Chương 1. Cơ sở lý luận và phương pháp nghiên cứu ảnh hưởng điều kiện tự nhiên môi trường và BĐKH-NBD đến tài nguyên nước dưới đất. Đặc điểm tài nguyên nước dưới đất và ảnh hưởng của các yếu tố địa lý tự nhiên, KTXH, môi trường và BĐKH- NBD vùng Gio Linh, Quảng Trị. Đánh giá các ảnh hưởng đến nước dưới đất và đề xuất giải pháp sử dụng hợp lý, bảo vệ tài nguyên nước dưới đất vùng Gio Linh, Quảng Trị.
CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN MÔI TRƯỜNG BIẾN ĐỔI KHÍ HẬU VÀ NƯỚC BIỂN DÂNG ĐẾN TÀI NGUYÊN NƯỚC DƯỚI ĐẤT.1 Tổng quan các công trình nghiên cứu ảnh hưởng tự nhiên, môi trường BĐKH và NBD đến nước dưới đất. Trên thế giới Trong lĩnh vực nghiên cứu biến động tài nguyên NDĐ do ảnh hưởng của điều kiện tự nhiên, môi trường và BĐKH-NBD đã có nhiều công trình nghiên cứu được tiến hành trên thế giới cũng như ở Việt Nam [9]. Sau đây là các nhóm và hướng nghiên cứu điển hình: a. Các công trình nghiên cứu ảnh hưởng đến xâm nhập mặn TCN Sherif và nnk, 1999, [10] khảo sát tác động có thể của BĐKH tới sự xâm nhập mặn vào các TCN ven biển.
Sử dụng hai TCN ven biển, một ở Ai Cập, một ở Ấn Độ, nghiên cứu này khảo sát tác động của BĐKH tới sự xâm nhập mặn (XNM). Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng, một trong các hậu quả rõ ràng của BĐKH tới tài nguyên NDĐ là sự di chuyển nước mặn sâu vào đất liền trong các TCN ven biển. Groen và nnk, 2000, [11] xác định quá trình muối hóa TCN ven biển qua việc phân tích thành phần đồng vị và mô hình khuếch tán. Quá trình XNM bởi nước biển cổ phân bố trong trầm tích ven biển ở Suriname được phân tích bằng việc sử dụng phương pháp đồng vị 37Cl và mô hình khuếch tán.
Bobba và nnk, 2002 [12] phân tích các tác động của các hoạt động con người và thay đổi mực nước biển tới biên mặn nhạt ở đồng bằng Godavari (Ấn Độ). Quá trình XNM được mô phỏng bằng mô hình SUTRA (Saturated-Unsaturated TRAnsport). Các thông số tự nhiên, mực nước ban đầu và các điều kiện biên của đồng bằng được xác định dựa vào số liệu thực địa. Mô hình NDĐ 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 trạng thái ổn định. Những thay đổi trong phân bố mực nước áp lực dưới các điều kiện bổ cập và thoát được tính toán và vị trí biên mặn nhạt hiện hữu được dự báo. Phân bố mực nước áp lực được đánh giá thông qua sự mô phỏng kéo dài 20 năm. 8 Kết quả chỉ ra rằng XNM tiến vào sâu trong đất liền liên tục và đáng kể nếu giữ nguyên mức độ khai thác.
Ảnh hưởng của khai thác NDĐ đến XNM ở đồng bằng Burdekin, Australia được Narayan (2004) xem xét. Kết quả nghiên cứu chỉ ra nguyên nhân chính là do khai thác nước quá mức với 1.800 máy bơm hút nước phục vụ tưới [13]. Demirel, 2006, [14] chỉ ra nghiên cứu nguyên nhân chính của XNM NDĐ ở một vùng công nghiệp ven biển ở Mersin (Thổ Nhĩ Kỳ) là do khai thác không hợp lý. Kết quả phân tích cấu trúc ĐCTV, nguồn bổ cập và cân bằng giữa lưu lượng khai thác cho phép và lưu lượng khai thác thống kê qua các năm là cơ sở tính toán tốc độ XNM.
