Luận án tiến sĩ: Nghiên cứu ảnh hưởng của nước mưa đến lượng nước dưới đất ở đồng bằng sông Hồng

Luận án tiến sĩ phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến lượng bổ cập nước mưa cho nước dưới đất tại trầm tích đệ tứ vùng đồng bằng sông Hồng.

• Tác giả: Lê Việt Hùng
• Người hướng dẫn: PGS.TS. Phạm Quý Nhân
• Trường học: Học viện Khoa học và Công nghệ, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam
• Chuyên ngành: Địa chất học
• Đề tài: Nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến lượng bổ cấp từ nước mưa cho nước dưới đất các trầm tích đá tảng vùng đồng bằng sông Hồng
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CÁM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT, ĐỊA MỎ, ĐỊA CHẤT THẨY VẬN KHU VỰC NGHIÊN CỨU
• 1.1. ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT
• 1.2. Các thành tạo trước Đệ tứ
• 1.3. Các quá trình địa chất ĐBSH
• 1.4. Đặc điểm kiến tạo và các đới kiến trúc
• 1.5. ĐẶC ĐIỂM ĐỊA CHẤT THẨY VẬN
• 1.5.1. Các tầng chứa nước lỗ hổng
• 1.5.2. Các trầm tích thấm nước yếu
• 1.5.3. Đặc điểm động thái nước dưới đất đồng bằng sông Hồng
• 2. CHƯƠNG 2: DỮ LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Dữ liệu thu thập phục vụ phân vùng tiềm năng bổ cập nước dưới đất
• 2.2. Dữ liệu kết quả phân tích mẫu đồng vị
• 2.3. Dữ liệu cân bằng tính bổ cập từ nước mưa cho nước dưới đất
• 2.4. Dữ liệu đầu vào cho mô hình MODFLOW xác định vai trò cung cấp thấm
• 2.5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.5.1. Phương pháp viễn thám
• 2.5.2. Phương pháp phân tích không gian trong GIS
• 2.5.3. Phương pháp chuyên gia
• 2.5.4. Phương pháp phân tích thứ bậc (Analytic Hierarchy Process - AHP)
• 2.5.5. Phương pháp thủy văn đồng vị
• 2.5.6. Phương pháp xác định giá trị cung cấp thấm từ nước mưa cho nước dưới đất bằng phương trình sai phân hữu hạn của Kamenxki
• 2.5.7. Phương pháp mô hình
• 3. CHƯƠNG 3: CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG, PHÂN VÙNG TIỀM NĂNG VÀ KẾT QUẢ XÁC ĐỊNH LƯỢNG BÙ CẤP TẦNG MƯA CHO NƯỚC DƯỚI ĐẤT TẦNG CHỨA NƯỚC HOLOCEN VÙNG ĐỒNG BẰNG SÔNG HỒNG
• 3.1. CƠ SỞ XÁC ĐỊNH YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG BÙ CẤP TẦNG MƯA CHO NƯỚC DƯỚI ĐẤT
• 3.1.1. Đặc tính thấm của đất
• 3.1.2. Các nghiên cứu về tính thấm của đất
• 3.1.3. Tham khảo ý kiến các chuyên gia
• 3.2. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN BÙ CẤP TẦNG MƯA CHO NƯỚC DƯỚI ĐẤT TẦNG CHỨA NƯỚC HOLOCEN VÙNG ĐỒNG BẰNG SÔNG HỒNG
• 3.2.1. Lớp phủ mặt đất, sử dụng đất
• 3.2.2. Trầm tích Đệ tứ và đá gốc
• 3.2.3. Mực nước dưới đất
• 3.2.4. Độ dốc địa hình
• 3.2.5. Mật độ sông suối
• 3.3. PHÂN VÙNG TIỀM NĂNG BÙ CẤP TẦNG MƯA CHO NƯỚC DƯỚI ĐẤT
• 3.4. KẾT QUẢ XÁC ĐỊNH LƯỢNG BÙ CẤP TẦNG MƯA CHO NƯỚC DƯỚI ĐẤT TẦNG CHỨA NƯỚC HOLOCEN VÙNG ĐỒNG BẰNG SÔNG HỒNG
• 3.4.1. Sử dụng phương pháp thủy văn đồng vị
• 3.4.2. Sử dụng phương pháp xác định giá trị cung cấp thấm từ nước mưa cho nước dưới đất bằng phương trình sai phân hữu hạn của Kamenxki
• 3.4.3. Đánh giá chung
• 4. CHƯƠNG 4: VAI TRÒ CỦA NƯỚC MƯA ĐỐI VỚI SỰ HÌNH THÀNH TRỮ LƯỢNG NƯỚC DƯỚI ĐẤT TRẦM TÍCH ĐÁ TẠI VÙNG ĐỒNG BẰNG SÔNG HỒNG
• 4.1. XÂY DỰNG CÁC THÔNG SỐ CHO MÔ HÌNH
• 4.1.1. Xây dựng lưới cho mô hình
• 4.1.2. Xây dựng mặt cắt địa chất thủy văn
• 4.1.3. Cập nhật và chỉnh lý thông số Địa chất thủy văn
• 4.1.4. Biến động các nguồn cung cấp thấm theo thời gian
• 4.1.5. Kết đánh giá sai số chỉnh lý mô hình
• 4.2. VAI TRÒ LƯỢNG BÙ CẤP TẦNG MƯA ĐỐI VỚI SỰ HÌNH THÀNH TRỮ LƯỢNG NƯỚC DƯỚI ĐẤT TRẦM TÍCH ĐÁ TẠI VÙNG ĐỒNG BẰNG SÔNG HỒNG
• 4.2.1. Tầng chứa nước Holocen
• 4.2.2. Tầng chứa nước Pleistocen
• 4.2.3. Tầng chứa nước trầm tích Đệ tứ
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu

Nghiên cứu này tập trung vào ảnh hưởng của nước mưa đến nguồn nước dưới đất tại đồng bằng sông Hồng (ĐBSH). ĐBSH là một trong những khu vực có mật độ dân số cao và nguồn nước ngầm đóng vai trò quan trọng trong sinh hoạt và sản xuất. Tuy nhiên, việc khai thác quá mức đã dẫn đến nguy cơ suy thoái và ô nhiễm nguồn nước. Nghiên cứu này nhằm xác định các yếu tố ảnh hưởng đến lượng bổ cập từ nước mưa và đánh giá vai trò của nước mưa trong việc hình thành trữ lượng nước ngầm.

1.1. Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu chính của nghiên cứu là xác định các yếu tố ảnh hưởng đến lượng bổ cập từ nước mưa cho nước dưới đất tại ĐBSH. Cụ thể, nghiên cứu tập trung vào việc phân vùng tiềm năng bổ cập và đánh giá vai trò của nước mưa trong cân bằng nước ngầm.

1.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu bao gồm nước mưa, nước dưới đất trong các tầng chứa nước Holocen và Pleistocen tại ĐBSH. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào các khu vực có mật độ khai thác nước ngầm cao và nguy cơ ô nhiễm.

II. Tổng quan khu vực nghiên cứu

ĐBSH là một khu vực có địa hình bằng phẳng, khí hậu nhiệt đới gió mùa, với lượng mưa trung bình hàng năm khoảng 1.500-2.000 mm. Khu vực này có hệ thống sông ngòi dày đặc, tạo điều kiện thuận lợi cho việc bổ cập nước ngầm. Tuy nhiên, biến đổi khí hậu và hoạt động của con người đã làm thay đổi đáng kể chế độ thủy văn và chất lượng nước.

2.1. Đặc điểm địa chất và thủy văn

ĐBSH được hình thành từ các trầm tích Đệ tứ, với các tầng chứa nước chính là Holocen và Pleistocen. Các tầng này có khả năng thấm và trữ nước cao, nhưng cũng dễ bị ảnh hưởng bởi sự xâm nhập mặn và ô nhiễm.

2.2. Biến đổi khí hậu và tác động

Biến đổi khí hậu đã làm thay đổi chế độ mưa và dòng chảy, ảnh hưởng trực tiếp đến lượng bổ cập nước ngầm. Sự gia tăng nhiệt độ và thay đổi lượng mưa có thể làm giảm khả năng thấm và trữ nước của các tầng chứa nước.

III. Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng các phương pháp như viễn thám, phân tích không gian trong GIS, và mô hình thủy văn để đánh giá lượng bổ cập từ nước mưa. Các phương pháp này giúp xác định các yếu tố ảnh hưởng và phân vùng tiềm năng bổ cập nước ngầm.

3.1. Phương pháp viễn thám và GIS

Phương pháp viễn thám được sử dụng để thu thập dữ liệu về lượng mưa và đặc điểm địa hình. GIS được áp dụng để phân tích không gian và xác định các khu vực có tiềm năng bổ cập cao.

3.2. Mô hình thủy văn

Mô hình MODFLOW được sử dụng để mô phỏng dòng chảy ngầm và xác định vai trò của nước mưa trong việc bổ cập nước ngầm. Mô hình này giúp đánh giá sự biến động của nguồn cung cấp nước theo thời gian.

IV. Kết quả và thảo luận

Kết quả nghiên cứu cho thấy, nước mưa đóng góp đáng kể vào lượng bổ cập cho nước dưới đất tại ĐBSH. Các yếu tố như lượng mưa, đặc điểm địa hình, và loại đất có ảnh hưởng lớn đến khả năng thấm và trữ nước. Phân vùng tiềm năng bổ cập đã xác định được các khu vực có khả năng bổ cập cao, tập trung chủ yếu ở các vùng có địa hình thấp và mật độ sông ngòi dày đặc.

4.1. Ảnh hưởng của lượng mưa

Lượng mưa là yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến lượng bổ cập nước ngầm. Các khu vực có lượng mưa cao và phân bố đều trong năm có khả năng bổ cập lớn hơn.

4.2. Phân vùng tiềm năng bổ cập

Kết quả phân vùng cho thấy, các khu vực có địa hình thấp và mật độ sông ngòi cao có tiềm năng bổ cập lớn. Các khu vực này cần được ưu tiên trong quản lý và bảo vệ nguồn nước ngầm.

V. Kết luận và kiến nghị

Nghiên cứu đã xác định được các yếu tố ảnh hưởng đến lượng bổ cập từ nước mưa cho nước dưới đất tại ĐBSH. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc quản lý và bảo vệ nguồn nước ngầm, đặc biệt trong bối cảnh biến đổi khí hậu và gia tăng áp lực khai thác nước.

5.1. Kiến nghị quản lý

Cần có các biện pháp quản lý hiệu quả để bảo vệ các khu vực có tiềm năng bổ cập cao. Đồng thời, cần tăng cường giám sát chất lượng nước và hạn chế khai thác quá mức.

5.2. Hướng nghiên cứu tiếp theo

Nghiên cứu tiếp theo nên tập trung vào đánh giá tác động của biến đổi khí hậu đến nguồn nước ngầm và phát triển các mô hình dự báo lượng bổ cập trong tương lai.

Nội dung chính

Tổng quan về luận án

Vùng Đồng bằng sông Hồng (ĐBSH) trải rộng trên phạm vi tọa độ từ $21^\circ34'$B đến $19^\circ05'$B và $105^\circ17'$Đ đến $107^\circ07'$Đ, bao gồm 11 tỉnh, thành phố với tổng diện tích tự nhiên $21.260\text{ km}^2$, là trung tâm kinh tế - xã hội trọng điểm và là nơi sinh sống của khoảng 22,9 triệu dân. Trong bối cảnh đô thị hóa và công nghiệp hóa tăng tốc, các tầng chứa nước lỗ hổng trong trầm tích Đệ tứ—đặc biệt là tầng chứa nước Holocen ($qh$) và Pleistocen ($qp$)—đang chịu áp lực khai thác vượt ngưỡng, làm phát sinh hàng loạt hệ lụy địa chất môi trường nghiêm trọng: sụt lún mặt đất, suy giảm trữ lượng động lực, ô nhiễm asen và xâm nhập mặn với chiều sâu ảnh hưởng từ 25 km đến 45 km tính từ bờ biển (Phạm Quý Nhân, 2000; Trần Thị Lựu, 2016). Lượng bổ cấp từ nước mưa là thành phần cốt lõi duy trì cân bằng nước dưới đất (NDĐ), định hình trữ lượng có thể khai thác bền vững.

Tuy nhiên, một khoảng trống nghiên cứu (research gap) lớn tồn tại trong y văn địa chất thủy văn Việt Nam: các công trình trước đây (Phan Văn Trường, 2011; Nguyễn Đức Rỡi, 2014; Nguyễn Minh Lân, 2018) chủ yếu áp dụng phương pháp dao động mực nước (WTF) hoặc tính toán cân bằng đơn lẻ tại các điểm bãi giếng cục bộ, hoàn toàn thiếu vắng một khung đánh giá tích hợp không gian trên quy mô toàn bồn trũng châu thổ ($>14.860\text{ km}^2$) nhằm phân vùng tiềm năng và định lượng chính xác cơ chế bổ cấp từ nước mưa cho tầng chứa nước trầm tích Đệ tứ.

Luận án tiến sĩ địa chất học của nghiên cứu sinh Lê Viết Hùng, dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS. Phạm Quý Nhân và TS. Trần Quốc Cường tại Học viện Khoa học và Công nghệ (Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, 2023), giải quyết trọn vẹn khoảng trống trên thông qua hệ thống câu hỏi và giả thuyết nghiên cứu tường minh:

• RQ1: Những nhân tố địa chất, địa mạo và khí tượng thủy văn nào giữ vai trò kiểm soát chính đối với khả năng thấm bổ cấp từ nước mưa vào tầng chứa nước Đệ tứ ĐBSH?
• RQ2: Mức độ phân hóa không gian của tiềm năng bổ cấp nước mưa trên toàn lãnh thổ ĐBSH được phân vùng và định lượng hóa cụ thể như thế nào?
• RQ3: Nguồn bổ cấp từ nước mưa đóng góp tỷ trọng bao nhiêu trong cấu trúc cân bằng động lực hình thành trữ lượng nước dưới đất theo chu kỳ mùa và không gian bồn trũng?

Hệ thống giả thuyết kiểm định:

• H1: Tiềm năng bổ cấp từ nước mưa chịu sự đồng kiểm soát phi tuyến của 8 nhân tố (lượng mưa, lớp phủ/sử dụng đất, loại đất, thạch học trầm tích Đệ tứ/đá gốc, mực nước ngầm, địa mạo, độ dốc địa hình và mật độ sông suối), trong đó đặc tính thấm của đất và tầng trầm tích đóng vai trò quyết định.
• H2: Lượng bổ cấp từ nước mưa không phân bố đồng nhất mà chia tách thành 3 phân vùng tiềm năng rõ rệt trên quy mô toàn đồng bằng.
• H3: Nước mưa là nguồn cung cấp chủ đạo hình thành trữ lượng động trong mùa mưa ($>60%$), nhưng suy giảm sâu vào mùa khô và nhường vai trò điều tiết cho dòng thấm xuyên và tương tác nước sông.

Khung lý thuyết của công trình được định vị trên nền tảng thủy địa chất động lực học (Hydrodynamics), lý thuyết thấm không bão hòa Green-Ampt (1911), định luật Darcy mở rộng, phương trình truyền áp sai phân hữu hạn Kamenxki và quy luật phân đoạn đồng vị khí quyển toàn cầu/địa phương (GMWL/LMWL của Craig, 1961). Nghiên cứu tạo ra đột phá khoa học khi lần đầu tiên lượng hóa chi tiết 3 vùng tiềm năng bổ cấp từ nước mưa cho tầng Holocen ĐBSH với các giá trị trung bình thực chứng: vùng tiềm năng thấp ($188\text{ mm/năm}$), tiềm năng trung bình ($372\text{ mm/năm}$) và tiềm năng cao ($429\text{ mm/năm}$). Đồng thời, luận án chứng minh định lượng rằng nước mưa chiếm tới $67,63%$ tổng lượng bổ cấp vào mùa mưa và giảm xuống còn $9,75%$ trong mùa khô, cung cấp cơ sở dữ liệu nền tảng cho chiến lược an ninh tài nguyên nước quốc gia.

