Luận văn thạc sĩ về đánh giá xâm nhập mặn do khai thác nước ngầm ở vùng ven biển Nam Định

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu đánh giá mức độ xâm nhập mặn do sử dụng quá mức nước ngầm trong vùng ven biển nam định bằng mô hình, đánh giá hiện trạng, phân tích vấn đề, đề xuất

• Tác giả: Nguyễn Thị Nguyệt
• Người hướng dẫn: TS. Tống Ngọc Thanh
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Quản lý môi trường
• Đề tài: Đánh Giá Mức Độ Xâm Nhập Mặn Do Khai Thác Nước Ngầm Tại Ven Biển Nam Định
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ khoa học
• Năm xuất bản: 2011
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. TỔNG QUAN VÙNG NGHIÊN CỨU
• 1.1. Điều kiện tự nhiên, kinh tế và xã hội vùng nghiên cứu
• 1.1.1. Điều kiện tự nhiên vùng nghiên cứu
• 1.1.2. Đặc điểm địa chất vùng nghiên cứu
• 1.1.3. Kinh tế - xã hội vùng nghiên cứu
• 1.2. Hiện trạng khai thác nước trong khu vực
• 1.2.1. Khai thác nước tập trung
• 1.2.2. Khai thác nước nhỏ lẻ
• 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Đối tượng nghiên cứu
• 2.2. Đặc điểm địa chất thủy văn
• 2.3. Trữ lượng tiềm năng nước dưới đất tầng chứa nước qp
• 2.4. Đặc điểm khai thác nước dưới đất trong vùng nghiên cứu
• 2.5. Đặc điểm thủy địa hóa
• 2.6. Phương pháp nghiên cứu
• 2.6.1. Phương pháp kế thừa số liệu
• 2.6.2. Phương pháp thống kê số liệu và xử lý số liệu
• 2.6.3. Phương pháp mô hình số
• 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
• 3.1. Xây dựng và chỉnh lý mô hình dòng ngầm
• 3.1.1. Sơ đồ hoá điều kiện ĐCTV để xây dựng mô hình
• 3.1.2. Bài toán thuận
• 3.1.3. Bài toán nghịch
• 3.2. Xây dựng và chỉnh lý mô hình xâm nhập mặn
• 3.2.1. Xây dựng và cập nhật dữ liệu đầu vào trên mô hình
• 3.2.2. Chỉnh lý mô hình
• 3.2.3. Dự báo quá trình xâm nhập mặn của vùng
• 3.3. Đề xuất một số giải pháp khai thác, sử dụng hợp lý tài nguyên nước cho phát triển bền vững
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về xâm nhập mặn

Xâm nhập mặn là hiện tượng nước biển xâm nhập vào các nguồn nước ngầm, gây ra sự thay đổi về chất lượng nước. Tại vùng ven biển Nam Định, hiện tượng này đang gia tăng do khai thác nước ngầm quá mức. Việc khai thác này không chỉ làm giảm trữ lượng nước ngầm mà còn tạo điều kiện cho nước mặn xâm nhập vào các tầng chứa nước ngọt. Theo nghiên cứu, xâm nhập mặn có thể dẫn đến suy thoái đất, làm giảm khả năng sản xuất nông nghiệp và ảnh hưởng đến đời sống của người dân. Đặc biệt, vùng ven biển Nam Định, với đặc điểm địa hình thấp và gần biển, dễ bị ảnh hưởng bởi hiện tượng này. Việc đánh giá mức độ xâm nhập mặn là cần thiết để đưa ra các giải pháp bảo vệ môi trường và quản lý tài nguyên nước hiệu quả.

1.1. Nguyên nhân xâm nhập mặn

Nguyên nhân chính dẫn đến xâm nhập mặn tại Nam Định là do khai thác nước ngầm không kiểm soát. Khi nước ngầm bị khai thác quá mức, áp lực nước trong các tầng chứa nước giảm, tạo điều kiện cho nước biển xâm nhập vào. Ngoài ra, hiện tượng biển dâng do biến đổi khí hậu cũng góp phần làm gia tăng mức độ xâm nhập mặn. Theo các nghiên cứu, độ mặn của nước biển tại khu vực này thường cao hơn 30g/kg, và sự biến đổi theo mùa cũng như theo cơn triều có ảnh hưởng lớn đến chất lượng nước ngầm. Việc quản lý tài nguyên nước cần được thực hiện một cách chặt chẽ để hạn chế tình trạng này.

