Luận văn thạc sĩ: Dự báo trữ lượng nước ngầm khu vực Hà Tĩnh theo kịch bản biến đổi khí hậu

Luận văn thạc sĩ HUS nghiên cứu ứng dụng mô hình GMS để dự tính trữ lượng nước ngầm tại Hà Tĩnh dưới các kịch bản biến đổi khí hậu.

• Tác giả: Đặng Linh Chi
• Người hướng dẫn: Ts. Nguyễn Quang Hưng
• Trường học: Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên
• Chuyên ngành: Thủy văn học
• Đề tài: Ứng Dụng Mô Hình Gms Dự Tính Trữ Lượng Nước Ngầm Khu Vực Đồng Bằng Tỉnh Hà Tĩnh Theo Các Kịch Bản Biến Đổi Khí Hậu
• Loại tài liệu: Luận Văn Thạc Sĩ Khoa Học
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: Tổng quan các nghiên cứu và phương pháp nghiên cứu nước ngầm
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÔ HÌNH
• 3. CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG MÔ HÌNH GMS ĐỂ DỰ TÍNH TRỮ LƯỢNG NƯỚC NGẦM KHU VỰC ĐỒNG BẰNG VEN BIỂN HÀ TĨNH THEO CÁC KỊCH BẢN BĐKH
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về dự báo trữ lượng nước ngầm tại Hà Tĩnh

Việt Nam, với nguồn tài nguyên nước phong phú, đang đối mặt với nhiều thách thức trong việc quản lý và bảo vệ tài nguyên nước ngầm. Hà Tĩnh, một tỉnh ven biển, đặc biệt chịu ảnh hưởng của biến đổi khí hậu và nước biển dâng. Việc dự báo trữ lượng nước ngầm là cần thiết để đảm bảo nguồn nước cho sinh hoạt và sản xuất. Nghiên cứu này sẽ sử dụng mô hình GMS để đánh giá trữ lượng nước ngầm tại khu vực đồng bằng Hà Tĩnh.

1.1. Tình hình tài nguyên nước ngầm tại Hà Tĩnh

Hà Tĩnh có trữ lượng nước ngầm phong phú, nhưng đang bị suy giảm do khai thác không bền vững. Nguồn nước ngầm chủ yếu được khai thác từ các tầng chứa nước Holocen và Pleistocen. Việc quản lý tài nguyên nước ngầm là rất quan trọng để đảm bảo cung cấp nước cho dân sinh và sản xuất.

1.2. Tác động của biến đổi khí hậu đến nước ngầm

Biến đổi khí hậu đang gây ra nhiều tác động tiêu cực đến tài nguyên nước ngầm tại Hà Tĩnh. Sự gia tăng nhiệt độ và thay đổi lượng mưa làm thay đổi động thái nước ngầm, dẫn đến tình trạng xâm nhập mặn và suy giảm chất lượng nước.

II. Vấn đề và thách thức trong quản lý nước ngầm tại Hà Tĩnh

Quá trình đô thị hóa và khai thác nước ngầm không có quy hoạch đã dẫn đến nhiều vấn đề nghiêm trọng. Tình trạng xâm nhập mặn và suy thoái chất lượng nước ngầm đang trở thành thách thức lớn cho Hà Tĩnh. Việc thiếu quy hoạch và quản lý hiệu quả tài nguyên nước ngầm đã dẫn đến tình trạng thiếu nước vào mùa khô.

2.1. Tình trạng xâm nhập mặn tại khu vực ven biển

Khu vực ven biển Hà Tĩnh đang phải đối mặt với tình trạng xâm nhập mặn nghiêm trọng. Diện tích đất bị nhiễm mặn ngày càng gia tăng, ảnh hưởng đến sản xuất nông nghiệp và sinh hoạt của người dân.

2.2. Thiếu hụt nguồn nước vào mùa khô

Mùa khô, nhu cầu sử dụng nước tăng cao trong khi nguồn nước ngầm lại suy giảm. Điều này dẫn đến tình trạng thiếu nước nghiêm trọng, ảnh hưởng đến đời sống và sản xuất của người dân.

III. Phương pháp dự báo trữ lượng nước ngầm hiệu quả

Nghiên cứu này áp dụng mô hình GMS để dự báo trữ lượng nước ngầm tại Hà Tĩnh. Mô hình này cho phép mô phỏng các kịch bản biến đổi khí hậu và nước biển dâng, từ đó đưa ra các dự báo chính xác về trữ lượng nước ngầm trong tương lai.

3.1. Mô hình GMS và ứng dụng trong nghiên cứu

Mô hình GMS là công cụ mạnh mẽ trong việc mô phỏng dòng chảy nước ngầm. Nó cho phép phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến trữ lượng nước ngầm, từ đó đưa ra các dự báo chính xác hơn.

3.2. Các kịch bản biến đổi khí hậu được áp dụng

Nghiên cứu sẽ áp dụng các kịch bản biến đổi khí hậu RCP4.5 và RCP8.5 để đánh giá tác động đến trữ lượng nước ngầm. Các kịch bản này giúp hiểu rõ hơn về sự thay đổi của tài nguyên nước trong tương lai.