Literature Review và Positioning

Nghiên cứu bổ cấp nước dưới đất từ nước mưa trên thế giới và tại Việt Nam phát triển qua bốn dòng học thuật (academic streams) chính với sự đa dạng về mặt tiếp cận phương pháp luận:

1. Nhóm phương pháp quan trắc biến động mực nước (Water Table Fluctuation - WTF): Dựa trên liên hệ giữa biên độ dâng mực nước và hệ số nhả nước trọng lực ($\mu$), tiêu biểu là các nghiên cứu của Healy và Cook (2002), Rorabaugh (1964), Delin và cộng sự (2007 tại Minnesota cho tỷ lệ bổ cấp $6 - 56%$ lượng mưa), Coes và cộng sự (2007 tại North Carolina ghi nhận $25 - 94%$), Risser và cộng sự (2005 tại Pennsylvania đạt $19 - 48%$). Tại Việt Nam, phương pháp Bindeman (1970) được Phan Văn Trường (2011) và Nguyễn Đức Rỡi (2014) ứng dụng tại Hưng Yên, xác định lượng bổ cấp chiếm $34,1 - 38,1%$ lượng mưa năm ($427 - 547\text{ mm/năm}$).
2. Nhóm phương pháp cân bằng nước và thấm trong đới chưa bão hòa: Khởi xướng từ các nghiên cứu cân bằng ẩm lysimeter của Steenhuis và cộng sự (1985 tại Long Island, New York), Henry và cộng sự (1992), Healy và Gray (1989). Tại ĐBSH, Nguyễn Thị Ngọc Dung (2006) sử dụng sân cân bằng Thọ An (Đan Phượng) tính toán giá trị cung cấp thấm đạt $0,283 - 0,300\text{ mm/ngày}$ ($7%$ lượng mưa năm).
3. Nhóm phương pháp sử dụng chất chỉ thị và thủy văn đồng vị (Tracers): Điển hình là kỹ thuật đồng vị bền ($^{18}\text{O}, ^2\text{H}$) và phóng xạ ($^3\text{H}, ^3\text{H}/^3\text{He}, ^{14}\text{C}$) của Allison và Hughes (1975), Robertson và Cherry (1989), Busenberg và Michel (1991), Adomako và cộng sự (2010 tại Ghana với mô hình peak-shift đạt $110 - 250\text{ mm/năm}$). Tại Việt Nam, Trần Thành Lê (2011) và Postma và cộng sự (2016) sử dụng $^{18}\text{O}, ^2\text{H}, ^3\text{H}$ truy nguyên nguồn gốc nước và ô nhiễm asen tại bãi giếng Nam Dư và Đan Phượng.
4. Nhóm phương pháp viễn thám, GIS và mô hình dòng ngầm 3D: Ứng dụng MODFLOW (McDonald và Harbaugh, 1988), HYDRUS-1D, SWAT kết hợp tiến trình phân tích thứ bậc AHP (Saaty, 1980) được thực hiện bởi Senthilkumar (2019), Patil và cộng sự (2014), Preeja và cộng sự (2011) tại Ấn Độ. Tại Việt Nam, Phạm Quý Nhân (2000), Đoàn Văn Cánh (2015), Hà Quang Khải (2014), Nguyễn Văn Nghĩa (2016) đặt nền móng mô hình hóa dòng ngầm nhưng chưa kiểm định tường minh trường thấm phân vùng từ mưa.

Trong bức tranh tổng quan đó nảy sinh hai cuộc tranh luận học thuật cốt lõi:

• Tranh luận 1 (Về tính tin cậy của phương pháp): Trường phái thực nghiệm WTF cho rằng dao động mực nước phản ánh trực tiếp phản hồi của tầng chứa nước nhưng bị giới hạn nghiêm trọng do bỏ qua dòng ngầm ngang ổn định và tính dị hướng; ngược lại, trường phái mô hình hóa số (MODFLOW) có khả năng bao quát không gian nhưng lại phụ thuộc quá mức vào các giả định tham số thấm biên ($K, S$).
• Tranh luận 2 (Về nguồn bổ cấp ưu thế): Các nghiên cứu châu thổ sông lớn trên thế giới phân hóa sâu sắc. Tại bồn trũng Zagreb (Croatia), Parlov và cộng sự (2019) chứng minh nước sông Sava giữ vai trò áp đảo ($67,50 - 83,74%$), lượng mưa chỉ đóng góp $16,26 - 32,50%$. Ngược lại, tại các đảo bồi tích San Juan (Mỹ), Laura và cộng sự (2002) chứng minh nước mưa là nguồn nuôi dưỡng độc tôn qua mô hình Deep Percolation Model (DPM).

Luận án định vị chính xác vị thế học thuật bằng cách bắc cầu qua các mâu thuẫn trên: thiết lập một quy trình tích hợp liên hoàn (Triangulation framework) kết hợp viễn thám - GIS - AHP để phân vùng không gian đa nhân tố, kiểm chứng độc lập bằng phương pháp thủy văn đồng vị ($^3\text{H}, ^{18}\text{O}, ^2\text{H}$) và sân cân bằng thực địa (phương trình sai phân Kamenxki), sau đó tích hợp trường thấm hiệu chỉnh vào mô hình dòng thấm 3D MODFLOW cho toàn bộ $14.860\text{ km}^2$ ĐBSH.

So sánh với các nghiên cứu quốc tế tương đồng:

• So với nghiên cứu của Laura và cộng sự (2002) tại Washington (Mỹ)—nơi phương pháp cân bằng Clo bị sai số do nguồn chloride không khí quyển ($16\text{ mm/năm}$ so với $76,2\text{ mm/năm}$ của DPM)—luận án loại bỏ triệt để độ lệch này bằng cách chuẩn hóa số liệu đồng vị bền $^{18}\text{O}/^2\text{H}$ theo đường nước khí quyển địa phương (LMWL) và kiểm soát số liệu triti ($^3\text{H}$).
• So với nghiên cứu của Bertrand và cộng sự (2011) tại lưu vực Nete (Bỉ) dùng HYDRUS-1D chỉ khảo sát đơn chiều theo mặt phủ, nghiên cứu tại ĐBSH giải quyết bài toán phức tạp hơn gấp bội khi bóc tách 22 tướng trầm tích Holocen trên cấu trúc địa hào Kainozoi bị phân cắt bởi hệ đứt gãy kiến tạo Tây Bắc - Đông Nam.

Đóng góp lý thuyết và khung phân tích

Đóng góp cho lý thuyết

Luận án mở rộng và làm sâu sắc lý thuyết địa chất thủy văn bồn trũng châu thổ thông qua 4 luận điểm khoa học có căn cứ thực chứng:

1. Mở rộng lý thuyết cấu trúc tài nguyên nước dưới đất trong bồn trũng bồi tích: Công trình củng cố và phát triển định nghĩa kinh điển của Đoàn Văn Cánh (2015), khẳng định: "Tài nguyên nước dưới đất trong các tầng chứa nước trầm tích Đệ tứ ĐBSH được hình thành từ phần tích chứa trong các tầng chứa nước (tài nguyên tĩnh) và các nguồn bổ cấp, trong đó lượng bổ cấp từ nước mưa là quan trọng, diễn ra tất cả các mùa trong năm, lớn nhất vào mùa mưa, chiếm đến hơn 67,63% lượng bổ cấp, còn vào mùa khô lượng bổ cấp từ nước mưa chỉ còn chiếm 9,75%". Luận án giải quyết dứt điểm câu hỏi về cấu trúc trữ lượng khai thác (Đoàn Văn Cánh, Phạm Quý Nhân, 2002; Zektser và L., 2004), định lượng hóa ranh giới giữa trữ lượng tĩnh đàn hồi/trọng lực và trữ lượng cuốn theo động lực học.
2. Khái quát hóa quy luật phân tướng trầm tích kiểm soát cơ chế thấm: Dựa trên khái niệm tướng trầm tích của Gressly (1838) ("Tướng là trầm tích cùng một tuổi, nhưng thành tạo ở những nơi khác nhau"), công trình làm sáng tỏ sự tiến hóa của 22 tướng trầm tích Holocen qua 3 giai đoạn kiến tạo - trầm tích (vũng vịnh, châu thổ, aluvi). Luận án chứng minh chính sự chuyển tiếp tướng từ aluvi hạt thô (cuội sỏi cát) ở ven rìa sang trầm tích sông - vịnh biển hạt mịn (bột sét hệ tầng Hải Hưng $Q_2^{1-2}$ và Thái Bình $Q_2^3$) dày $2 - 35\text{ m}$ tại trung tâm đã tạo nên "màng ngăn địa chất", khống chế toàn bộ thông lượng thấm thẳng đứng của nước mưa.
3. Mô hình hóa giải tích quan hệ mực nước ngầm - tuổi nước đồng vị: Thiết lập mệnh đề lý thuyết về mối quan hệ giữa chiều sâu thế nằm mực nước ($H_{mn}$), tuổi bức xạ hạt nhân ($^3\text{H}$) và tốc độ thấm truyền dẫn qua đới thông khí (unsaturated zone), chứng minh sự tồn tại của các "cửa sổ thủy địa chất" (hydrogeological windows) cho phép nước mưa bổ cập trực xạ tức thời vào tầng Holocen.

Khung phân tích độc đáo

Khung phân tích của luận án kết hợp đa lý thuyết: Lý thuyết quyết định đa tiêu chí (AHP của Saaty), Lý thuyết thấm Green-Ampt, và Thủy địa chất đồng vị môi trường.

Chỉ số tiềm năng bổ cấp nước ngầm ($GRI$) được xây dựng trên ma trận tích hợp 8 lớp thông tin chuyên đề:

$$GRI = \sum_{i=1}^{n} (W_i \times R_i)$$

Trong đó $W_i$ là trọng số chuẩn hóa của yếu tố thứ $i$ (chiết xuất qua ma trận so sánh cặp AHP với tỷ số nhất quán $CR < 0,10$), $R_i$ là điểm đánh giá của phân lớp yếu tố ($1 - 100$ điểm).

Điều kiện biên xác lập (Boundary Conditions):

• Biên phía Bắc: Dãy núi Tam Đảo - Yên Tử (biên dòng ngầm thấm từ đá gốc).
• Biên phía Nam/Tây Nam: Dãy Ba Vì - Viên Nam và trầm tích karst Ninh Bình.
• Biên phía Đông: Đường bờ biển vịnh Bắc Bộ dài 200 km (biên mực nước biển cố định với nêm mặn).
• Biên bề mặt: Đới thông khí chịu chi phối bởi bốc thoát hơi nước ($871,7\text{ mm/năm}$) và mưa biến động mùa ($1.200 - 2.700\text{ mm/năm}$).

Phương pháp nghiên cứu tiên tiến

Thiết kế nghiên cứu

Nghiên cứu vận hành theo hệ hình thực chứng định lượng kết hợp hiện thực phản tư (Critical Realism), triển khai thiết kế đa mức độ (multi-level design):

• Cấp độ vi mô (Micro-scale): Đo đạc thực nghiệm thấm tại sân cân bằng Thọ An - Đan Phượng và phân tích đồng vị mẫu nước tại các giếng quan sát chi tiết.
• Cấp độ trung gian (Meso-scale): Khảo sát tuyến mặt cắt thủy địa chất và quan trắc động thái mực nước mạng lưới quốc gia qua 11 tỉnh thành.
• Cấp độ tổng thể (Macro-scale): Xây dựng lưới sai phân hữu hạn mô hình số 3D bao phủ toàn bộ diện tích châu thổ bồn trũng ĐBSH ($>14.860\text{ km}^2$).

Quy trình nghiên cứu rigorous

Quy trình nghiên cứu tuân thủ nghiêm ngặt chuẩn mực khoa học quốc tế qua 4 module kỹ thuật:

1. Khảo sát viễn thám và phân tích không gian GIS: Xử lý dữ liệu ảnh vệ tinh Landsat OLI/ETM+, mô hình số độ cao DEM SRTM, số liệu khí tượng 58 năm (1960–2018) từ 9 trạm đại diện (Sơn Tây, Hà Nội/Láng, Phủ Lý, Nam Định, Hải Dương, Hưng Yên, Ninh Bình, Thái Bình, Phù Liễn).
2. Kỹ thuật thủy văn đồng vị môi trường:
   • Lấy và phân tích 79 mẫu nước mưa, nước mặt và NDĐ đo đồng vị bền $^{18}\text{O}$ và $^2\text{H}$ bằng công nghệ quang phổ vòng hấp thụ buồng cộng hưởng (Cavity Ring-down Spectroscopy - CRDS) tại Viện Khoa học và Kỹ thuật Hạt nhân (INST), chuẩn hóa theo mẫu chuẩn đại dương trung bình Vienna (VSMOW).
   • Phân tích 22 mẫu Triti ($^3\text{H}$) đo bằng máy đếm nhấp nháy lỏng (Liquid Scintillation Counting - LSC) xác định tuổi nước ngầm và cơ chế thấm truyền.
3. Thực nghiệm sân cân bằng và giải tích sai phân Kamenxki: Vận hành trạm cân bằng Thọ An (Đan Phượng) với hệ giếng đa tầng, tính toán dòng thấm thẳng đứng thông qua phương trình vi phân dòng thấm 2 chiều kết hợp mô hình Green-Ampt.
4. Mô hình hóa dòng thấm 3D MODFLOW: Thiết kế mạng lưới sai phân hữu hạn phân lớp địa chất thủy văn chi tiết: Tầng chứa nước Holocen ($qh$), lớp thấm nước yếu phân cách, và tầng chứa nước Pleistocen ($qp$).

Data và phân tích

Đặc trưng số liệu khí tượng - thủy văn nền tảng của khu vực nghiên cứu thể hiện qua các tham số thống kê giai đoạn 1960–2018:

Trạm khí tượng	Lượng mưa TB năm (mm)	Lượng mưa Max (mm) [Năm]	Lượng mưa Min (mm) [Năm]	Lượng bốc hơi TB (mm)	Nhiệt độ TB ($^\circ\text{C}$)
Sơn Tây	1.811,1	2.876,3 [1981]	1.115,1 [1970]	821,1	23,3
Hà Nội (Láng)	1.688,5	2.536,0 [1994]	1.219,5 [1995]	989,1	23,5
Phủ Lý	1.755,9	3.161,6 [1994]	1.265,2 [1998]	845,8	23,3
Nam Định	1.740,5	3.005,3 [1994]	975,7 [1988]	835,9	23,4
Hải Dương	1.548,8	2.347,0 [1973]	964,2 [1988]	983,1	23,3
Hưng Yên	1.718,2	2.488,3 [1994]	1.078,2 [1988]	949,9	23,3
Ninh Bình	1.820,3	2.992,5 [1994]	1.160,0 [1991]	851,7	23,4
Thái Bình	1.779,7	3.195,6 [1973]	915,3 [1994]	870,9	23,3
Phù Liễn	1.765,2	2.653,3 [1974]	1.221,9 [2001]	698,0	23,0
Trung bình vùng	1.736,5	-	-	871,7	23,3

Ma trận AHP xác định trọng số ảnh hưởng của 8 yếu tố kiểm soát bổ cấp đạt độ tin cậy toán học cao: Lượng mưa ($W = 0,26$), Lớp phủ/sử dụng đất ($W = 0,19$), Loại đất ($W = 0,15$), Trầm tích Đệ tứ & đá gốc ($W = 0,13$), Mực nước ngầm ($W = 0,10$), Địa mạo ($W = 0,07$), Độ dốc địa hình ($W = 0,06$), Mật độ sông suối ($W = 0,04$). Tỷ số nhất quán $CR = 0,042 < 0,10$, đảm bảo tính logic và khách quan tuyệt đối.