II. Tác động của xâm nhập mặn đến môi trường

Tác động của xâm nhập mặn đến môi trường tại ven biển Nam Định là rất nghiêm trọng. Đầu tiên, hiện tượng này làm giảm chất lượng nước ngầm, dẫn đến ô nhiễm nguồn nước. Nước ngầm bị nhiễm mặn không chỉ ảnh hưởng đến sản xuất nông nghiệp mà còn tác động đến sức khỏe của người dân. Các loại cây trồng không thể phát triển trong điều kiện đất nhiễm mặn, dẫn đến giảm năng suất và thu nhập của nông dân. Hơn nữa, tác động môi trường từ xâm nhập mặn còn làm thay đổi hệ sinh thái ven biển, ảnh hưởng đến sự sống của các loài sinh vật. Việc bảo vệ môi trường và phát triển bền vững là rất cần thiết để giảm thiểu những tác động tiêu cực này.

2.1. Ảnh hưởng đến nông nghiệp

Nông nghiệp ven biển Nam Định đang phải đối mặt với nhiều thách thức do xâm nhập mặn. Nước ngầm nhiễm mặn làm cho đất đai trở nên kém màu mỡ, ảnh hưởng đến khả năng sinh trưởng của cây trồng. Các loại cây như lúa, rau màu không thể phát triển trong điều kiện đất nhiễm mặn, dẫn đến giảm năng suất và thu nhập cho nông dân. Theo thống kê, nhiều hộ gia đình đã phải chuyển đổi sang các loại cây trồng khác hoặc giảm diện tích canh tác. Điều này không chỉ ảnh hưởng đến kinh tế mà còn tác động đến an ninh lương thực của khu vực. Cần có các giải pháp quản lý tài nguyên nước hợp lý để bảo vệ sản xuất nông nghiệp.

III. Giải pháp quản lý tài nguyên nước

Để giảm thiểu tình trạng xâm nhập mặn tại ven biển Nam Định, cần thiết phải có các giải pháp quản lý tài nguyên nước hiệu quả. Một trong những giải pháp quan trọng là xây dựng các mô hình dự báo xâm nhập mặn, từ đó đưa ra các biện pháp can thiệp kịp thời. Việc quy hoạch và quản lý khai thác nước ngầm cần được thực hiện một cách chặt chẽ, hạn chế khai thác quá mức. Ngoài ra, cần tăng cường công tác bảo vệ môi trường, bảo vệ các hệ sinh thái ven biển để duy trì sự cân bằng tự nhiên. Các chương trình giáo dục cộng đồng về bảo vệ tài nguyên nước cũng cần được triển khai để nâng cao nhận thức của người dân.

3.1. Đề xuất giải pháp

Các giải pháp đề xuất bao gồm việc xây dựng hệ thống giám sát chất lượng nước ngầm, áp dụng công nghệ mới trong quản lý tài nguyên nước. Cần thiết lập các quy định chặt chẽ về khai thác nước ngầm, đồng thời khuyến khích sử dụng các nguồn nước thay thế như nước mưa, nước mặt. Việc trồng cây xanh và phục hồi các hệ sinh thái tự nhiên cũng là một trong những biện pháp hiệu quả để giảm thiểu xâm nhập mặn. Hợp tác giữa các cơ quan chức năng và cộng đồng là rất quan trọng để thực hiện các giải pháp này một cách hiệu quả.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Vùng ven biển Nam Định, với diện tích hơn 700 km² và chiều dài bờ biển 72 km, là khu vực có điều kiện tự nhiên đặc thù, khí hậu nhiệt đới gió mùa nóng ẩm, lượng mưa trung bình năm khoảng 1.800 mm và chịu ảnh hưởng mạnh của thủy triều với biên độ dao động lớn nhất lên tới 3,31 m. Dân số vùng ven biển này đạt mật độ khoảng 1.000 người/km², chủ yếu sinh sống bằng nông nghiệp, chiếm 87,6% lực lượng lao động, đóng góp 40% GDP tỉnh Nam Định. Nhu cầu sử dụng nước ngầm phục vụ sinh hoạt và sản xuất ngày càng tăng cao, trong khi nguồn nước mặt không đủ đáp ứng, dẫn đến khai thác nước ngầm quá mức.

