Luận án dự báo tác động của biến đổi khí hậu và nước biển dâng đến nước dưới đất tỉnh Thái Bình

Luận án nghiên cứu tác động của biến đổi khí hậu và nước biển dâng đến nguồn nước dưới đất tỉnh Thái Bình, cung cấp dự báo và giải pháp.

• Trường học: Trường Đại Học Thái Bình
• Chuyên ngành: Khoa Học Môi Trường
• Đề tài: Dự Báo Tác Động Của Biến Đổi Khí Hậu Và Nước Biển Dâng Đến Nguồn Nước Dưới Đất Tại Thái Bình
• Loại tài liệu: Luận Án
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Thái Bình

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU VÀ NƯỚC BIỂN DÂNG ĐẾN NƯỚC DƯỚI ĐẤT
• 2. CHƯƠNG 2: ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT, ĐỊA CHẤT THỦY VĂN VÀ KỊCH BẢN BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU, NƯỚC BIỂN DÂNG TỈNH THÁI BÌNH
• 3. CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU VÀ NƯỚC BIỂN DÂNG ĐẾN NƯỚC DƯỚI ĐẤT TỈNH THÁI BÌNH
• 4. CHƯƠNG 4: ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP BẢO VỆ VÀ KHAI THÁC HỢP LÝ NGUỒN TÀI NGUYÊN NƯỚC DƯỚI ĐẤT TỈNH THÁI BÌNH
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tính cấp thiết của nghiên cứu

Nghiên cứu về biến đổi khí hậu và nước biển dâng tại tỉnh Thái Bình là rất cần thiết. Tỉnh này nằm trong vùng đồng bằng châu thổ sông Hồng, có vị trí địa lý thuận lợi cho phát triển nông nghiệp. Tuy nhiên, tài nguyên nước dưới đất tại đây không phong phú, với sự phân bố phức tạp giữa nước mặn và nước ngọt. Sự gia tăng tác động môi trường từ phát triển kinh tế đã dẫn đến tình trạng ô nhiễm và nhiễm mặn gia tăng. Biến đổi khí hậu đã làm gia tăng tần suất bão, xâm nhập mặn vào đất liền, ảnh hưởng đến chất lượng và trữ lượng nước. Do đó, việc nghiên cứu và dự báo tác động của biến đổi khí hậu và nước biển dâng đến nguồn nước dưới đất là rất cấp thiết.

II. Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu chính của nghiên cứu là phân vùng cấu trúc địa chất thủy văn và đánh giá tác động của biến đổi khí hậu và nước biển dâng đến nguồn nước dưới đất tại Thái Bình. Nghiên cứu sẽ tập trung vào việc đánh giá vai trò của các yếu tố khí hậu và hoạt động khai thác của con người đến sự thay đổi chất lượng và trữ lượng nước. Dự báo tác động của biến đổi khí hậu và nước biển dâng đến tầng chứa nước Holocen và Pleistocen, từ đó đề xuất các giải pháp bảo vệ và sử dụng hợp lý nguồn tài nguyên nước dưới đất.

III. Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng nhiều phương pháp khác nhau để đánh giá tác động của biến đổi khí hậu và nước biển dâng. Phương pháp tiếp cận lý thuyết giúp xây dựng cơ sở cho nghiên cứu. Phương pháp khảo sát thực địa được áp dụng để thu thập dữ liệu về cấu trúc địa chất và chất lượng nước. Các mô hình số như MODFLOW và SEAWAT được sử dụng để mô phỏng sự biến đổi của nguồn nước dưới đất theo thời gian. Phương pháp thống kê cũng được áp dụng để phân tích dữ liệu thu thập được.

IV. Kết quả nghiên cứu

Kết quả nghiên cứu cho thấy biến đổi khí hậu và nước biển dâng có ảnh hưởng lớn đến nguồn nước dưới đất tại Thái Bình. Tầng chứa nước Holocen chịu ảnh hưởng trực tiếp từ nước mưa và nước sông, trong khi tầng chứa nước Pleistocen chủ yếu bị tác động bởi hoạt động khai thác nước. Dự báo cho thấy diện tích vùng nước ngọt sẽ bị thu hẹp trong tương lai, đặc biệt là trong kịch bản phát thải cao. Nghiên cứu cũng đã xác định được các khu vực có nguy cơ cao về nhiễm mặn, từ đó đề xuất các giải pháp quản lý và bảo vệ nguồn tài nguyên nước.

V. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Nghiên cứu không chỉ cung cấp cái nhìn sâu sắc về tác động của biến đổi khí hậu và nước biển dâng đến nguồn nước dưới đất mà còn có ý nghĩa thực tiễn trong việc xây dựng các chính sách quản lý tài nguyên nước. Kết quả nghiên cứu có thể được áp dụng để phát triển các chiến lược bảo vệ môi trường và khai thác tài nguyên nước một cách bền vững. Việc đánh giá chính xác ranh giới mặn - nhạt cũng giúp cải thiện quy hoạch sử dụng đất và tài nguyên nước tại Thái Bình.

Nội dung chính

Tổng quan luận án

Tỉnh Thái Bình là một tỉnh ven biển thuộc đồng bằng châu thổ sông Hồng, tiếp giáp hành lang kinh tế Hà Nội - Hải Phòng - Quảng Ninh, sở hữu hệ thống sông biển bao bọc với chiều dài bờ biển trên 50 km. Dù có nhiều lợi thế tự nhiên cho sản xuất nông nghiệp, tài nguyên nước nhạt dưới đất tại đây có trữ lượng hạn chế và đặc điểm thủy địa hóa phức tạp do vị trí cận biển. Sự phân bố đan xen không theo quy luật giữa các khối nước mặn và nước nhạt gây nhiều trở ngại cho hoạt động khai thác, sử dụng. Áp lực phát triển kinh tế - xã hội cùng các tác động của biến đổi khí hậu và nước biển dâng (gia tăng tần suất bão, nước biển xâm nhập sâu, mặn hóa nước mặt và nước dưới đất) đang làm gia tăng hiện tượng nhiễm mặn, nhiễm bẩn các tầng chứa nước.

Khoảng trống nghiên cứu được chỉ ra là: các nghiên cứu trước đây tại khu vực thường chỉ tiếp cận đơn lẻ, đánh giá tĩnh hoặc giải tích cục bộ cho từng tầng chứa nước riêng biệt (chủ yếu là tầng Pleistocen) hoặc giới hạn trong phạm vi một vài xã ven biển (như huyện Thái Thụy), chưa đánh giá tổng thể mối quan hệ thủy lực giữa nước mưa, nước sông - biển với nước dưới đất và chưa áp dụng mô hình số ba chiều để dự báo biến động ranh giới mặn - nhạt đồng thời trên cả hai tầng chứa nước chính (Holocen và Pleistocen) dưới các kịch bản biến đổi khí hậu kết hợp hiện trạng đê điều và khai thác.