IV. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn

Kết quả nghiên cứu cho thấy trữ lượng nước ngầm tại Hà Tĩnh sẽ giảm đáng kể dưới tác động của biến đổi khí hậu. Việc áp dụng mô hình GMS đã giúp dự báo chính xác hơn về tình hình nước ngầm trong tương lai, từ đó đưa ra các giải pháp quản lý hiệu quả.

4.1. Dự báo trữ lượng nước ngầm theo kịch bản RCP4.5

Theo kịch bản RCP4.5, trữ lượng nước ngầm tại Hà Tĩnh sẽ giảm khoảng 20% vào năm 2035. Điều này đòi hỏi các biện pháp quản lý tài nguyên nước cần được thực hiện ngay.

4.2. Ứng dụng kết quả nghiên cứu vào quản lý nước

Kết quả nghiên cứu có thể được sử dụng để xây dựng các chính sách quản lý tài nguyên nước ngầm hiệu quả hơn. Việc áp dụng các biện pháp bảo vệ và quản lý nước ngầm sẽ giúp duy trì nguồn nước cho các thế hệ sau.

V. Kết luận và hướng đi tương lai cho nghiên cứu

Nghiên cứu về dự báo trữ lượng nước ngầm tại Hà Tĩnh theo kịch bản biến đổi khí hậu là rất cần thiết. Kết quả nghiên cứu không chỉ giúp hiểu rõ hơn về tình hình nước ngầm mà còn cung cấp cơ sở cho các chính sách quản lý tài nguyên nước trong tương lai.

5.1. Tầm quan trọng của việc bảo vệ tài nguyên nước

Bảo vệ tài nguyên nước ngầm là nhiệm vụ cấp bách trong bối cảnh biến đổi khí hậu. Việc quản lý hiệu quả sẽ giúp duy trì nguồn nước cho sinh hoạt và sản xuất.

5.2. Đề xuất các giải pháp quản lý bền vững

Cần có các giải pháp quản lý bền vững tài nguyên nước ngầm, bao gồm quy hoạch khai thác hợp lý, nâng cao nhận thức cộng đồng và áp dụng công nghệ mới trong quản lý nước.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Nguồn tài nguyên nước dưới đất tại khu vực duyên hải miền Trung đang đứng trước những thách thức nghiêm trọng do tác động tiêu cực của biến đổi khí hậu và áp lực gia tăng dân số. Tỉnh Hà Tĩnh, với đường bờ biển dài hơn 137 km và diện tích thềm lục địa khoảng 18.400 km2, là một trong những địa phương chịu tổn thương nặng nề nhất bởi hiện tượng nước biển dâng và hạn hán kéo dài. Hiện nay, toàn tỉnh có hơn 114 km2 diện tích đất ven biển bị nhiễm mặn nghiêm trọng, tập trung tại khu vực cư trú của hơn 62% tổng dân số 1.266.700 người. Sự gia tăng nhiệt độ trung bình từ 0,62 độ C trong các thập kỷ qua cùng sự dâng cao của mực nước biển từ 10 cm đến 20 cm sau 10 năm đã đẩy ranh giới mặn tiến sâu vào đất liền và các dòng sông hơn 10 km.

Vấn đề cốt lõi được đặt ra là tình trạng khai thác nước ngầm tự phát thiếu quy hoạch, kết hợp cùng các hình thái thời tiết cực đoan, đã dẫn tới sự suy giảm nghiêm trọng về cả trữ lượng và chất lượng nước ngọt tầng Đệ Tứ. Mục tiêu nghiên cứu cụ thể của đề tài là ứng dụng hệ thống mô hình số trị GMS nhằm mô phỏng hiện trạng động thái dòng chảy ngầm, đánh giá ranh giới xâm nhập mặn và dự tính chi tiết biến động trữ lượng nước dưới đất cho khu vực đồng bằng ven biển Hà Tĩnh theo các kịch bản biến đổi khí hậu RCP4.5 và RCP8.5.

Phạm vi nghiên cứu trải rộng trên địa bàn 10 huyện, thị xã ven biển bao gồm Nghi Xuân, Đức Thọ, Can Lộc, thị xã Hồng Lĩnh, Lộc Hà, Thạch Hà, thành phố Hà Tĩnh, Cẩm Xuyên, Kỳ Anh và thị xã Kỳ Anh. Ý nghĩa của công trình thể hiện ở việc lượng hóa chính xác sự suy thoái nguồn nước ngọt, tạo cơ sở khoa học tin cậy giúp địa phương hoạch định chiến lược khai thác bền vững và ứng phó hiệu quả với nguy cơ mất an ninh nguồn nước trong tương lai.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng lý thuyết thủy động lực học dòng chảy trong môi trường rỗng và lý thuyết vận chuyển vật chất hòa tan dưới đất. Mô hình dòng chảy Modflow vận hành dựa trên phương trình đạo hàm riêng mô tả sự vận động ba chiều của nước dưới đất trong môi trường thấm không đồng nhất và dị hướng, liên kết chặt chẽ với phương trình cân bằng dòng chảy Boussinesq: tổng lưu lượng dòng chảy đến và chảy đi từ một phân tố thể tích bằng sự thay đổi thể tích nước chứa trong phân tố đó. Mô hình chất lượng nước MT3D được tích hợp để giải phương trình vi phân phân tán thủy động lực học, mô tả sự dịch chuyển khối lượng do dòng đối lưu cơ học và hiện tượng khuếch tán phân tử của các ion muối.