Khomine, 2011 [15] sử dụng phương pháp mô hình số nghiên cứu giải pháp hạn chế quá trình XNM ở vùng ven biển Syria. Quá trình khai thác nước quá mức đã làm cho nước biển xâm nhập vào các TCN. Trữ lượng tiềm năng và chất lượng của NDĐ được đánh giá. Giải pháp đặt hệ thống lỗ khoan ép được đề xuất nhằm cải thiện và hạn chế quá trình XNM vào nước biển.
Các công trình nghiên cứu ảnh hưởng đến bổ cập cho NDĐ. Fayer và nnk (1996) [16] đánh giá sự phân bố của lượng bổ cập tự nhiên ở vùng Hanford, Tây Nam bang Washington, Hoa Kỳ. GIS được sử dụng để phân loại đất, lớp phủ thực vật và xác định giá trị bổ cập thích hợp cho từng loại đất. Nicholson và nnk (1997) [17] sử dung mô hình khí tượng Lettau tính toán cân bằng nước ở Châu Phi.
Bộ số liệu quan trắc trong 60 năm của gần 1400 trạm đo mưa được sử dụng. Kết quả cho thấy sự thay đổi hàng năm của lượng bốc thoát hơi nước, dòng chảy mặt và bốc hơi của đất. Stone và nnk (2001) [18] kết hợp phân tích GIS, mô hình dòng chảy mặt thực nghiệm và tính toán cân bằng nước để đánh giá lượng bổ cập trong lưu vực ở vùng Great Basin, Tây Nam Hoa Kỳ. Jyrkama và nnk (2002) [19] đã phát triển một phương pháp để kết hợp với mô hình thủy văn HELP3 nhằm đưa ra điều kiện biên về lượng bổ cập chi tiết cho mô hình NDĐ.
Mô hình sử dụng lượng mưa và nhiệt độ hàng ngày cùng với các dữ liệu về sử dụng đất, lớp phủ thực vật và thổ nhưỡng. 9 Alemaw và nnk (2003) [20] đã ứng dụng mô hình thủy văn nền tảng GIS để đánh giá lượng thoát hơi từ đất, bốc thoát hơi thực tế và dòng chảy mặt theo mùa ở khu vực phía Nam Châu Phi. Mô hình được xây dựng dựa trên việc xem xét các quá trình diễn ra ở lớp bề mặt và sát mặt cũng như đánh giá sự thay đổi theo không gian và thời gian của các thành phần cân bằng nước của mỗi thành phần thủy văn tại mỗi ô lưới trên toàn vùng nghiên cứu. Brunner và nnk (2004) [21] phát triển phương pháp xây dựng bản đồ lượng bổ cập cho 2 khu vực ở Botswana, Nam Phi.
Sự phân bố tương quan của lượng bổ cập thu được bằng cách sử dụng phương pháp cân bằng nước bề mặt, có hiệu chỉnh lượng bổ cập bằng phương pháp cân bằng Clorua. Một thuật toán đơn giản được sử dụng để đánh giá lượng bốc thoát hơi nước có tính đến tác nhân bức xạ hàng ngày và hệ số bốc hơi. Các hệ số tương quan giữa các giá trị lượng bổ cập được xác định dựa trên mô hình cân bằng nước và phương pháp cân bằng Clorua. Các hệ số tương quan này là cơ sở để xây dựng bản đồ lượng bổ cập.
Allen và nnk (2004) [22] sử dụng TCN Grand Forks, ở phía Nam British Columbia, Canada để mô phỏng tính nhạy cảm của TCN với những thay đổi của lượng bổ cập và mực nước sông theo các kịch bản khí hậu của vùng này. Kết quả chỉ ra rằng những thay đổi của lượng bổ cập vào TCN trong mô hình trạng thái ổn định dưới các kịch bản BĐKH khác nhau có tác động nhỏ hơn tác động của thay đổi cao độ mực nước trong các sông Kettle và Granby. Brouyere, (2004) [23] sử dụng mô hình tích hợp thủy văn (MOHISE) để nghiên cứu tác động của BĐKH tới chu kỳ thủy văn trong các bồn chứa nước ở Bỉ. Mô hình này xem xét hầu hết các quá trình thủy văn theo cách phù hợp về mặt tự nhiên, dòng chảy NDĐ được mô phỏng theo cách phần tử hữu hạn phân bố không gian.