Luận án xác định 03 mục tiêu nghiên cứu cụ thể:

1. Phân vùng cấu trúc địa chất thủy văn và mối quan hệ giữa các tầng chứa nước với các yếu tố khí hậu, nước biển và hiện trạng khai thác;
2. Đánh giá vai trò của khí hậu, nước biển dâng và hoạt động khai thác của con người đến sự thay đổi chất lượng và trữ lượng nước dưới đất khu vực nghiên cứu;
3. Dự báo tác động của biến đổi khí hậu và nước biển dâng theo các kịch bản trong tương lai đến tầng chứa nước Holocen và Pleistocen, từ đó tính toán trữ lượng nước nhạt của các tầng chứa nước khu vực nghiên cứu; đề xuất các giải pháp bảo vệ, khai thác và sử dụng hợp lý nguồn tài nguyên nước dưới đất.

• Đối tượng nghiên cứu: Nước dưới đất tầng chứa nước Holocen và Pleistocen tỉnh Thái Bình trước tác động của biến đổi khí hậu và nước biển dâng.
• Phạm vi nghiên cứu: Diện phân bố nước nhạt trong tầng chứa nước Holocen và Pleistocen trên địa bàn toàn tỉnh Thái Bình.

Nội dung nghiên cứu bao gồm 06 nhiệm vụ trọng tâm:

1. Làm rõ cấu trúc địa chất, địa chất thủy văn, nguồn gốc hình thành vùng nước nhạt và mối quan hệ thủy lực giữa các tầng chứa nước;
2. Phân tích quá trình hình thành các tầng chứa nước chính và sự phân bố mặn - nhạt làm cơ sở đánh giá tác động của nước biển dâng, lượng mưa và bốc hơi đến dịch chuyển ranh giới mặn - nhạt;
3. Xác lập phương trình tương quan biểu diễn quan hệ thủy lực giữa nước dưới đất với nước mưa, nước sông và nước biển; tính toán lượng bổ cập và thất thoát do khai thác;
4. Phân vùng chịu ảnh hưởng của nước mưa, nước mặt đến sự thay đổi trữ lượng và chất lượng nước dưới đất;
5. Ứng dụng mô hình số ba chiều SEAWAT (trong môi trường Visual MODFLOW/GMS) để mô phỏng sự biến đổi ranh giới mặn - nhạt và trữ lượng nước nhạt theo thời gian;
6. Phân vùng cảnh báo nguy cơ nhiễm mặn và đề xuất giải pháp quản lý, khai thác, bảo vệ tài nguyên nước dưới đất.

---

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Tổng quan nghiên cứu quốc tế ghi nhận sự phát triển của các công trình đánh giá tác động của biến đổi khí hậu và nước biển dâng đến nước dưới đất từ cuối thế kỷ XX đến nay:

• Sherif và Singh (1999) sử dụng mô hình FEFLOW đánh giá xâm nhập mặn tại Ai Cập và Ấn Độ, chỉ ra khi mực nước biển dâng 50 cm, ranh giới mặn ở đồng bằng sông Nil dịch chuyển sâu hơn 9 km, trong khi ở vịnh Bengal chỉ dịch chuyển 0,4 km.
• Ghosh Bobba (2002) dùng mô hình phần tử hữu hạn hai chiều SUTRA mô phỏng xâm nhập mặn tại đồng bằng Godavari (Ấn Độ) với kịch bản nước biển dâng 50 cm và lưu lượng khai thác 700 - 2.000 m³/ng.
• N. Mzila và E. B. Shuy (2003) sử dụng mô hình dòng ba chiều FEMWATER mô phỏng dao động mực nước và nồng độ Clo tại dải ven biển Singapore dưới ảnh hưởng của thủy triều và mưa bổ cập.
• Allen và cộng sự (2004) áp dụng MODFLOW tại Grand Forks (Anh), xác định mực nước sông Kettle và Granby có ảnh hưởng lớn hơn sự thay đổi lượng bổ cập.
• Dough Weatherill (2005) dùng mô hình FEFLOW đánh giá vai trò của khai thác nước kết hợp biến đổi khí hậu tại vùng ven biển New South Wales (Úc).
• Dausman và Langevin (2005) kết hợp MODFLOW với phần mềm SEAWAT tại hạt Broward (Florida, Mỹ), chứng minh mực nước biển tăng trên 48 cm trong 100 năm sẽ gây xâm nhập Clorua sâu vào các tầng chứa nước.
• Melloul và Collin (2006) dùng SEAWAT tại vùng ven biển Israel, dự báo mực nước biển dâng 0,5 m làm mất 77% nước nhạt do dịch chuyển ngang và giảm 23% trữ lượng tầng chứa nước trên mặt.
• Holman (2006) tích hợp các kịch bản sử dụng đất và lũ lụt tại Đông Anglia (Anh); Hiscock và Tanaka (2006) sử dụng mô hình MODFLOW/MT3D dự báo lượng bổ cập giảm 40 - 60% đến năm 2080 tại Mỹ và Anh; Priyantha Ranjan và cộng sự (2006) dùng mô hình CROPWAT tính toán cân bằng nước cho 5 khu vực trên thế giới.
• Giambastiani và cộng sự (2007) dùng MOCDENS3D và MODFLOW mô phỏng nhiễm mặn tầng không áp tại Ravenna (Ý), dự báo mặn lấn sâu 800 m.
• Werner và Simmons (2009) phát triển mô hình khái niệm trạng thái ổn định cho giao diện mặn - nhạt; Loaiciga và cộng sự (2009) dùng FEFLOW tại hạt Monterey (California, Mỹ); Nyenje và Batelaan (2009) dùng mô hình WETSPA tại Uganda dự báo bổ cập tăng 20 - 100% theo các kịch bản phát thải.
• Van Baaren và De Louw tại Hà Lan áp dụng MODFLOW đánh giá tầng Holocen trong phạm vi 10 km bờ biển; Webb và Howard (2011) dùng SEAWAT phân tích độ lỗ rỗng; Sun Woo Chang và cộng sự (2011) mô phỏng tầng chứa nước tại thung lũng Pioneer (Úc); Rasmussen và cộng sự đánh giá ảnh hưởng của hệ thống kênh dẫn nước tại đảo Falster (Đức); Samrit Luoma và Jarkko Okkonen (2014) dùng SEAWAT mô phỏng lượng bổ cập và dịch chuyển Clo tại Hanko (Nam Phần Lan).