Các khái niệm then chốt được chuẩn hóa trong nghiên cứu gồm có: tầng chứa nước không áp Holocen thượng có diện tích trên 500 km2 với chiều dày trung bình 13 m; tầng chứa nước có áp Holocen hạ và Pleistocen có chiều sâu phân bố lên tới 61,7 m; hệ số nhả nước trọng lực và đàn hồi đặc trưng cho khả năng giải phóng thể tích nước khi áp lực suy giảm; cùng hệ thống ba loại điều kiện biên thủy lực chính là biên Dirichlet (mực nước xác định), biên Neumann (lưu lượng xác định) và biên Cauchy (lưu lượng phụ thuộc mực nước).

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu đầu vào của luận văn được kế thừa và thu thập đồng bộ từ các cơ quan quản lý chuyên ngành. Cỡ mẫu nghiên cứu bao gồm tập hợp 138 lỗ khoan địa chất thủy văn phân bố tại 9 huyện ven bờ biển Hà Tĩnh, kết hợp cùng chuỗi số liệu quan trắc khí tượng thủy văn 48 năm liên tục từ năm 1968 đến 2016 tại 3 trạm quan trắc tiêu biểu là Vinh, Hà Tĩnh và Kỳ Anh. Bản đồ địa hình tỉ lệ 1:10.000 cùng dữ liệu đo đạc chi tiết mạng lưới đáy sông từ dự án tư vấn kỹ thuật thủy lực lưu vực sông Rào Cái được ứng dụng làm lớp nền không gian.

Phương pháp chọn mẫu dựa trên nguyên tắc bao phủ toàn bộ các cấu trúc địa chất thủy văn chính và các tâm khai thác nước tập trung. Vùng tính toán được rời rạc hóa trên hệ tọa độ UTM-48 với góc xoay -52 độ, chia thành mạng lưới ô vuông kích thước 200 m x 200 m, cấu trúc gồm 3 tầng địa chất với tổng cộng 563.060 ô lưới tính toán. Lý do lựa chọn bộ phần mềm tích hợp GMS (Modflow kết hợp MT3D) là bởi năng lực giải bài toán thấm phức tạp và mô phỏng chính xác sự dịch chuyển ranh giới mặn - nhạt dưới tác động đa chiều của khí hậu và khai thác nhân vi.

Quá trình phân tích và hiệu chỉnh mô hình được triển khai qua hai giai đoạn chặt chẽ: giải bài toán dòng thấm ổn định để xác lập trường mực nước ban đầu, sau đó giải bài toán không ổn định với chuỗi số liệu quan trắc thực tế 36 tháng từ tháng 1/2014 đến tháng 12/2016 tại 7 giếng quan trắc thuộc 4 trạm đo chuyên dụng (tầng Holocen, Pleistocen và Neogen). Mô hình đạt độ tin cậy cao khi sai số giữa mực nước tính toán và mực nước thực đo nằm trong giới hạn cho phép của quy chuẩn ngành.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Kết quả mô phỏng và dự tính bằng mô hình GMS đã chỉ ra những xu thế biến động rõ rệt của tài nguyên nước dưới đất vùng đồng bằng ven biển Hà Tĩnh:

Thứ nhất, trữ lượng nước ngọt tại hai tầng chứa nước chủ lực là Holocen và Pleistocen suy giảm liên tục qua các thời kỳ dự báo. Dưới tác động của kịch bản phát thải trung bình RCP4.5 và kịch bản phát thải cao RCP8.5, trữ lượng nước ngọt trong giai đoạn 2016 - 2035 giảm trung bình khoảng 8% đến 14%, tiếp tục giảm mạnh từ 16% đến 22% trong giai đoạn 2046 - 2065, và có thể suy giảm trên 28% vào giai đoạn cuối thế kỷ 2080 - 2099 so với thời kỳ cơ sở.

Thứ hai, thể tích nước nhiễm mặn có sự mở rộng nhanh chóng và tỷ lệ nghịch với trữ lượng nước ngọt. Tại tầng Pleistocen, tỷ lệ gia tăng thể tích nước nhiễm mặn dao động từ 15% đến 25% trong giai đoạn 2016 - 2035 và có thể vượt ngưỡng 35% trong giai đoạn 2080 - 2099 dưới kịch bản RCP8.5. Tốc độ nhiễm mặn diễn ra nhanh nhất tại các dải đồng bằng trũng thấp thuộc huyện Thạch Hà, Cẩm Xuyên và thành phố Hà Tĩnh.

Thứ ba, ranh giới mặn - nhạt có xu hướng xâm nhập sâu vào nội đồng. Hiện trạng quan trắc ghi nhận ranh giới này đã lấn sâu vào phía đất liền khoảng 250 m tại khu vực Can Lộc, Thạch Hà, Cẩm Xuyên và 120 m tại khu vực Đức Thọ, Nghi Xuân. Khi mực nước biển dâng kết hợp với sụt giảm áp lực tầng chứa nước, khoảng cách xâm nhập mặn dự kiến sẽ tiến thêm từ 300 m đến 500 m về phía Tây, đe dọa trực tiếp các công trình cấp nước sinh hoạt hiện hữu.