Szilagyi và nnk (2005) [24] đánh giá lượng bổ cập trung bình năm dài hạn cho NDĐ ở Nebraska bằng giải pháp sử dụng các lớp bản đồ GIS về sử dụng đất, địa hình, lượng bổ cập cơ sở, lượng bổ cập tiềm năng và các dữ liệu khí tượng hàng tháng. Holman (2006) [25] mô tả cách tiếp cận tổng hợp để đánh giá các tác động của BĐKH và KTXH tới lượng bổ cập NDĐ tại Đông Anglia, Anh. Các yếu tố ảnh 10 hưởng tới lượng bổ cập NDĐ được xác định bao gồm chế độ nhiệt độ và mưa, ngập lụt ven biển, đô thị hóa và trồng rừng. Mall (2006) [26] khảo sát tiềm năng phát triển bền vững tài nguyên nước mặt và NDĐ dưới các áp lực của BĐKH và các nghiên cứu cần thiết trong tương lai ở Ấn Độ.
Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng, tại Ấn Độ, nhu cầu nước đã ra tăng nhiều lần trong các năm do đô thị hóa, mở rộng nông nghiệp, phát triển công nghiệp và kinh tế. Hiện nay, thay đổi trong cách thu hoạch, sử dụng đất, khai thác quá mức NDĐ, tưới tiêu đang làm thay đổi chu kỳ thủy văn trong nhiều vùng khí hậu và lưu vực sông ở quốc gia này. Ranjan (2006) [27] đánh giá tác động của BĐKH tới tài nguyên NDĐ, đặc biệt là sự XNM trong các TCN ven biển. Các đánh giá sử dụng mô hình khí hậu Hadley Centre, HadCM3 với các kịch bản phát xạ cao và thấp (SRES A2 and B2) trong giai đoạn 2000–2099.
Các tác động do tổn thất tài nguyên NDĐ tới các hoạt động kinh tế xã hội được xem xét theo hai kịch bản BĐKH. Các công trình nghiên cứu ảnh hưởng đến NDĐ bằng liên kết các mô hình khí hậu với mô hình NDĐ. Scibek và Allen (2006) [28] triển khai một phương pháp liên kết các mô hình khí hậu với các mô hình NDĐ để đánh giá các tác động BĐKH tới tài nguyên NDĐ tại vùng phía nam British Columbia, Canada. Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng, các dự báo khí hậu tương lai được chi tiết hóa từ mô hình CGCM1 cho kết quả lượng bổ cập nhiều hơn vào TCN không áp trong thời gian từ mùa xuân đến mùa hè.
Tuy nhiên tác động toàn bộ của lượng bổ cập tới cân bằng nước là nhỏ vì tương tác giữa TCN với sông và lượng bổ cập từ sông chiếm ưu thế. Woldeamlak và nnk (2007) [29] mô phỏng các tác động của BĐKH tới hệ thống NDĐ ở lưu vực Grote-Nete, Vương quốc Bỉ. Kết quả nghiên cứu cho thấy không có bổ cập trong mùa hè do lượng bốc hơi cao và lượng mưa thấp. Mực NDĐ trung bình hàng năm giảm 0,5m, giảm lớn nhất 3,1m ở phần Đông của cao nguyên Campine, đe dọa các hệ sinh thái thủy vực, rừng tự nhiên và sản xuất nông nghiệp.
Hsu và nnk (2007) [30] sử dụng cách tiếp cận mô hình số để đánh giá phản ứng của hệ thống NDĐ với sự thay đổi của khí hậu để quản lý hiệu quản tài nguyên NDĐ ở đồng bằng Pingtung, Đài Loan. Một mô hình ĐCTV được xây dựng dựa 11 trên các thông tin địa chất, ĐCTV, và thủy địa hóa.