Tại Việt Nam, các nghiên cứu xâm nhập mặn nước dưới đất phát triển qua các giai đoạn:

• TS. Đặng Đình Phúc (1997, 2000) dùng mô hình một chiều và giải tích dự báo tại Cẩm Giàng (Hải Dương) và Hải Hậu - Giao Thủy (Nam Định).
• TS. Phạm Quý Nhân và TS. Đỗ Trọng Sự xây dựng mô hình dòng chảy và dịch chuyển chất tan tại Nghĩa Hưng - Hải Hậu; TS. Nguyễn Văn Lâm xác định ranh giới mặn - nhạt tại Hải Triều, Tiên Lữ (Hưng Yên).
• Nguyễn Sơn (2007, 2010) sử dụng Visual MODFLOW 2.2 kết hợp MT3D dự báo xâm nhập mặn lưu vực sông Nhuệ - Đáy đến năm 2020 và dải ven biển Quảng Bình.
• TS. Nguyễn Như Trung (2007) phối hợp thăm dò điện trở và mô hình số tại Hải Phòng; Viện Khoa học Khí tượng Thủy văn và Môi trường (2009, 2011) và TS. Trần Thanh Xuân đánh giá tác động biến đổi khí hậu đến tài nguyên nước mặt; TS. Đỗ Huy Cường (2012) nghiên cứu tai biến môi trường lưu vực sông Hồng.
• TS. Nguyễn Văn Hoàng (2012) bước đầu mô phỏng thời gian xâm nhập mặn vào công trình khai thác tầng Pleistocen tại xã Thái Xuyên, Thụy Trường, Thụy An (Thái Thụy, Thái Bình); Khương Văn Hải (2012) dùng GMS/MODFLOW dự báo trữ lượng nước đảo Phú Quý theo kịch bản B2 và A2; TS. Bùi Trần Vượng (2013) nghiên cứu đồng bằng sông Cửu Long; TS. Trịnh Hoài Thu (2014) dùng Visual MODFLOW và GMS mô phỏng hạ thấp mực nước tầng Pleistocen do khai thác ở ven biển đồng bằng sông Hồng.
• PGS.TS. Nguyễn Văn Lâm (2015) nghiên cứu địa chất thủy văn dải ven biển Bắc Bộ, dự báo diện tích mặn tầng Holocen và Pleistocen tăng đến năm 2100; TS. Nguyễn Thị Hạ (2016) áp dụng phương pháp GALDIT và mô hình SEAWAT tại Hậu Lộc (Thanh Hóa) và Tân Thành (Bà Rịa - Vũng Tàu).

Khoảng trống luận án lựa chọn giải quyết là: Xây dựng một phương pháp luận tổng hợp kết hợp khảo sát thực địa chi tiết (TDS, thí nghiệm thấm, quan trắc tự động theo triều) với mô hình số ba chiều SEAWAT để mô phỏng tương tác động giữa khí hậu (mưa, bốc hơi), thủy văn sông - biển (triều, dâng mực nước), hệ thống đê điều và chế độ khai thác đến sự dịch chuyển ranh giới mặn - nhạt và biến động trữ lượng nước nhạt của cả hai tầng chứa nước Holocen ($qh$) và Pleistocen ($qp$) trên toàn lãnh thổ tỉnh Thái Bình.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Luận án dựa trên cơ sở lý thuyết địa chất thủy văn, thủy địa hóa, thủy động lực học công trình ngầm và lý thuyết dòng chảy mật độ biến đổi (density-dependent groundwater flow and solute transport) mô tả quá trình lan truyền mặn qua phương trình khuếch tán - đối lưu. Lịch sử tiến hóa trầm tích Đệ tứ với 5 chu kỳ biển tiến - biển thoái được sử dụng làm cơ sở phân chia các đơn vị địa chất thủy văn.

Phương pháp nghiên cứu thực tế bao gồm 06 nhóm phương pháp:

1. Thu thập và chỉnh lý tài liệu: Tổng hợp dữ liệu địa hình, địa chất, địa chất công trình từ hơn 100 lỗ khoan trên toàn tỉnh theo tuyến vuông góc và song song với bờ biển; số liệu quan trắc mực nước, chất lượng nước tại 08 lỗ khoan quốc gia; 50 mẫu thí nghiệm từ Viện Địa lý và Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Thái Bình; chuỗi số liệu khí tượng thủy văn từ năm 1960 đến 2014 (nhiệt độ, mưa, bốc hơi, độ ẩm, mực nước biển Hòn Dấu, mực nước trạm Ba Lạt, Định Cư, Triều Dương); kịch bản biến đổi khí hậu của Bộ Tài nguyên và Môi trường; hiện trạng và quy hoạch sử dụng đất đến năm 2030.
2. Kế thừa và chuyên gia: Tiếp thu các kết quả nghiên cứu trong nước, quốc tế và tham vấn các nhà khoa học chuyên ngành địa chất thủy văn.
3. Khảo sát thực địa và thí nghiệm hiện trường/trong phòng:
   • Khảo sát đo đạc tại hơn 200 điểm trên toàn tỉnh, lấy và phân tích 60 mẫu nước tại phòng thí nghiệm Liên đoàn Quy hoạch và Điều tra Tài nguyên nước miền Bắc nhằm xác định tổng chất rắn hòa tan (TDS) và nồng độ ion $Cl^-$, hiệu chỉnh ranh giới mặn - nhạt.
   • Tiến hành thí nghiệm đổ nước hố đào tại 20 điểm trên bề mặt kết hợp phân tích 35 mẫu thạch học trong phòng để xác định hệ số thấm và lập bản đồ phân vùng tính thấm tầng Holocen.
   • Thiết lập 02 tuyến quan trắc mực nước dưới đất tự động vuông góc với bờ biển tại 20 điểm thuộc huyện Thái Thụy và Tiền Hải (khoảng cách 1,5 - 3,0 km so với bờ), đo liên tục với tần suất 1 giờ/lần trong vòng 1 tháng (11/01/2015 - 15/02/2015) theo chu kỳ triều, kết hợp tài liệu quan trắc các lỗ khoan sâu nội địa Q155, Q156, Q158, Q159.
4. Phương pháp thống kê: Xử lý chuỗi số liệu khí tượng, thủy văn và địa chất thủy văn, thiết lập phương trình tương quan tuyến tính giữa mực nước dưới đất với mực nước sông, biển và lượng mưa.
5. Phương pháp thủy địa hóa và thủy động lực: Xác định nguồn gốc nước (phân tích đồng vị Triti $^3H$, Cacbon $^{14}C$), tính chất hóa học, gradien thủy lực và các thông số di chuyển vật chất.
6. Phương pháp mô hình hóa số: Ứng dụng hệ thống phần mềm GMS, Visual MODFLOW và module SEAWAT để thiết lập mô hình dòng chảy ba chiều và mô phỏng dịch chuyển khối mặn - nhạt cho 2 tầng chứa nước $qh$ và $qp$.