Hiện tượng xâm nhập mặn do khai thác nước ngầm quá mức đã và đang gây ra nhiều hệ lụy nghiêm trọng như sụt lún đất, suy giảm trữ lượng nước ngầm, ô nhiễm nước và ảnh hưởng tiêu cực đến sản xuất nông nghiệp, đời sống người dân. Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là đánh giá mức độ xâm nhập mặn do khai thác quá mức nước ngầm tại vùng ven biển Nam Định bằng mô hình Visual MODFLOW, từ đó đề xuất các giải pháp khai thác và sử dụng tài nguyên nước hợp lý nhằm phát triển bền vững. Nghiên cứu tập trung vào các huyện ven biển như Giao Thủy, Hải Hậu, Nghĩa Hưng, Xuân Trường và Trực Ninh, trong giai đoạn khảo sát và mô hình hóa chủ yếu từ năm 1990 đến 2010.

Việc đánh giá mức độ xâm nhập mặn dựa trên các số liệu quan trắc mực nước ngầm, độ mặn, thành phần thủy địa hóa và mô hình số giúp xác định rõ ràng ranh giới mặn - nhạt, biến động mực nước và dự báo xu hướng xâm nhập mặn trong tương lai. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc bảo vệ nguồn nước ngầm, duy trì cân bằng thủy văn và phát triển kinh tế - xã hội vùng ven biển Nam Định.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình chính sau:

• Lý thuyết thủy văn và thủy địa hóa vùng ven biển: Nghiên cứu sự tương tác giữa nước ngầm và nước biển, đặc biệt là hiện tượng xâm nhập mặn do chênh lệch áp lực thủy lực và khai thác quá mức nước ngầm. Khái niệm ranh giới mặn - nhạt, các tầng chứa nước lỗ hổng và khe nứt được áp dụng để phân tích cấu trúc thủy văn.

• Mô hình số Visual MODFLOW: Mô hình dòng chảy ngầm ba chiều được sử dụng để mô phỏng sự vận động nước ngầm và quá trình xâm nhập mặn trong tầng chứa nước Pleistocen (qp) và Holocen (qh). Mô hình cho phép dự báo biến động mực nước, phân bố độ mặn và đánh giá tác động của khai thác nước ngầm.

• Khái niệm trữ lượng nước dưới đất: Bao gồm trữ lượng động, trữ lượng tĩnh đàn hồi và trữ lượng tĩnh trọng lực, cùng hệ số khai thác để đánh giá mức độ khai thác quá mức.

Các khái niệm chính bao gồm: tầng chứa nước lỗ hổng (Holocen trên qh2, Holocen dưới qh1, Pleistocen qp), độ tổng khoáng hóa (M), ranh giới mặn - nhạt, hiện tượng xâm nhập mặn, và các chỉ số thủy địa hóa như hàm lượng ion clo.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Số liệu quan trắc mực nước ngầm, độ mặn, thành phần hóa học nước dưới đất và nước mặt được thu thập từ các lỗ khoan quan trắc, giếng khoan khai thác, các trạm khí tượng thủy văn và các nghiên cứu trước đây trong vùng Nam Định.

• Phương pháp phân tích: Sử dụng mô hình Visual MODFLOW để xây dựng và hiệu chỉnh mô hình dòng chảy ngầm, mô phỏng quá trình xâm nhập mặn. Phân tích thủy địa hóa dựa trên các mẫu nước để xác định thành phần ion và phân vùng nước mặn, nước lợ, nước ngọt.

• Timeline nghiên cứu: Thu thập và xử lý số liệu từ năm 1990 đến 2010, xây dựng mô hình và hiệu chỉnh trong giai đoạn 2008-2010, dự báo xu hướng xâm nhập mặn đến năm 2030.

• Cỡ mẫu và chọn mẫu: Hơn 150.000 giếng khoan nhỏ lẻ và một số lỗ khoan khai thác tập trung được khảo sát, trong đó các lỗ khoan quan trắc được chọn đại diện cho các tầng chứa nước chính. Phương pháp chọn mẫu dựa trên vị trí địa lý, đặc điểm địa chất thủy văn và mức độ khai thác nước.

