Đánh giá mức độ xâm nhập mặn do sử dụng quá mức nước ngầm trong vùng ven biển Nam Định

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

• Tác giả: Nguyễn Thị Nguyệt
• Người hướng dẫn: Ts. Tống Ngọc Thanh
• Trường học: Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên
• Chuyên ngành: Quản lý môi trường
• 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
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ khoa học
• Năm xuất bản: 2011
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 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
• 1.3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 1.3.1. Đối tượng nghiên cứu
• 1.3.2. Đặc điểm địa chất thủy văn
• 1.3.3. Trữ lượng tiềm năng nước dưới đất tầng chứa nước qp
• 1.3.4. Đặc điểm khai thác nước dưới đất trong vùng nghiên cứu
• 1.3.5. Đặc điểm thủy địa hóa
• 1.3.6. Phương pháp nghiên cứu
• 1.3.6.1. Phương pháp kế thừa số liệu
• 1.3.6.2. Phương pháp thống kê số liệu và xử lý số liệu
• 1.3.6.3. Phương pháp mô hình số
• 1.4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
• 1.4.1. Xây dựng và chỉnh lý mô hình dòng ngầm
• 1.4.1.1. Sơ đồ hoá điều kiện ĐCTV để xây dựng mô hình
• 1.4.1.2. Bài toán thuận
• 1.4.1.3. Bài toán nghịch
• 1.4.2. Xây dựng và chỉnh lý mô hình xâm nhập mặn
• 1.4.2.1. Xây dựng và cập nhật dữ liệu đầu vào trên mô hình
• 1.4.2.2. Chỉnh lý mô hình
• 1.4.2.3. Dự báo quá trình xâm nhập mặn của vùng
• 1.4.3. Đề xuất một số giải pháp khai thác, sử dụng hợp lý tài nguyên nước cho phát triển bền vững
• 1.5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về xâm nhập mặn do khai thác nước ngầm tại Nam Định

Xâm nhập mặn là một hiện tượng nghiêm trọng tại các vùng ven biển, đặc biệt là tại Nam Định. Việc khai thác nước ngầm quá mức đã dẫn đến sự gia tăng xâm nhập mặn, ảnh hưởng đến chất lượng nước và sinh kế của người dân. Nghiên cứu này nhằm đánh giá mức độ xâm nhập mặn và tìm ra các giải pháp khắc phục.

1.1. Đặc điểm tự nhiên và kinh tế xã hội vùng Nam Định

Nam Định có vị trí địa lý thuận lợi với bờ biển dài, nhưng cũng phải đối mặt với nhiều thách thức về môi trường. Đặc điểm khí hậu và địa hình ảnh hưởng lớn đến nguồn nước ngầm và tình trạng xâm nhập mặn.

1.2. Tình hình khai thác nước ngầm tại Nam Định

Khai thác nước ngầm tại Nam Định diễn ra mạnh mẽ, đặc biệt trong nông nghiệp. Tuy nhiên, việc này đã dẫn đến nhiều hệ lụy, trong đó có xâm nhập mặn, làm giảm chất lượng nước và ảnh hưởng đến sản xuất.

II. Vấn đề xâm nhập mặn và tác động của nó tại Nam Định

Xâm nhập mặn không chỉ ảnh hưởng đến nguồn nước mà còn tác động đến sản xuất nông nghiệp và đời sống của người dân. Hiện tượng này làm giảm năng suất cây trồng và gây khó khăn trong việc cung cấp nước sạch.

2.1. Tác động của xâm nhập mặn đến chất lượng nước

Xâm nhập mặn làm tăng độ mặn của nước ngầm, ảnh hưởng đến khả năng sử dụng cho sinh hoạt và sản xuất. Nhiều vùng đất canh tác đã trở nên không còn phù hợp cho nông nghiệp.

2.2. Hệ lụy kinh tế từ xâm nhập mặn

Sự gia tăng xâm nhập mặn dẫn đến thiệt hại kinh tế lớn cho người dân, đặc biệt là trong lĩnh vực nông nghiệp. Nhiều hộ gia đình đã phải chuyển đổi nghề nghiệp do không còn khả năng canh tác.