Tầng chứa nước / Lớp thấm nước yếu	Ký hiệu phân vị	Bề dày (m)	Hệ số thấm $K$ (m/ng)	Hệ số nhả nước ($\mu$) / đàn hồi ($\mu^*$)	Độ khoáng hóa / Loại hình hóa học
TCN Holocen trên	$qh_2$ ($Q_{2}^{3}tb$)	5 - 25	1,49	$\mu = 0,1238$	Mặn - nhạt xen kẽ; $M_d = 8,6927$ l/s; $^{3}H = 11,5 \pm 1,0$ TU
Lớp thấm nước yếu Holocen giữa	$mQ_{2}^{1-2}hh_2$	1,5 - 20 (TB 13,5)	Rất nhỏ	-	Trầm tích hạt mịn, sét, sét bột pha cát xám xanh
TCN Holocen dưới	$qh_1$ ($Q_{2}^{1-2}hh_1$)	3,0 - 18,5 (TB 14,2)	0,61 - 1,29	$\mu = 0,1188$	Nước lợ - mặn ($M$ đạt tới 27,42 g/l tại Tiền Hải); loại Clorua Natri - Magie
Lớp thấm nước yếu Pleistocen giữa	$Q_{1}^{2}vp_2$	1,7 - 25	Rất nhỏ	-	Sét, sét bột; xuất hiện cửa sổ ĐCTV tại LK 2B, LK 22, LK 711
TCN Pleistocen	$qp$ ($Q_{1}^{2}vp_1, Q_1hn, Q_1lc$)	15 - 127 (TB 57)	22,0	$\mu = 0,182$; $\mu^* = 0,0069$	Nước nhạt ở phía Bắc, nhiễm mặn về phía Nam và ven biển; nước có áp
Lớp thấm nước yếu Neogen	Hệ tầng Lệ Chi	TB 15,8	Rất nhỏ	-	Cát, bột sét cách ly Đệ tứ và Neogen
TCN khe nứt - lỗ hổng Neogen	$N_2vb, N_{1}^{3}th$	Lớn	3,05 - 16,23	$\mu = 0,143$; $Km = 105 - 432$ m²/ng	Nước nhạt đến lợ ($M = 0,38 - 20,18$ g/l); Bicacbonat, Clorua - Natri

---

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan các nghiên cứu ảnh hưởng của Biến đổi khí hậu và nước biển dâng đến nước dưới đất

Chương này hệ thống hóa các cơ sở lý luận và thực tiễn về mối quan hệ giữa biến đổi khí hậu, nước biển dâng và tài nguyên nước dưới đất trên phạm vi toàn cầu và tại Việt Nam. Tác giả phân tích các phương pháp tiếp cận từ mô hình giải tích một chiều, mô hình phần tử hữu hạn hai chiều (SUTRA, FEMWATER) đến mô hình sai phân hữu hạn ba chiều mật độ biến đổi (MODFLOW, SEAWAT, FEFLOW, MOCDENS3D). Đánh giá tổng quan khẳng định tính phức tạp của bài toán xâm nhập mặn ven biển, đòi hỏi phải tích hợp đồng bộ giữa cấu trúc địa chất thủy văn thực tế, đặc trưng thấm của đất đá, dữ liệu quan trắc khí tượng - thủy hải văn thực tế và các kịch bản phát thải khí nhà kính nhằm phục vụ dự báo chính xác diễn biến dịch chuyển ranh giới mặn - nhạt.

Chương 2: Đặc điểm địa chất, địa chất thủy văn và kịch bản biến đổi khí hậu, nước biển dâng tỉnh Thái Bình

Chương 2 trình bày chi tiết về lịch sử tiến hóa địa chất, cấu trúc trầm tích và đặc điểm các đơn vị địa chất thủy văn tỉnh Thái Bình:

• Địa tầng và trầm tích: 5 phức hệ trầm tích Đệ tứ tương ứng với 5 chu kỳ biển tiến - biển thoái. Tầng chứa nước Pleistocen ($qp$) hình thành trong pha biển thoái Pleistocen giữa - muộn, gồm hệ tầng Lệ Chi ($Q_1lc$, tuổi >1 triệu năm, cuội sỏi >65%, cát 25%), hệ tầng Hà Nội ($Q_1hn$, tuổi gần 800.000 năm, cuội sạn sỏi >70%, cát 25%, giàu nước nhạt) và hệ tầng Vĩnh Phúc ($Q_{1}^{2}vp_1$, tuổi khoảng 100.000 năm, cát 70%, sạn sỏi 10%, bề dày 5 - 15 m, chất lượng nước kém hơn). Trầm tích Pleistocen ở phía Bắc có tuổi trẻ hơn (20.000 năm) so với phía Nam và ven biển (40.000 năm) do hoạt động xói sâu, bóc mòn và dòng chảy cổ của sông Hồng, sông Luộc, sông Trà Lý đẩy nước mặn ra xa, kết hợp ảnh hưởng đứt gãy Vĩnh Ninh đưa nước nhạt từ Neogen lên. Tầng chứa nước Holocen gồm phân tầng dưới $qh_1$ ($Q_{2}^{1-2}hh_1$, 10.000 năm BP, tuổi đồng vị $^{14}C$ từ 7.000 - 8.000 năm, nước mặn) và phân tầng trên $qh_2$ ($Q_{2}^{3}tb$, cát bột, dày 4 - 15 m, mặn - nhạt xen kẽ).
• Khí tượng và thủy văn: Nhiệt độ trung bình năm tăng nhẹ từ 23,0°C (những năm 1960) lên 23,4°C giai đoạn gần đây (cực đại 24,2°C năm 1987, 2003; cực tiểu 22,6°C năm 2011). Độ bốc hơi trung bình năm giai đoạn 1974 - 1993 đạt 983 mm và giảm còn 842,1 mm từ sau năm 1995. Lượng mưa trung bình 50 năm giảm 7%, nhưng từ năm 1995 đến nay có xu hướng tăng 0,9 - 1,0%/năm. Mực nước biển tại trạm Hòn Dấu từ năm 1960 đến 2014 tăng khoảng 30 cm (từ -23 cm lên +6 cm). Mực nước sông Hồng (trạm Ba Lạt) và sông Trà Lý (trạm Định Cư) từ năm 1995 đến nay tăng 20 - 30 cm, riêng trạm Triều Dương trên sông Luộc có xu hướng giảm nhẹ do khai thác thượng nguồn. Hệ thống đê biển gồm 4 tuyến (số 5, 6, 7, 8) dài 71,4 km với cao trình 4,6 - 5,5 m đóng vai trò quan trọng ngăn mặn xâm nhập trực tiếp.