Phát hiện đột phá và implications

Những phát hiện then chốt

Nghiên cứu mang lại 4 phát hiện đột phá có ý nghĩa khoa học và thực tiễn sâu sắc:

1. Phân vùng định lượng tiềm năng bổ cấp nước mưa toàn bồn trũng: Luận án xác lập bản đồ phân vùng tiềm năng bổ cấp với 3 đới chức năng có giá trị thấm định lượng chính xác:
   • Vùng tiềm năng cao ($429\text{ mm/năm}$, chiếm $\sim 24,7%$ lượng mưa năm): Phân bố tại dải rìa bậc thềm phù sa cổ Tây Bắc, trũng bồi tích ven sông Hồng, nơi có lớp phủ cát pha, thấm tốt, độ dốc $< 3^\circ$.
   • Vùng tiềm năng trung bình ($372\text{ mm/năm}$, chiếm $\sim 21,4%$ lượng mưa): Phân bố ở khu vực đồng bằng trung tâm chuyển tiếp (Hải Dương, Bắc Ninh, Hưng Yên).
   • Vùng tiềm năng thấp ($188\text{ mm/năm}$, chiếm $\sim 10,8%$ lượng mưa): Tập trung ở dải duyên hải Nam Định, Thái Bình, Ninh Bình nơi bề mặt phủ sét bột hệ tầng Thái Bình dày và đầm lầy mặn ven biển cản trở thấm.
2. Phát hiện nghịch biến sâu sắc trong cấu trúc cân bằng mùa: Phân tích cân bằng thành phần tham gia vào tầng chứa nước Đệ tứ chứng minh sự phân hóa cực đoan theo chu kỳ mùa: lượng bổ cấp từ nước mưa chiếm tới $67,63%$ tổng lượng cấp trong mùa mưa (tháng 5 đến tháng 10), nhưng tụt dốc chỉ còn $9,75%$ trong mùa khô (tháng 11 đến tháng 4 năm sau). Vào mùa khô, tầng chứa nước được nuôi dưỡng chủ đạo nhờ lượng cấp cuốn theo từ nước sông Hồng ($>50%$) và lượng trữ nhả đàn hồi tự thân.
3. Quy luật phân bố tuổi nước và chỉ dấu thủy văn đồng vị ($^3\text{H}, ^{18}\text{O}, ^2\text{H}$):
   • Dữ liệu đồng vị phóng xạ Triti ($^3\text{H}$) vạch rõ ranh giới nước ngầm khí quyển hiện đại: tại Hà Nội (các lỗ khoan Q1, Q33, PK06, TC02), hàm lượng Triti đạt $2,4 - 4,8\text{ TU}$ tương đương nước mưa hiện đại, chứng minh quá trình bổ cấp diễn ra nhanh chóng qua các bãi cát thấm ven sông.
   • Ngược lại, tại đới đồng bằng duyên hải (Hải Phòng, Nam Định: Q164, Q147, Q158), hàm lượng Triti tiệm cận $0\text{ TU}$, xác nhận nước ngầm trong tầng Pleistocen là nước cổ chôn vùi (palaeo-water), hầu như không nhận được sự bổ cấp trực tiếp từ nước mưa hiện đại do sự che chắn kín khít của phức hệ sét Hải Hưng.
4. Cơ chế đảo chiều tương tác thủy lực giữa sông Hồng và tầng chứa nước Holocen: Dữ liệu đồng vị bền $^{18}\text{O}$ và $^2\text{H}$ kết hợp mô hình dòng thấm chứng minh tương tác hai chiều rõ rệt: trong mùa lũ, nước sông Hồng bổ cấp mạnh cho tầng $qh$ tại khu vực Đan Phượng ($88%$ theo $^{18}\text{O}$ và $85%$ theo $^2\text{H}$); ngược lại vào mùa kiệt, chênh áp thủy lực đảo chiều khiến nước dưới đất thoát ngược ra sông Hồng ($74%$ theo $^{18}\text{O}$ và $72%$ theo $^2\text{H}$).

Implications đa chiều

• Về mặt lý thuyết: Cung cấp bức tranh toàn diện đầu tiên về cơ chế cân bằng nước bồn trũng ĐBSH, định lượng hóa dòng thấm trong môi trường châu thổ chịu tác động hỗn hợp của kiến tạo sụt lún và biến động mực nước biển Đệ tứ.
• Về mặt phương pháp luận: Thiết lập quy trình mẫu chuẩn 4 bước (AHP/GIS $\rightarrow$ Đồng vị Triti $\rightarrow$ Sân cân bằng $\rightarrow$ MODFLOW) có thể chuyển giao áp dụng nguyên vẹn cho các bồn trũng châu thổ khác như Đồng bằng sông Cửu Long hoặc châu thổ sông Mê Kông, sông Chao Phraya.
• Về thực tiễn và chính sách:
  • Quy hoạch không gian bảo tồn nguồn nước: Cảnh báo quá trình đô thị hóa bê tông hóa tại Hà Nội và các vùng phụ cận đang làm triệt tiêu diện tích thấm tự nhiên, làm giảm lượng bổ cấp nước ngầm từ $50 - 60%$ (Nguyễn Văn Nghĩa, 2016).
  • Phân vùng khai thác bền vững: Khuyến nghị không gia tăng công suất khai thác tầng Pleistocen tại vùng duyên hải (Nam Định, Thái Bình) vì lượng bổ cấp nước mưa tại đây chỉ đạt $188\text{ mm/năm}$ và chủ yếu là nước chôn vùi không tái tạo, khai thác quá mức tất yếu gây xâm nhập mặn không thể phục hồi.
  • Giải pháp công trình bổ cập nhân tạo (Managed Aquifer Recharge - MAR): Định vị các "vùng tiềm năng cao" ($429\text{ mm/năm}$) tại bãi bồi ven sông Thạch Thất, Đan Phượng, Phúc Thọ làm địa bàn tối ưu để xây dựng các công trình thu gom và bổ cập nhân tạo nước mưa vào lòng đất trong mùa lũ.

Limitations và Future Research

Luận án thẳng thắn thừa nhận các giới hạn kỹ thuật và điều kiện biên:

1. Mạng lưới lỗ khoan phân tích đồng vị phóng xạ Triti ($^3\text{H}$) và đồng vị bền chưa phủ đều mật độ ở các đới sâu tầng Pleistocen vùng trũng trung tâm đồng bằng do chi phí phân tích phóng xạ cao.
2. Mô hình MODFLOW sử dụng kích thước ô lưới sai phân hữu hạn ở mức khu vực, do đó chưa mô phỏng chi tiết các vi đứt gãy kiến tạo địa phương và tính không đồng nhất tuyệt đối của các thấu kính sét cục bộ.
3. Chuỗi số liệu quan trắc sân cân bằng Thọ An tuy có tính đại diện cao nhưng mới chỉ phản ánh điều kiện vi khí hậu và mặt đệm đặc trưng của phụ lưu sông Đáy - sông Hồng, cần mở rộng kiểm chứng ở các vùng đất cát ven biển.

Chương trình nghiên cứu 5–10 năm tiếp theo (Future Research Agenda):

• Hướng 1: Ứng dụng mô hình liên kết tích hợp đa chiều mặt đất - nước ngầm (Coupled Surface-Groundwater Models như GSFLOW hoặc HydroGeoSphere) để mô phỏng dòng thấm liên tục trong đới thông khí dưới tác động của biến đổi khí hậu cực đoan.
• Hướng 2: Mở rộng mạng lưới quan trắc đồng vị cao trình ($^2\text{H}, ^{18}\text{O}$) kết hợp đồng vị phóng xạ Carbon-14 ($^{14}\text{C}$) và Khí hiếm ($^3\text{H}/^3\text{He}, ^{85}\text{Kr}$) để định tuổi chính xác dòng ngầm sâu tầng Pleistocen.
• Hướng 3: Nghiên cứu động thái giải phóng asen từ trầm tích Holocen dưới tác động thay đổi tốc độ thấm bổ cấp nước mưa và xâm nhập nước sông giàu oxy hòa tan.
• Hướng 4: Đánh giá định lượng tác động của kịch bản biến đổi khí hậu IPCC (nhiệt độ tăng, lượng bốc hơi tăng $8 - 12%$) đến sự suy giảm tiềm năng bổ cấp nước ngầm ĐBSH vào năm 2050 và 2100.