III. Phương pháp nghiên cứu xâm nhập mặn tại Nam Định

Nghiên cứu sử dụng mô hình Visual MODFLOW để đánh giá mức độ xâm nhập mặn. Phương pháp này cho phép dự đoán sự thay đổi của mực nước và độ mặn trong nước ngầm theo thời gian.

3.1. Mô hình Visual MODFLOW và ứng dụng của nó

Mô hình Visual MODFLOW là công cụ mạnh mẽ trong việc mô phỏng dòng chảy và sự xâm nhập mặn. Nó giúp xác định các khu vực bị ảnh hưởng nặng nề và dự đoán xu hướng trong tương lai.

3.2. Quy trình thu thập và phân tích dữ liệu

Quá trình thu thập dữ liệu bao gồm việc khảo sát thực địa, lấy mẫu nước và phân tích hóa lý. Dữ liệu này được sử dụng để xây dựng mô hình và đưa ra các dự báo chính xác.

IV. Kết quả nghiên cứu về xâm nhập mặn tại Nam Định

Kết quả nghiên cứu cho thấy mức độ xâm nhập mặn tại Nam Định đang gia tăng, đặc biệt là trong các mùa khô. Mô hình đã chỉ ra các khu vực có nguy cơ cao và cần được quản lý chặt chẽ.

4.1. Dự báo xâm nhập mặn trong tương lai

Dự báo cho thấy nếu không có biện pháp can thiệp, xâm nhập mặn sẽ tiếp tục gia tăng, ảnh hưởng nghiêm trọng đến nguồn nước và sản xuất nông nghiệp trong khu vực.

4.2. Đánh giá hiệu quả của các biện pháp phòng ngừa

Nghiên cứu cũng đã đánh giá hiệu quả của các biện pháp phòng ngừa hiện tại. Một số biện pháp đã cho thấy hiệu quả tích cực trong việc giảm thiểu xâm nhập mặn.

V. Giải pháp khắc phục xâm nhập mặn tại Nam Định

Để giảm thiểu xâm nhập mặn, cần có các giải pháp đồng bộ từ quản lý tài nguyên nước đến cải thiện kỹ thuật canh tác. Việc nâng cao nhận thức cộng đồng cũng là yếu tố quan trọng.

5.1. Các biện pháp quản lý tài nguyên nước

Quản lý tài nguyên nước hiệu quả là cần thiết để bảo vệ nguồn nước ngầm. Cần có các chính sách khuyến khích sử dụng nước tiết kiệm và hợp lý.

5.2. Nâng cao nhận thức cộng đồng về xâm nhập mặn

Giáo dục cộng đồng về tác động của xâm nhập mặn và các biện pháp phòng ngừa là rất quan trọng. Các chương trình tập huấn và hội thảo có thể giúp nâng cao nhận thức và kỹ năng cho người dân.

VI. Kết luận và triển vọng tương lai về xâm nhập mặn tại Nam Định

Xâm nhập mặn là một thách thức lớn đối với Nam Định. Cần có sự phối hợp giữa các cơ quan chức năng và cộng đồng để tìm ra giải pháp bền vững cho vấn đề này.

6.1. Tầm quan trọng của nghiên cứu và quản lý

Nghiên cứu về xâm nhập mặn không chỉ giúp hiểu rõ hơn về vấn đề mà còn cung cấp cơ sở cho các quyết định quản lý tài nguyên nước trong tương lai.