Chương 3: Nghiên cứu ảnh hưởng của khí hậu, thủy hải văn và hoạt động khai thác đến nước dưới đất tỉnh Thái Bình

Chương 3 tập trung phân tích định lượng các mối quan hệ tương hỗ giữa yếu tố tự nhiên, nhân sinh với động thái nước dưới đất:

• Tầng chứa nước Holocen ($qh$) có quan hệ thủy lực trực tiếp với nước mưa và nước sông - biển. Nước sông, biển tác động tuyến tính đến mực nước và chất lượng tầng $qh$ trong dải cách đường bờ từ 1,5 đến 3,0 km; càng vào sâu lục địa tác động giảm dần. Lượng mưa bổ cập trung bình cho tầng $qh$ đạt khoảng 0,0003 m/ng, thực hiện vai trò rửa mặn tự nhiên, làm diện tích nhiễm mặn tầng $qh$ trên toàn tỉnh năm 2014 thu hẹp khoảng 180 km² so với bản đồ năm 1996 của Lại Đức Hùng.
• Tầng chứa nước Pleistocen ($qp$) hầu như không nhận bổ cập trực tiếp từ nước mưa mà chịu ảnh hưởng từ quá trình thấm xuyên từ tầng $qh$ xuống qua các cửa sổ địa chất thủy văn với lượng thấm trung bình tính toán đạt 2,03 m³/ng/km². Tầng $qp$ chịu ảnh hưởng gián tiếp của dao động triều sông, biển qua hiện tượng truyền áp trong dải từ 1,5 đến 2,0 km tính từ đường bờ. Nhân tố chi phối chính đến sự biến đổi trữ lượng và mở rộng ranh giới mặn tầng $qp$ là hoạt động khai thác nước dưới đất của con người.

Chương 4: Dự báo ảnh hưởng của biến đổi khí hậu và nước biển dâng đến nước dưới đất tỉnh Thái Bình

Chương 4 trình bày kết quả ứng dụng mô hình SEAWAT mô phỏng các kịch bản phát thải khí nhà kính và giải pháp công trình đến năm 2100:

• Theo kịch bản phát thải cao A2 đến năm 2100, dưới tác động của nước biển dâng và biến đổi lượng mưa, diện tích vùng nước nhạt tầng Holocen ($qh$) bị thu hẹp khoảng 109,7 km² trong điều kiện duy trì hệ thống đê biển hiện tại. Khi thực hiện giải pháp nâng cấp đồng bộ hệ thống đê biển, diện tích nước nhạt tầng $qh$ bị thu hẹp giảm xuống còn 42,9 km².
• Đối với tầng Pleistocen ($qp$), biến đổi khí hậu và nước biển dâng ít gây tác động trực tiếp; yếu tố khai thác nước ngầm là nguyên nhân chính khiến diện tích vùng nước nhạt bị thu hẹp khoảng 25 km² tính đến năm 2100, tập trung chủ yếu tại các khu vực khai thác tập trung ở phía Bắc tỉnh.
• Trên cơ sở mô phỏng trữ lượng nước nhạt dự báo, luận án xây dựng bản đồ phân vùng rủi ro nhiễm mặn và đề xuất quy hoạch khai thác phân tầng, phân vùng phù hợp cho từng địa bàn cấp huyện.

---

Kết quả và những đóng góp mới

Luận án bảo vệ thành công 02 luận điểm khoa học:

• Luận điểm 1: Tầng chứa nước Holocen chịu ảnh hưởng trực tiếp bởi nước mưa và nước sông, biển trong phạm vi 1,5 đến 3,0 km so với đường bờ với quan hệ tuyến tính. Lượng mưa tăng với lượng bổ cập trung bình khoảng 0,0003 m/ng đã góp phần rửa mặn nước dưới đất với diện tích mặn thu hẹp khoảng 180 km² so với năm 1996. Tầng chứa nước Pleistocen không chịu ảnh hưởng của nước mưa mà chịu tác động trực tiếp của hoạt động khai thác nước dưới đất và một phần của quá trình thấm xuyên từ tầng $qh$ xuống với lượng thấm trung bình khoảng 2,03 m³/ng/km²; tầng $qp$ chỉ chịu ảnh hưởng của nước sông, biển trong phạm vi 1,5 đến 2,0 km qua con đường truyền áp.
• Luận điểm 2: Biến đổi khí hậu và nước biển dâng ảnh hưởng trực tiếp đến tầng chứa nước Holocen. Tùy theo đặc trưng tầng chứa nước, hiện trạng sử dụng đất và đê điều, diện tích vùng nước nhạt tầng $qh$ tính đến năm 2100 theo kịch bản phát thải A2 bị thu hẹp khoảng 109,7 km² (trường hợp đê biển hiện tại) và 42,9 km² (khi nâng cấp đê biển). Tầng chứa nước $qp$ ít chịu ảnh hưởng của biến đổi khí hậu và nước biển dâng mà chủ yếu chịu tác động của khai thác, làm thu hẹp khoảng 25 km² diện tích nước nhạt ở khu vực phía Bắc tỉnh.

Những điểm mới chính của luận án:

1. Chính xác hóa bản đồ ranh giới mặn - nhạt nước dưới đất toàn tỉnh Thái Bình dựa trên kết quả khảo sát thực địa (>200 điểm), đo đạc và phân tích hóa học nước; chứng minh diện tích nước mặn tầng $qh$ năm 2014 đã thu hẹp khoảng 180 km² so với công bố năm 1996 của tác giả Lại Đức Hùng nhờ quá trình rửa mặn của nước mưa.
2. Phân vùng chi tiết các khu vực chịu ảnh hưởng của khí hậu, sông - biển và thiết lập hệ phương trình tương quan tuyến tính định lượng quan hệ giữa mực nước dưới đất với biến động khí tượng thủy hải văn cho từng tầng chứa nước ($qh$ trong phạm vi 1,5 - 3,0 km; $qp$ truyền áp trong phạm vi 1,5 - 2,0 km).
3. Ứng dụng thành công mô hình dòng chảy ba chiều SEAWAT tích hợp đồng thời các thông số địa chất thủy văn thực nghiệm, kịch bản biến đổi khí hậu, nước biển dâng, hiện trạng đê biển và chế độ khai thác; định lượng diện tích suy giảm nước nhạt đến năm 2100 và tính toán trữ lượng khai thác tiềm năng cho hai tầng chứa nước $qh$ và $qp$.