• Phương pháp thống kê và xử lý số liệu: Thống kê biến động mực nước, độ mặn theo thời gian và không gian; phân tích mối quan hệ giữa độ tổng khoáng hóa và hàm lượng ion clo; sử dụng các công cụ GIS để vẽ bản đồ phân bố mặn - nhạt.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Mực nước ngầm giảm mạnh do khai thác quá mức: Mực nước tầng chứa nước Pleistocen (qp) tại vùng Hải Hậu đã hạ thấp đến 9 m so với mặt đất, với tốc độ suy giảm trung bình 0,5-0,7 m/năm từ năm 1996 đến 2008. Tổng lưu lượng khai thác nước ngầm vượt quá trữ lượng động của tầng chứa nước qp, dẫn đến hiện tượng khai thác quá mức.

2. Phân bố ranh giới mặn - nhạt rõ ràng và biến động theo mùa: Ranh giới mặn nhạt trên các sông lớn như sông Hồng và sông Đáy dao động từ 22 đến 25 km tính từ cửa biển, phụ thuộc vào mùa mưa, mùa khô và thủy triều. Độ tổng khoáng hóa nước dưới đất biến đổi từ 0,29 đến trên 30 g/l, với vùng nước mặn tập trung dọc bờ biển phía đông bắc, vùng nước ngọt chủ yếu ở phía tây nam.

3. Tầng chứa nước qp và n2 có nguồn cung cấp nước từ xa: Nước dưới đất trong tầng qp và n2 có tuổi khoảng 18-25 năm, được cung cấp từ các dải đá vôi Karst ở vùng Ninh Bình và Hà Nam qua các đứt gãy kiến tạo, giúp duy trì vùng nước ngọt sát bờ biển.

4. Mô hình Visual MODFLOW dự báo xu hướng xâm nhập mặn gia tăng: Dự báo đến năm 2030, vùng nhiễm mặn trong tầng chứa nước qp sẽ mở rộng sâu vào đất liền nếu không có biện pháp kiểm soát khai thác nước ngầm. Các kịch bản khai thác khác nhau cho thấy mức độ xâm nhập mặn tỷ lệ thuận với lưu lượng khai thác.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của hiện tượng xâm nhập mặn là do khai thác nước ngầm vượt quá trữ lượng bổ sung, làm giảm áp lực thủy lực trong tầng chứa nước qp, tạo điều kiện cho nước biển xâm nhập sâu vào đất liền. So với các nghiên cứu trong vùng đồng bằng ven biển khác, kết quả này tương đồng với xu hướng suy giảm mực nước ngầm và xâm nhập mặn do khai thác quá mức.

Biểu đồ so sánh mực nước thực tế và mô hình cho thấy độ chính xác cao với sai số phần dư nhỏ, chứng tỏ mô hình Visual MODFLOW phù hợp để dự báo và đánh giá hiện tượng xâm nhập mặn. Bảng phân bố độ mặn và bản đồ ranh giới mặn - nhạt minh họa rõ sự phân bố không đồng đều của nước ngọt và nước mặn trong các tầng chứa nước.

Ý nghĩa của nghiên cứu là cung cấp cơ sở khoa học để quản lý khai thác nước ngầm hiệu quả, bảo vệ nguồn nước ngọt, hạn chế xâm nhập mặn và duy trì phát triển kinh tế - xã hội bền vững vùng ven biển Nam Định.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Kiểm soát lưu lượng khai thác nước ngầm: Hạn chế khai thác nước ngầm trong tầng chứa nước qp không vượt quá trữ lượng bổ sung để tránh làm giảm áp lực thủy lực và ngăn chặn xâm nhập mặn. Thực hiện trong vòng 5 năm tới, do Sở Tài nguyên và Môi trường phối hợp với chính quyền địa phương.

2. Xây dựng hệ thống quan trắc và cảnh báo sớm: Thiết lập mạng lưới quan trắc mực nước và độ mặn liên tục, sử dụng công nghệ GIS và mô hình số để theo dõi biến động và dự báo xâm nhập mặn. Triển khai trong 3 năm, do các viện nghiên cứu và cơ quan quản lý môi trường thực hiện.

3. Phát triển các giải pháp khai thác nước thay thế: Khuyến khích sử dụng nước mặt, nước mưa và tái sử dụng nước thải sau xử lý để giảm áp lực khai thác nước ngầm. Thúc đẩy trong 5-7 năm, phối hợp giữa ngành nông nghiệp, công nghiệp và các tổ chức xã hội.

4. Tăng cường trồng rừng phòng hộ ven biển và cải tạo đất nhiễm mặn: Trồng rừng ngập mặn và rừng phòng hộ để giảm xói lở bờ biển, hạn chế xâm nhập mặn và cải thiện môi trường sinh thái. Thực hiện liên tục, do các ban quản lý rừng và chính quyền địa phương chủ trì.