6.2. Triển vọng phát triển bền vững cho vùng ven biển

Với các giải pháp hợp lý, Nam Định có thể phát triển bền vững, bảo vệ nguồn nước và nâng cao chất lượng cuộc sống cho người dân.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Dải ven biển tỉnh Nam Định bao gồm các huyện Giao Thủy, Hải Hậu, Nghĩa Hưng, Xuân Trường và Trực Ninh với tổng diện tích tự nhiên trên 700 km2 cùng 72 km chiều dài đường bờ biển. Khu vực này có mật độ dân số rất cao, trung bình vượt trên 1.000 người/km2, tạo áp lực khổng lồ lên nhu cầu khai thác tài nguyên nước phục vụ sinh hoạt, nông nghiệp và sản xuất công nghiệp. Trước tình trạng nguồn nước mặt thường xuyên bị nhiễm mặn và ô nhiễm theo mùa, hoạt động khai thác nước dưới đất đã bùng nổ mạnh mẽ với hơn 150.000 giếng khoan đường kính nhỏ kiểu UNICEF, đạt tổng lưu lượng khai thác ước tính vượt 80.000 m3/ngày.

Việc khai thác quy mô lớn và thiếu kiểm soát đã dẫn đến hiện tượng hạ thấp mực nước ngầm nhanh chóng với tốc độ sụt giảm từ 0,5 đến 0,7 m/năm giai đoạn 1996 - 2008, hình thành phễu hạ thấp mực nước sâu tới 9 m tại khu vực trọng điểm Hải Hậu. Hậu quả trực tiếp là sự dịch chuyển mạnh mẽ của ranh giới mặn - nhạt vào sâu trong đất liền, đe dọa trực tiếp đến an ninh nguồn nước của hàng trăm nghìn hộ dân. Đề tài tập trung thiết lập mô hình dòng thấm và lan truyền chất tan 3 chiều bằng phần mềm Visual MODFLOW nhằm đánh giá định lượng mức độ xâm nhập mặn của tầng chứa nước Pleistocen trong giai đoạn 1995 - 2008, đồng thời mô phỏng dự báo diễn biến chất lượng nước đến năm 2030. Nghiên cứu mang ý nghĩa thực tiễn quan trọng khi cung cấp cơ sở dữ liệu số hóa và luận cứ khoa học chuẩn xác để chính quyền địa phương chuyển đổi phương thức quản lý tài nguyên nước bền vững.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu ứng dụng lý thuyết động lực học dòng thấm trong môi trường rỗng dựa trên phương trình vi phân đạo hàm riêng mô tả dòng chảy ngầm ba chiều không ổn định theo định luật Darcy kết hợp định luật bảo toàn khối lượng. Song song với đó, quá trình di chuyển của muối hòa tan trong các tầng chứa nước được phân tích thông qua lý thuyết truyền chất đối lưu - phân tán (Advection-Dispersion Equation), mô tả sự hòa trộn của các ion hòa tan dưới tác động đồng thời của dòng chảy thực tế và quá trình khuếch tán cơ học.

Khung lý thuyết của đề tài gắn liền với 4 khái niệm nền tảng trong địa chất thủy văn ven biển:

• Tầng chứa nước có áp Pleistocen: Tầng chứa nước lỗ hổng chủ lực có bề dày dao động từ 10 đến 78 m, phân bố liên tục dưới lớp cách nước sét bột.
• Ranh giới mặn - nhạt: Giới hạn phân chia dựa trên độ tổng khoáng hóa đạt ngưỡng 1,0 g/l, tương ứng với hàm lượng ion Clorua 380 mg/l đối với tầng Pleistocen.
• Trữ lượng khai thác tiềm năng: Khối lượng nước có thể lấy ra từ tầng chứa nước mà không gây cạn kiệt, được tính toán từ tổng trữ lượng động tự nhiên, trữ lượng tĩnh đàn hồi và một phần trữ lượng tĩnh trọng lực.
• Phễu hạ thấp mực nước: Vùng trũng mực nước cục bộ hình thành xung quanh các khu vực tập trung giếng khoan có lưu lượng khai thác vượt quá lượng nước bổ cập tự nhiên.