Kiến nghị và giải pháp đề xuất:

• Cần thực hiện quy hoạch khai thác phân vùng: hạn chế gia tăng công suất khai thác tầng $qp$ tại dải phía Bắc nhằm tránh sụt giảm mực nước gây dịch chuyển ranh giới mặn;
• Nâng cấp, kiên cố hóa 71,4 km của 4 tuyến đê biển (số 5, 6, 7, 8) đạt cao trình thiết kế trên 4,6 - 5,5 m nhằm giảm thiểu 66,8 km² diện tích nhiễm mặn tầng $qh$ (từ mất 109,7 km² xuống 42,9 km²);
• Xây dựng mạng lưới quan trắc tự động liên tục động thái mực nước và độ mặn tại các khu vực ranh giới nhạy cảm ven biển và các cửa sổ địa chất thủy văn.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

• Hạn chế: Phạm vi nghiên cứu của luận án tập trung chính vào hai tầng chứa nước Đệ tứ là Holocen ($qh$) và Pleistocen ($qp$), chưa đi sâu mô phỏng số chi tiết cho tầng chứa nước khe nứt Neogen nằm ở chiều sâu lớn do hạn chế về mật độ số liệu quan trắc sâu; chuỗi số liệu quan trắc tự động liên tục theo triều mới được thực hiện tập trung tại dải ven biển trong đợt khảo sát 1 tháng (11/01/2015 - 15/02/2015); số liệu quy hoạch sử dụng đất mới tiếp cận mốc định hướng năm 2030.
• Hướng nghiên cứu tiếp: Mở rộng quan trắc tự động nhiều chu kỳ mùa trong năm; tích hợp mô phỏng liên tầng sâu bao gồm cả tầng Neogen; cập nhật mô hình theo các kịch bản biến đổi khí hậu và quy hoạch khai thác nước ngầm mới nhất của địa phương.

---

Giá trị tham khảo

Luận án là tài liệu chuyên khảo có giá trị cao cho:

• Cơ quan quản lý nhà nước: Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Thái Bình, Trung tâm Quy hoạch và Điều tra Tài nguyên nước Quốc gia trong việc lập quy hoạch tài nguyên nước, cấp phép khai thác và xây dựng kế hoạch thích ứng biến đổi khí hậu;
• Các đơn vị tư vấn và thiết kế công trình: Cung cấp thông số địa chất thủy văn thực nghiệm ($K, \mu, \mu^*$, bề dày) phục vụ thiết kế các bãi giếng cấp nước sinh hoạt, công nghiệp và tính toán kết cấu đê kè biển;
• Nghiên cứu sinh, giảng viên, học viên chuyên ngành: Cung cấp phương pháp luận và quy trình thiết lập mô hình dòng chảy ba chiều mật độ biến đổi SEAWAT kết hợp quan trắc thực nghiệm cho các vùng đồng bằng ven biển.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Phạm vi tác động trực tiếp của nước sông và nước biển đến các tầng chứa nước tỉnh Thái Bình được xác định như thế nào?
Nước sông và nước biển có quan hệ tuyến tính trực tiếp với tầng chứa nước Holocen ($qh$) trong phạm vi từ 1,5 đến 3,0 km tính từ đường bờ. Đối với tầng chứa nước Pleistocen ($qp$), tác động diễn ra gián tiếp qua con đường truyền áp trong phạm vi từ 1,5 đến 2,0 km tính từ đường bờ.

2. Sự thay đổi diện tích vùng nước mặn tầng Holocen năm 2014 so với nghiên cứu năm 1996 có đặc điểm gì nổi bật?
Kết quả khảo sát và phân tích hơn 200 điểm đo năm 2014 cho thấy diện tích vùng nước mặn tầng chứa nước Holocen ($qh$) trên toàn tỉnh đã thu hẹp khoảng 180 km² so với bản đồ năm 1996 của Lại Đức Hùng, nguyên nhân do lượng mưa gia tăng bổ cập trung bình 0,0003 m/ng gây ra quá trình rửa mặn tự nhiên.

3. Theo mô hình SEAWAT với kịch bản phát thải A2 đến năm 2100, diện tích nước nhạt tầng Holocen và Pleistocen thay đổi ra sao?
Ở tầng chứa nước Holocen ($qh$), diện tích nước nhạt bị thu hẹp 109,7 km² nếu giữ nguyên đê biển hiện tại và thu hẹp 42,9 km² nếu nâng cấp hệ thống đê biển. Ở tầng chứa nước Pleistocen ($qp$), diện tích nước nhạt bị thu hẹp khoảng 25 km² (tập trung ở phía Bắc tỉnh) và nguyên nhân chủ yếu do khai thác nước dưới đất chứ ít chịu tác động trực tiếp từ biến đổi khí hậu và nước biển dâng.

4. Vì sao chất lượng nước tầng Pleistocen ở khu vực phía Bắc tỉnh Thái Bình lại tốt hơn khu vực phía Nam và ven biển?
Do trầm tích Pleistocen phía Bắc có tuổi trẻ hơn (khoảng 20.000 năm so với 40.000 năm ở phía Nam/Thái Thụy), chịu tác động rửa trôi mạnh mẽ của dòng chảy cổ sông Hồng, sông Luộc, sông Trà Lý hướng Tây Bắc - Đông Nam đẩy nước mặn ra xa, kết hợp với hoạt động của đứt gãy Vĩnh Ninh đưa khối nước nhạt từ tầng Neogen đi lên.

5. Luận án đã sử dụng những công cụ mô hình số nào để mô phỏng và dự báo động thái nước dưới đất?
Luận án sử dụng bộ công cụ mô hình số gồm Visual MODFLOW, hệ thống GMS (Groundwater Modeling System) và module SEAWAT chuyên dụng để mô phỏng dòng chảy ba chiều và quá trình vận chuyển chất tan phụ thuộc mật độ.