5. Tuyên truyền nâng cao nhận thức cộng đồng: Giáo dục người dân về tác hại của khai thác nước ngầm quá mức và các biện pháp bảo vệ nguồn nước, khuyến khích sử dụng tiết kiệm nước. Thực hiện thường xuyên, do các tổ chức xã hội và chính quyền địa phương phối hợp.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà quản lý tài nguyên nước và môi trường: Sử dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng chính sách quản lý khai thác nước ngầm, kiểm soát xâm nhập mặn và bảo vệ nguồn nước ven biển.

2. Các nhà khoa học và nghiên cứu thủy văn, địa chất: Tham khảo phương pháp mô hình Visual MODFLOW và dữ liệu thủy địa hóa để phát triển các nghiên cứu liên quan về nước ngầm và xâm nhập mặn.

3. Chính quyền địa phương và các tổ chức phát triển kinh tế vùng ven biển: Áp dụng các giải pháp đề xuất để phát triển bền vững kinh tế nông nghiệp, công nghiệp và du lịch, đồng thời bảo vệ môi trường sống.

4. Cộng đồng dân cư và doanh nghiệp khai thác nước: Nâng cao nhận thức về tác động của khai thác nước ngầm quá mức, từ đó điều chỉnh hành vi sử dụng nước hợp lý, góp phần bảo vệ nguồn nước chung.

Câu hỏi thường gặp

1. Hiện tượng xâm nhập mặn là gì và tại sao nó xảy ra ở vùng ven biển Nam Định?
   Xâm nhập mặn là sự thâm nhập của nước biển mặn vào các tầng chứa nước ngọt do chênh lệch áp lực thủy lực, thường xảy ra khi khai thác nước ngầm quá mức làm giảm mực nước ngầm. Ở Nam Định, khai thác nước ngầm vượt trữ lượng bổ sung đã làm tăng nguy cơ này.

2. Mô hình Visual MODFLOW được sử dụng như thế nào trong nghiên cứu này?
   Visual MODFLOW là mô hình số ba chiều mô phỏng dòng chảy nước ngầm và quá trình xâm nhập mặn, giúp dự báo biến động mực nước và phân bố độ mặn trong các tầng chứa nước, từ đó đánh giá mức độ xâm nhập mặn.

3. Làm thế nào để xác định ranh giới mặn - nhạt trong tầng chứa nước?
   Ranh giới mặn - nhạt được xác định dựa trên độ tổng khoáng hóa (M), trong đó M=1 g/l được dùng làm ngưỡng phân biệt nước ngọt và nước mặn, kết hợp với phân tích hàm lượng ion clo và đo điện trở suất địa vật lý.

4. Khai thác nước ngầm quá mức gây ra những hậu quả gì?
   Ngoài xâm nhập mặn, khai thác quá mức còn gây sụt lún đất, suy giảm trữ lượng nước ngầm, ô nhiễm nước, ảnh hưởng đến sản xuất nông nghiệp và đời sống người dân, làm giảm khả năng phát triển kinh tế bền vững.

5. Giải pháp nào hiệu quả nhất để hạn chế xâm nhập mặn?
   Kiểm soát lưu lượng khai thác nước ngầm không vượt quá trữ lượng bổ sung là giải pháp then chốt. Kết hợp với phát triển nguồn nước thay thế, trồng rừng phòng hộ và hệ thống quan trắc sẽ giúp hạn chế và kiểm soát xâm nhập mặn hiệu quả.

Kết luận

• Đã xây dựng thành công mô hình Visual MODFLOW mô phỏng dòng chảy nước ngầm và xâm nhập mặn tại vùng ven biển Nam Định, cho phép dự báo xu hướng xâm nhập mặn đến năm 2030.
• Khai thác nước ngầm vượt quá trữ lượng bổ sung đã làm giảm mực nước ngầm đến 9 m, gây ra hiện tượng xâm nhập mặn sâu vào đất liền.
• Ranh giới mặn - nhạt được xác định rõ ràng, với vùng nước mặn tập trung dọc bờ biển phía đông bắc và vùng nước ngọt chủ yếu ở phía tây nam.
• Nguồn cung cấp nước ngầm từ các dải đá vôi Karst xa giúp duy trì vùng nước ngọt sát bờ biển, nhưng cần được bảo vệ nghiêm ngặt.
• Đề xuất các giải pháp kiểm soát khai thác, phát triển nguồn nước thay thế và bảo vệ môi trường nhằm phát triển bền vững vùng ven biển Nam Định.