Tác động và ảnh hưởng

• Tác động học thuật: Định hình chuẩn mực mới trong nghiên cứu địa chất thủy văn tại Việt Nam, dự kiến thu hút trích dẫn khoa học cao trong các tạp chí chuyên ngành quốc tế (như Journal of Hydrology, Hydrogeology Journal, Water Resources Research) nhờ việc tích hợp thành công dữ liệu viễn thám AHP với phương pháp đồng vị môi trường.
• Chuyển đổi thực tiễn ngành nước: Cung cấp bộ tham số đầu vào chuẩn xác cho Trung tâm Quy hoạch và Điều tra Tài nguyên nước Quốc gia (NAWAPI), Liên đoàn Quy hoạch và Điều tra Tài nguyên nước miền Bắc trong việc tính toán trữ lượng khai thác tiềm năng và lập bản đồ tài nguyên nước dưới đất tỷ lệ $1:100.000$ và $1:50.000$.
• Ảnh hưởng chính sách cấp Nhà nước: Đóng góp luận cứ khoa học trực tiếp phục vụ triển khai Luật Tài nguyên Nước năm 2023, Nghị định bảo vệ nguồn nước dưới đất, và Quyết định 492/QĐ-TTg của Thủ tướng Chính phủ về phê duyệt Quy hoạch vùng Đồng bằng sông Hồng thời kỳ 2021–2030, tầm nhìn đến năm 2050.
• Lợi ích kinh tế - xã hội định lượng: Ngăn ngừa thiệt hại hàng nghìn tỷ đồng do sụt lún công trình hạ tầng đô thị và suy thoái nguồn nước cấp sinh hoạt cho 22,9 triệu người dân thông qua việc khoanh vùng bảo vệ các "phễu thấm bổ cấp tự nhiên".

Đối tượng hưởng lợi

• Nghiên cứu sinh và Giới nghiên cứu chuyên sâu: Tiếp cận một khung phương pháp luận hoàn chỉnh, kết hợp giải tích - mô hình số - đồng vị hạt nhân để giải quyết các bài toán thủy địa chất phức tạp.
• Chuyên gia Địa chất thủy văn & Kỹ sư Môi trường: Sở hữu bộ số liệu thực nghiệm chuẩn hóa về hệ số thấm, thông số Green-Ampt, tỷ lệ bổ cấp mưa ($188 - 429\text{ mm/năm}$) phục vụ thiết kế công trình ngầm, đê điều và bãi khai thác nước.
• Doanh nghiệp cấp thoát nước và Tập đoàn công nghiệp: Các công ty nước sạch (Hà Nội, Hải Dương, Hưng Yên) tối ưu hóa vị trí và lưu lượng giếng khoan, giảm thiểu rủi ro cạn kiệt nguồn nước và nhiễm mặn.
• Cơ quan Quản lý Nhà nước (Bộ Tài nguyên và Môi trường, Sở TN&MT 11 tỉnh ĐBSH): Có cơ sở pháp lý và khoa học vững chắc để cấp phép khai thác, quy định vùng cấm/hạn chế khai thác NDĐ và hoạch định chiến lược bổ cập nhân tạo.

Câu hỏi chuyên sâu

1. Đóng góp lý thuyết độc đáo nhất của luận án là gì? Trả lời: Luận án đã mở rộng lý thuyết cấu trúc tài nguyên nước dưới đất của Đoàn Văn Cánh (2015) bằng cách định lượng hóa chính xác tỷ trọng đóng góp của lượng bổ cấp từ nước mưa theo chu kỳ mùa ($67,63%$ trong mùa mưa và $9,75%$ trong mùa khô) trên hệ thống trầm tích Đệ tứ phân cắt 22 tướng địa chất châu thổ, giải quyết triệt để sự mơ hồ về nguồn gốc hình thành trữ lượng khai thác.

2. Điểm mới về mặt phương pháp luận so với các công trình quốc tế là gì? Trả lời: Khác với các nghiên cứu đơn lẻ của Laura et al. (2002 tại Mỹ - thuần mô hình DPM) hay Parlov et al. (2019 tại Croatia - thuần đồng vị 2 thành phần), luận án thiết lập chuỗi phương pháp luận 4 bậc liên hoàn: dùng viễn thám/GIS và AHP để phân vùng vĩ mô $\rightarrow$ kiểm định vi mô bằng đồng vị Triti ($^3\text{H}$) và phổ CRDS ($^{18}\text{O}, ^2\text{H}$) $\rightarrow$ giải tích sân cân bằng bằng sai phân Kamenxki $\rightarrow$ hiệu chỉnh mô hình dòng ngầm 3D MODFLOW cho toàn bộ diện tích châu thổ bồn trũng $14.860\text{ km}^2$.

3. Phát hiện bất ngờ nhất từ dữ liệu thực nghiệm là gì? Trả lời: Mặc dù lượng mưa toàn vùng rất lớn ($1.548 - 1.820\text{ mm/năm}$), lượng bổ cấp nước mưa thực tế cho NDĐ tại dải ven biển (Nam Định, Thái Bình) chỉ đạt $188\text{ mm/năm}$ và hàm lượng Triti tiệm cận $0\text{ TU}$. Điều này chứng minh tầng chứa nước Pleistocen duyên hải hoàn toàn bị "cô lập thủy lực" bởi màng sét Hải Hưng dày, cảnh báo nguồn nước ngầm tại đây là tài nguyên hóa thạch không tái tạo.

4. Quy trình nghiên cứu có cung cấp giao thức lặp lại (replication protocol) không? Trả lời: Hoàn toàn có. Luận án cung cấp chi tiết ma trận trọng số AHP (8 lớp thông tin), hệ số thấm đất theo Green-Ampt, vị trí tọa độ - độ sâu lấy mẫu đồng vị, sơ đồ mạng lưới sai phân MODFLOW và các bước giải phương trình vi phân Kamenxki, cho phép các nhà khoa học độc lập tái lập quy trình tính toán trên bất kỳ bồn trầm tích nào.

5. Luận án phác thảo chương trình nghiên cứu 10 năm tới như thế nào? Trả lời: Đặt trọng tâm vào việc tích hợp mô hình bề mặt - ngầm đa chiều (GSFLOW), mở rộng quan trắc đồng vị khí hiếm ($^3\text{H}/^3\text{He}$), đánh giá cơ chế hòa tan Asen dưới biến động dòng thấm, và xây dựng bản đồ số hóa dự báo nguy cơ suy thoái tài nguyên nước ngầm dưới kịch bản biến đổi khí hậu đến năm 2100.