---

Kết luận

Bản luận án tiến sĩ đã giải quyết trọn vẹn bài toán đánh giá và dự báo định lượng ảnh hưởng của biến đổi khí hậu, nước biển dâng và hoạt động khai thác đến tài nguyên nước dưới đất tỉnh Thái Bình. Bằng việc kết hợp chặt chẽ giữa phân tích lịch sử tiến hóa địa chất, khảo sát thực nghiệm chuyên sâu và ứng dụng mô hình số ba chiều SEAWAT, tác giả đã làm sáng tỏ cơ chế phân bố mặn - nhạt, xác lập mối quan hệ thủy lực giữa các tầng chứa nước $qh, qp$ với các yếu tố ngoại sinh. Các kết quả tính toán suy giảm diện tích nước nhạt đến năm 2100 theo kịch bản A2 là cơ sở khoa học xác đáng phục vụ công tác quy hoạch khai thác bền vững và nâng cấp công trình đê biển thích ứng với biến đổi khí hậu tại địa phương.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Tổng quan các nghiên cứu ảnh hưởng của Biến đổi khí hậu và nước biển dâng đến nước dưới đất Chương 2: Đặc điểm địa chất, địa chất thủy văn và kịch bản biến đổi khí hậu, nước biển dâng tỉnh Thái Bình Chương 3: Nghiên cứu ảnh hưởng của khí hậu, thủy hải văn và hoạt động khai thác đến nước dưới đất tỉnh Thái Bình Chương 4: Dự báo ảnh hưởng của biến đổi khí hậu và nước biển dâng đến nước dưới đất tỉnh Thái Bình Kết luận và kiến nghị Phụ lục 11 11. Lời cảm ơn Luận án được thực hiện và hoàn thành tại Bộ môn Địa chất thủy văn, Khoa Khoa học và Kỹ thuật Địa chất, trường Đại học Mỏ - Địa chất, dưới sự hướng dẫn khoa học của GS.TS Đặng Hữu Ơn (Hội Địa chất thủy văn Việt Nam) và PGS. Trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu, viết luận án, tác giả đã nhận được sự động viên tinh thần cùng sự hướng dẫn tận tình của Tiểu ban Hướng dẫn. Tác giả cũng luôn nhận được sự động viên, góp ý và giúp đỡ chuyên môn của các nhà khoa học hàng đầu trong lĩnh vực Địa chất thủy văn, các thầy cô giáo trong Bộ môn Địa chất thủy văn, tập thể cán bộ và đội ngũ khoa học của Trường Đại học Mỏ - Địa chất, Hội Địa chất thủy văn Việt Nam, Trung tâm quy hoạch và điều tra tài nguyên nước quốc gia, Liên đoàn quy hoạch và điều tra tài nguyên nước miền Bắc,.

cùng các bạn bè, đồng nghiệp trong Bộ môn Địa sinh thái và Công nghệ Môi trường, Khoa Môi trường. Đặc biệt, tác giả xin cảm ơn sâu sắc đến Ban Giám hiệu Trường Đại học Mỏ - Địa chất, lãnh đạo Khoa Khoa học và Kỹ thuật Địa chất, lãnh đạo Khoa Môi trường và Phòng Đào tạo Sau Đại học đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi để tác giả hoàn thành bản Luận án của mình. TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU VÀ NƯỚC BIỂN DÂNG ĐẾN NƯỚC DƯỚI ĐẤT Biến đổi khí hậu toàn cầu là sự thay đổi của hệ thống khí hậu gồm khí quyển, thuỷ quyển, sinh quyển, thạch quyển hiện tại và trong tương lai bởi các nguyên nhân tự nhiên và nhân tạo. Theo đánh giá của các nhà khoa học, sự gia tăng lượng khí CO2 trong khí quyển dẫn đến sự thay đổi đáng kể đặc điểm khí hậu toàn cầu và địa phương, bao gồm nhiệt độ, lượng mưa, làm tăng khả năng tan băng và mực nước biển dâng.

Biến đổi khí hậu có thể ảnh hưởng sâu sắc đến vòng tuần hoàn nước thông qua lượng mưa, bốc hơi và độ ẩm của đất khi nhiệt độ ngày càng tăng. Vòng tuần hoàn nước sẽ được tăng cường do lượng nước bốc hơi và lượng mưa ngày càng gia tăng. Những thông tin về tác động của Biến đổi khí hậu địa phương hoặc khu vực đối với các quá trình thuỷ văn và tài nguyên nước sẽ ngày càng trở nên quan trọng đặc biệt đối với những khu vực ven biển. Vì vậy, những tác động do sự nóng lên của Trái đất và Biến đổi khí hậu đòi hỏi phải được nghiên cứu một cách toàn diện trên cơ sở đa ngành.

Các nghiên cứu về Biến đổi khí hậu cùng những tác động của chúng đến môi trường và con người đã được các nhà khoa học trên thế giới tiến hành từ những năm 80 của thế kỷ XX, song những nghiên cứu về tác động của nó đến tài nguyên nước mới chỉ được đề cập vào những năm đầu của thế kỷ XXI như: Sherif and Singh (1999), Ghosh Bobba (2002), N Mzila và E B Shuy (2003), Allen et al (2004), Holman (2006), P. Rasmussen el al (2013). Nhiều công trình nghiên cứu đã được các nhà khoa học đánh giá cho các vùng cụ thể, trong đó chủ yếu nghiên cứu ảnh hưởng của biến đổi khí hậu đến các vùng cửa sông ven biển, chất lượng nước mặt, nước dưới đất cùng sự nhiễm mặn tài nguyên nước ở các vùng ven biển. Những nghiên cứu này đã giúp đánh giá, khoanh vùng có nguy cơ nhiễm mặn cao ở khu vực có đặc điểm địa chất, địa chất thủy văn khác nhau phục vụ quản lý tài nguyên nước dưới đất.

Tổng quan các nghiên cứu trên thế giới Việc nghiên cứu, đánh giá ảnh hưởng của Biến đổi khí hậu và nước biển dâng đến tài nguyên nước dưới đất đã và đang được các nhà khoa học quan tâm. 13 Các công trình nghiên cứu thời kỳ đầu thường đề cập đến sự Biến đổi khí hậu cùng với các mô hình thủy văn trên cơ sở điều tra chung về tác động của Biến đổi khí hậu đến tài nguyên nước ở các khu vực khác nhau. Những nghiên cứu này chủ yếu tập trung đánh giá ảnh hưởng của Biến đổi khí hậu như lượng mưa, lượng bốc hơi, nhiệt độ hay do hoạt động khai thác nước dưới đất quá mức của con người… Một số công trình nghiên cứu trên thế giới của các tác giả đã thực hiện, gồm: Sherif and Singh (1999) [100] đã đánh giá tác động của BĐKH tới sự xâm nhập mặn vào các tầng chứa nước ven biển. Tác giả nghiên cứu hai tầng chứa nước ven biển Ai Cập và Ấn Độ để đánh giá tác động của BĐKH tới sự xâm nhập mặn.