Tiếp theo, cần triển khai các giải pháp quản lý khai thác nước ngầm, thiết lập hệ thống quan trắc liên tục và nâng cao nhận thức cộng đồng để bảo vệ nguồn nước. Mời các nhà quản lý, nhà khoa học và cộng đồng cùng phối hợp hành động vì sự phát triển bền vững của vùng ven biển Nam Định.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU Xu thế phát triển kinh tế đang mở rộng ra nhiều lĩnh vực, trên mọi miền đất nước ta, từ nông thôn tới thành thị, từ ngành công nghiệp tới ngành nông nghiệp. Với xu hướng phát triển đó cầu về nguồn tài nguyên nước dùng cho sản xuất cũng tăng theo, nguồn nước mặt không đáp ứng được nhu cầu cho sinh hoạt, sản xuất thì khai thác đến nguồn nước ngầm. Trên khắp cả nước nguồn nước ngầm đang được khai thác ồ ạt từ thành thị tới nông thông và cả vùng ven biển. Khi nguồn nước ngầm bị khai thác quá mức sẽ gây ra rất nhiều tác động xấu và những tác hại do sự khai thác quá mức nước ngầm còn xảy ra nghiêm trọng hơn đối với vùng ven biển vì không chỉ xảy ra hiện tượng sụt lún bề mặt đất, suy giảm trữ lượng nước mà còn xảy ra hiện tượng xâm nhập mặn.

Hiện tượng xâm nhập mặn hay hiện tượng ô nhiễm nước ngầm do muối diễn ra làm thay đổi tính chất của đất, dẫn đến thay đổi điều kiện sống của các loài, của người dân trong vùng. Như sản xuất của con người bị thay đổi lớn: không có nước ngọt để sản xuất, cây cối không kịp thích nghi sẽ không phát triển được trên vùng đất nhiễm mặn, vùng ven biển không còn là nơi tiềm ẩn phát triển các ngành kinh tế nữa, trong khi đó nước ta có trên 2.000km đường bờ biển, một đại bộ phận người dân sống ở vùng ven biển này sẽ chịu hậu quả to lớn bởi hiện tượng này. Nghiên cứu để đánh giá được mức độ xâm nhập mặn do khai thác quá mức nước ngầm là rất cần thiết để làm rõ và đưa ra những giải pháp nhằm đảm bảo phát triển bền vững cho các vùng ven biển nước ta. Nam Định cũng là một trong số các tỉnh thành giáp biển nên tôi đã chọn Nam Định làm khu vực nghiên cứu cho luận văn tốt nghiệp của mình với tên đề tài: “Đánh giá mức độ xâm nhập mặn do sử dụng quá mức nước ngầm trong vùng ven biển Nam Định bằng mô hình Visual MODFLOW”.

Với mục tiêu nghiên cứu của đề tài: - Thiết lập được mô hình dự báo xâm nhập mặn nước dưới đất của vùng nghiên cứu. 1 z - Đề xuất một số giải pháp khai thác, sử dụng hợp lý tài nguyên nước cho phát triển bền vững. TỔNG QUAN VÙNG NGHIÊN CỨU 1.1 Điều kiện tự nhiên, kinh tế và xã hội vùng nghiên cứu 1.1 Điều kiện tự nhiên vùng nghiên cứu Vị trí địa lý Vùng nghiên cứu của đề tài là dải ven biển gồm các huyện Giao Thuỷ, Hải Hậu, một phần của các huyện Nghĩa Hưng, Xuân Trường, Trực Ninh của tỉnh Nam Định có diện tích khoảng hơn 700km2, vùng nghiên cứu có 72 km là đường bờ biển. Vùng nghiên cứu có phía Đông và Nam giáp biển Đông, Đông Bắc giáp tỉnh Thái Bình , phía Tây Bắc giáp phần còn lại của các huyện Xuân Trường, Trực Ninh, Nghĩa Hưng, còn phía Tây giáp tỉnh Ninh Bình.