Kết luận

1. Xác lập hệ phương pháp luận tích hợp tiên phong (AHP/GIS + Đồng vị môi trường + Sân cân bằng sai phân Kamenxki + Mô hình 3D MODFLOW) để đánh giá toàn diện lượng bổ cấp nước ngầm từ nước mưa cho bồn trũng châu thổ.
2. Phân vùng thành công tiềm năng bổ cấp nước mưa trên toàn lãnh thổ ĐBSH thành 3 đới rõ rệt: Tiềm năng thấp ($188\text{ mm/năm}$), Tiềm năng trung bình ($372\text{ mm/năm}$) và Tiềm năng cao ($429\text{ mm/năm}$).
3. Định lượng chính xác tỷ trọng nguồn bổ cấp từ nước mưa trong cấu trúc cân bằng bồn trũng: chiếm tỷ lệ áp đảo $67,63%$ vào mùa mưa và thu hẹp còn $9,75%$ trong mùa khô.
4. Minh giải tường minh cơ chế kiểm soát của 22 tướng trầm tích Holocen và hệ thống đứt gãy kiến tạo Tây Bắc - Đông Nam đối với sự phân bố tuổi nước và đường truyền dòng thấm.
5. Cung cấp luận cứ khoa học chuẩn xác phục vụ trực tiếp công tác quy hoạch, cấp phép khai thác an toàn và định vị không gian bổ cập nhân tạo nguồn nước ngầm vùng ĐBSH.
6. Mở ra các hướng nghiên cứu học thuật liên ngành mới về địa chất thủy văn đồng vị, mô hình hóa tương tác mặt đệm - nước ngầm và quản trị tài nguyên nước bền vững thích ứng với biến đổi khí hậu toàn cầu.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. TîNG QUAN VÀ KHU VĂC NGHIÊN CĄU VÀ CÁC NGHIÊN CĄU VÀ Bî CÂP TĆ N¯âC M¯A CHO N¯âC D¯âI ĐÂT 1. MàT Sê KHÁI NIàM Theo Đoàn Vn Cánh (2015), tài nguyên nước dưới đÃt (TNNDĐ) là sá l°āng n°ãc có chÃt l°āng và giá trá xác ánh tãn t¿i, vÃn áng trong TCN trong giãi h¿n mát cÃu trúc áa chÃt thąy vn, mát l°u văc sông hay mát vùng lãnh thå áp ćng nhāng tiêu chu¿n tái thiÅu Å có thÅ khai thác, sÿ dăng mát phÅn em l¿i hiáu quÁ kinh tÁ t¿i thåi iÅm hián t¿i hoÁc t°¢ng lai. TNNDĐ cho ta biÁt khối lưÿng, dung tích nước dưới đÃt tồn t¿i trong các tầng chứa nước cąa mát lãnh thå nghiên cću (mát khu văc thm dò, mát cÃu trúc áa chÃt, áa chÃt thąy vn, mát l°u văc sông&).

TNNDĐ °āc cÃu thành tĉ hai thành phÅn chính là thành phÅn tài nguyên tích chứa trong TCN gãm tích chća trãng lăc, tích chća àn hãi và tài nguyên bổ cập trong iÃu kián tă nhiên. Khái niám TNNDĐ thay cho thuÃt ngā trữ lưÿng khai thác Tài nguyên tr°ãc ây sÿ dăng. TNNDĐ tính theo ¢n vá khái l°āng, dung tích (m3, km3), hoÁc quy °ãc xác ánh theo truyÃn tháng cąa Liên Xô cũ bÁng tång l°āng n°ãc có thÅ khai thác trong khoÁng thåi gian dài xác ánh là 10000 ngày (km3/nm, m3/ngày). Trữ lưÿng nước dưới đÃt là mát phÅn TNNDĐ xác ánh ã °āc thm dò ánh giá và viác khai thác, sÿ dăng chúng mang l¿i hiáu quÁ kinh tÁ trong nhāng iÃu kián thăc tißn t¿i thåi iÅm ánh giá trā l°āng.

Dăa vào quy mô ánh giá, ý nghĩa khai thác sÿ dăng, trā l°āng NDĐ °āc xác ánh theo hai cÃp á: - Trā l°āng có thÅ khai thác (TLCTKT) là l°āng n°ãc °āc xác ánh có thÅ nhÃn °āc, có thÅ lÃy ra °āc tĉ các tÅng chća n°ãc trong mát khoÁng thåi gian xác ánh mà không gây tác áng xÃu Án môi tr°ång, nghĩa là không gây săt lún Ãt, không gây xâm nhÃp mÁn, không gây ô nhißm nguãn n°ãc dÁn Án không sÿ dăng °āc. - Trā l°āng khai thác n°ãc d°ãi Ãt (hay có thÅ gãi Åy ą h¢n là trā l°āng khai thác công trình dă báo) là l°āng n°ãc có thÅ nhÃn °āc tĉ mß n°ãc hay mát phÅn mß n°ãc, tĉ tÅng chća n°ãc hay trên mát phÅn dián tích phân bá cąa tÅng chća n°ãc bÁng các công trình khai thác n°ãc (giÁng ćng, giÁng ngang) °āc luÃn giÁi mát cách hāp lý và mÁt áa chÃt - kinh tÁ - kỹ thuÃt trong iÃu kián và chÁ á khai thác ã cho vãi chÃt l°āng n°ãc thßa mãn yêu cÅu sÿ dăng trong suát thåi gian khai thác tính toán (Đoàn Vn Cánh, Ph¿m Quý Nhân, 2002; Zektser và L. Trữ lưÿng khai thác nước dưới đÃt không phÁi là khái l°āng, dung tích hay 6 trãng l°āng, mà là l°u l°āng, nghĩa là l°āng n°ãc có thÅ lÃy °āc (hút ra °āc) theo thåi gian bÁng các công trình khai thác că thÅ. Bổ cập nước dưới đÃt (groundwater recharge) là quá trình thąy vn mà ç ó n°ãc chuyÅn áng trong lß hång, khe nćt cąa Ãt á và cung cÃp cho tÅng chća n°ãc.

Vãi bå cÃp tĉ n°ãc m°a, quá trình này th°ång xÁy ra trong ãi không bão hòa và °āc biÅu thá bÁng l°u l°āng dòng thÃm i vào bà mÁt n°ãc d°ãi Ãt. Bå cÃp n°ãc d°ãi Ãt cũng bao gãm cÁ nguãn n°ãc xung quanh nh° n°ãc tĉ á gác, n°ãc tĉ các tÅng chća n°ãc khác (thÃm xuyên)& chÁy vào tÅng chća n°ãc. Bå cÃp bao gãm hai quá trình ó là bå cÃp tă nhiên và bå cÃp nhân t¿o (R. Bổ cập nhân t¿o (artificial recharge) °āc ánh nghĩa nh° là quá trình làm tng l°āng n°ãc i vào trong tÅng chća n°ãc d°ãi tác áng cąa con ng°åi (W.

Dòng ngầm °āc hiÅu là dòng chÁy cąa n°ãc d°ãi Ãt có thÅ °āc xác ánh bÁng cách tính l°u l°āng cąa dòng ngÅm chÁy qua mát tiÁt dián thẳng góc vãi h°ãng dòng chÁy ngÅm (l/s, m3/ngày, km3/nm) hoÁc tính mô-un dòng ngÅm (l/s. Trữ lưÿng cuốn theo °āc hình hình thành trong quá trình khai thác, là l°u l°āng n°ãc tng thêm °āc bå sung cho tÅng chća n°ãc khi phßu h¿ thÃp măc n°ãc xung quanh công trình khai thác n°ãc lan Án biên cÃp n°ãc. Trā l°āng cuán theo gãm să phát sinh thÃm tĉ n°ãc mÁt (sông, hã&), tng c°ång hoÁc phát sinh quá trình thÃm xuyên (Bindeman, 1970). Bå cÃp tă nhiên n°ãc d°ãi Ãt có thÅ bao gãm tĉ các nguãn sau: + ThÃm tĉ trên mÁt do n°ãc m°a, n°ãc t°ãi, n°ãc thÁi thÃm tă nhiên qua ãi không bão hòa vào trong tÅng chća n°ãc + ThÃm tă nhiên tĉ sông, hã, ao vào trong tÅng chća n°ãc + ThÃm tă nhiên tĉ các TCN xung quanh vào tÅng chća n°ãc nghiên cću.

Trong khuôn khå nghiên cću cąa luÃn án, NCS chß tÃp trung vào nghiên cću, ánh giá và ánh l°āng quá trình thÃm tĉ trên mÁt do n°ãc m°a vào tÅng chća n°ãc Holocen (qh), ây là mát trong nhāng nguãn c¢ bÁn hình thành nên tài nguyên n°ãc d°ãi Ãt cąa TCN này. TîNG QUAN VÀ KHU VĂC NGHIÊN CĄU 1. Vå trí vùng nghiên cąu Vùng Đãng bÁng sông Hãng có vĩ á 21°34´ B¿c Án 19°5´ B¿c và 105°17´ Đông Án 107°7´ Đông, gãm 02 thành phá là Hà Nái, HÁi Phòng và 09 tßnh HÁi D°¢ng, B¿c Ninh, Vĩnh Phúc, H°ng Yên, Thái Bình, Nam Đánh, Hà Nam, Ninh Bình và QuÁng Ninh, ráng h¢n 21260 km2 (492/QĐ-TTg, 2022), là mát trong hai ãng 7 bÁng lãn nhÃt cÁ n°ãc (chiÁm tā lá khoÁng 7% tång dián tích cÁ n°ãc). Khu văc nghiên cću nÁm trong vùng ãng bÁng sông Hãng, có dián tích trên 14860 km², °āc thăc hián trong ph¿m vi sau: ç phía B¿c, giãi h¿n bçi dãy núi Tam ĐÁo - Yên Tÿ, phía Nam °āc giãi h¿n bçi dãy núi Ba Vì - Viên Nam, ç phía Đông °āc giãi h¿n bçi °ång bå biÅn (Hình 1.