Thứ tư, khả năng bổ cập tự nhiên cho nước dưới đất bị suy giảm nghiêm trọng trong mùa khô. Mặc dù tỷ lệ phục hồi từ mưa đạt khoảng 35% cho tầng Holocen và Pleistocen, lượng bốc hơi tiềm năng hàng năm rất cao (từ 842 mm tại Hà Tĩnh đến 1.161 mm tại Kỳ Anh), kết hợp cùng lượng mưa mùa khô sụt giảm từ 3% đến 7%, làm giảm lưu lượng bổ cập thực tế vào các tầng chứa nước hơn 20%.

Thảo luận kết quả

Sự biến động tiêu cực của trữ lượng nước ngầm tại khu vực nghiên cứu là hệ quả tổng hợp từ cả yếu tố tự nhiên và nhân tạo. Về mặt tự nhiên, xu thế nóng lên toàn cầu làm nhiệt độ trung bình khu vực tăng cao, gia tăng lượng bốc hơi mặt nước và làm suy kiệt dòng chảy mặt tiếp dẫn cho nước ngầm. Về mặt nhân sinh, sức ép từ mật độ dân số tập trung ven biển cùng sự phân bố của 43 hệ thống cấp nước sinh hoạt nông thôn với công suất 12.600 m3/ngày đêm và 9 nhà máy nước đô thị công suất gần 60.000 m3/ngày đêm đã tạo ra các phễu hạ thấp mực nước cục bộ. Đặc biệt, việc người dân bố trí các giếng khoan khai thác nước dày đặc chỉ cách bờ biển từ 200 m đến 300 m đã phá vỡ thế cân bằng thủy lực tự nhiên, tạo điều kiện cho nước mặn từ biển và các cửa sông thâm nhập sâu vào các thấu kính nước ngọt.

Toàn bộ diễn biến suy giảm trữ lượng nước ngọt và gia tăng thể tích nhiễm mặn được thể hiện trực quan thông qua chuỗi biểu đồ so sánh hai tầng chứa nước QH và QP theo từng mốc thời gian 2016 - 2035, 2046 - 2065 và 2080 - 2099 ứng với các kịch bản RCP4.5 và RCP8.5. Các bảng tỷ lệ biến động lưu lượng và trữ lượng trong luận văn cung cấp các con số lượng hóa cụ thể, phản ánh mức độ rủi ro tăng dần theo thời gian. Khi so sánh với các nghiên cứu tương tự tại dải ven biển Nam Định, Quảng Trị và Trà Vinh, kết quả nghiên cứu tại Hà Tĩnh hoàn toàn tương đồng về quy luật mở rộng phễu hạ thấp và sự dịch chuyển của ranh giới mặn dưới áp lực kép của biến đổi khí hậu và khai thác nước ngầm quá mức.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm bảo vệ và sử dụng bền vững nguồn tài nguyên nước dưới đất trước các kịch bản biến đổi khí hậu, luận văn đề xuất các nhóm giải pháp đồng bộ sau:

Thứ nhất, ban hành quy chế phân vùng khai thác và cắm mốc hành lang an toàn nước dưới đất. Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Hà Tĩnh cần chủ trì rà soát, nghiêm cấm việc khoan giếng tự phát trong phạm vi cách đường bờ biển và các cửa sông dưới 500 m. Mục tiêu đặt ra là cắt giảm 100% các điểm khai thác trái phép và xử lý dứt điểm tình trạng xả thải gây ô nhiễm từ các đầm nuôi trồng thủy sản ven biển trong vòng 24 tháng tới.

Thứ hai, mở rộng mạng lưới cấp nước sạch tập trung nhằm giảm thiểu áp lực khai thác nước ngầm phân tán. Ủy ban nhân dân tỉnh Hà Tĩnh phối hợp với Công ty Cổ phần Cấp nước Hà Tĩnh (HAWASU) cần đầu tư nâng cấp hạ tầng, nâng tổng công suất cấp nước sạch nông thôn từ 12.600 m3/ngày đêm lên mức 25.000 m3/ngày đêm vào năm 2030, hướng tới mục tiêu 95% cư dân vùng đồng bằng ven bờ được sử dụng nước sạch từ hệ thống cấp nước an toàn.

Thứ ba, hiện đại hóa và mở rộng mạng lưới quan trắc động thái tài nguyên nước ngầm. Trung tâm Quy hoạch và Điều tra Tài nguyên nước Quốc gia phối hợp với các cơ quan địa phương xây dựng bổ sung ít nhất 15 giếng quan trắc tự động liên tục trong giai đoạn 2025 - 2028 tại các khu vực trọng điểm xâm nhập mặn như Thạch Hà, Cẩm Xuyên và Kỳ Anh để kịp thời cảnh báo sớm diễn biến suy giảm mực nước và độ mặn.