Đặc điểm địa hình Địa hình trong vùng nghiên cứu là đồng bằng thấp trũng có địa hình khá bằng phẳng có độ cao tuyệt đối từ 0,5 đến 1,5m được cấu tạo bởi trầm tích có tuổi Q2 tb, một số nơi có tuổi Q1 2 hh. Do có đặc điểm địa hình thấp nên quanh năm có nước, nhiều nơi lầy lội ít được canh tác. Hình 1: Vị trí vùng nghiên cứu 3 z Đặc điểm khí hậu Cũng như các vùng ở đồng bằng Bắc Bộ, vùng ven biển Nam Định mang khí hậu nhiệt đới gió mùa nóng ẩm. Nhiệt độ trung bình năm 23-24oC, tháng lạnh nhất là tháng 12 và tháng 1 với nhiệt độ trung bình là 16-17oC; tháng 7 là tháng nóng nhất, nhiệt độ trung bình khoảng 29oC.

Lượng mưa trung bình năm từ 1.800mm chia làm 2 mùa rõ rệt. Mùa mưa từ tháng 5 đến tháng 10, với lượng mưa chiếm trên 70% lượng mưa cả năm, ở thời kỳ này lượng mưa lớn hơn bốc hơi nhiều. Mùa khô hay mùa ít mưa từ tháng 11 đến tháng 2 năm sau, ở thời kỳ này lượng bốc hơi đôi khi lớn hơn lượng mưa. Mặt khác, do nằm trong vùng vịnh Bắc Bộ nên hàng năm vùng nghiên cứu thường chịu ảnh hưởng của bão hoặc áp thấp nhiệt đới, bình quân 4-6 cơn bão/năm.

Đặc điểm thuỷ văn Vùng nghiên cứu là bộ phận ven biển đông nam của châu thổ sông Hồng có khí hậu gió mùa ẩm, nguồn nước của vùng rất phong phú nhưng biến đổi theo mùa và chịu ảnh hưởng của thuỷ triều. Từ khi con người đắp đê để khai thác tự nhiên từ sự giao lưu giữa 2 nguồn nước là: nguồn nước tại chỗ do mưa cung cấp và nguồn nước từ sông Hồng với các chi lưu bị xáo trộn và sông Đáy. Xử lý sự xáo trộn đó bằng 1 hệ thống kênh rạch rải khắp đồng ruộng với các trạm bơm tưới tiêu, các cống tưới tiêu dày đặc ven sông, điển hình là sông Sắt và sông Ninh Cơ. Toàn tỉnh có 530km sông ngòi, trong đó có 16 sông dài trên 10km, 4 con sông lớn là sông Hồng, sông Đáy, Ninh Cơ, sông Sò dài 251km.

Mật độ chung của sông ngòi đạt 0,33km/km2. 4 cửa sông đổ ra biển là: Ba Lạt (Sông Hồng), cửa sông Đáy, cửa Lạch Giang và cửa Hà Lạn Biển và các hiện tượng thuỷ triều a- Đặc điểm dao động thuỷ triều Phía đông nam của tỉnh Nam Định là bờ biển thông ra vịnh Bắc Bộ. Đường bờ biển thuộc Nam Định dài 72km thẳng đang bị xói lở lấn dần vào lục địa. Biển ở Nam Định có đặc điểm chung với biển ở vịnh Bắc Bộ.

4 z Thuỷ triều vùng biển Nam Định có chế độ nhật triều đều. Độ lớn chiều lớn nhất đạt đến gần 3,31m và nhỏ nhất là 0,11m, thuỷ triều biến thiên có quy luật theo thời gian: ngày, nửa tháng, mùa, nhiều năm. - Quy luật biến thiên ngày: Trong 1 ngày có 1 lần nước lên và 1 lần nước xuống thời gian xấp xỉ bằng nhau và bằng 12h24′. Đường cong biểu diễn sự biến thiên thuỷ triều là một hình sin (hình 2) khá đều đặn.

Hầu hết số ngày trong tháng chỉ có 1 lần nước lớn và 1 lần nước ròng, trong thời kỳ nước kém quy luật đó có thể bị phá vỡ khi đó trong 1 ngày có thể có 2 lần nước lớn 2 lần nước ròng gọi là những ngày nước sinh. - Quy luật biến thiên theo nửa tháng: Trong vòng nửa tháng thuỷ triều cũng biến thiên tương tự trong 1 ngày nghĩa là có 1 lần nước lớn 1 lần nước ròng. Thời kỳ nước lớn biên độ triều thường lớn gấp 5 -12 lần biên độ triều thời kỳ nước kém (hình 2). - Quy luật biến thiên theo mùa: Trong vòng nửa năm thuỷ triều thực hiện 1 chu kỳ dao động với độ lớn triều cực đại vào thời kỳ hạ chí (23-6) và đông chí (23-12) và cực điểm vào thời kỳ xuân phân (21-3) và thu phân (21-9).