Trong nghiên cứu này tác giả không xem xét đến yếu tố lượng mưa mà tập trung đánh giá sự thay đổi mực nước biển, độ bốc hơi để mô phỏng biến nồng độ theo các mặt cắt ngang và dọc với mô hình FEFLOW để đánh giá sự dịch chuyển mặn vào đất liền. Kết quả dự báo cho thấy dưới tác động của biến đổi khí hậu và nước biển dâng, tầng chứa nước ở đồng bằng sông Nil (Ai Cập) dễ bị tổn thương ảnh hưởng hơn ở Ấn Độ. Cụ thể, với giả thiết mực nước biển ở Địa Trung Hải tăng 50 cm, ranh giới mặn – nhạt trong các tầng chứa nước ở đồng bằng sông Nil (Ai Cập) dịch chuyển sâu vào lục địa hơn 9 km. Còn với mực nước biển trong vịnh Bengal (Ấn Độ) tăng 50 cm, ranh giới mặn – nhạt các tầng chứa nước chỉ dịch chuyển sâu vào lục địa 0,4 km.

Ghosh Bobba (2002) [77] đã phân tích các tác động của con người và thay đổi mực nước biển tới cơ chế xâm nhập mặn ở đồng bằng Godavari, Ấn Độ theo không gian và thời gian. Quá trình xâm nhập mặn được mô phỏng bằng mô hình SUTRA. Đây là mô hình phần tử hữu hạn hai chiều được sử dụng để đánh giá sự chênh lệch nồng độ giữa giao diện mặn – nhạt ở các tầng chứa nước khu vực ven biển, áp dụng đối với tầng chứa nước bão hòa và không bão hòa. Các thông số vật lý, mực nước ban đầu và các điều kiện biên của khu vực được xác định dựa vào kết quả khảo sát thực địa.

Mô hình nước dưới đất ở trạng thái ổn định được xây dựng và hiệu chỉnh dựa vào giá trị mực nước quan trắc. Các điều kiện ban đầu và điều kiện biên sau khi hiệu chỉnh mô hình được dùng để đánh giá mực nước ở trạng thái ổn 14 định. Mô hình đã dự báo được sự thay đổi phân bố mực nước áp lực dưới các điều kiện bổ cập và thoát nước cùng sự dịch chuyển vị trí biên mặn - nhạt theo mô hình với thời gian mô phỏng kéo dài 20 năm. Kết quả chỉ ra rằng xâm nhập mặn tiến vào sâu trong đất liền liên tục và đáng kể với kịch bản nước biển dâng 50 cm cùng chế độ khai thác nước từ 700 đến 2.

N Mzila và E B Shuy (2003) [89] đã nghiên cứu quá trình xâm nhập mặn nước dưới đất ở những khu vực ven biển Singapore. Tác giả đã sử dụng mô hình dòng 3 chiều FEMWATER để đánh giá ảnh hưởng của biến đổi khí hậu và nước biển dâng đến tầng chứa nước bão hòa khu vực nghiên cứu. Để thực hiện nghiên cứu, tác giả đã đánh giá ảnh hưởng của dao động mực nước biển theo thủy triều đến dao động mực nước dưới đất và xác định mối quan hệ của chúng. Nghiên cứu cũng đánh giá vai trò của lượng mưa đến nước dưới đất.

Mô hình FEMWATER được sử dụng để mô phỏng sự dao động mực nước dưới đất cùng sự biến đổi nồng độ Clo với đặc trưng của tầng chứa nước (vận tốc dòng chảy, độ nhớt của nước, sự chênh lệch nồng độ giữa nước mặn - nước nhạt), lượng nước mưa, mực nước biển và nồng độ Clo bổ cập cho tầng chứa nước. Kết quả dự báo mô hình cho thấy mức độ xâm nhập mặn tỷ lệ nghịch với với lượng mưa bổ cập, mực nước dưới đất gia tăng cùng với sự dâng cao mực nước biển và làm giảm quá trình xâm nhập mặn. Đây cũng là cơ sở để đánh giá ảnh hưởng của Biến đổi khí hậu và nước biển dâng đến chất lượng và trữ lượng nước dưới đất. Allen et al (2004) [68] sử dụng mô hình MODFLOW để mô phỏng sự thay đổi của tầng chứa nước không áp ở Grand Forks, phía Nam nước Anh do những thay đổi của lượng bổ cập và mực nước sông theo những giả thiết về biến đổi khí hậu của vùng này.

Kết quả chỉ ra rằng những thay đổi lượng bổ cập của tầng chứa nước trong mô hình trạng thái ổn định dưới các kịch bản BĐKH khác nhau có tác động nhỏ hơn tác động thay đổi cao độ mực nước trong các sông Kettle và Granby. Tất cả các mô phỏng đều chỉ ra mực nước và hướng dòng chảy nước dưới đất chỉ thay đổi rất nhỏ. Mô phỏng lượng bổ cập cao và thấp chỉ ra mực nước lần lượt tăng khoảng + 0,05 m hoặc giảm khoảng - 0,025 m. Khi tăng độ cao mực nước sông cao 15 hơn mực nước cực đại 20 và 50 %, mực nước dưới đất tăng (2,72  3,45) m.

Khi giảm độ cao mực nước sông thấp hơn mực nước sông cực tiểu 20 và 50 % mực nước dưới đất giảm (- 0,48  - 2,10) m. Dough Weatherill (2005) [75] đi sâu đánh giá ảnh hưởng của Biến đổi khí hậu và nước biển dâng đồng thời đề cập đến vai trò của hoạt động khai thác nước dưới đất đến sự thay đổi chất lượng, trữ lượng nước tầng chứa nước bão hòa và không bão hòa vùng ven biển New South Wales. Tác giả đã nghiên cứu đánh giá trữ lượng, chất lượng của tầng chứa nước nằm ở phía Bắc Stockton, Tây Bắc Tilligerry Creek và Đông Nam biển Tasman cùng vai trò của thực vật với bộ rễ sâu sẽ thay đổi chất lượng và trữ lượng của chúng. Tác giả đã đánh giá lượng bổ cập cho tầng chứa nước từ lượng mưa trung bình hàng năm 1.124 mm cùng dòng mặt từ cửa sông và đại dương.