Thứ tư, nghiên cứu và triển khai các giải pháp công trình bổ cập nhân tạo cho các tầng chứa nước (MAR). Sở Nông nghiệp và Phát triển nông thôn Hà Tĩnh cần phối hợp cùng các viện nghiên cứu thủy lợi thiết kế hệ thống trữ nước lũ mùa mưa từ các hồ chứa Kẻ Gỗ và hồ Sông Rác để bổ cập nhân tạo khoảng 10.000 m3 đến 15.000 m3/ngày đêm vào tầng Pleistocen trong giai đoạn 2026 - 2035, tạo áp lực đẩy lùi ranh giới xâm nhập mặn ra xa nội đồng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và kết quả nghiên cứu của luận văn mang giá trị ứng dụng thực tiễn cao đối với nhiều nhóm đối tượng:

Nhóm thứ nhất là các cơ quan quản lý nhà nước về tài nguyên và môi trường, tiêu biểu như Cục Quản lý Tài nguyên nước, Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Hà Tĩnh và phòng tài nguyên môi trường các huyện thị ven biển. Luận văn cung cấp luận cứ khoa học định lượng giúp các đơn vị này xây dựng quy hoạch phân bổ tài nguyên nước, khoanh định vùng hạn chế khai thác và ban hành chính sách thích ứng với biến đổi khí hậu.

Nhóm thứ hai là các doanh nghiệp khai thác, xử lý và cung cấp nước sạch, bao gồm Công ty Cổ phần Cấp nước Hà Tĩnh và các ban quản lý công trình cấp nước sinh hoạt nông thôn. Các dữ liệu về trữ lượng khai thác an toàn và sơ đồ phân bố trường mực nước giúp doanh nghiệp tối ưu hóa vị trí đặt giếng khoan, bảo đảm công suất thiết kế dài hạn và tránh rủi ro nhiễm mặn công trình cấp nước.

Nhóm thứ ba là cộng đồng nghiên cứu khoa học, giảng viên, học viên cao học và sinh viên các chuyên ngành Thủy văn học, Địa chất thủy văn, Tài nguyên nước và Biến đổi khí hậu. Đây là tài liệu tham khảo chuẩn mực về quy trình thiết lập, hiệu chỉnh và kiểm nghiệm mô hình số trị GMS (kết hợp Modflow và MT3D) với lưới tính 563.060 ô trong việc giải quyết bài toán thủy văn ven biển.

Nhóm thứ tư là các tổ chức quốc tế và đơn vị thực hiện các dự án phi chính phủ về biến đổi khí hậu và phát triển bền vững. Dữ liệu dự báo chi tiết theo các kịch bản RCP4.5 và RCP8.5 là cơ sở thực chứng quý giá để lập kế hoạch tài trợ dự án cấp nước sinh hoạt thích ứng hạn mặn cho cộng đồng ven biển Bắc Trung Bộ.

Câu hỏi thường gặp

Mô hình GMS có ưu thế gì vượt trội so với các công thức tính toán trữ lượng nước ngầm truyền thống? Mô hình GMS tích hợp Modflow và MT3D cho phép mô phỏng không gian ba chiều động thái dòng chảy ngầm và quá trình lan truyền mặn trên lưới tính chi tiết 200 m x 200 m gồm 563.060 ô. Khác với công thức giải tích chỉ cho giá trị tĩnh tại một thời điểm, GMS phản ánh liên tục tương tác thủy lực giữa sông, biển, bốc hơi và khai thác giếng theo từng bước thời gian.

Tại sao tầng chứa nước Pleistocen đóng vai trò đặc biệt quan trọng trong việc cấp nước tại Hà Tĩnh? Tầng Pleistocen có diện phân bố rộng, chiều dày lớn từ 3,0 m đến 33,5 m và lưu lượng giếng đạt mức trung bình 5 l/s, cao hơn nhiều so với tầng Holocen thượng nghèo nước. Đây là nguồn cấp nước ngọt chính cho các đô thị và trạm cấp nước tập trung, nhưng cũng là tầng chịu nguy cơ nhiễm mặn cao khi ranh mặn đã vào sâu 250 m.

Nguyên nhân chính khiến tốc độ xâm nhập mặn nước dưới đất tại dải ven biển Hà Tĩnh gia tăng nhanh chóng là gì? Tình trạng này bắt nguồn từ tác động kép: tự nhiên do nước biển dâng cao 10 - 20 cm sau 10 năm đẩy mặn vào sông trên 10 km, kết hợp nắng nóng làm giảm bổ cập từ mưa; nhân tạo do hơn 62% dân số tập trung ven biển khai thác giếng khoan tự phát cách bờ chỉ 200 - 300 m, làm sụt giảm áp lực nước ngọt.

Sự khác biệt về tác động giữa hai kịch bản biến đổi khí hậu RCP4.5 và RCP8.5 đối với nước ngầm Hà Tĩnh như thế nào? Theo kịch bản trung bình RCP4.5, trữ lượng nước ngọt giai đoạn 2080 - 2099 suy giảm khoảng 18% đến 22% và thể tích nhiễm mặn tăng 25%. Trong khi đó, ở kịch bản phát thải cao RCP8.5, nhiệt độ tăng mạnh kéo theo bốc hơi tăng cao, khiến trữ lượng ngọt suy giảm trên 28% và thể tích nhiễm mặn mở rộng trên 35%.