- Quy luật biến thiên theo nhiều năm: Trong quy luật biến thiên nhiều năm của thuỷ triều thì chỉ có các chu kỳ 9 năm và 19 năm là có ảnh hưởng đáng kể đến các đặc trưng của thuỷ triều.164b Hình 2: Đồ thị dao động ngày và nửa tháng của nước ngầm do tác động của thuỷ triều tại lỗ khoan Q164a và Q164b (Hải Hậu, Nam Định) 5 z Hình 2 trên đây thể hiện ảnh hưởng của thủy triều tới dao động mực nước ngầm trong lỗ khoan Q164a và Q164b trong vùng Hải Hậu – Nam Định, biến thiên mực nước trong lỗ khoan tương ứng với sự lên xuống của thủy triều. b- Đặc điểm độ mặn của nước biển Nước biển ở Nam Định cũng như nước ở vịnh Bắc Bộ có độ muối tương đối cao thường trên 30g/kg nhưng phân bố không đều trong không gian và thời gian: - Ở vùng Vịnh độ muối cao hơn vùng ven bờ, theo độ sâu độ muối tăng dần - Về thời gian, độ mặn của nước biển thường đạt giá trị lớn nhất về mùa đông, vì mùa này lượng mưa nhỏ, không có dòng chảy lớn từ các sông. c-Ảnh hưởng của hiện tượng thuỷ triều ở vùng hạ lưu các sông. Hoạt động thủy triều thường gây ảnh hưởng đến chế độ thủy văn của các sông ven biển, đặc biệt là phần cửa sông, ảnh hưởng này diễn ra trên 2 khía cạnh: truyền triều theo các cửa sông và xâm nhập của nước mặn - Sự truyền triều theo các cửa sông phụ thuộc vào độ lớn của thuỷ triều và độ cao, độ dốc của dòng chảy trong sông.

Khoảng cách tối đa tính từ cửa biển mà triều đạt tới được gọi là giới hạn truyền triều. Biên độ dao động triều giảm dần theo khoảng cách xa cửa biển. Biên độ dao động mực nước sông do ảnh hưởng của thuỷ triều ở sông Hồng và sông Đáy [1]. Bảng 1: Dao động biên độ triều ở các cửa sông vùng Nam Định Khoảng cách tới cửa biển Biên độ Trạm (km) (cm) - Sông Hồng Ba Lạt 10 162 Ngô Xá 59 120 Phú Nha 81 85 Bảo Châu 105 65 - Sông Đáy Như Tân 5 175 Độc Bộ 38 103 Nông Bình 59 76 6 z - Sự xâm nhập mặn của nước biển: Độ sâu xâm nhập phụ thuộc vào biên độ dao động triều và lượng nước sông từ nguồn đổ về.

Do đó độ mặn của sông thay đổi theo mùa, theo cơn triều, chu kỳ triều… Độ mặn cao nhất thường xuất hiện theo đỉnh triều từ 0-2h và thấp nhất sau chân triều từ 0-2h. Nếu lấy 1g/kg làm giới hạn độ mặn do ảnh hưởng của thuỷ triều trên sông thì theo các tài liệu quan trắc nhiều năm trong vùng nghiên cứu, đã xác định được khoảng cách tối đa bị xâm nhập mặn ở sông Hồng là 23- 25km và sông Đáy là 22 km cách bờ biển. d- Hiện tượng nước biển dâng: Nước biển dâng đang là kết quả của biến đổi khí hậu toàn cầu do nguyên nhân: nhiệt độ Trái đất tăng cao dẫn tới băng ở 2 cực bị tan chảy. Theo các kịch bản biến đổi khí hậu được xây dựng vào thế kỉ 21 nước biển có thể dâng cao 1m, những vùng có bờ biển dài sẽ chịu ảnh hưởng nặng nề của hiện tượng này, Việt Nam là 1 trong những nước chịu ảnh hưởng nặng nề, đặc biệt đó là các tỉnh có bờ biển dài và và địa hình thấp như Nam Định.