Phương pháp nghiên cứu

Dữ liệu đầu vào của nghiên cứu được thu thập từ mạng lưới 20 công trình quan trắc quốc gia và địa phương (điển hình như các trạm Q108, Q109, Q110, Q164) cùng hồ sơ địa chất của hàng chục lỗ khoan thăm dò sâu từ 50 đến 250 m (như LK54, LK55, LK63, LK147, LK161) trải rộng trên diện tích nghiên cứu hơn 700 km2. Phương pháp lấy mẫu được thiết kế theo nguyên tắc phân tầng địa chất, thu thập mẫu nước tại các tầng Holocen trên, Holocen dưới, Pleistocen và Neogen theo cả hai mùa mưa và mùa khô.

Phương pháp phân tích mô hình số thông qua phần mềm chuyên dụng Visual MODFLOW (tích hợp các module MODFLOW và MT3DMS/SEAWAT) được lựa chọn nhờ khả năng mô phỏng không gian 3 chiều phức tạp, xử lý hiệu quả các điều kiện biên thủy văn biến đổi như biên mực nước khống chế (GHB), biên bốc hơi và biên thấm từ các sông lớn. Dữ liệu quan trắc mực nước và độ mặn liên tục trong 13 năm (từ 1995 đến 2008) được sử dụng để tiến hành giải bài toán thuận và bài toán nghịch, thực hiện hiệu chỉnh và kiểm định mô hình ở cả hai trạng thái dòng thấm ổn định và không ổn định trước khi chạy mô phỏng dự báo các kịch bản tương lai.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình phân tích dữ liệu thực địa và tính toán mô hình đã xác định 4 phát hiện cốt lõi về hiện trạng động thái nước dưới đất tại vùng ven biển Nam Định:

• Tình trạng khai thác vượt ngưỡng bổ cập tự nhiên nghiêm trọng: Tổng lưu lượng khai thác thực tế trên toàn vùng đạt trên 80.000 m3/ngày, trong khi trữ lượng động tự nhiên bổ sung cho tầng Pleistocen chỉ đạt mức tối đa khoảng 26.000 m3/ngày. Lượng nước khai thác thực tế đã vượt hơn 300% khả năng tự phục hồi của tầng chứa nước.
• Mực nước sụt giảm nhanh và mở rộng phễu hạ thấp: Trong giai đoạn từ năm 1996 đến năm 2008, mực nước tầng Pleistocen liên tục hạ thấp với vận tốc trung bình 0,5 - 0,7 m/năm. Tâm phễu hạ thấp sâu nhất xuất hiện tại huyện Hải Hậu với mực nước nằm sâu hơn 9,0 m so với mặt đất, làm mất hoàn toàn hiện tượng nước tự phun vốn có trước năm 1996.
• Cấu trúc phân đới thủy hóa nghịch độc đáo: Tầng Holocen dưới chứa nước mặn hoàn toàn với độ tổng khoáng hóa từ 3,0 đến 30,0 g/l, trong khi tầng Pleistocen sâu hơn lại tồn tại một lưỡi nước nhạt lớn (độ tổng khoáng hóa dưới 1,0 g/l) vươn sát ra mép biển Hải Hậu và Nghĩa Hưng nhờ nguồn bổ cập áp lực từ các đới Karst đá vôi Trias có độ khoáng hóa chỉ 0,46 g/l.
• Nguy cơ xâm nhập mặn diện rộng theo các kịch bản dự báo: Nếu duy trì tốc độ khai thác hiện tại hoặc tăng trưởng 10 - 20% công suất (theo các phương án PA1, PA2, PA3), ranh giới mặn 1,0 g/l sẽ xâm lấn sâu thêm từ 1,5 đến 3,5 km về phía lục địa đến năm 2030, làm thu hẹp từ 15% đến 35% diện tích các thấu kính nước nhạt quý giá.

Thảo luận kết quả

Hiện tượng xâm nhập mặn gia tăng nhanh chóng bắt nguồn từ sự mất cân bằng giữa lượng nước rút ra qua hệ thống giếng khoan nhỏ lẻ và lượng nước bổ cập tự nhiên từ các vùng đá vôi lân cận. Bên cạnh áp lực nhân sinh, các yếu tố tự nhiên như chế độ nhật triều biên độ lớn lên tới 3,31 m tại vùng cửa sông Ba Lạt, đáy sông Đáy và tốc độ xói lở bờ biển làm mất 2,1 km2 đất tại Hải Hậu trong 36 năm đã thúc đẩy nêm mặn tiến sâu hơn.