Quy trình hiệu chỉnh mô hình dòng chảy và chất lượng nước trong luận văn được tiến hành như thế nào để bảo đảm độ tin cậy? Quá trình hiệu chỉnh chia làm 2 bước: giải bài toán ổn định để xác lập trường mực nước ban đầu và kiểm tra thông số địa chất; tiếp đó giải bài toán không ổn định với chuỗi số liệu thực đo 36 tháng liên tục (2014 - 2016) tại 7 giếng quan trắc để chuẩn hóa hệ số thấm, hệ số nhả nước và sức cản biên.

Kết luận

• Xây dựng thành công bộ mô hình số trị ba chiều GMS với mạng lưới 563.060 ô tính toán, mô phỏng chuẩn xác động thái dòng chảy ngầm và vận chuyển chất trên địa bàn 10 huyện thị ven biển Hà Tĩnh.
• Định lượng cụ thể nguy cơ suy giảm trữ lượng nước ngọt từ 8% đến hơn 28% và xu thế mở rộng diện tích nhiễm mặn từ 15% đến 35% tại hai tầng chứa nước Holocen và Pleistocen theo các mốc thời gian đến năm 2099.
• Xác lập cơ sở khoa học chứng minh tác động tiêu cực của việc khai thác nước ngầm tự phát trong phạm vi 200 m đến 300 m cách bờ biển làm gia tăng tốc độ xâm nhập mặn từ 120 m đến 250 m vào đất liền.
• Đề xuất lộ trình 4 nhóm giải pháp kỹ thuật và quản lý trọng tâm giai đoạn 2025 - 2035, bao gồm cắm mốc hành lang bảo vệ nguồn nước, nâng công suất cấp nước tập trung lên 25.000 m3/ngày đêm, hiện đại hóa trạm quan trắc và bổ cập nhân tạo nguồn nước.
• Kêu gọi các cấp chính quyền và cơ quan chuyên môn nhanh chóng ứng dụng kết quả mô hình hóa vào quy hoạch tài nguyên nước của tỉnh Hà Tĩnh nhằm chủ động bảo đảm an ninh nguồn nước bền vững trước biến đổi khí hậu.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Mở đầu Chƣơng 1: TỔNG QUAN Chƣơng 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT MÔ HÌNH Chƣơng 3: ỨNG DỤNG MÔ HÌNH GMS ĐỂ DỰ TÍNH TRỮ LƢỢNG NƢỚC NGẦM KHU VỰC ĐỒNG BẰNG VEN BIỂN HÀ TĨNH THEO CÁC KỊCH BẢN BĐKH Kết luận và kiến nghị Tài liệu tham khảo 2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] CHƢƠNG 1. Tổng quan các nghiên cứu và phƣơng pháp nghiên cứu nƣớc ngầm 1. Các nghiên cứu cũ Ở Việt Nam, giai đoạn cuối thập niên 90, MHDCNDĐ bắt đầu phát triển và ứng dụng rộng rãi trong thực tế sản xuất. Một trong những tiêu chí quan trọng mà Cục Quản lý Tài nguyên nƣớc yêu cầu để làm cơ sở cho việc xét duyệt các báo cáo thăm dò đánh giá trữ lƣợng khai thác các mỏ nƣớc là phải có lời giải của bài toán MHDCNDĐ về bảo toàn trữ lƣợng.

Và các đơn vị nhƣ: Cục Quản lý Tài nguyên nƣớc, Trƣờng Đại học Mỏ Địa chất, Liên đoàn ĐCTV - ĐCCT miền Bắc và Liên đoàn ĐCTV - ĐCCT miền Nam. đã đi đầu trong việc nhanh chóng tiếp cận và cũng từ đó xuất hiện khá phổ biến các báo cáo MHDCNDĐ. Các báo cáo đƣợc sử dụng làm tài liệu tham khảo nhƣ: 1.Báo cáo “Mô hình quản lý nƣớc dƣới đất tỉnh Cần Thơ” do TS. Trần Minh chủ trì thực hiện năm 2000.

Mô hình này dùng phần mềm Visual MODFLOW 2.1, mô phỏng cho 3 tầng chứa nƣớc trên cùng là QIII, QII-III và QI. Do có ít về số liệu quan trắc nên phần hiệu chỉnh mô hình còn tồn tại một số mặt hạn chế. “Modeling Report” (do Dr. Wim Boehmer và KS.

Ngô Đức Chân thực hiện)- là báo cáo kết quả xây dựng MHDCNDĐ cho Đồng bằng Nam bộ đƣợc thực hiện năm 2000 của dự án MILIEV (Công ty Haskoning - Hà Lan và Liên đoàn ĐCTV-ĐCCT miền Nam). Mô hình này là phần mềm GMS 3.0, mô phỏng 4 tầng chứa nƣớc: QI-III, N22, N21và N13. Đây là mô hình quy mô khu vực với khối lƣợng dữ liệu rất lớn bao gồm các nghiên cứu đã có và toàn bộ dữ liệu mực nƣớc của mạng quan trắc quốc gia (1992 - 1997). Mô hình đƣợc thực hiện trên máy tính và phần mềm mạnh nên cho kết quả khá tốt, nhƣng do diện tích thực hiện rộng nên kích thƣớc ô lƣới lớn ảnh hƣởng phần nào đến độ chính xác và một số vấn đề về điều kiện biên.

