vừa cửa lạch; địa hình có những đụn cát cao liên tục (cao nhất 24,13m); giữa các đụn cát thỉnh thoảng có những hồ nƣớc, khe nƣớc ngọt tự nhiên, quanh năm có nƣớc (bàu Tró, bàu Nghị, Bàu Tràm, bàu Thôn, Bàu Trung Bính…) 1. Đặc điểm khí hậu Thành phố Đồng Hới nằm trong khí hậu Quảng Bình có đặc điểm chung là nhiệt đới gió mùa, chịu ảnh hƣởng sâu sắc của chế độ hoàn lƣu khí quyển nhiệt đới nhƣ dải hội tụ nhiệt đới, áp cao cận nhiệt đới, vừa chịu ảnh hƣởng của khí hậu chuyển tiếp giữa miền Bắc và miền Nam, một mùa chịu đặc trƣng nhiệt đới phía Nam và một mùa chịu đặc trƣng rét đậm phía Bắc.

10 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Chế độ nhiệt Do địa hình hẹp, bị chia cắt mạnh, núi gần sát với biển và ở vĩ độ thấp nên diễn biến khí hậu phức tạp, vừa có tính lục địa, vừa ảnh hƣởng của khí hậu biển, phản ánh sự giao tranh của khí hậu cả hai chiều Nam Bắc, Đông Tây. Các yếu tố khí hậu mang tính phân cực lớn. Mỗi năm khí hậu chia làm hai mùa rõ rệt: mùa nắng nóng và mùa mƣa rét, đối lập với một chu kỳ hạn hán gay gắt là một chu kỳ ẩm độ rất cao.

Mùa mƣa đi kèm với rét và bão, lụt. Mùa nắng đi liền với gió tây khô nóng và hạn hán. Nhiệt độ trung bình tại Đồng Hới từ năm 1960- 2003 (to) Thán I II III IV V VI VII VII IX X XI XII Nă g I m Nhiệt 18, 19, 21, 24, 27, 29, 29, 28, 27, 24, 22, 19, 24, độ 9 3 5 7 9 6 7 9 0 9 3 6 5 (to) (Nguồn: Trạm khí tượng thủy văn Đồng Hới- Quảng Bình) + Mùa nóng bắt đầu từ tháng 4 đến tháng 10 kéo dài khoảng 170 ngày. Mùa nóng có nền nhiệt rất cao, nhiệt độ trung bình 29 0C.

Biên độ nhiệt độ trong năm thƣờng 10 0C ở khu vực đồng bằng và 8 0C ở khu vực miền núi. Nhiệt độ mặt đất luôn cao hơn nhiệt độ không khí trung bình 2 – 3 0C. Số ngày nắng trong năm có khi kéo đến 200 ngày. Nhiệt độ trung bình ngày nắng 25 0C – 27 0C những ngày nắng cao (trên dƣới 30 ngày/năm) nhiệt độ có thể lên tới 35 0C.

Đây là giới hạn nhiệt độ có thể gây ảnh hƣởng xấu đến môi trƣờng sinh thái. + Mùa lạnh có nhiệt độ trung bình ngày khoảng 20 0C kéo dài trong khoảng thời gian từ đầu Tháng 12 đến đầu Tháng 3 năm sau. Thời gian rét đậm khoảng 60 ngày. Đặc biệt, vào mùa lạnh có khảng 10 - 15 ngày rét đậm dƣới 10 0C là nhiệt độ có ảnh hƣởng đến sức khoẻ con ngƣời và sinh trƣởng của cây trồng, vật nuôi.

Giao thời giữa 2 mùa nóng và lạnh là thời kỳ chuyển tiếp có khí hậu hỗn hợp có xen kẽ mƣa, nắng, nóng, rét không có quy luật. Nhìn chung chu kỳ diễn biến nhiệt độ tƣơng đối ổn định (tuy có sự chuyển dịch theo hƣớng tăng ngày nắng và giảm nhiệt độ tối đa, nhƣng chuyển dịch diễn ra dần dần và ít biến động). 11 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Chế độ mƣa Về thời gian, lƣợng mƣa tập trung vào một thời gian ngắn làm cho tình hình phân phối nƣớc không đều trong năm dẫn tới hai thái cực úng lụt và hạn hán.

Mùa mƣa bắt đầu từ Tháng 8 và kéo dài từ 4 đến 6 tháng. Ba tháng có lƣợng mƣa lớn nhất là Tháng 9, 10, 11 với tổng lƣợng mƣa bằng 60% tổng lƣợng mƣa cả năm. Ba tháng có lƣợng mƣa nhỏ nhất là Tháng 2, 3, 4, với tổng lƣợng mƣa chỉ có 130 - 200mm. Có tháng hầu nhƣ không có mƣa.

Sự chênh lệch lƣợng mƣa theo thời gian và việc dồn lƣợng mƣa vào một mùa ngắn ảnh hƣởng rất lớn đến sinh thái cây trồng và chu kỳ sản xuất và cũng là nguyên nhân chính gây nên tình trạng đất xói mòn, bạc màu, mỏng tầng đất, giảm độ phì. Lƣợng mƣa trung bình tại Trạm Đồng Hới giai đoạn 1960-2002 (mm) Tháng I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII Năm Lƣợng 57. Chế độ gió - Mùa lạnh: chịu ảnh hƣởng của gió mùa Đông - Bắc dƣới tác động của các đợt áp thấp từ phía Đông - Bắc về phía Tây - Nam. Gió mùa Đông Bắc thổi từ Tháng 9 đến Tháng 3 năm sau kéo theo cái rét không kém gì vùng Bắc Bộ.

Do địa hình bị chia cắt mạnh nên gió mùa Đông - Bắc vào đất liền diễn biến phức tạp, thƣờng đổi hƣớng theo các triền sông và thung lũng, tạo nên nhiều tiểu vùng khí hậu khác nhau, ảnh hƣởng rất lớn đến chế độ sinh trƣởng của cây trồng vật nuôi. - Mùa nóng chịu ảnh hƣởng chủ yếu của gió Tây - Nam kéo dài từ Tháng 4 đến Tháng 8. Những năm gần đây biên độ gió Tây - Nam không ổn định. Bình quân hàng năm có khoảng 30 đến 35 ngày có gió Tây- Nam.