Khi so sánh với các công trình tính toán giải tích của một số tác giả trong giai đoạn 1996 - 2003, kết quả mô hình số Visual MODFLOW thể hiện độ tin cậy vượt trội khi phản ánh chính xác tương tác thủy lực nhiều tầng và sai số phần dư giữa mực nước tính toán với mực nước thực tế tại các trạm quan trắc chỉ dưới 0,5 m. Toàn bộ các kết quả này được thể hiện trực quan thông qua bản đồ thủy đẳng áp, đồ thị dao động mực nước theo chu kỳ triều và chuỗi sơ đồ phân bố nồng độ mặn không gian 3 chiều theo từng mốc 5 năm từ 2010 đến 2030.

Đề xuất và khuyến nghị

Để ngăn chặn suy thoái tài nguyên nước và thích ứng với biến đổi khí hậu tại vùng ven biển Nam Định, luận văn đề xuất 4 nhóm giải pháp chiến lược:

• Quy hoạch và cắt giảm khai thác nước ngầm tầng Pleistocen: Ban hành quy chế hạn chế khai thác nước dưới đất, đặt mục tiêu giảm 30% lưu lượng khai thác tại các vùng lõm hạ thấp mực nước (đặc biệt là huyện Hải Hậu và Nghĩa Hưng) trong giai đoạn 2012 - 2016. Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Nam Định chịu trách nhiệm kiểm tra, đình chỉ các giếng khoan trái phép và lập danh mục vùng cấm khai thác.
• Đầu tư hệ thống cấp nước sạch tập trung từ nguồn nước mặt: Xây dựng và nâng cấp các nhà máy cấp nước mặt lấy nguồn từ sông Hồng và sông Ninh Cơ với tổng công suất thiết kế đạt 30.000 - 50.000 m3/ngày trước năm 2020. Mục tiêu thay thế hoàn toàn 60% nhu cầu dùng nước từ giếng khoan nhỏ lẻ tại các xã ven biển, do Ủy ban nhân dân tỉnh Nam Định và các doanh nghiệp cấp nước phối hợp thực hiện.
• Hiện đại hóa mạng lưới quan trắc động thái và chất lượng nước: Nâng cấp 15 lỗ khoan quan trắc hiện hữu thành trạm đo tự động liên tục với tần suất ghi nhận 1 giờ/lần từ năm 2013. Trung tâm Quan trắc Tài nguyên và Môi trường tỉnh vận hành hệ thống cảnh báo sớm độ mặn vượt ngưỡng 1,0 g/l nhằm kịp thời điều tiết công suất các bãi giếng.
• Bảo vệ và mở rộng hành lang sinh thái phòng hộ ven biển: Phục hồi và trồng mới 4.000 ha rừng ngập mặn tại khu vực Vườn quốc gia Xuân Thủy và đai rừng phòng hộ huyện Nghĩa Hưng đến năm 2025. Ban Quản lý Vườn quốc gia và Chi cục Kiểm lâm phối hợp duy trì nhằm giảm xói lở bờ biển xuống dưới 0,5 m/năm, bảo vệ tầng chứa nước nông trước tác động của nước biển dâng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và kết quả mô phỏng của luận văn mang lại giá trị ứng dụng cao cho nhiều nhóm độc giả chuyên môn:

• Cơ quan quản lý nhà nước về tài nguyên và môi trường: Cung cấp tài liệu tham khảo chuẩn xác để Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Nam Định và Cục Quản lý Tài nguyên nước xây dựng quy hoạch phân bổ, cấp phép khai thác nước ngầm và lập kế hoạch hành động thích ứng với biến đổi khí hậu cấp tỉnh.
• Kỹ sư quy hoạch thủy lợi và công trình cấp thoát nước: Hỗ trợ các đơn vị tư vấn thiết kế nắm vững thông số địa chất thủy văn, trường thấm và trữ lượng khai thác an toàn khi lập dự án xây dựng các nhà máy nước sạch tập trung vùng ven biển.
• Giảng viên, học viên cao học và nghiên cứu sinh: Đóng vai trò là tài liệu tham khảo phương pháp luận về việc ứng dụng tổ hợp phương pháp địa vật lý (Georadar, đo sâu điện trở) kết hợp phần mềm mô hình số Visual MODFLOW trong nghiên cứu lan truyền ô nhiễm và thủy địa hóa.
• Ban quản lý các khu kinh tế và doanh nghiệp nuôi trồng thủy sản: Giúp các nhà đầu tư tại Khu kinh tế Ninh Cơ và các vùng nuôi tôm công nghiệp đánh giá nguy cơ sụt lún nền đất và biến động độ mặn nguồn nước để tối ưu hóa quy trình sản xuất.

Câu hỏi thường gặp

• Tại sao việc sử dụng hàng loạt giếng khoan quy mô hộ gia đình lại gây suy giảm nghiêm trọng tầng nước ngầm sâu? Mặc dù mỗi giếng chỉ khai thác khoảng 0,5 m3/ngày, nhưng mật độ tập trung hơn 150.000 giếng đã đẩy tổng lượng rút nước vượt 80.000 m3/ngày. Con số này cao gấp 3 lần trữ lượng động bổ cập tự nhiên 26.000 m3/ngày, làm suy kiệt áp lực nước và tạo phễu hạ thấp sâu 9 m.

• Tiêu chí nào được sử dụng để phân định ranh giới nước mặn và nước nhạt trong nghiên cứu này? Ranh giới mặn - nhạt được xác định dựa trên ngưỡng độ tổng khoáng hóa chuẩn 1,0 g/l. Đối với tầng chứa nước Pleistocen, ngưỡng này tương ứng với hàm lượng ion Clorua đạt 380 mg/l và giá trị điện trở suất đất đá khoảng 10 Ohm.m trên biểu đồ đo địa vật lý.

• Ưu thế vượt trội của phần mềm Visual MODFLOW so với các công thức giải tích truyền thống là gì? Visual MODFLOW cho phép số hóa cấu trúc địa chất phức tạp thành lưới ô 3 chiều, mô phỏng đồng thời dòng chảy ngầm đa tầng, liên kết điều kiện biên triều thực tế và dự báo trực quan sự dịch chuyển ranh giới mặn theo từng kịch bản thời gian đến năm 2030 với độ chính xác cao.

• Hiện tượng phân đới thủy hóa nghịch tại vùng ven biển Nam Định có cơ chế hình thành như thế nào? Hiện tượng này xảy ra khi tầng chứa nước nông Holocen bị nhiễm mặn do trầm tích biển thoái, nhưng tầng sâu Pleistocen lại chứa nước nhạt. Nguồn nước nhạt này được duy trì nhờ nước mưa ngấm từ các vùng đá vôi Trias xa xôi ở Ninh Bình và Hòa Bình chảy ngầm theo hệ thống đứt gãy kiến tạo cấp lên.

• Những yếu tố tự nhiên nào thúc đẩy quá trình nhiễm mặn nước dưới đất tại địa phương? Bên cạnh việc khai thác quá mức, chế độ nhật triều biên độ lớn 3,31 m đưa mặn vào sâu các cửa sông từ 22 đến 25 km, kết hợp cùng hiện tượng xói lở bờ biển làm mất đất canh tác và nước biển dâng đã gia tăng áp lực nêm mặn thẩm thấu vào các tầng chứa nước.