Mô hình dòng chảy nƣớc dƣới đất tỉnh Bình Dƣơng do TS. Đặng Đình Phúc (Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn) năm 2000. Mô hình này sử dụng phần mềm Visual MODFLOW nhằm mô phỏng 3 tầng chứa nƣớc: QI-III, N22 và N21. 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Kết quả đạt đƣợc là mực nƣớc hiện trạng của khu vực cùng với đó là các nguồn hình thành trữ lƣợng NDĐ chủ yếu trong vùng.

Nhƣng do số liệu quan trắc cung cấp cho việc hiệu chỉnh mô hình còn ít nên có ảnh hƣởng tới độ chính xác của mô hình. Mô hình dòng chảy nƣớc dƣới đất thành phố Hồ Chí Minh do KS. Ngô Đức Chân (Liên đoàn ĐCTV-ĐCCT miền Nam) năm 2001 (thuộc báo cáo “Quy hoạch khai thác và sử dụng NDĐ vùng thành phố Hồ Chí Minh). Tác giả đã sử dụng phần mềm GMS 3.0 để mô phỏng 3 tầng chứa nƣớc là: QI-III, N22 và N21.

Mô hình dòng chảy nƣớc dƣới đất thành phố Hồ Chí Minh do Trung tâm kỹ thuật hạt nhân TP. Hồ Chí Minh (KS. Nguyễn Thị Sinh) phối hợp với Liên đoàn ĐCTV-ĐCCT miền Nam (KS. Ngô Đức Chân) năm 2001.

Tác giả sử dụng phần mềm Visual MODFLOW 2.8 để mô phỏng cho 3 tầng chứa nƣớc: QI-III, N22 và N21. Cùng mô phỏng cho một khu vực, kết quả của hai mô hình đƣa ra không có sự sai khác nhiều. Đây là những mô hình có số lƣợng lỗ khoan quan trắc nhiều (Mạng quan trắc quốc gia, mạng quan trắc thành phố Hồ Chí Minh) nên việc hiệu chỉnh cho kết quả có độ tin cậy cao. Tuy nhiên hai mô hình này cũng có hạn chế là thực hiện trên diện tích khá hẹp nên phễu hạ thấp đã lan đến biên vì thế nghiệm bài toán ở vị trí gần biên cuối thời gian tính toán kém thuyết phục do đó cần thiết phải điều chỉnh điều kiện biên của mô hình.

Mô hình dòng nƣớc dƣới đất tỉnh Đồng Nai do TS. Đỗ Tiến Hùng và ThS. Bùi Trần Vƣợng (Liên đoàn ĐCTV-ĐCCT miền Nam) năm 2004. Hai tác giả sử dụng phần mềm Visual MODFLOW 2.8 để giải quyêt bài toán mô phỏng cho 2 tầng chứa nƣớc: QI-III và N2.

Tuy nhiên, thực tế cho thấy các mô hình đƣợc nêu ở trên mô phỏng các tầng chứa nƣớc theo phân chia cũ không có tính phù hợp với kết quả mới nghiên cứu của báo cáo "Phân chia địa tầng N - Q và nghiên cứu cấu trúc địa chất đồng bằng Nam Bộ". Nhƣng hƣớng nghiên cứu và phƣơng pháp tiếp cận của các báo cáo là tài liệu cần cho tác giả tham khảo và tìm hiểu áp dụng đúng đắn cho bài toán của mình. 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Năm 2009, ông Trần Ngọc Anh và các cộng sự đã công bố kết quả nghiên cứu về khả năng áp dụng của mô hình Modflow trong tính toán và dự báo trữ lƣợng nƣớc dƣới đất miền đồng bằng tỉnh Quảng Trị.

Nhằm mục đích dự báo sự biến động nƣớc dƣới đất, nhóm tác giả đã sử dụng mô hình Modflow với chuỗi số liệu về mƣa, bốc hơi và mực nƣớc trên các sông 24 năm từ 1/1977 – 12/2000 để đánh giá (hiệu chỉnh và kiểm định). Khu vực nghiên cứu đƣợc chia thành mạng lƣới các ô gồm 3808 ô (56 cột và 68 hàng) chuỗi số liệu quan trắc động thái của nƣớc dƣới đất từ 1/9/1983 - 31/8/1984 đƣợc dùng để hiệu chỉnh và kiểm định. Kết quả đã khẳng định đƣợc tính ứng dụng cao của mô hình trong khu vực nghiên cứu hay các khu vực tƣơng tự, tạo điều kiện thuận lợi để xây dựng các bản đồ mô dun dòng ngầm ứng với các thời kỳ khác nhau. Bên cạnh đó nghiên cứu đã thành công mô tả cốt cao mực nƣớc và động thái của nƣớc dƣới đất, điều này đã tạo tiền đề cho việc ứng dụng các mô dun còn lại của Modflow để tính toán và dự báo nhiễm mặn, nhiễm bẩn của các tầng chứa nƣớc dƣới đất.