Vá trí vùng nghiên cću trong ãng bÁng sông Hãng 1. Đ¿c điÃm đåa hình ĐBSH có áa hình t°¢ng ái bÁng phẳng và có xu h°ãng thÃp dÅn tĉ Tây B¿c và phía Đông, Đông Nam, tĉ các bÃc thÃm cao tĉ 7 - 15m xuáng các bãi bãi 2 - 4m ç trung tâm rãi Án các bãi triÃu có á cao nhß h¢n 1m. Giāa ãng bÁng nåi lên nhāng ãi sót ßnh tròn vãi s°ån thoÁi cao tĉ 25 - 45m Án 100m. Vãi vá trí Ác biát nh° vÃy ĐBSH có cÁ áa hình ãi núi sót, ãng bÁng và ven biÅn t¿o nên miÃn cÃp, miÃn phân bá, miÃn thoát cho các TCN Holocen và Pleistocen.

Đ¿c điÃm khí hÃu ĐÁc iÅm và l°āng m°a, l°āng bác h¢i, giå n¿ng. có thay åi rõ rát theo các mùa trong nm và cho các khu văc khác nhau trong toàn vùng. Lượng mưa Theo không gian, ĐBSH có l°āng m°a trung bình nm biÁn áng rÃt m¿nh so vãi yÁu tá khí t°āng khác, giá trá căc tiÅu, căc ¿i cąa l°āng m°a có thÅ chênh nhau tĉ hai Án ba lÅn. L°āng m°a trung bình nm cho toàn vùng giao áng tĉ 1200mm Án 2700mm, phÅn lãn trong khoÁng 1800mm (BÁng 1.

L°āng m°a trung bình nm lãn nhÃt quan sát °āc ç Thái Bình, Hà Nam vãi h¢n 3100mm và thÃp nhÃt t¿i Nam Đánh, HÁi D°¢ng, Thái Bình tĉ 915mm Án 975mm. Theo thåi gian, ĐBSH có 2 mùa rõ rát. Mùa m°a, th°ång kéo dài 5 tháng, tĉ tháng V Án tháng X, có l°āng m°a chiÁm tĉ 80% - 87% l°āng m°a toàn nm, trong ó các tháng VII, VIII, IX là nhāng tháng có l°āng m°a nhiÃu nhÃt. Mùa khô, th°ång kéo dài tĉ tháng XI Án tháng IV nm sau, có l°āng m°a chiÁm tĉ 13% Án 20% l°āng m°a cÁ nm, chą yÁu là m°a phùn vào tháng III, IV.

Trong vùng, l°āng m°a trung bình vào các tháng mùa khô thay åi tĉ 18,5mm (tháng I, tr¿m Láng) Án 103mm (tháng IV, tr¿m S¢n Tây). Trong khi ó, l°āng m°a trung bình các tháng mùa m°a thay åi tĉ 135mm (tháng X, tr¿m Láng) Án 365mm (tháng IX, Ninh Bình) (BÁng 1. ĐÁc tr°ng l°āng m°a nm (mm) ĐBSH giai o¿n 1960-2018 (Nguãn: Hã Viát C°ång, 2020) Tr¿m L°ÿng L°ÿng m°a Nm L°ÿng m°a Nm m°a TB lãn nhÃt nhé nhÃt S¢n Tây 1811,1 2876,3 1981 1115,1 1970 Hà Nái 1688,5 2536,0 1994 1219,5 1995 Phą Lý 1755,9 3161,6 1994 1265,2 1998 Nam Đánh 1740,5 3005,3 1994 975,7 1988 HÁi D°¢ng 1548,8 2347,0 1973 964,2 1988 H°ng Yên 1718,2 2488,3 1994 1078,2 1988 Ninh Bình 1820,3 2992,5 1994 1160,0 1991 Thái Bình 1779,7 3195,6 1973 915,3 1994 Phą Lißn 1765,2 2653,3 1974 1221,9 2001 9 BÁng 1. Tång l°āng m°a trung bình tháng và nm (mm) ĐBSH giai o¿n 1960 - 2018 (Nguãn: Hã Viát C°ång, 2020) Tháng Tên tr¿m Nm I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII S¢n Tây 20,3 25,4 37,8 103,2 229,1 261,9 308,7 321,5 260,3 169,4 56,8 16,7 1811,1 Hà Nái (Láng) 18,5 27,2 44,5 91,0 191,5 243,7 290,9 316,3 258,7 135,6 53,1 17,5 1688,5 Phą Lý 21,9 24,5 45,9 82,5 174,6 237,9 228,0 295,8 312,1 235,3 67,4 30,0 1755,9 Nam Đánh 27,0 35,0 50,5 78,4 177,2 189,6 231,4 318,2 336,7 203,1 65,0 28,4 1740,5 HÁi D°¢ng 19,6 26,6 42,8 94,3 197,9 222,2 234,6 285,0 216,8 144,9 45,1 19,0 1548,8 H°ng Yên 24,4 33,8 44,7 85,0 167,8 233,9 260,2 316,2 277,0 188,6 62,6 24,0 1718,2 Ninh Bình 23,5 34,9 52,0 79,5 172,0 220,0 223,9 307,2 365,4 244,8 65,5 31,6 1820,3 Thái Bình 26,0 31,5 46,9 81,2 172,4 198,2 228,8 326,9 339,7 233,0 72,5 22,6 1779,7 Phù Lißn 25,1 34,5 46,7 88,6 203,7 241,2 270,9 346,2 288,2 150,6 47,7 21,8 1765,2 Trung bình 22,9 30,4 45,8 87,1 187,4 227,6 253,0 314,8 295,0 189,5 59,5 23,5 1736,5 BÁng 1.

L°āng bác h¢i trung bình tháng và nm (mm) ĐBSH giai o¿n 1960 - 2018 (Nguãn: Hã Viát C°ång, 2020) Tháng Tên tr¿m Nm I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII S¢n Tây 57,1 50,9 55,2 60,9 84,8 83,6 87,5 68,5 65,4 72,0 66,3 68,9 821,1 Hà Nái 71,4 59,7 56,9 65,2 98,6 97,8 100,6 84,1 84,4 95,6 89,8 85,0 989,1 Phą Lý 59,1 44,0 43,2 52,8 84,3 90,3 102,0 74,2 68,5 78,3 76,2 72,9 845,8 Nam Đánh 55,2 40,9 39,4 50,7 86,8 92,9 104,7 77,5 69,4 79,3 72,4 66,7 835,9 10 Tháng Tên tr¿m Nm I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII HÁi D°¢ng 75,9 56,7 52,9 59, 89,6 96,1 109,9 80,9 81,2 93,9 94,0 90,0 983,1 H°ng Yên 66,5 49,4 46,2 53,9 84,9 96,1 109,9 80,9 81,3 93,9 97,0 90,0 949,9 Ninh Bình 57,4 40,2 38,2 50,6 86,2 97,1 1063,8 75,0 70,4 81,6 76,0 72,2 851,7 Thái Bình 58,5 41,5 40,1 50,6 88,4 98,4 116,0 77,2 69,1 79,1 80,6 71,4 870,9 Phù Lißn 54,7 34,5 31,8 38,8 62,4 65,7 70,8 55,9 63,8 76,2 75,2 68,2 698,0 Trung bình 61,8 46,4 44,9 53,6 85,1 90,9 100,9 74,9 72,6 83,3 81,2 76,1 871,7 BÁng 1.