Kết luận

• Luận văn đã phân tích toàn diện hiện trạng suy thoái nước ngầm tại dải ven biển Nam Định với lưu lượng khai thác vượt 80.000 m3/ngày gây sụt giảm mực nước 0,5 - 0,7 m/năm.
• Thiết lập thành công mô hình số Visual MODFLOW mô phỏng chính xác cấu trúc thủy văn 3 chiều và cơ chế lan truyền nêm mặn trên diện tích hơn 700 km2.
• Cung cấp bức tranh dự báo khoa học về nguy cơ mở rộng xâm nhập mặn từ 15% đến 35% diện tích nước nhạt tầng Pleistocen đến năm 2030 theo các kịch bản khai thác.
• Đề xuất hệ thống giải pháp đồng bộ kết hợp chuyển đổi sang nguồn nước mặt 30.000 - 50.000 m3/ngày, quan trắc tự động và phục hồi 4.000 ha rừng ngập mặn phòng hộ.
• Khuyến nghị các nhà quản lý, nhà nghiên cứu và cơ quan ban ngành sớm ứng dụng kết quả luận văn vào quy hoạch thực tế để bảo vệ an ninh nguồn nước và phát triển kinh tế biển bền vững.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. 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 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 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 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 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 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 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 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] - 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. Theo kết quả báo cáo cho thấy kết quả, nước biển vùng Bạch Long – Giao Thủy và khu vực du lịch Quất Lâm đã dâng lên là 20cm kể từ cơn bão số 5 năm 2005 (ghi nhận bởi công ty Khai thác công trình thuỷ lợi của huyện và Trung tâm Khí tượng thuỷ văn) và đã ảnh hưởng khá lớn tới các khu vực đó: thủy triều lên gây ngập tràn qua đường, phá hủy toàn bộ môi trường, cây cối trong khu vực nước biển tác động đến, ảnh hưởng tới phát triển kinh tế, du lịch và môi trường.

e- Hiện tượng xói lở bờ biển Nam Định Trên đường bờ biển dài của Nam Định xảy ra những đoạn xói lở và bồi tụ xen kẽ: đoạn Văn Lý tới Thịnh Long đang bị xói lở nghiêm trọng, những năm gần đây quy mô và cường độ xói lở có chiều hướng gia tăng. Rất nhiều đoạn đê biển trong khu vực này bị vỡ và gây ngập lụt lớn trong cơn bão số 7 (9/2005). Tại một số bãi biển du lịch như bãi biển Thịnh Long sóng kết hợp với nước dâng cao phá hỏng toàn bộ con đường ven biển và nhiều nhà nghỉ (Theo kết quả nghiên cứu sự biến động đường bờ do xói lở của Chu Văn Ngợi và nnk trường Đại học Khoa học Tự nhiên) [7]. 7 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Xói lở gây ra những tác động: làm thay đổi môi trường theo chiều hướng xấu và ảnh hưởng tiêu cực đến đời sống con người: mất quỹ đất (Huyện Hải Hậu mất 2,1 km2 do xói lở xảy ra từ 1965 – 2001, đất canh tác mất, đất thổ cư thành bãi triều), tăng mật độ dân số, phá hủy hệ thống đê ven bờ, phá hủy các hệ sinh thái ven biển, phá hủy môi trường sống của nhiều loài sinh vật, và đặc biệt xói lở làm bờ biển lấn sâu vào đất liền làm tăng quá trình nhiễm mặn… 1.2 Đặc điểm địa chất vùng nghiên cứu 1 -Địa tầng Giới Proterozoi - loạt Sông Hồng - hệ tầng Ngòi Chi (PPnc) Hệ tầng do Trần Xuyên xác lập năm 1988.

Các thành tạo của hệ tầng Ngòi Chi không lộ trên mặt mà chỉ bắt gặp duy nhất tại lỗ khoan 54 ở chiều sâu 278m. trong đó có 14m (234-248m) là các đá của hệ tầng bao gồm gnei biotit, đá phiến thạch anh - fenspat màu trắng vằn dải đen cấu tạo dạng mắt, dạng dải, cứng chắc. Bề dày hệ tầng không quan sát được rõ ràng, ước đoán khoảng 300m. Quan hệ địa tầng không rõ, dựa vào mức độ biến chất các đá kể trên được xếp vào loạt Sông Hồng, hệ tầng Ngòi Chi [1].