Năm 2012, Huỳnh Văn Hiệp và Trần Văn Tỷ đã công bố kết quả nghiên cứu về đánh giá và dự báo tài nguyên nƣớc ngầm cho tỉnh Trà Vinh. Nhóm tác giả đã sử dụng mô hình Modflow với chuỗi số liệu thu thập từ nhiều nguồn trong khoảng thời gian từ năm 1997 – 2006 để đánh giá (hiệu chỉnh và kiểm định). Nhóm tác giả đã chia khu vực nghiên cứu thành mạng lƣới các ô gồm 2025 ô lƣới (45 hàng và 45 cột gồm 7 lớp) chuỗi số liệu dùng để hiệu chỉnh và kiểm định trong khoảng từ 01/04/2004 – 01/04/2006 đƣợc chia thành 24 bƣớc thời gian. Kết quả cho thấy lƣu lƣợng nƣớc ở giếng khoan chảy ra bao giờ cũng ít hơn lƣu lƣợng nƣớc chảy vào.

Điều này có thể thấy đƣợc nếu tăng lƣu lƣợng lên đến 2015 thì lƣợng nƣớc dƣới đất ở tỉnh Trà Vinh vẫn đủ để cung cấp cho các khu công nghiệp và khu dân cƣ. Kết quả nghiên cứu góp phần làm sáng tỏ đặc điểm thủy động lực của các tầng chứa nƣớc, làm cơ sở cho việc thiết lập mạng quan trắc động thái nƣớc dƣới đất trong tƣơng lai. Năm 2011 tác giả Nguyễn Thị Nguyệt đã hoàn thành luận văn Thạc sĩ khoa học về Đánh giá mức độ xâm nhập mặn do sử dụng quá mức nƣớc ngầm trong 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] vùng ven biển Nam Định. Tác giả đã sử dụng mô hình Modflow với chuỗi số liệu thu thập từ nhiều nguồn trong khoảng thời gian từ năm 1995 đến năm 2008 để đánh giá (hiệu chỉnh và kiểm định).

Tác giả đã chia khu vực nghiên cứu thành các ô lƣới với kích thƣớc mỗi ô là 500x500m với chuỗi số liệu từ năm 2000 đến năm 2008 dùng để hiệu chỉnh và kiểm định đƣợc chia thành 132 bƣớc thời gian. Kết quả cho thấy trong vùng tồn tại 2 tầng chứa nƣớc có trữ lƣợng lớn là tầng chứa nƣớc Holocen (qh) và tầng chứa nƣớc Pleistocen và cả 2 tầng này đều bị nhiễm mặn, tiến hành xây dựng mô hình dự báo, từ kết quả dự báo tác giả đã đƣa ra đƣợc các giải pháp phù hợp với điều kiện vùng nghiên cứu trong khai thác hợp lý và bền vững tài nguyên nƣớc: khi khai thác nƣớc ở tầng chứa nƣớc qp nên chú ý đến các công trình khai thác gần ranh giới mặn và nhạt của nƣớc dƣới đất; sử dụng nƣớc ngầm hợp lý để giảm thiểu lƣợng khai thác; quy hoạch vùng khai thác nƣớc ngầm an toàn. Phương pháp nghiên cứu nước ngầm Hiện nay trên thế giới và ở Việt Nam sử dụng rất nhiều phƣơng pháp nghiên cứu nƣớc ngầm. Công thức tính trữ lượng tĩnh tự nhiên Trữ lƣợng tĩnh gồm trữ lƣợng tĩnh trọng lực và trữ lƣợng tĩnh đàn hồi.

Trữ lƣợng tĩnh trọng lực là lƣợng nƣớc chứa trong các lỗ hổng, khe nứt, hang hốc Kasrt của đất đá chứa nƣớc và có khả năng thoát ra dƣới tác dụng của trọng lực. Trữ lƣợng tĩnh trọng lực đƣợc đặc trƣng bởi hệ số nhả nƣớc trọng lực. Trữ lƣợng tĩnh đàn hồi là lƣợng nƣớc sinh ra do khả năng đàn hồi của nƣớc và của đất đá chứa nƣớc khi hạ thấp mực áp lực trong những tầng chứa có áp. Trữ lƣợng tĩnh đàn hồi đƣợc đặc trƣng bởi hệ số nhả nƣớc đàn hồi.

Trữ lƣợng tĩnh đƣợc xác định bằng công thức: Vtl =  *V =  tb*htb*F (đối với tầng chứa nƣớc không áp) Vtl =  *V =  tb*mtb*F (đối với tầng chứa nƣớc có áp). Trong đó :  -hệ số nhả nƣớc trọng lực (có giá trị dao động từ 0 – 1 đơn vị), V-thể tích đất đá chứa nƣớc (m3), htb-chiều dày trung bình của tầng chứa nƣớc 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. a) Tầng chứa nƣớc không áp b) Tầng chứa nƣớc có áp Hình 1. Sơ đồ các tầng chứa nước có áp và không áp Trong thực tế, các đơn vị chứa nƣớc thƣờng có diện phân bố phức tạp theo không gian (mặt bằng và mặt cắt) nên việc xác định thể tích đất đá chứa nƣớc là rất khó khăn.

Đất đá cấu tạo nên các tầng chứa nƣớc là không đồng nhất dẫn đến hệ số nhả nƣớc của đơn vị chứa nƣớc cũng biến đổi theo không gian. Trong thực tế, khi tính trữ lƣợng tĩnh của nƣớc dƣới đất thƣờng trung bình hóa hệ số nhả nƣớc và thể tích đất đá chứa nƣớc đƣợc xác định bằng giá trị trung bình của chiều dày tầng chứa nƣớc và diện tích phân bố của chúng.